Dipl.-Met. Wolfram Bahmann von der IHK Köln öffentlich bestellter und vereidigter Sachverständiger für Aus-
breitung von Luftbeimengungen
Dipl.-Met. Nicole Schmonsees von der IHK Flensburg öffentlich bestellte und vereidigte Sachverständige für Luftreinhaltung (Ausbreitung von Luftbeimengungen) und Mikroklima
TGP Landschaftarchitekten
Umweltuntersuchung NOK Schleusen Brunsbüttel Prognose der betriebsbedingten Luftschadstoff-Emissionen und -Immissionen durch Schiffsverkehr und der baubedingten Emissionen und -immissionen
Projekt-Nr. N0508/05/08
16. Januar 2009
Titel : Umweltuntersuchung NOK Schleusen Brunsbüttel
Prognose der betriebsbedingten Luftschadstoff-Emissionen und -Immissionen und der
baubedingten Staubemissionen und -immissionen
Auftraggeber : TGP Landschaftarchitekten An der Untertrave 17
D-23552 Lübeck Auftrag vom : 28. Mai 2008 Auftragsnummer : -
Auftragnehmer : Arg umet
Arbeitsgemeinschaft für Umweltmeteorologie und Luftreinhaltung Bahmann & Schmonsees GbR
Büro Nord Dorfstr. 5d 24857 Borgwedel
Bearbeiter : Dipl.-Met. Nicole Schmonsees Projekt-Nr. : N0508/05/08
Stand : 16.01.2009
Seitenumfang : 116
Inhalt
1 Situation und Aufgabenstellung 5
2 Ortslage 6
3 Vorgehensweise 7
3.1 Emissionen in der Bauphase 7
3.2 Emissionen beim Betrieb 7
3.3 Berechnung der bau- und betriebsbedingten Immissionen 8
4 Beurteilungswerte 9
5 Aufpunkte für die Beurteilung 10
6 Vorbelastung 12
7 Emissionen 14
7.1 Schiffsverkehr Ist-Situation 14
7.1.1 Leistung der Schiffsmotoren 16
7.1.2 Emissionsfaktoren 17
7.1.3 Emissionen – Ist-Situation 2005 19
7.1.4 Jahres- und Tagesgänge 21
7.2 Schiffsverkehr Planvariante 2015 22
7.3 Schiffsverkehr Nullvariante 2015 24
7.4 Emissionsvergleich der Szenarien 26
7.5 Baubedingte Emissionen 27
7.5.1 Motoremissionen (Landseitig) 27
7.5.2 Staubemissionen durch Fahrbewegungen 28
7.5.3 Staubemissionen durch Umschlag 29
7.5.4 Bauphasen 30
7.5.5 Emissionen durch Schlepper 33
8 Rechenverfahren 35
8.1 Ausbreitungsmodell AUSTAL2000 35
8.2 Ermittlung des Wärmestromes 35
8.3 Berücksichtigung von Geländeunebenheiten 36
8.4 Berücksichtigung von Gebäudeeinflüssen 36
8.5 Rechengebiet und Aufpunkte 36
8.6 Meteorologische Daten 38
8.7 Berechnung der trockenen und nassen Deposition 40 8.8 Statistische Unsicherheit der berechneten Kenngrößen 42
9 Ergebnisse der Ausbreitungsrechnung 43
9.1 Betriebsbedingte Immissionen 43
9.1.1 Ist-Situation 2005 43
9.1.2 Nullvariante 2015 46
9.1.3 Planvariante 2015 48
9.1.4 Bewertung 52
9.1.7 Prüfung der Einhaltung der Immissions-Stundenwerte 54
9.2 Baubedingte Immissionen 56
9.2.1 Baujahr 2010 56
9.2.2 Baujahr 2011 58
9.2.3 Baujahr 2012 60
9.2.4 Bewertung 62
10 Zusammenfassung 63
11 Literaturverzeichnis 65
Anhang 1 Ergebnisse der Ausbreitungsrechnung Schiffsverkehr – Ist-Situation 2005 Anhang 2 Ergebnisse der Ausbreitungsrechnung
Schiffsverkehr - Nullvariante 2015 Anhang 3 Ergebnisse der Ausbreitungsrechnung
Schiffsverkehr - Planvariante 2015 Anhang 4 AUSTAL2000 – Rechenprotokolle
Anhang 5 Ergebnisse der Ausbreitungsrechnung Baujahr 2010
Anhang 6 Ergebnisse der Ausbreitungsrechnung Baujahr 2011
Anhang 7 Ergebnisse der Ausbreitungsrechnung
Baujahr 2012
1 Situation und Aufgabenstellung
Das Wasser- und Schifffahrtsamt Brunsbüttel plant in Brunsbüttel den Neubau einer 5.
Schleusenkammer und die Instandsetzung der Großen Schleusen des NOK. Im Rahmen der Neubauplanung zur 5. Schleusenkammer ist eine Prognose der bau- und betriebsbe- dingten Emmissionen und Immissionen zu erstellen, die alle emissionsrelevanten Bau- maßnahmen und zukünftigen Betriebsabläufe berücksichtigt.
Die Ausbreitungsrechnungen zur Ermittlung der Immissionen erfolgen entsprechend An- hang 3 der TA Luft [1]. Darüber hinaus wird für die Planvariante auch die trockene und nasse Stickstoff-Deposition prognostiziert.
Die betriebsbedingten Emissionen und Immissionen durch den Schiffsverkehr werden für drei Szenarien berechnet:
Ist-Situation 2005 Schiffsverkehr im Jahr 2005 nach Schleusenbuch Nullvariante 2015 Schiffsverkehr nach Grundinstandsetzung der großen
Schleusen
Planvariante 2015 Schiffsverkehr nach Grundinstandsetzung der großen Schleusen und Inbetriebnahme der 5. Schleusenkammer
Die ermittelten zukünftigen bau- und betriebsbedingten Immissionen werden unter Be-
rücksichtigung der örtlichen Vorbelastung anhand der in der 22. BImSchV [2] genannten
Grenzwerte bewertet.
2 Ortslage
Die Ortslage der Schleusenanlage ist in Bild 1 dargestellt.
Bild 1: Ortslage der NOK-Schleusen Brunsbüttel
DTK5, © LvermA S-H 2008
3 Vorgehensweise
3.1 Emissionen in der Bauphase
In der Bauphase sind Emissionen durch landseitigen Baustellenverkehr und Schiffsver- kehr zu berücksichtigen. Bei der Ermittlung der landseitigen Emissionen durch den Bau- stellenverkehr wird unterschieden zwischen den Emissionen durch den Betrieb von Fahr- zeugmotoren (Dumper, Bagger, Rammgeräte usw.) und den Staubemissionen durch den Fahrbetrieb auf der Baustelle (Aufwirbeln von Staub durch Fahrbetrieb und Umschlag staubender Güter wie Baustoffe und Erdmassen).
Die Emissionen durch den Betrieb von Fahrzeugmotoren werden auf der Basis aktueller Emissionsfaktoren für Off-Road-Fahrzeuge [3] und der anhand der Umschlagmengen er- mittelten Fahrleistungen berechnet. Es werden die für den Baustellenverkehr relevanten Komponenten
- Schwefeldioxid (SO
2)
- Stickstoffoxide (NO
x) angegeben als Stickstoffdioxid (NO
2) - Feinstaub (PM10)
- Benzol
betrachtet. Die Emissionen durch Umschlag staubender Güter werden auf Grundlage der VDI 3790, Blatt 3 [4] ermittelt.
Die baubedingten Emissionen werden entsprechend des geplanten Bauablaufes für vier Baujahre ermittelt.
Die Emissionen des baubedingten Schiffsverkehrs werden auf der Grundlage von leis- tungs- und treibstoffabhängigen Emissionsfaktoren ermittelt. Es werden die auch für den Schiffsverkehr relevanten Schadstoffkomponenten NO
x, SO
2, PM10 und Benzol betrach- tet.
3.2 Emissionen beim Betrieb
Die derzeitigen und zukünftigen Emissionen des Schiffsverkehrs werden auf der Grund- lage von leistungs- und treibstoffabhängigen Emissionsfaktoren und der Anzahl von Schiffen ermittelt. Es werden wiederum die für den Schiffsverkehr relevanten Komponen- ten NO
x, SO
2, PM10, Benzol und BaP betrachtet.
Die Ermittlung der vorhabensbedingten Schiffsemissionen erfolgt auf der Grundlage von
Emissionsfaktoren aus der ENTEC-Studie zu Schiffsemissionen in Europa [5] unter Be-
rücksichtigung von Annahmen hinsichtlich des Schleusenbetriebes wie sie im PC-
Programm LuWas implementiert sind [6].
