Umweltmeteorologie. Gutachten

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1 Umweltmeteorologie Gutachten Prüfung der Übertragbarkeit von Daten der meteorologischen Ausbreitungsbedingungen von einem vorgegebenen Messort auf den Anlagenstandort Gailenkirchen (Schwäbisch Hall) im Auftrag von GICON Großmann Ingenieur Consult GmbH Tiergartenstr Dresden Proj. U Rev ArguSoft GmbH & Co. KG Tacitusweg 12 D Brühl Tel Fax

2 Titel : Gutachten Prüfung der Übertragbarkeit von Daten der meteorologischen Ausbreitungsbedingungen von einem vorgegebenen Messort auf einen anderen Standort Prüfstandort : Gailenkirchen (Schwäbisch Hall) Auftraggeber : GICON Großmann Ingenieur Consult GmbH Tiergartenstr Dresden Auftrag vom : Bestelldaten : per Mail Herr Rebbe; Prj. Nr. P Auftragnehmer : ArguSoft GmbH & Co. KG Tacitusweg Brühl Bearbeiter : Dipl.-Met. André Förster Qualitätsprüfung : Dipl.-Met. Wolfram Bahmann Projekt-Nr. : U Rev00 Stand : Umfang : 44 Seiten insgesamt inklusive Deckblatt und Anhang Archiv-Code: : Projektnummer: U Rev00 / Prüfstandort: Gailenkirchen (Schwäbisch Hall) Auftraggeber: GICON Großmann Ingenieur Consult GmbH Bearbeiter: AF/WB TALDAP - TA Luft Daten-Prüfung Proj. U Rev00 Seite 2 / 44

3 Inhaltsverzeichnis Zusammenfassung Standortparameter Verwendete Unterlagen Beurteilungskriterien Einflüsse auf die Luftströmung Allgemeine Erläuterungen Klimatische Situation im Untersuchungsgebiet Topo- und orografische Situation im Untersuchungsgebiet Erwartete Lage der Häufigkeitsmaxima und -minima Prüfung der Übertragbarkeit Windrichtungsverteilung Windgeschwindigkeitsverhältnisse und Rauigkeit Fazit der Prüfung Hinweise...31 Anhang...32 Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Naturräumliche Einordnung des Standortes...11 Abbildung 2: Orografische Situation im Umfeld des Standortes...12 Abbildung 3: Abgrenzung der Landschaftsbereiche gemäß BfN...15 Abbildung 4: lokale topo- und orografische Situation...18 Abbildung 5: Höhenlinien und Steigungen...18 Abbildung 6: Rauigkeitsverhältnisse in der Umgebung des Standorts...19 Abbildung 7: Steigungsverhältnisse in der Umgebung des Standorts...19 Abbildung 8: Windgeschwindigkeitsverhältnisse gemäß SWM...20 Abbildung 9: synthetische Windrosen im Umfeld des Standorts (LUBW)...21 Abbildung 10: Lage des Ersatzanemometerstandorts...23 Abbildung 11: Standort und Stationsauswahl...26 Proj. U Rev00 Seite 3 / 44

4 Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Sollwerte der Windrichtungsverteilung am Ersatzanemometerstandort...24 Tabelle 2: Standortparameter der Vergleichsstationen...25 Tabelle 3: Prüfung der Übertragbarkeit von Windrichtungsverteilungen...27 Tabelle 4: Prüfung der Übertragbarkeit von Windgeschwindigkeits- und Rauigkeitsverhältnissen...28 Bildquellenverzeichnis Topografische Karten in den Maßstäben 1:25.000; 1:50.000; 1: ; 1: ; 1: ; 1: des Bundesamtes für Kartographie und Geodäsie (WMS Dienste). Copyright: Geobasis-DE / BKG 2012 Kartendarstellungen Selbst erstellt unter Verwendung von Quantum GIS in Verbindung mit den topografischen Kartengrundlagen Luftbilder Selbst erstellt unter Verwendung von Quantum GIS in Verbindung mit OpenLayersPlugin (Sourcepole) und Google Earth Orografische Kartenbasis Fernerkundungsdaten der Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) NASA and DLR im Koordinatensystem WGS84 Geländerasterkarten / Steigungsrasterkarten / Schummerung Selbst erstellt unter Verwendung von GRASS GIS in Verbindung mit den Datensätzen des SRTM und einer Koordinatentransformation in DHDN / Gauss-Krüger 3. Streifen Höhenlinien (Vektordaten) Selbst erstellt unter Verwendung von AUSTALView und den Datensätzen des SRTM und der Koordinatentransformation in DHDN / Gauss-Krüger 3. Streifen Rauigkeitskarte Selbst erstellt unter Verwendung von GRASS GIS in Verbindung mit den Datensätzen des des CORINNE2000 Katasters Proj. U Rev00 Seite 4 / 44

