Vortrag Berlin Staedtetag Duering

24.02.05 Praktische Erfahrungen zur Verringerung der verkehrsbed. Luftschadstoffbelastung in Städten 1

Ingenieurbüro LohmeyerGmbH & Co. KGKarlsruhe und Dresden

Aktuelle Ergebnisse zu Messungen der PM10- und NO2-Konzentrationen an Stadtstraßen und der Korrelation zu

Verkehrs- und Wetterdaten

Dr.rer.nat. Ingo Düring

([email protected])

0351/8391411



Situation PM10 am 28.1.2006



Beurteilungswerte

Zahlenwert in µg/m³

NO2

PM1050 (Tagesmittelwert, max. 35

Überschreitungen/Jahr)40*Grenzwert (2005)

Benzol

KurzzeitJahresmittel

BeurteilungswertKomponente

-5Grenzwert (2010)

200 (Stundenwert, max. 18 Überschreitungen/Jahr)40*Grenzwert (2010)

Beurteilungsmaßstäbe für Luftschadstoffimmissionen nach 22. BImSchV(Auswahl verkehrsrelevante Schadstoffe)

*: ,,alte‘‘ Grenzwerte NO2-JM = 80 µg/m³

Staub-JM = 150 µg/m³

Hinweis: Für NO2 gibt es bis 2010 noch Toleranzmargen.



Gliederung

• Möglichkeiten zur Überwachung der Schadstoffbelastung

• Wie groß ist Verkehrsanteil an der Luftschadstoffbelastung?

• Welchen Einfluss hat die Straßengeometrie auf die Luftschadstoffbelastung?

• Belastungssituation von PM10 und NO2 in Städten

• Welchen Einfluss hat die Meteorologie auf die Luftschadstoffbelastung?

• Welchen Einfluss hat der Verkehrsfluss auf die Luftschadstoffbelastung?



Konzentrationsniveaus



PM10 Immissionssituation (1)

PM 10-Jahresmittel

30,0 31,5

13,4 15,0

25,6 25,427,5

34,2

13,3

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

2001 2002 2003

µg/m³

VerkehrHintergrund "Reinluft"Hintergrund stadtnah

Arithmetisches Jahresmittel der PM 10-Immission über alle Verkehrsstationen (BRD) sowie über die 15 am wenigsten belasteten

(Reinluft) und alle stadtnahen Hintergrundstationen für die Jahre 2001, 2002 und 2003. Quelle: UBA 2004



PM10 Immissionssituation (2)

Parameter Einheit 2001 2002 2003

Stationen Anzahl 82 96 104

Jahresmittel (JM) über alle Stationen µg/m³ 30,0 31,5 34,2

Spannweite der Jahresmittel der Stationen µg/m³ 18,6 - 45,5 21,0 - 44,4 23,9 - 49,2

Verkehrsstationen mit JM > 40 µg/m³ Anzahl 7 8 23

Verkehrsstationen mit JM > 40 µg/m³ % 9 8 22 mittlere Anzahl der Tagesmittel (TW) >50 µg/m³ Tage 31 43 55

Spannweite Anzahl TW>50 µg/m³ Tage 4 - 117 8 - 111 11 - 132

Stationen mit mehr als 35 Überschreitungen Anzahl 27 54 74

Stationen mit mehr als 35 Überschreitungen % 33 56 71

Überblick über die Immissionssituation an den Verkehrsstationen in Deutschland für die Jahre 2001, 2002

und 2003 (Quelle: UMK)



Stationen mit mehr als 35 Überschreitungen in 2005

Quelle: UBA, 2006

41 Stationen



NO2- Immissionssituation (1)

3551472004

3752452005*

4056502003

3849442002

3845512001

Chemnitz-NordLeipzig-MitteDD-NordJahr

NO2-Jahresmittelwerte [µg/m³] an sächsischen innerstädtischen Verkehrsstationen

*=Jan. bis Nov. 2005



NO2- Immissionssituation (2)

Wir erwarten, dass an sehr stark befahrenen HVS mit dichter Randbebauung trotz

Fortschritten in der Fahrzeugtechnik und Veränderungen in der Fahrzeugflotte der

Grenzwert 2010 ebenfalls überschritten wird.



Überwachung der Immissionssituation (1)

• 22. BImSchV legt bestimmte Anzahl von Messstationen in Abhängigkeit von der Einwohnerzahl der Stadt und der erwarteten Höhe der Luftbelastung fest. (Für eine Stadt mit 250.000 Einwohnern wird z.B. mindestens eine Messstation gefordert.)