Die Angaben zu den Schiffsanzahlen stammen aus dem Schleusenbuch des WSA Brunsbüttel (Ist-Situation 2005). Für die Prognosen für das Jahr 2015 werden die Steige- rungsraten entsprechend der Kapazitätsbetrachtungen der Planco Consulting GmbH [7]
angesetzt. Die Schleusenzeiten für die Szenarien werden ebenfalls entsprechend der Si- mulationsrechnungen in [7] angesetzt.
3.3 Berechnung der bau- und betriebsbedingten Immissionen
Alle Ausbreitungsrechnungen werden entsprechend Anhang 3 der TA Luft mit dem Aus- breitungsmodell AUSTAL2000 [8] in der derzeit aktuellen Version durchgeführt. Es wer- den die Konzentrationen der Komponenten SO
2, NO
2, NO
x, PM10 und Benzol und der trockene Staubniederschlag berechnet.
Die Ausbreitungsrechnungen zur Ermittlung der nassen Deposition werden analog zu den
anderen derzeit im Raum Brunsbüttel laufenden immissionsschutzrechtlichen Genehmi-
gungsverfahren mit dem Modellystem LASAT [9] durchgeführt. Die Depositionsparameter
werden dabei gemäß der VDI 3782 Blatt 5 [10] festgelegt.
4 Beurteilungswerte
Die errechneten Immissionen werden anhand der in der 22. BImSchV [2] aufgeführten Immissionsgrenzwerte beurteilt.
Tabelle 1: Beurteilungswerte
Komponente Schutzziel Mittelungs- zeitraum
Grenzwert Quelle
Schwefeldioxid SO2
menschliche
Gesundheit 1 Stunde 350 µg/m³ dürfen nicht öfter als 24mal im Kalenderjahr überschritten werden
22. BImSchV [2]
menschliche
Gesundheit 24 Stunden 125 µg/m³ dürfen nicht öfter als 3 mal im Kalenderjahr überschritten werden menschliche
Gesundheit Kalenderjahr 50 µg/m³
1
Ökosysteme Kalenderjahr 20 µg/m³
1
Ökosysteme Winter 20 µg/m³
Stickstoffdioxid NO2
menschliche
Gesundheit 1 Stunde 200 µg/m³ dürfen nicht öfter als 18mal im Kalenderjahr überschritten werden menschliche
Gesundheit Kalenderjahr 40 µg/m³
Stickstoffoxide1
Vegetation
NOx
Kalenderjahr 30 µg/m³
Feinstaub PM10
menschliche
Gesundheit 24 Stunden 50 µg/m³ dürfen nicht öfter als 35mal im Jahr überschritten werden
Benzol
menschliche
Gesundheit Kalenderjahr 5 µg/m³
Benzo(a)pyrenmenschliche
Gesundheit Kalenderjahr 1 ng/m³
FeinstaubPM2,5
menschliche
Gesundheit Kalenderjahr 25 µg/m³ (ab 1.1.2015) Richtlinie 2008/50/EG [12]
1 Entsprechend der 22. BImSchV Anhang 2 sind Beurteilungspunkte zur Überprüfung der Immissionswerte zum Schutz von Ökosystemen und Vegetation so festzulegen, dass sie mehr als 20 km von Ballungsräumen oder 5 km von anderen bebauten Gebieten, Industrieanlagen oder Straßen entfernt sind. Da innerhalb des Un-
5 Aufpunkte für die Beurteilung
Im vorliegenden Fall wurden vom Staatlichen Umweltamt Itzehoe insgesamt 21 Aufpunkte für die Beurteilung im Raum Brunsbüttel vorgegeben. Bild 2 zeigt die Ortslage dieser Auf- punkte.
Bild 2: Ortslage der Aufpunkte für die Beurteilung
Zusätzlich teilte das Staatliche Umweltamt Itzehoe am 18.09.2008 mit, dass auf dem Ge- lände des Bayer-Industrieparkes durch das Landesamt für Natur und Umwelt zwei nähr- stoffempfindliche Biotope festgestellt wurden, für die Stickstoff-Einträge zu ermitteln sind.
Für die Biotope sind folgende Koordinaten anzusetzen:
Biotop 1: Rechtswert 3 512 067 m Hochwert 5 975 078 m Biotop 2: Rechtswert 3 513 907 m Hochwert 5 974 753 m
Bild 3: Ortslage der Biotope im Bayer-Industriepark
6 Vorbelastung
Die aktuelle Vorbelastung wird im Wesentlichen anhand von Messdaten der LÜSH- Messstation Brunsbüttel ermittelt. Dabei werden die Messwerte aus den Jahren 2001 bis 2007 herangezogen. Weiterhin liegen Daten aus den Jahren 2004 und 2005 von Mes- sungen an der Schleuse Brunsbüttel vor. Für die Benzol-Vorbelastung werden die Mess- werte der LÜSH-Stationen Flensburg und Neumünster herangezogen. Für BaP liegen Messwerte aus den Jahren 2005 und 2006 vor.
Tabelle 2: Vorbelastungen der untersuchten Komponenten
Kenngröße Einheit Station 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 SO2
Jahresmittel-
wert µg/m³ LÜSH BB Schleuse BB
5 -
5 -
5 -
6 16
6 17
5 -
6 - Anz. Stunden
> 350 µg/m³ - LÜSH BB 0 1 0 0 1 4 11
Anzahl Tage
> 125 µg/m³ - LÜSH BB 0 12 0 0 0 0 1
NO2
Jahresmittel-
wert µg/m³ LÜSH BB Schleuse BB
15 -
16 -
18 -
16 23
16 24
15 -
15 - Anz. Stunden
> 200 µg/m³ - LÜSH BB 0 0 0 0 0 0 0
PM10
Jahresmittel-
wert µg/m³ LÜSH BB 25* 21 26 21 22 23 20
Anzahl Tage
> 50 µg/m³ - LÜSH BB 10 15 31 6 8 11 5
Ben- zol
Jahresmittel-
wert µg/m³ LÜSH Neu- münster LÜSH Flens-
burg
2,0 2,0
2,4 1,9
2,5 2,0
1,9 1,7
1,9 1,5
1,7 1,5
-
-
BaP (im PM10)
Jahresmittel-
wert ng/m³ LÜSH Itzehoe Lindenstr
LÜSH Bornhöved
- -
- -
- -
- -
0,35 0,14
- -
- -
* Schwebstaub
PM2,5-Vorbelastungsdaten liegen für den Standort Brunsbüttel nicht vor. Im Sinne einer
pessimistsichen Vorgehensweise wird daher davon ausgegangen, dass die gemessenen
PM10-Konzentrationen zu 100% der PM2,5-Fraktion zuzuordnen sind.
Bild 4 zeigt die Ortslage der LÜSH-Station Brunsbüttel und der temporären Messstation an der Schleuse. Die LÜSH-Station entspricht dabei dem Aufpunkt P_9.
Ein Vergleich der in den Jahren 2004 und 2005 gemessenen Schwefeldioxid- und Stick- stoffdioxid-Jahresmittelwerte an der Schleuse und an der LÜSH-Station Brunsbüttel lässt auf eine Zusatzbelastung durch Schiffsverkehr im Bereich der Schleuse von ca. 10 bis 11 µg/m³ Schwefeldioxid und ca. 7 bis 8 µg/m³ Stickstoffdioxid schließen.
Bild 4: Ortslage der LÜSH-Station Brunsbüttel (rot) und Station Schleuse (grün)
7 Emissionen
7.1 Schiffsverkehr Ist-Situation
Nach Angaben des Wasser- und Schifffahrtsamtes Brunsbüttel fanden in den vergange- nen Jahren die in den Tabellen 3 bis 5 aufgeführten Schiffsbewegungen statt. Es wird dabei differenziert nach Schiffart und Bruttoraumzahl (BRZ)
2.
Tabelle 3: Schiffsverkehr in der Schleuse Brunsbüttel îm Jahr 2001
Tabelle 4: Schiffsverkehr in der Schleuse Brunsbüttel îm Jahr 2003
Tabelle 5: Schiffsverkehr in der Schleuse Brunsbüttel îm Jahr 2005
7.1.1 Leistung der Schiffsmotoren
Die Leistung der Schiffsmotoren hängt im Wesentlichen von der Tonnage der Schiffe ab.