5 Zusammenfassung Die GICON Großmann Ingenieur Consult GmbH beauftragte die ArguSoft GmbH & Co. KG im Rahmen immissionstechnischer Berechnungen für genehmigungsbedürftige bzw. nicht genehmigungsbedürftige Anlagen im Sinne des BImSchG [1] bzw. der 4. BImSchV [2] mit der Prüfung der Übertragbarkeit von Daten der meteorologischen Ausbreitungsbedingungen von einem vorgegebenen Messort auf den Standort Gailenkirchen (Schwäbisch Hall). Die regionale und individuelle Lage stützt für den Prüfstandort die Annahme eines primären Maximums aus West bis Westsüdwest und eines Sekundären aus Ost bis Südsüdost. Die Auswertung der Erwartungswerte für Windrichtungen und Windgeschwindigkeiten ergibt, dass die Daten der Station Schwäbisch Hall (MM ) mit hinreichender Genauigkeit, d. h. im Sinne der Aufgabenstellung gemäß TA Luft, Anhang 3 [3], übertragbar sind. Als ein repräsentatives Jahr zur Auswahl einer Zeitreihe können die Daten des Jahres 2008 verwendet werden. Für Ausbreitungsrechnungen [4], [5], [6], [7] am vorgegebenen Standort unter Verwendung eines diagnostischen Windfeldes empfehlen wir, das Anemometer (in AUSTAL2000) am empfohlenen Anemometerstandort (siehe Kapitel 4.4) zu positionieren und ggf. das Rechengitter zu vergrößern. Bei einer Ausbreitungsrechnung mit Geländehöhen und/oder Gebäuden sind weiterhin die entsprechenden Anforderungen von AUSTAL2000 bzw. des jeweiligen Berechnungsverfahrens zu beachten. Relevante Kaltluftabflüsse, die über die Verhältnisse hinausgehen, wie sie für Schwachwinde in der Zeitreihe abgebildet sind, werden bei der vorliegenden Struktur nicht erwartet. Proj. U Rev00 Seite 5 / 44

6 1 Standortparameter Der Standort liegt in ländlicher urbaner Umgebung nördlich außerhalb des Orts Gailenkirchen (Schwäbisch Hall). Die Umgebung zeichnet sich durch welliges Gelände mit vorwiegend leichten bis moderaten Steigungen aus. Gailenkirchen liegt im westlichen Teil des Landkreis Schwäbisch Hall (Baden-Württemberg) und gehört naturräumlich gesehen zum Südwestdeutschen Mittelgebirge / Stufenland (Neckarund Tauberland, Gäuplatten; Schwäbisches Keuper-Liasland). Die Umgebung um den Standort wird überwiegend durch bewaldete Hügellandschaften bestimmt, die durch kleinere urbane Strukturen und streckenweise umfangreiche Feldlandschaften unterbrochen werden. Urbane Ballungszentren sind nicht anzutreffen. Standort: Gailenkirchen (Schwäbisch Hall) Rechtswert: Hochwert: Quellhöhe: Höhe über NN: bodennah ca. 360 m Für die Angabe der Standortparameter wird grundsätzlich das Gauss-Krüger- Koordinatensystem im 3. Meridianstreifen (Ellipsoid Bessel, Datum Potsdam) verwendet; unabhängig davon, ob das Projektgebiet in einem anderen nativen Streifen liegt. Proj. U Rev00 Seite 6 / 44