• Für den Aufstellungsort ist festgelegt, dass "Daten zu den Bereichen innerhalb von Gebieten und Ballungsräumen gewonnen werden, in denen die höchsten Konzentrationen auftreten, denen die Bevölkerung wahrscheinlich direkt oder indirekt ... ausgesetzt sein wird ...".

Mit einer Messstation, welche nicht am Ort der höchsten Konzentration (repräsentativ für einen Bereich von ca. 200 m² an einer Straße) in einer Stadt aufgestellt ist, kann deshalb nicht festgestellt werden, ob die Grenzwerte in dieser Stadt eingehalten sind!!




• Problem: Maßnahmen werden lediglich auf dem Straßenabschnitt im unmittelbaren Umfeld einer Messstation ergriffen.Überschreitung der zulässigen Grenzwerte auch auf anderen Straßenabschnitten? (auch bei der Durchführung lokaler Maßnahmen)

• Abhilfe: Durchführung flächendeckender Konzentrationsberechnungen unter Berücksichtigung der örtlichen Verkehrs- und Durchlüftungsverhältnisse. Hierdurch besteht die Möglichkeit, nicht nur Stellen im Stadtgebiet mit den wahrscheinlich höchsten Konzentrationen (Belastungsschwerpunkte=hot spots) zu identifizieren, sondern flächendeckend die Überschreitungswahrscheinlichkeit zu beurteilen.

Eine solche Untersuchung sollte auch dazu dienen, die geeignetstenStandorte für Messcontainer festzulegen.




Netzmodell mit Bebauungsmodul

hot spots

3dim-Strömungs- und Ausbreitungsrechnungen zur Identifizierung der höchst belasteten Stelle in der Straßenschlucht



Verursacher (1)

• Die PM10-Konzentration an einer lokalen Straßenmessstelle setzt sich immer aus den Anteilen des lokalen Kfz-Verkehrs (Pkw, Lkw, LNfz, etc.), der städtischen Zusatzbelastung (städtischer Verkehr, Industrie, Hausbrand, Gewerbe, sonstiges) sowie des großräumigen Hintergrundes(regional, kontinental) zusammen.

• Bei der Ableitung von Maßnahmen ist das Verursacherprinzip zu berücksichtigen (§ 47 Abs. 4 BImSchG), d.h. die Maßnahmen müssen unter Beachtung des Grundsatzes der Verhältnismäßigkeit entsprechend der Beiträge der einzelnen Quellen bzw. Quellgruppen ausgewählt werden.

• Aber: Schadstoffkonzentrationsverhältnisse ungleich Schadstoff-emissionsverhältnisse (Emissions- u.

Ausbreitungsbedingungen)

• Z.B. lassen sich circa ein Fünftel der gesamten Partikelemission in Deutschland auf den Straßenverkehr zurückführen, innerstädtisch werden aber ca. 1/3 bis ½ der gemessenen PM10-Belastung durch den Straßenverkehr verursacht!



Besonderheit PM10 Emissionen

PM10-Quellanteile / Straßenverkehr

Motoremissionen

Wiederaufwirbelung von Abrieben: Reifen, Fahrbahn, Kupplung, Bremsen

Wiederaufwirbelung von Staubdep. (Atmosphäre, Fahrzeuge, sonstiges)



Ursachen der PM10-Belastungen (1), Beispiel Frankfurter Allee Berlin

50% Verkehrsanteil

DTV ca. 70.000 Kfz/d

LKW-Anteil ca. 3%

LSA2 (mittlere Störungen)

zweiseitige dichte Randbebauung



Ursachen der PM10-Belastungen (2)–Beispiel Bergstraße Dresden vor Ausbau

> 13% Verkehrauf Bergstraße

Ca. 64%Ferntransport Regional

Ca. 40% Auspuff

Ca. 60 % Auf/Ab

< 23%städt. ZB

1

2

30% PKW

70% LKWReifen, Bremsen, Straßenabrieb, Straßenstaub

DTV ca. 19.000 Kfz/d; LKW ca. 13%; 6% Längsn.; HVS4; zweiseitig dichte Randbebauung ca. 30% Verkehrsanteil