Bei typischen Cargo- und Passagierschiffen liegt das Verhältnis Leistung pro BRZ zwi- schen 0,35 und 1,2 kW/BRZ. Schlepper benötigen eine größere Motorleistung. Hier liegt das Verhältnis bei 2 bis 5 kW/BRZ.
Die Ermittlung der Motorenleistungen der einzelnen Schiffsarten erfolgt auf der Grundlage der Angaben aus [13] (vgl. dort Appendix 5). Diese Angaben basieren auf typischen Schiffsgrößen, wobei je Schiffsart bis zu 40 Schiffe analysiert wurden.
Tabelle 6: Typische Schiffsgrößen und Motorleistungen der Hauptmaschinen nach [13]
Schiffsart Typische Größe Typische Leistung Verhältnis Leistung pro BRZ
[BRZ] [kW] [kW/BRZ]
Schüttgutfrachter 37 282 11 563 0,3
Containerschiffe 23 691 18 195 0,8
Fahrgastschiffe 59 652 58 489 1,0
Tanker 46 466 15 144 0,3
Für die übrigen Schiffsarten wird ein mittleres Verhältnis von 0,8 kW/BRZ angenommen.
Weitere Angaben zu durchschnittlichen Motorleistungen der Hauptmaschinen sind dem Endbericht des Forschungsvorhabens „MARION - Umweltrelevanten Informations- und Analysesystem für den Seeverkehr“ [14] zu entnehmen. Die dort aufgeführten Daten sind Tabelle 7 zu entnehmen.
Tabelle 7: Durchschnittliche Motorleistungen der Hauptmaschinen für verschiedene Schiffsarten nach [14]
Schiffsart Minimale Leistung in der Welthandels-
flotte Stand 1995
Maximale Leistung in der Welthandels-
flotte Stand 1995
Statistischer Mit- telwert der Welt- handelsflotte
Stand 1995
[kW] [kW] [kW]
Schüttgutfrachter 115 30 370 7 739
Containerschiffe 778 62 667 14 689
7.1.2 Emissionsfaktoren
Die Emissionen des Schiffsverkehrs werden auf der Grundlage von leistungs- und treibs- toffabhängigen Emissionsfaktoren ermittelt.
Dabei sind drei Aggregattypen zur Energieversorgung eines Schiffes zu unterscheiden:
Hauptmaschinen: Antriebsmotoren für Propeller, teilweise auch Wellengeneratoren Hilfsdiesel: Elektrische Versorgung, laufen nicht bei Wellengeneratoren Hilfskessel: Wärmeerzeugung
Für diese Schiffsaggregate werden drei verschiedene Treibstoffarten eingesetzt:
Schweröl (RO) - Schwefelgehalt in Nord- und Ostsee 1,5% seit 2006 Marinedieselöl (MDO) - Schwefelgehalt 1%
Marinegasöl (MGO) - Schwefelgehalt 0,5%
In der ENTEC-Studie [5] werden die in Tabelle 8 aufgeführten leistungsbezogenen Emis- sionsfaktoren für die Aggregate und Betriebszustände genannt.
Tabelle 8: Aggregat- und treibstoffspezifische Emissionsfaktoren Betriebszustände „Im Hafen“ und Manövrieren“
Aggregate mit mittleren Drehzahlen (300 – 1000 U/min)
Aggregat Treibs- toff
S- Gehalt
NOx SO
2Partikel HC Quelle
[%] [g/kWh] [g/kWh] [g/kWh] [g/kWh]
Hauptmaschine RO 1,5 11,2 7,0 1,6 1,5 [5]
MDO 1,0 10,6 4,5 0,9 1,5 [5]
MGO 0,5 10,6 2,2 0,9 1,5 [5]
Hilfsdiesel RO 1,5 14,7 6,8 0,5 0,4 [5]
MDO 1,0 13,9 4,3 0,3 0,4 [5]
MGO 0,5 13,9 2,2 0,3 0,4 [5]
Hilfskessel RO 1,5 1,0 3,1 0,15 0,2 [15]
MDO 1,0 1,0 2,0 0,15 0,2 [15]
MGO 0,5 1,0 1,0 0,15 0,2 [15]
Aus der Studie „Umsetzung der Agenda 21 am Beispiel Lübeck Travemünde“ [15] lassen
sich die in Tabelle 9 aufgeführten Anteile der verwendeten Treibstoffe ableiten.
Tabelle 9: Anteile verwendeter Treibstoffarten nach [15]
Aggregat Treibstoff Anteil Treibstoff
[%]
Hauptmaschine RO 80
MDO 20
MGO 0
Hilfsdiesel RO 0
MDO 100
MGO 0
Hilfskessel RO 70
MDO 30
MGO 0
Tabelle 10: Auslastungsgrade der Aggregate nach [5] und [15]
Aggregat Betriebszustand Auslastung
[%]
Hauptmaschine Manövrieren 20
Im Hafen 1
Hilfsdiesel Manövrieren 50
Im Hafen 40
Hilfskessel Manövrieren 10
Im Hafen 10
Für BaP wird helfweise der Emissionsfaktor für LKW von 0,00000205 g/kWh herangezo- gen. Die leistungsbezogenen Emissionsfaktoren für Benzol werden analog zum PC- Programm LuWas [6] als 2% der HC-Emissionsfaktoren angesetzt.
Analog zu [6] werden die Emissionen eines Schiffes wie folgt berechnet:
E
i= ef
ix P x L / v
Rmit E
i= Emission des Schadstoffes i in g/Schiff auf der Strecke der Länge L
Es werden weiterhin folgende Annahmen getroffen:
- Die Fließgeschwindigkeit des Wassers ist vernachlässigbar
- Die mittlere Geschwindigkeit auf den Strecken vor und nach der Schleuse beträgt 10 km/h
- Die mittlere Geschwindigkeit im Bereich der sonstigen Fahrstrecken beträgt 15 km/h (zulässige Höchstgeschwindigkeit im Kanal).
- 400 m vor der Schleuse laufen die Schiffsmotoren im Leerlauf
- Zur Berücksichtigung von Bremsmanövern beim Anlegen wird eine zusätzliche Emission angesetzt, die der Emission bei 10% Nennleistung entspricht
- Die mittlere Geschwindigkeit des Schiffes beim An- und Ablegen in der Schleuse beträgt 3 km/h
- Die durchschnittlichen Schleusenzeiten werden entsprechend der Kapazitätsbe- trachtungen der Planco Consulting GmbH [7] wie folgt angenommen:
Ist-Situation 2005 48 Minuten Nullvariante 2015 52 Minuten Planvariante 2015 44 Minuten
- Die durchschnittliche Wartezeit vor den Schleusen beträgt 30 Minuten
-
Die emittierten Stickoxide bestehen zu 82% aus NO und zu 18% aus NO
23
- Die emittierten Partikel sind zu 100% der Feinstaubfraktion zuzuordnen
7.1.3 Emissionen – Ist-Situation 2005
Für die einzelnen Schiffsarten im Jahr 2005 errechnen sich die in der Tabelle 11 zusam- mengestellten Emissionen.
3
Messungen zur Direktemission an Stickstoffdioxid bei Dieselmotoren wurden im Jahr 2005 von
TNO-Automotive (NL-Delfft) durchgeführt. Dabei wurden bei älteren Dieselfahrzeugen (Euro1 und
früher) NO2-Anteile an der NOx-Emission von 10% bis 25% gemessen, der Mittelwert bei diesen
Fahrzeugen betrug 18%. Bei den neueren Dieselmotoren (Euro 3, Euro 4) waren die Anteile noch
Tabelle 11: Emissionen durch den Schiffsverkehr im Jahr 2005
differenziert nach Schiffsart und Strecke
Damit ergeben sich für das Jahr 2005 die in Tabelle 12 dargestellten Jahressummen der Emissionen auf den betrachteten Streckenabschnitten.
Tabelle 12: Emissionen durch den Schiffsverkehr im Jahr 2005 Streckenlänge 16 km
Schiffsart NOx [t/a]
SO2 [t/a]
PM10 [t/a]
Benzol [kg/a]
BaP [kg/a]
Frachter 179 99 18 434 0,033
RO-RO-Schiffe 166 91 16 402 0,030
Containerschiffe 241 133 24 585 0,044
Fahrgastschiffe 28 16 2,8 68 0,0051
Tanker 117 65 12 283 0,021
Sonstige Schiffe 16 9,0 1,6 40 0,0030
Summe 746 412 73 1 811 0,14
Für die Ausbreitungsrechnung werden alle Fahrstrecken als Volumenquellen mit einer Breite von 100 m modelliert. Die Volumenquellen reichen von der Wasseroberfläche bis 15 m über Grund. Dadurch wird der Einfluss der Schiffskörper auf die Ausbreitung der Schadstoffe, der im Wesentlichen zu einer verstärkten vertikalen Durchmischung in Lee der Schiffe führt, berücksichtigt.
