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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
0351/8391411
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Situation PM10 am 28.1.2006
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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.
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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?
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Konzentrationsniveaus
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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
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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)
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Stationen mit mehr als 35 Überschreitungen in 2005
Quelle: UBA, 2006
41 Stationen
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NO2- Immissionssituation (1)
3551472004
3752452005*
4056502003
3849442002
3845512001
Chemnitz-NordLeipzig-MitteDD-NordJahr
NO2-Jahresmittelwerte [µg/m³] an sächsischen innerstädtischen Verkehrsstationen
*=Jan. bis Nov. 2005
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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.
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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!!
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Überwachung der Immissionssituation (2)
• 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.
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Überwachung der Immissionssituation (3)
Netzmodell mit Bebauungsmodul
hot spots
3dim-Strömungs- und Ausbreitungsrechnungen zur Identifizierung der höchst belasteten Stelle in der Straßenschlucht
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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!
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Besonderheit PM10 Emissionen
PM10-Quellanteile / Straßenverkehr
Motoremissionen
Wiederaufwirbelung von Abrieben: Reifen, Fahrbahn, Kupplung, Bremsen
Wiederaufwirbelung von Staubdep. (Atmosphäre, Fahrzeuge, sonstiges)
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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
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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
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Ursachen der PM10-Belastungen (3)–Beispiel Neuenlander Straße in Bremen
Ca. 33% Verkehr
Ca. 56%Ferntransport,Regional,Städtische Zusatzbelastung
Ca. 11%Örtliche Bautätigkeit
DTV ca. 45.000 Kfz/d
LKW-Anteil ca. 12%
LSA1_S2 (geringe Störungen aber stauender Verkehr)
keine dichte Randbebauung
Ca. 50% AuspuffCa. 50 % Auf/Ab
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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
DTV ca. 16.000 Kfz/d
LKW-Anteil ca. 7%
LSA3 (starke Störungen)
dichte zweiseitige Randbebauung
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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
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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.
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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
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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
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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
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Einfluss der Meteorologie (2)
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
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Ingenieurbüro LohmeyerGmbH & Co. KGKarlsruhe und Dresden
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
Einfluss der Meteorologie (3)
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]
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Einfluss der Meteorologie (4)
-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
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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
24.02.05 Praktische Erfahrungen zur Verringerung der verkehrsbed. Luftschadstoffbelastung in Städten 29
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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
24.02.05 Praktische Erfahrungen zur Verringerung der verkehrsbed. Luftschadstoffbelastung in Städten 30
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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!
24.02.05 Praktische Erfahrungen zur Verringerung der verkehrsbed. Luftschadstoffbelastung in Städten 31
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Weiterführende Informationen
www.lohmeyer.de/aktuelles
http://www.stadtentwicklung.berlin.de/umwelt/luftqualitaet/de/werkstatt_feinstaub/
http://www.umweltbundesamt.de
24.02.05 Praktische Erfahrungen zur Verringerung der verkehrsbed. Luftschadstoffbelastung in Städten 32
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Ende
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!