7 2 Verwendete Unterlagen Zur Beurteilung der Übertragbarkeit der meteorologischen Verhältnisse der Messstation auf den Standort werden folgende Unterlagen herangezogen: topografische Karten im Maßstab 1:50.000, 1: , 1: , 1: , frei verfügbare Luftbilder, Windstatistiken der Vergleichsstationen, Deutsch: Karte der Naturräumlichen Haupteinheiten Deutschlands [8], Karten und Texte des Bundesamt für Naturschutz; Landschaftssteckbriefe [9], Regionale statistische Erwartungswerte für Windparameter im Bereich des Standortes [10], [11], [12], Verfahrensbeschreibung zur Übertragung von Windmessdaten vom Messort auf einen anderen Standort [13], Die bodennahen Windverhältnisse in der Bundesrepublik Deutschland; Berichte des DWD Nr. 147 [14], Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft (TA Luft) [3], synthetische Windstatistiken Baden-Württemberg, [15] KALAS - Das Kaltluftmodell der IfU GmbH Privates Institut für Analytik [16] Proj. U Rev00 Seite 7 / 44

8 3 Beurteilungskriterien Die Prüfung der Übertragbarkeit folgt in Anlehnung an die Methode des Deutschen Wetterdienstes [13] unter Berücksichtigung folgender Kriterien: Abschätzung der vorherrschenden Windrichtungen am Standort (Vergleich der umliegenden Stationen in Verbindung mit Orografie, Nutzung), Vergleich der vorherrschenden Windrichtungen an den verfügbaren ausgewählten Bezugswindstationen und Abschätzung der räumlichen Repräsentanz, Vergleich des mittleren Jahresmittels der Windgeschwindigkeit und der Häufigkeiten der Windgeschwindigkeiten kleiner 1 m/s (Schwachwind) an den verfügbaren ausgewählten Bezugswindstationen mit den Sollwerten am Standort (TA Luft 2002 Anhang 3, Kapitel 12 [3]), Abschätzung der lokalen topographischen Einflüsse auf das Windfeld am Standort, Vergleich der Rauigkeitslängen [17] am Standort und an den Vergleichsstationen. Proj. U Rev00 Seite 8 / 44

9 4 Einflüsse auf die Luftströmung 4.1 Allgemeine Erläuterungen Entsprechend meteorologischen Grunderkenntnissen bestimmt die großräumige Luftdruckverteilung die vorherrschende Richtung des Höhenwindes in einer Region. Im Jahresmittel ergeben sich hieraus für Deutschland häufige südwestliche bis westliche Windrichtungen. Das Geländerelief hat jedoch einen erheblichen Einfluss sowohl auf die Windrichtung infolge Ablenkung oder Kanalisierung als auch auf die Windgeschwindigkeit durch Effekte der Windabschattung oder Düsenwirkung. Außerdem modifiziert die Beschaffenheit des Untergrundes (Freiflächen, Wald, Bebauung, Wasserflächen) die lokale Windgeschwindigkeit, in geringem Maße aber auch die lokale Windrichtung infolge unterschiedlicher Bodenrauigkeit. Bei windschwachem und wolkenarmem Wetter können wegen der unterschiedlichen Erwärmung und Abkühlung der Erdoberfläche thermisch induzierte Zirkulationssysteme wie z. B. Flurwinde sowie Berg- und Talwinde entstehen. Besonders bedeutsam ist die Bildung von Kaltluft, die nachts bei klarem und windschwachem Wetter als Folge der Ausstrahlung vorzugsweise an Wiesenhängen entsteht und der Hangneigung folgend je nach dem Gefälle und der aerodynamischen Rauigkeit mehr oder weniger langsam abfließt. Diese Kaltluftflüsse haben in der Regel nur eine geringe vertikale Erstreckung und sammeln sich an Geländetiefpunkten zu Kaltluftseen an. Die genannten lokalen Windsysteme können im Allgemeinen durch Messungen am Standort nachgewiesen, im Falle von nächtlichen Kaltluftflüssen aber auch durch Modellrechnungen [16] erfasst werden. 4.2 Klimatische Situation im Untersuchungsgebiet Klimatisch sind der Küstenstreifen der Nordsee und die vorgelagerten Ost- und Nordfriesischen Inseln euozeanisch geprägt. Nach Süden schließt sich ein breiter Streifen ozeanisch (= atlantisch) bzw. subozeanisch geprägten Klimas an, der sich von der Ostküste Schleswig-Holsteins bis zu den westlichen Mittelgebirgsrändern zieht. In südöstlicher und östlicher Richtung wird das Klima allmählich subkontinental; unter anderem erhöhen sich also sukzessive die Temperaturgegensätze zwischen Sommer und Winter. Deutschland gehört Proj. U Rev00 Seite 9 / 44