7.1.4 Jahres- und Tagesgänge
In den Kapazitätsbetrachtungen der Planco Consulting GmbH [7] werden die jahres- und tageszeitlichen Verteilungen der Schleusungen im Mittel der Jahre 2000 bis 2005 analy- siert.
Ein relevanter Jahresgang der Anzahl der Schleusungen ist nicht zu erkennen. Im Jah- resdurchschnitt erfolgen pro Monat zwischen 8% und 9% der gesamten Schleusungen, dies entspricht annähernd dem Mittelwert von 100% / 12 Monate = 8,3% pro Monat.
Ein ausgeprägter Tagesgang ist ebenfalls nicht vorhanden, so dass bei der Ausbreitungs-
rechnung von mittleren stündlichen Emmissionen ausgegangen werden kann.
7.2 Schiffsverkehr Planvariante 2015
Für die Planvariante „Neubau 5. Schleusenkammer“ wird entsprechend der Kapazitätsbe- trachtung von Planco Consulting GmbH von einer Steigerung der Schiffsanzahlen im Zeit- raum von 2005 bis 2015 von 12% ausgegangen.
Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Anzahl größerer Schiffe überdurchschnittlich stei- gen wird. Wie groß diese Steigerung ist, wird anhand der Summen-BRZ aus den Jahren 2001 bis 2005 ermittelt (vgl. hierzu die Tabellen 3 bis 5). Ein Vergleich der Steigerung der Schiffsanzahlen mit der Summe der BRZ zeigt, dass im Zeitraum 2001 bis 2005 die Stei- gerung der Schiffsgröße ca. 3,5 mal so hoch ist, wie die Steigerung der Schiffsanzahlen, d.h. für den Planfall 12% x 3,5 = 42%.
Unter diesen Annahmen errechnen sich die in Tabelle 13 dargestellten Emissionen für die
einzelnen Schiffsarten. Damit ergeben sich für das Prognosejahr 2015 die in Tabelle 14
dargestellten Jahressummen der Emissionen auf den betrachteten Streckenabschnitten.
Tabelle 13: Emissionen durch den Schiffsverkehr im Jahr 2015
mit 5. Schleusenkammer differenziert nach Schiffsart und Strecke
Tabelle 14: Emissionen durch den Schiffsverkehr im Jahr 2015 mit 5. Schleusenkammer
Streckenlänge 16 km
Schiffsart NOx [t/a]
SO2 [t/a]
PM10 [t/a]
Benzol [kg/a]
BaP [kg/a]
Frachter 250 138 25 608 0,046
RO-RO-Schiffe 232 128 23 564 0,042
Containerschiffe 338 186 33 820 0,061
Fahrgastschiffe 39 22 3,9 96 0,0072
Tanker 164 90 16 398 0,030
Sonstige Schiffe 23 13 2,3 55 0,0042
Summe 1 046 578 103 2 540 0,19
7.3 Schiffsverkehr Nullvariante 2015
Für die Nullvariante wird entsprechend der Kapazitätsbetrachtung von Planco Consulting GmbH von einer Steigerung der Schiffsanzahlen im Zeitraum von 2005 bis 2015 von 9%
ausgegangen. Dabei ist wiederum zu berücksichtigen, dass die Anzahl größerer Schiffe überdurchschnittlich steigen wird (9% x 3,5 = 32%).
Unter diesen Annahmen errechnen sich die in Tabelle 15 dargestellten Emissionen für die
einzelnen Schiffsarten. Damit ergeben sich für das Prognosejahr 2015 die in Tabelle 16
dargestellten Jahressummen der Emissionen auf den betrachteten Streckenabschnitten.
Tabelle 15: Emissionen durch den Schiffsverkehr im Jahr 2015
ohne 5. Schleusenkammer differenziert nach Schiffsart und Strecke
Tabelle 16: Emissionen durch den Schiffsverkehr im Jahr 2015 ohne 5. Schleusenkammer
Streckenlänge 16 km
Schiffsart NOx [t/a]
SO2 [t/a]
PM10 [t/a]
Benzol [kg/a]
BaP [kg/a]
Frachter 239 132 24 579 0,043
RO-RO-Schiffe 221 122 22 537 0,040
Containerschiffe 322 178 32 781 0,059
Fahrgastschiffe 38 21 3,7 91 0,0068
Tanker 156 86 15 379 0,028
Sonstige Schiffe 22 12 2,1 53 0,0040
Summe 997 551 98 2 421 0,18
7.4 Emissionsvergleich der Szenarien
Im Vergleich zur Ist-Situation 2005 erhöhen sich die Gesamtemissionen in der Nullvarian- te 2015 um 34% und in der Planvariante 2015 um 40% (vgl. Bild 5).
Bild 5: Prozentuale Zunahme der Jahresemissionen
100%
105%
110%
115%
120%
125%
130%
135%
140%
145%
Ist 2005 Null 2015 Plan 2015
Szenario
7.5 Baubedingte Emissionen
In der Bauphase entstehen Emissionen landseitig durch den Betrieb der Dieselmotoren von Baggern, Dumpern, Abbruch- und Rammgeräten usw. und beim Aufwirbeln von Staub durch Fahrbetrieb auf den überwiegend unbefestigten Wegen und durch den Um- schlag von Bodenmassen (Erden) und Bauschutt.
Die Abschätzung der Emissionen erfolgt auf Grundlage der zu bewegenden Erd- und Ab- bruchmassen sowie geschätzter Wegstrecken und Angaben zum Einsatz von Fahrzeu- gen.
Weiterhin sind die Emissionen durch den baubedingten Schiffsverkehr (Schlepper für den Transport der Schuten) zu berücksichtigen.
Die Bauarbeiten beginnen am 01.06.2010 und finden jeweils an 5 Tagen pro Woche (Montag bis Freitag) von 7 Uhr bis 19 Uhr statt.
7.5.1 Motoremissionen (landseitig)
Für die Erdbewegungs- und Abbrucharbeiten werden verschiedene Fahrzeugtypen, wie Dumper, Bagger, Ramm- und Abbruchgeräte und Mobilkräne eingesetzt. Darüber hinaus werden Schuten für den Abtransport von Bodenabtrag zun Spülfekd Dyhrrser Moor ver- wendet.
Die Motoremissionen der einzelnen Fahrzeugtypen werden anhand von Emissionsfakto-
ren für NO
x, HC, Partikel und Treibstoffverbrauch aus dem Handbuch Offroad-Datenbank
[3] bestimmt (vgl. Tabelle 17). Als Benzol-Emissionsfaktor wird 1,7% des HC-
Emissionsfaktors angesetzt. Die SO
2-Emissionen betragen 0,013 g/l Diesel.
Tabelle 17: Emissionsfaktoren pro Fahrzeug
Fahrzeug Baujahr NO
xPartikel HC SO
2Benzol Diesel- ver- brauch [kg/h] [kg/h] [kg/h] [kg/h] [kg/h] [kg/h]
Ramm- und
Abbruchgeräte 2010 0,59 0,048 0,069 0,0017 0,0012 15 2011 0,57 0,046 0,066 0,0017 0,0011 15 2012 0,56 0,043 0,064 0,0017 0,0011 15 2013 0,54 0,040 0,062 0,0017 0,0011 15 Bagger 2010 0,20 0,023 0,038 0,000055 0,0006 5
2011 0,19 0,021 0,037 0,000055 0,0006 5 2012 0,18 0,020 0,036 0,000055 0,0006 5 2013 0,18 0,019 0,035 0,000055 0,0006 5 Dumper 2010 0,10 0,013 0,022 0,000033 0,0004 3 2011 0,10 0,012 0,022 0,000033 0,0004 3 2012 0,09 0,011 0,021 0,000033 0,0004 3 2013 0,09 0,011 0,020 0,000033 0,0003 3
Kran 2010 0,13 0,012 0,019 0,000033 0,0003 3
2011 0,12 0,011 0,018 0,000033 0,0003 3 2012 0,12 0,011 0,018 0,000033 0,0003 3 2013 0,11 0,010 0,017 0,000033 0,0003 3
7.5.2 Staubemissionen durch Fahrbewegungen
Neben den Emissionen aus den Dieselmotoren der Baufahrzeuge ist mit Staubemissio- nen durch den Fahrbetrieb auf der Baustelle selbst zu rechnen. Für die Abschätzung die- ser Staubemissionen wird der aktuelle Entwurf der VDI 3790 Blatt 3 [4] herangezogen.