Ursachen der PM10-Belastungen (3)–Beispiel Neuenlander Straße in Bremen

Ca. 33% Verkehr

Ca. 56%Ferntransport,Regional,Städtische Zusatzbelastung

Ca. 11%Örtliche Bautätigkeit


LKW-Anteil ca. 12%

LSA1_S2 (geringe Störungen aber stauender Verkehr)

keine dichte Randbebauung

Ca. 50% AuspuffCa. 50 % Auf/Ab



Ursachen der PM10-Belastungen (4)–Beispiel Berliner Straße in Nauen ohne OU

Ca. 40% lokalerVerkehr

Ca. 45%Ferntransport

Ca. 15%Regionale und städt. Zusatz-belastung


LKW-Anteil ca. 7%

LSA3 (starke Störungen)

dichte zweiseitige Randbebauung



Ursachen der PM10-Belastungen (5)

Häufig an Straßen mit PM10-Grenzwertüberschreitungen:

Ca. 50% bis 70% großräumige Hintergrundbelastung

Ca. 10% bis 25% städtische Zusatzbelastung (auch Verkehr!!)

Ca. 15% bis 40% lokaler Verkehrsbeitrag



Einfluss der Bebauung (1)

BERECHNUNGSPUNKTE

1.5 m

12 m 12 m

WIND

WIND

B

1.5 m

H

(b) Abgasfahne in Straßenschlucht. Schlechte Abführung der Schad-stoffe. Diese rotieren mit dem Wirbel in der Straßenschlucht und werden nur zögerlich vom Wind ausgetragen.

(a) Abgasfahne bei Straße ohne Rand-bebauung. Gute Abführung der Schadstoffe.



Einfluss der Bebauung (2)

Abb. 2: offene Bebauung Abb. 3: enge geschlossene Bebauung – Fall 1

Abb. 4: mittelweite geschlossene Bebauung – Fall 2 Abb. 5: weite geschlossene Bebauung – Fall 3



Einfluss der Bebauung auf PM10-Belastung (3)

Kritischer DTV [1000 Kfz/d]

Anteil Schwerverkehr am DTV 4% 6% 8% 10% Offene Bebauung

(Abb.2)

Abstand vom Fahrbahnrand 1m 28 21 16 13 10m 41 30 24 19 30m 57 42 33 26 Geschlossene Bebauung Fall 1 (Abb.3) 10,2 7,5 5,9 4,7 Fall 2 (Abb.4) 14,1 10,4 8,1 6,5 Fall 3 (Abb.5) 21,8 16,1 12,5 10,0 weite Bebauung

enge Bebauung

offene Bebauung



Einfluss der Meteorologie (1)

-100

102030405060708090

100110120130140150160170180190200

01.0

1.03

08.0

1.03

15.0

1.03

22.0

1.03

29.0

1.03

05.0

2.03

12.0

2.03

19.0

2.03

26.0

2.03

05.0

3.03

12.0

3.03

19.0

3.03

26.0

3.03

02.0

4.03

09.0

4.03

16.0

4.03

23.0

4.03

30.0

4.03

07.0

5.03

14.0

5.03

21.0

5.03

28.0

5.03

04.0

6.03

11.0

6.03

18.0

6.03

25.0

6.03

02.0

7.03

09.0

7.03

16.0

7.03

23.0

7.03

30.0

7.03

06.0

8.03

13.0

8.03

20.0

8.03

27.0

8.03

03.0

9.03

10.0

9.03

17.0

9.03

24.0

9.03

01.1

0.03

08.1

0.03

15.1

0.03

22.1

0.03

29.1

0.03

05.1

1.03

12.1

1.03

19.1

1.03

26.1

1.03

03.1

2.03

10.1

2.03

17.1

2.03

24.1

2.03

31.1

2.03

Kon

zent

ratio

n [µ

g/m

³]

PM10 städtischer Hintergrund PM10 Lützner Straße minus städtischer Hintergrund Grenzwert

Große Variation der Tagesmittelwerte wegen Variation in Vorbelastung, in Meteorologie und im Verkehr




Schadstoffferntransport, Schadstoffverfrachtung, Inversionen (Wetterlagen), Einfluss Bebauung

0 1 2 3 4 5 6 7 8HWR_WB

0

30

60

90

PM

10_W

V

0 1 2 3 4 5 6 7 8HWR_WB

0

10

20

30

PM

10_Z

BWindrichtungsklasseWindrichtungsklasse

PM

10-G

esam

tbel

astu

ng [µ

g/m

³]

PM

10-V

erke

hrsb

eitra

g [µ

g/m

³]

OstwindSüdwestwind



0

-1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

NA_NS_HN

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

PM

10_H

V_K

1

-1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

NA_NS_HN

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

PM

10_H

V _K


SommerWinter

Anzahl trockener Tage nach Niederschlag Anzahl trockener Tage nach NiederschlagP

M10

-Ges

amtb

elas

tung

[µg/

m³]

PM

10-G

esam

tbel

astu

ng [µ

g/m

³]




-1 0 1 2keine Inversion Inversion

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

PM

10_H

V_ K

-1 0 1 2keine Inversion Inversion

0

3

6

9

12

15

18

21

24

27

30

PM10

_ZB



Klappt schnelle Konz.-Senkung?