Unter Ansatz eines mittleren Gewichtes der Fahrzeuge inkl. Ladung von 20 t, eines Fein-
kornanteils des Straßenmaterials von 8,5% (vgl. Tabelle 9 aus [4]) und einer Anzahl von
213 Tagen pro Jahr mit Regenniederschlag von mindestens 0,3 mm, errechnen sich ge-
mäß Gleichung (15) aus [4] für unbefestigte Fahrwege folgende Emissionsfaktoren:
Im Sinne einer pessimistsichen Betrachtungsweise wird davon ausgegangen, das sich die Fahrzeuge (außer Kräne) während der gesamten Betriebszeit mit einer mittleren Ge- schwindigkeit von 5 km/h bewegen, d.h. die zurückgelegte Strecke pro Tag beträgt 60 km.
7.5.3 Staubemissionen durch Umschlag
Die bei den Abbrucharbeiten und bei den Erdarbeiten freigesetzten Emissionen werden ebenfalls anhand der VDI 3790 Blatt 3 [4] ermittelt. Im Einzelnen sind folgende Um- schlagvorgänge zu berücksichtigen:
• Aufnahme von Bauschutt und Erdmassen mit Baggern
• Abwurf von Bauschutt und Erdmassen in Dumper oder Schuten
Bei der Ermittlung der Staubemissionen werden folgende Annahmen getroffen:
Dichte von Bauschutt 1,6 t/m³
Dichte von Erden 1,8 t/m³ Mittlere Abwurfmenge je Abwurf 5t Mittlere Abkippmenge je Abkippvorgang 15t
Staubentwicklung Umschlag Bauschutt Stark staubend Staubentwicklung Umschlag Erden (trocken) nicht wahrnehmbar
Auf der Grundlage dieser Annahmen errechnen sich die in Tabelle 18 aufgeführten Emis- sionsfaktoren.
Tabelle 18: Emissionsfaktoren für den Umschlag von Bauschutt und Erden
Vorgang Material Emissionsfaktor
Gesamtstaub
Aufnahme Bauschutt 82 g/m³
Abwurf 312 g/m³
Aufnahme Erden (trocken) 3 g/m³
Abwurf 12 g/m³
Die Korngrößenverteilungen des beim Umschlag von Bauschutt und Erden werden auf
der Grundlage von [16] entsprechend Tabelle 19 abgeschätzt.
Tabelle 19: Korngrößenverteilung der Staub-Emissionen für den Bausektor
TA Luft Klasse Korngröße in µm Anteil in %
1 < 2,5 µm 5 %
2 2,5 – 10 µm 45 %
3 und 4 > 10 µm 50 %
7.5.4 Bauphasen
Es sind folgende emissionsrelevante Bauphasen zu berücksichtigen:
Phase 1: Abbruch Hochbauten, Rückbau Mole 3 und Bodenabtrag Vorhafen Elbe, Baustellenverkehr
Phase 2: Vorbereiten Rammtrasse Aussenhaupt und Schleusenkammer, Baustellenverkehr
Phase 3: Vorbereiten Rammtrasse Binnenhaupt, Baustellenverkehr
Phase 4: Abbruch alte Ufereinfassung NOK Binnenhaupt, Baugrubenaushub Schleusenkammer, Baustellenverkehr
Phase 5: Baustellenverkehr Phase 6: Baustellenverkehr
Für diese Bauphasen ergeben sich die in Tabelle 20 aufgeführten Emissionen durch Um-
schlagvorgänge und die in Tabelle 21 aufgeführten Emissionen durch Fahrbewegungen.
Tabelle 20: Baubedingte Staubemissionen (Umschlagvorgänge)
Ort Aktion Datum Dauer Bodenart Menge Emission
[Wochen] [m³] [kg/h]
Hochbauten Abbruch 01.06.10 –
28.06.10 4 Bauschutt 1 600 2,63 Mole 3 Abbruch 01.06.10 –
15.11.10
24 Bauschutt 1 700 0,47
Vorhafen
Elbe Bodenab-
trag 01.07.10 – 11.11.10
19 Erden (tro-
cken) 136 380 1,72 Bodenab-
trag 13.12.10 – 31.12.10
2 Erden
(trocken)
28 800 3,46
Aussen-
haupt Vorberei- tung Rammtras-
se
27.07.10 –
03.08.10 1 Erden
(trocken)
1 500 0,36
Bodenab-
trag 02.11.10 – 20.12.10
7 Erden
(trocken)
25 700 0,88 Schleusen-
kammer
Bodenab- trag
10.08.10 – 01.11.10
12 Erden
(trocken)
103 210 2,06
Binnenhaupt Vorberei- tung Rammtras-
se
07.12.10 – 14.12.10
1 Erden
(trocken)
750 0,18
Abbruch Ufereinfas-
sung NOK
14.12.10 – 14.02.11
9 Bauschutt 600 0,44
Bodenab-
trag 15.09.11 – 26.09.11
1 Erden
(trocken)
8 125 1,95
Spülfeld Erschlie-
ßung 01.06.10 – 21.06.10
3 Erden
(trocken)
30 000 2,1
Bodenein- bau (Tro- ckenbag- gerung)
01.07.10 – 24.11.11
73 Erden
(trocken)
300 000 27
Tabelle 21: Emissionen durch Baustellenverkehr Baujahre 2010 und 2011 (Motoremissionen und Aufwirbeln)
Zahlen in Klammern beziehen sich auf das Bodenlager Dyhrrsen Moor
Jahr Monat Anzahl Fahrzeuge NOx SO2 Benzol Parti-
kel Bagger Dumper Ab-
bruch- und Ramm-
gerät
Kran
[kg/h]
2010 06 10
(15)
10 (15)
3 0 4,8
(6,3)
0,0060 (0,0064)
0,014 (0,019)
165 (236)
07 1
(1)
0 5 1 3,3
(0,20)
0,0086 (0,000055)
0,0069 (0,00060)
43 (72)
08 6
(4)
6 3 1 3,7
(0,80)
0,0057 (0,00022)
0,0099 (0,0024)
107 (29)
09 4
(4)
5 7 1 5,6
(0,80)
0,012 (0,00022)
0,013 (00024)
115 (29)
10 5
(4)
5 7 3 6,00,8
(0,80)
0,012 (0,00022)
0,014 (0,0024)
122 (29)
11 7
(6)
2 7 4 6,3
(1,2)
0,013 (0,00033)
0,015 (0,0036)
115 (43)
12 5
(6)
2 10 4 7,6
(1,2)
0,018 (0,00033)
0,017 (0,0036)
122 (43)
2011 01 3
(6)
0 3 5 2,9
(1,1)
0,0054 (0,00033)
0,0066 (0,0036)
43 (43)
02 4
(2)
1 1 1 1,6
(0,38)
0,0020 (0,00011)
0,0042 (0,0012)
43 (14)
03 4
(2)
1 1 1 1,6
(0,8)
0,0020 (0,00011)
0,0042 (0,0012)
43 (14)
04 3
(2)
1 1 0 1,2
(0,38)
0,0019 (0,00011)
0,0033 (0,0012)
36 (14)
05 1
(2)
0 2 0 1,3
(0,38)
0,0035 (0,00011)
0,0028 (0,0012)
22 (14)
06 2
(2)
0 1 0 0,95
(0,38)
0,0018 (0,00011)
0,0023 (0,0012)
22 (14)
07 5
(2)
0 1 0 1,5
(0,38)
0,0020 (0,00011)
0,0041 (0,0012)
43 (14)
08 5 0 3 1 2,8 0,0054 0,0066 57
09 3 0 2 0 1,7 0,0036 0,0040 36
10 2 0 2 0 1,5 0,0035 0,0034 29
11 2 0 2 0 1,5 0,0035 0,0034 29
12 0 0 0 2 0,24 0,000066 0,00060 0,022
Tabelle 22: Emissionen durch Baustellenverkehr Baujahre 2012 (Motoremissionen und Aufwirbeln)
Jahr Monat Anzahl Fahrzeuge NOx SO2 Benzol Parti-
kel Bagger Dumper Ab-
bruch- und Ramm-
gerät
Kran
[kg/h]
2012 01 0 0 0 1 0,12 0,000033 0,00030 0,011
02 0 0 0 1 0,12 0,000033 0,00030 0,011
03 0 0 1 0 0,56 0,0017 0,00110 7,2
04 0 0 0 2 0,24 0,000066 0,00060 0,022
05 0 0 0 2 0,24 0,000066 0,00060 0,022
06 0 0 0 1 0,12 0,000033 0,00030 0,011
07 0 0 0 0 0 0 0 0
08 0 0 0 1 0,12 0,000033 0,00030 0,011
09 0 0 0 0 0 0 0 0
10 3 3 0 0 0,81 0,00026 0,00030 43
11 0 0 0 0 0 0 0 0
12 0 0 0 0 0 0 0 0
7.5.5 Emissionen durch Schlepper
Die Bodenmassen werden mit Schuten mit einem mittleren Ladevolumen von 500 m³ von der Schleuse bis zum Spülfeld transportiert. Die Schuten besitzen keinen eigenen An- trieb, sondern werden mit Hilfe von Schleppern bewegt.
Die im Spülfeld einzubauende Gesamtkubatur beträgt nach Angaben das Planers ca.
1 700 000 m³, d.h es sind insgesamt 3 400 Schutentransporte bzw. 6 400 Schlepperfahr- ten erforderlich. Die Arbeiten erfolgen im Wesentlich im Zeitraum August 2010 bis Okto- ber 2011, d.h. pro Arbeitsstunde sind zwei Schlepperfahrten zu erwarten.
Für die Ermittlung der Emissionen der Schlepper werden folgende Annahmen getroffen:
Leistung 2 000 kW
S-Gehalt 1,5
Fahrstrecke 11 km
Emissionsfaktor NOx 11,2 g/kWh
Emissionsfaktor SO2 7,0 g/kWh
Emissionsfaktor Partikel 1,6 g/kWh
Emissionsfaktor Benzol 0,03 g/kWh
Damit ergeben sich pro Schlepperfahrt Emissionen von:
NOx 2,24 kg
SO2 1,4 kg
Partikel 0,32 kg
Benzol 0,006 kg
8 Rechenverfahren
8.1 Ausbreitungsmodell AUSTAL2000
Die Ausbreitungsrechnungen erfolgen mit dem Ausbreitungsmodell AUSTAL2000 in der derzeit aktuellen Version 2.3.6 [8]. Das dem Programm zu Grunde liegende Partikelmo- dell ist in der VDI 3945 Blatt 3 [17] beschrieben.
8.2 Ermittlung des Wärmestromes
Für die Ermittlung des Wärmestromes entsprechend TA Luft Anhang 3 Nr. 6 [1] wird der Volumenstrom im Normzustand feucht, die Abgastemperatur und der Durchmesser der Kamine benötigt.
Die Abschätzung der Volumenströme erfolgt auf der Grundlage eines spezifischen Ab- gasvolumenstromes i. N. f. für Heizöl S von 13 m³/kg bei 3% O
2und einem durchschnitt- lichen Ölverbrauch der Schiffe von 0,2 kg/kWh (vgl. ENTEC-Studie). Der mittlere Kamin- durchmesser und die Abgastemperatur werden analog zu [15] wie folgt angesezt:
Durchmesser 0,7 m Abgastemperatur 300 °C
Damit errechnen sich für die Szenarien folgende leistungsabhängige Volumenströme und Wärmeströme:
Ist-Situation 2005
Schleusenzeiten und An- und Abfahrten bei geringen Leistungen Volumenstrom i.N.f. = 240 m³/h
Wärmestrom = 0,026 MW
An- und Abfahrt bei max. Geschwindigkeit von 15 km/h Volumenstrom i.N.f. = 2 900 m³/h Wärmestrom = 0,318 MW Planvariante 2015
Schleusenzeiten und An- und Abfahrten bei geringen Leistungen Volumenstrom i.N.f. = 330 m³/h
Wärmestrom = 0,036 MW
An- und Abfahrt bei max. Geschwindigkeit von 15 km/h Volumenstrom i.N.f. = 4 200 m³/h Wärmestrom = 0,460 MW Nullvariante 2015
Schleusenzeiten und An- und Abfahrten bei geringen Leistungen Volumenstrom i.N.f. = 300 m³/h
Wärmestrom = 0,033 MW
An- und Abfahrt bei max. Geschwindigkeit von 15 km/h
Volumenstrom i.N.f. = 3 900 m³/h
8.3 Berücksichtigung von Geländeunebenheiten
Nach TA Luft Anhang 3 Nr. 11 sind Geländeunebenheiten i.d.R. nur zu berücksichtigen, wenn innerhalb des Rechengebietes Höhendifferenzen zum Emissionsort (Fußpunkt der Quelle) von mehr als dem 0,7fachen der Quellhöhe und
8.4 Berücksichtigung von Gebäudeeinflüssen
Steigungen von mehr als 1:20 auftreten. Diese Kriterien sind im vorliegenden Fall nicht erfüllt. Damit besteht nach TA Luft keine Notwendigkeit zur Berücksichtigung von Geländeunebenheiten.
Eine Berücksichtigung von Gebäuden ist im vorliegenden Fall nicht erforderlich.
Der Einfluss der Schiffskörper auf die Ausbreitung der Schadstoffe, der im Wesentlichen zu einer verstärkten vertikalen Durchmischung in Lee der Schiffe führt, wird durch den Ansatz von Volumenquellen berücksichtigt, die von der Wasseroberfläche bis zur Quell- höhe reichen.
8.5 Rechengebiet und Aufpunkte
Im vorliegenden Fall wird das Rechengebiet so groß gewählt, dass die vom STUA Itzehoe vorgegebenen Aufpunkte alle innerhalb des Rechengebietes liegen.
Die Maschenweite muss so gewählt werden, dass Ort und Betrag der Immissionsmaxima mit hinreichender Sicherheit bestimmt werden können. Dies ist der Fall, wenn die horizon- tale Maschenweite die Quellhöhe nicht überschreitet. In Quellentfernungen größer als das 10fache der Quellhöhe kann die horizontale Maschenweite größer gewählt werden.
Im vorliegenden Fall werden fünf ineinander geschachtelte Rechennetze mit Maschenwei- ten von 16 m, 32 m, 64 m, 128 m und 256 m gewählt (vgl. Bild 6).
Die vertikale Maschenweite entspricht den AUSTAL2000 – Standardhöhen (siehe Re-
chenprotokoll im Anhang.)
Bild 6: Rechengebiet und Rechennetze
8.6 Meteorologische Daten
Die Kenngrößen der Zusatzbelastung durch den Schiffsverkehr werden auf der Basis ei- ner repräsentativen Jahreszeitreihe von Windrichtung, Windgeschwindigkeit und Ausbrei- tungsklasse berechnet. Mit dem Begriff „repräsentative“ Jahreszeitreihe wird dabei eine Jahreszeitreihe bezeichnet, die im Hinblick auf die für die Ausbreitung von Schadstoffen relevanten meteorologischen Parameter die mittleren Ausbreitungsverhältnisse repräsen- tiert.
Es werden hier die meteorologischen Daten der DWD-Station Brunsbüttel verwendet, die sich unmittelbar östlich der Schleuse befindet. Als repräsentatives Jahr wurde vom DWD das Jahr 2001 ausgewählt.
Die Bilder 7 und 8 zeigen statistische Auswertungen der in diesem Jahr gemessenen me-
teorologischen Daten.
Zusätzlich zu der Zeitreihe von Windrichtung, Windgeschwindigkeit und Ausbreitungs- klasse werden für die Berechnung der nassen Stickstoff-Deposition auch noch die stünd- lichen Niederschlagsintensitäten benötigt. Da für die Station Brunsbüttel lediglich Tages- mittelwerte der Niederschlagsintensität vorliegen, wird die Niederschlagszeitreihe der DWD-Station Cuxhaven verwendet. Bild 9 zeigt diese Zeitreihe der Niederschlagsintensi- Bild 8: Windrichtungs- und Windgeschwindigkeitsverteilungen
Brunsbüttel 2001
Bild 9: Niederschlagszeitreihe (Stundenmittelwerte) Cuxhaven 2001
8.7 Berechnung der trockenen und nassen Deposition
Deposition bedeutet Austrag von Stoffen (Gase oder Aerosole
4• Sedimentation von Aerosolen durch die Schwerkraft
) aus der Atmosphäre.
Die Deposition wird durch folgende physikalische Prozesse beschrieben:
• Ablagerung von Gasen und Aerosolen bei Kontakt mit dem Erdboden (trockene Deposition)
• Abscheidung von Gasen oder Aerosolen mit Niederschlag durch Ausregnen (alle in Wolken ablaufenden Prozesse bis zum Ausfallen aus der Wolke) und durch Auswaschen (Aufnahme im fallenden Niederschlag unterhalb von Wolken). Diese Prozesse werden als nasse Deposition zusammengefasst.