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

Mo Di Mi Do Fr Sa So

Kon

zent

ratio

n [µ

g/m

³]

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

KFZ

/d

PM10 Regionaler Hintergrund (Collmberg) PM10 städtische ZusatzbelastungPM10 Verkehrsbeitrag L-Lützner Str DTV/10Schwerverkehr

Aber: Abnahme der PM10-GB von Werktags auf Sonntags im Jahresmittel um ca. 30%;

länger wirksame Verkehr reduzierende Maßnahmen senken Belastung deutlich

-100

102030405060708090

100110120130140150160170180190200

01.0

1.03

08.0

1.03

15.0

1.03

22.0

1.03

29.0

1.03

05.0

2.03

12.0

2.03

19.0

2.03

26.0

2.03

05.0

3.03

12.0

3.03

19.0

3.03

26.0

3.03

02.0

4.03

09.0

4.03

16.0

4.03

23.0

4.03

30.0

4.03

07.0

5.03

14.0

5.03

21.0

5.03

28.0

5.03

04.0

6.03

11.0

6.03

18.0

6.03

25.0

6.03

02.0

7.03

09.0

7.03

16.0

7.03

23.0

7.03

30.0

7.03

06.0

8.03

13.0

8.03

20.0

8.03

27.0

8.03

03.0

9.03

10.0

9.03

17.0

9.03

24.0

9.03

01.1

0.03

08.1

0.03

15.1

0.03

22.1

0.03

29.1

0.03

05.1

1.03

12.1

1.03

19.1

1.03

26.1

1.03

03.1

2.03

10.1

2.03

17.1

2.03

24.1

2.03

31.1

2.03

Kon

zent

ratio

n [µ

g/m

³]

PM10 städtischer Hintergrund PM10 Lützner Straße minus städtischer Hintergrund Grenzwert

Große Variation der Tagesmittelwerte wegen Variation in Vorbelastung, in Meteorologie und im Verkehr

Wirkung kurzfristiger (von einem Tag auf den anderen) Verkehr reduzierender Maßnahmen ist unsicher



Einfluss Verkehrsfluss (1)

VerkehrssituationTempolimit

[km/h]

Anteil Konstantfahrt [%]

Standanteil [%] PM10-Auf/Ab [mg/km]

PKW inkl. LNF SV AB>120 - 22 200AB_120 120 22 200AB_100 100 22 200AB_80 80 22 200AB_60 60 22 200

AB_StGo - 22 200AO1 100 60 1 22 200AO2 100 53 1 22 200AO3 100 28 1 22 200

IO_HVS>50 60 46 1 22 200Tunnel AB_100 100 10 200Tunnel AB_80 80 10 200Tunnel AB_60 60 10 200

Tunnel IO_HVS>50 60 46 1 10 200HVS1 50 46 1 22 200HVS2 50 52 1 30 300HVS3 50 44 7 40 380LSA1 50 44 7 40 380HVS4 50 37 14 50 450LSA2 50 32 20 60 600LSA3 50 28 26 90 800

IO_Kern 50 23 33 90 800IO_NS_dicht 50 32 5 90 800

Emissionsfaktoren

Düring et al. (2004)

(guter Fahrbahnzustand)

• Starke Abhängigkeit vom Verkehrsfluss



Wichtig

Es sollte nach Umsetzung jedes LRP/AP ein ,,Beweissicherungsverfahren‘‘ durchgeführt

werden, d.h. ein messtechnischer Nachweis mit wissenschaftlichen Mitteln (Messung und Auswertekonzept), ob die durchgeführten

Maßnahmen zur Einhaltung der Grenzwerte führen!



Weiterführende Informationen

www.lohmeyer.de/aktuelles

http://www.stadtentwicklung.berlin.de/umwelt/luftqualitaet/de/werkstatt_feinstaub/

http://www.umweltbundesamt.de



Ende

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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Technology

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