• Die trockene Deposition wird bei der Ausbreitungsrechnung durch den stoffspezi- fischen Parameter Depositionsgeschwindigkeit
5v
dbeschrieben, die nasse Deposi- tion durch die stoffspezifische Auswaschrate ( ).
01/01 21/01 10/02 02/03 22/03 11/04 01/05 21/05 10/06 30/06 20/07 09/08 29/08 18/09 08/10 28/10 17/11 07/12 27/12 Datum
0 4 8 12
Niederschlagsintensität in mm/h
Für die Berücksichtigung der Sedimentation von Partikeln werden die in Anhang 3 der TA Luft angegebenen Sedimentationsgeschwindigkeiten (v
s) und Depositionsgeschwindigkei- ten (v
d) angesetzt.
Für die Berücksichtigung der trockenen Deposition der gasförmigen Komponenten NO
2und NO werden die in der VDI 3782 Blatt 5 [10] genannten Depositionsgeschwindigkeiten angesetzt.
Tabelle 23 zeigt eine Zusammenstellung der Paramter für die trockene Deposition.
Tabelle 23: Depositionsparameter (trockene Deposition)
Komponente Sedimentationsgeschwindigkeit in m/s
Depositionsgeschwindigkeit in m/s
NO
20,0 0,003 (Empfehlung aus [11])
NO 0,0 0,0005
Die nasse Deposition wird auf der Grundlage der in der VDI 3782 Blatt 5 [10] genannten Auswaschraten wie folgt bestimmt:
NO2
= 1 x 10
-7(I/I
0)
0mit I = Niederschlagsintensität in mm/h I
0= 1 mm/h
0
= 1 /s
NO
= 0
5Proportionalitätsfaktor mit der Dimension einer Geschwindigkeit zwischen der Massenstromdichte und der
8.8 Statistische Unsicherheit der berechneten Kenngrößen
Das Ausbreitungsmodell AUSTAL2000 berechnet den Konzentrationswert in einer Gitter- zelle dadurch, dass ausgezählt wird, wie viele Simulationspartikel sich jeweils in dieser Zelle aufhalten. Der berechnete Wert besitzt einen Stichprobenfehler (statistische Unsi- cherheit), da sich zufällig mal mehr und mal weniger Simulationspartikel in der Zelle be- finden. Dabei ist die statistische Unsicherheit um so größer, je weniger Simulationsparti- kel in der Rechnung existieren, je kleiner das Zellenvolumen ist und je kürzer der Mitte- lungszeitraum ist.
Die Freisetzungsrate von Simulationspartikeln wird über den AUSTAL2000- Modellparameter Qualitätsstufe (Wertebereich - 4 bis + 4, Standardwert 0) gesteuert. Ei- ne Erhöhung der Qualitätsstufe um 1 bewirkt jeweils eine Verdoppelung der Simulations- partikelanzahl und damit eine Verringerung der statistischen Unsicherheit (Streuung) um den Faktor 1/(2
1/2). Dabei verdoppelt sich jeweils die Rechenzeit. Standardmäßig wird bei Verwendung einer meteorologischen Zeitreihe mit mindestens 63 000 000 Simulations- partikeln gerechnet.
Die Qualitätsstufe muß groß genug gewählt werden, um die zu berechnenden Kenngrö- ßen mit hinreichender Genauigkeit, d.h. mit hinreichend kleiner statistischer Unsicherheit bestimmen zu können. Die berechneten Kurzzeitwerte weisen dabei immer eine deutlich größere statistische Unsicherheit auf als die Jahresmittelwerte.
Die im Rahmen dieser Immissionsprognose durchgeführten Ausbreitungsrechnungen für
betriebsbedingte Schiffemissionen werden mit der höchsten Qualitätsstufe +4 durchge-
führt. An den Aufpunkten für die Beurteilung beträgt die statistische Unsicherheit der Im-
missionen (Jahresmittelwerte) bei dieser Qualitätsstufe 1%.
9 Ergebnisse der Ausbreitungsrechnung
9.1 Betriebsbedingte Immissionen 9.1.1 Ist-Situation 2005
Im Anhang 1 sind die berechneten Zusatzbelastungen durch den Schiffsverkehr im Jahr 2005 flächenhaft für das gesamte Rechengebiet dargestellt.
Die berechneten Werte an den Aufpunkten für die Beurteilung sind in Tabelle 24 darges- tellt.
Tabelle 24: Errechnete Zusatzbelastungen an den Aufpunkten (Ist-Situation 2005 - Jahresmittelwerte)
Komponente Jahresmittelwerte in µg/m³
Aufpunkt NO2 SO2 PM10 Benzol BaP
µg/m³ µg/m³ µg/m³ µg/m³ ng/m³
P_1 BB Süd 1,5 3,1 0,4 0,014 0,0010
P_2 BB Schillerstraße
4,4 11,7 1,8 0,052 0,0038P_3 Büttel 0,5 0,7 0,1 0,003 0,0002
P_4 Brunsbüttel 1,3 2,7 0,3 0,012 0,0009
P_5 St. Margarethen 0,5 0,6 0,1 0,003 0,0002
P_6 Landscheide 0,4 0,7 0,1 0,003 0,0002
P_7 Brunsbüttel 1,5 3,4 0,4 0,015 0,0011
P_8 St. Margarethen Vorland 0,5 0,7 0,1 0,003 0,0002
P_9 Messstation LÜSH 0,5 0,8 0,1 0,004 0,0003
P_10 Werksgelände 1 0,8 1,4 0,2 0,006 0,0004
P_11 Werksgelände 2 0,7 1,1 0,1 0,005 0,0004
P_11a 0,8 1,2 0,1 0,005 0,0006
P_12 Leher Weg 0,7 1,3 0,2 0,006 0,0004
P_13 Moorweg 0,9 1,8 0,3 0,008 0,0006
P_14 Werksgelände 3 1,0 1,7 0,2 0,007 0,0006
P_15 Klev- u.Donn St. Michel 0,3 0,3 < 0,1 0,001 0,0001
P_16 Vaaler Moor /Herrenmoor 0,5 1,0 0,1 0,004 0,0003
P_17 Elbästuar Freiburg / Nds. 0,3 0,3 < 0,1 0,001 0,0001
P_18 Nortorf 0,3 0,4 < 0,1 0,002 0,0001
P_19 Ecklakerhörn 0,4 0,7 0,1 0,003 0,0002
P_20 Burg 0,5 0,8 0,1 0,003 0,0003
Im Bereich der in den Jahren 2004 und 2005 durchgeführten Sondermessung für Schwe- feldioxid und Stickstoffdioxid errechnen sich NO
2-Jahresmittelwerte von 6 µg/m² und SO
2- Jahresmittelwerte von 16 µg/m². Die Übereinstimmung der berechneten Konzentrationen mit den gemessenen Konzentrationen ist somit recht gut (vgl. Tabelle 25), der errechnete SO
2-Jahresmittelwert ist tendenziell etwas größer als die Messwerte von 2004 und 2005, der NO
2-Jahresmittelwert etwas geringer.
Tabelle 25: Vergleich Rechnung - Messung
Komponente Jahresmittelwert
SO
2Jahresmittelwert NO
2µg/m³ Messung Schleuse 2005
(Hintergrund inkl. Schiffsverkehr)
17 24
Messung LÜSH-Station 2005 P_9 (Hintergrund inkl. Schiffsverkehr)
6 16
Rechnung Schleuse 2005 (nur Schiffsverkehr)
16 6
Rechnung LÜSH-Station P_9 (nur Schiffsverkehr)
1 1
Hintergrund LÜSH-Station ohne Schiffsverkehr 6 – 1 = 5 16 – 1 = 15 Messung Schleuse – Hintergrund LÜSH 17 – 5 = 12 24 – 16 = 8
Die höchsten Schadstoffbelastungen durch Schiffsverkehr errechnen sich am Aufpunkt P_2 in Schleusennähe.
Tabelle 26 zeigt die berechneten Kurzzeitkenngrößen an den Aufpunkten.
Tabelle 26: Errechnete Zusatzbelastungen an den Aufpunkten (Ist-Situation 2005 - Kurzzeitkenngrößen)
Komponente
Aufpunkt NO2 SO2 SO2 PM10
Kenngröße S18 S24 T03 T35
µg/m³ µg/m³ µg/m³ µg/m³
P_1 BB Süd
4260 14 0,9
P_2 BB Schillerstraße 38
72 35 4,2P_3 Büttel 21 19 5 0,2
P_4 Brunsbüttel 31 52 17 1,0
P_5 St. Margarethen 18 16 4 0,1
P_6 Landscheide 11 9 3 0,2
P_7 Brunsbüttel
4259 14 0,9
P_8 St. Margarethen Vorland 23 20 5 0,2
P_9 Messstation LÜSH 18 14 4 0,2
P_10 Werksgelände 1 30 28 7 0,3
P_11 Werksgelände 2 30 31 6 0,3
P_11a 32 31 8 0,3
P_12 Leher Weg 27 29 8 0,3
P_13 Moorweg 18 22 7 0,5
P_14 Werksgelände 3 33 39 8 0,4
P_15 Klev- u.Donn St. Michel 11 9 3 0,1
P_16 Vaaler Moor /Herrenmoor 12 9 4 0,3
P_17 Elbästuar Freiburg / Nds. 16 11 3 0,1
P_18 Nortorf 8 7 3 0,1
P_19 Ecklakerhörn 8 8 3 0,2
P_20 Burg 11 11 3 0,2
S18 = max. Stundenmittelwert mit 18 Überschreitungen
S24 = max. Stundenmittelwert mit 24 Überschreitungen
T03 = max. Tagesmittelwert mit 3 Überschreitungen
T35 = max. Tagesmittelwert mit 35 Überschreitungen
9.1.2 Nullvariante 2015
Im Anhang 2 sind die prognostizierten Zusatzbelastungen durch den Schiffsverkehr im Jahr 2015 nach der Grundinstandsetzung der großen Schleusenkammer flächenhaft für das gesamte Rechengebiet dargestellt.
Die berechneten Jahresmittelwerte an den Aufpunkten für die Beurteilung sind in Tabelle 27 dargestellt. Tabelle 28 zeigt die berechneten Kurzzeitkenngrößen an den Aufpunkten.
Tabelle 27: Errechnete Zusatzbelastungen an den Aufpunkten (Nullvariante 2015 - Jahresmittelwerte)
Komponente Jahresmittelwerte in µg/m³
Aufpunkt NO2 SO2 PM10 Benzol BaP
µg/m³ µg/m³ µg/m³ µg/m³ ng/m³
P_1 BB Süd 2,0 4,0 0,5 0,019 0,0013
P_2 BB Schillerstraße
5,7 15,5 2,4 0,073 0,0051P_3 Büttel 0,6 0,9 0,1 0,009 0,0003
P_4 Brunsbüttel 1,6 3,4 0,4 0,016 0,0011
P_5 St. Margarethen 0,6 0,7 0,1 0,003 0,0002
P_6 Landscheide 0,5 0,8 0,1 0,004 0,0003
P_7 Brunsbüttel 1,9 4,4 0,6 0,020 0,0014
P_8 St. Margarethen Vorland 0,6 0,8 0,1 0,004 0,0003
P_9 Messstation LÜSH 0,6 1,0 0,1 0,004 0,0003
P_10 Werksgelände 1 1,0 1,7 0,2 0,008 0,0006
P_11 Werksgelände 2 0,9 1,4 0,1 0,006 0,0005
P_11a 0,9 1,4 0,2 0,007 0,0005
P_12 Leher Weg 0,9 1,7 0,2 0,008 0,0005
P_13 Moorweg 1,0 2,2 0,3 0,010 0,0007
P_14 Werksgelände 3 1,2 2,1 0,2 0,010 0,0007
P_15 Klev- u.Donn St. Michel 0,3 0,4 < 0,1 0,002 0,0001
P_16 Vaaler Moor /Herrenmoor 0,6 1,2 0,2 0,005 0,0004
P_17 Elbästuar Freiburg / Nds. 0,4 0,4 < 0,1 0,002 0,0001
P_18 Nortorf 0,4 0,5 < 0,1 0,002 0,0002
P_19 Ecklakerhörn 0,5 0,9 0,1 0,004 0,0003
Tabelle 28: Errechnete Zusatzbelastungen an den Aufpunkten (Nullvariante 2015 - Kurzzeitkenngrößen)
Komponente
Aufpunkt NO2 SO2 SO2 PM10
Kenngröße S18 S24 T03 T35
µg/m³ µg/m³ µg/m³ µg/m³
P_1 BB Süd 52 83 19 1,2
P_2 BB Schillerstraße
53 90 49 5,6P_3 Büttel 27 22 6 0,2
P_4 Brunsbüttel 37 67 20 1,3
P_5 St. Margarethen 24 20 4 0,2
P_6 Landscheide 16 11 3 0,2
P_7 Brunsbüttel
5387 19 1,3
P_8 St. Margarethen Vorland 24 24 5 0,2
P_9 Messstation LÜSH 23 19 5 0,2
P_10 Werksgelände 1 38 33 10 0,4
P_11 Werksgelände 2 36 41 8 0,3
P_11a 37 37 10 0,3
P_12 Leher Weg 32 35 9 0,4
P_13 Moorweg 22 25 8 0,7
P_14 Werksgelände 3 38 49 11 0,5
P_15 Klev- u.Donn St. Michel 15 13 3 0,1
P_16 Vaaler Moor /Herrenmoor 13 12 5 0,4
P_17 Elbästuar Freiburg / Nds. 21 13 3 0,1
P_18 Nortorf 9 8 3 0,1
P_19 Ecklakerhörn 11 9 3 0,2
P_20 Burg 13 13 3 0,3
S18 = max. Stundenmittelwert mit 18 Überschreitungen
S24 = max. Stundenmittelwert mit 24 Überschreitungen
T03 = max. Tagesmittelwert mit 3 Überschreitungen
T35 = max. Tagesmittelwert mit 35 Überschreitungen
9.1.3 Planvariante 2015
Im Anhang 3 sind die prognostizierten Zusatzbelastungen durch den Schiffsverkehr im Jahr 2015 nach Grundinstandsetzung der großen Schleusen und dem Neubau der 5.
Schleusenkammer flächenhaft für das gesamte Rechengebiet dargestellt.
Die berechneten Werte an den Aufpunkten für die Beurteilung sind in Tabelle 29 darges- tellt. Tabelle 30 zeigt die berechneten Kurzzeitkenngrößen an den Aufpunkten.
Tabelle 29: Errechnete Zusatzbelastungen an den Aufpunkten (Planvariante 2015 - Jahresmittelwerte)
Komponente Jahresmittelwerte in µg/m³
Aufpunkt NO2 SO2 PM10 Benzol BaP
µg/m³ µg/m³ µg/m³ µg/m³ ng/m³
P_1 BB Süd 1,9 3,8 0,5 0,017 0,0013
P_2 BB Schillerstraße
5,0 12,3 1,9 0,054 0,0040P_3 Büttel 0,7 0,9 0,1 0,004 0,0003
P_4 Brunsbüttel 1,5 3,1 0,4 0,014 0,0010
P_5 St. Margarethen 0,5 0,7 0,1 0,003 0,0002
P_6 Landscheide 0,5 0,8 0,1 0,004 0,0003
P_7 Brunsbüttel 1,9 4,2 0,6 0,018 0,0014
P_8 St. Margarethen Vorland 0,7 0,9 0,1 0,004 0,0003
P_9 Messstation LÜSH 0,6 1,0 0,1 0,004 0,0003
P_10 Werksgelände 1 0,9 1,7 0,2 0,007 0,0005
P_11 Werksgelände 2 0,9 1,4 0,1 0,006 0,0004
P_11a 0,9 1,4 0,2 0,006 0,0005
P_12 Leher Weg 0,9 1,7 0,2 0,007 0,0006
P_13 Moorweg 1,1 2,3 0,3 0,010 0,0007
P_14 Werksgelände 3 1,2 2,1 0,2 0,009 0,0007
P_15 Klev- u.Donn St. Michel 0,3 0,4 < 0,1 0,002 0,0001
P_16 Vaaler Moor /Herrenmoor 0,6 1,3 0,2 0,006 0,0004
P_17 Elbästuar Freiburg / Nds. 0,4 0,4 < 0,1 0,002 0,0001
P_18 Nortorf 0,4 0,5 < 0,1 0,002 0,0002
P_19 Ecklakerhörn 0,5 0,9 0,1 0,004 0,0003
Tabelle 30: Errechnete Zusatzbelastungen an den Aufpunkten (Planvariante 2015 - Kurzzeitkenngrößen)
Komponente
Aufpunkt NO2 SO2 SO2 PM10
Kenngröße S18 S24 T03 T35
µg/m³ µg/m³ µg/m³ µg/m³