10 vollständig zur gemäßigten Klimazone Mitteleuropas im Bereich der Westwindzone und befindet sich im Übergangsbereich zwischen dem maritimen Klima in Westeuropa und dem kontinentalen Klima in Osteuropa. Der Standort liegt somit ganzjährig in der außertropischen Westwindzone. Die vorwiegend westlichen Luftströmungen treffen im Bereich des Westlichen Mittelgebirges auf Hindernisse, sodass dort entsprechende Leitwirkungen zu erwarten sind. Der Standort befindet sich in den mittleren Lagen des Mittelgebirges im Einflussbereich der südöstlich bis südlich gelegenen Schwäbischen Alb und dem südwestlich gelegenen Schwarzwald, so dass großräumige Leitwirkungen allgemein zu erwarten sind. 4.3 Topo- und orografische Situation im Untersuchungsgebiet Der Standort liegt in ländlicher urbaner Umgebung nördlich außerhalb des Orts Gailenkirchen (Schwäbisch Hall). Die Umgebung zeichnet sich durch welliges Gelände mit vorwiegend leichten bis moderaten Steigungen aus. Gailenkirchen liegt im westlichen Teil des Landkreis Schwäbisch Hall (Baden-Württemberg) und gehört naturräumlich gesehen zum Südwestdeutschen Mittelgebirge / Stufenland (Neckarund Tauberland, Gäuplatten; Schwäbisches Keuper-Liasland). Die Umgebung um den Standort wird überwiegend durch bewaldete Hügellandschaften bestimmt, die durch kleinere urbane Strukturen und streckenweise umfangreiche Feldlandschaften unterbrochen werden. Urbane Ballungszentren sind nicht anzutreffen. Proj. U Rev00 Seite 10 / 44

11 Der Abbildung 1 kann die naturräumliche Lage des Standortes entnommen werden [8]. Abbildung 1: Naturräumliche Einordnung des Standortes Proj. U Rev00 Seite 11 / 44

12 Der Abbildung 2 kann die regionale und lokale orografische Situation des Standortes entnommen werden. Abbildung 2: Orografische Situation im Umfeld des Standortes Proj. U Rev00 Seite 12 / 44

13 Der Standort liegt im Übergangsbereich von zwei Landschaften. Entsprechend dem Bundesamt für Naturschutz werden die Landschaften im Umfeld des Standortes folgendermaßen eingeordnet und beschrieben [9]: (#nachfolgend Auszug#) Westliche Hohenloher-Haller Ebene Landschaftstyp: Großlandschaft: Fläche: 4.2 Ackergeprägte offene Kulturlandschaft Süddeutsches Stufenland mit seinen Randgebirgen und dem Oberrheinischen Tiefland 449 km² Beschreibung: Die Hohenloher-Haller Ebene ist eine schwach modellierte und wenig reliefierte Gäuplatte nördlich der Schwäbisch-Fränkischen Waldberge, die generell durch hohe Sichtweiten und eine Lössüberdeckung auf Lettenkeuperuntergrund geprägt ist. Die westliche Ebene läßt sich in die Kocherplatten, das Weinsberger Tal, die Brettachbucht, die Öhringer und Kupferzeller Ebene untergliedern. Diese sind durch kleine, in die Kocher entwässernden Bachläufe gegliederte Gäuplatten. Vom Brettachtal im Westen steigt das Relief von 180 m auf bis zu 450 im Osten der Landschaft an. Die Böden bestehen aus Braunerden über entkalktem Lösslehm oder aus schweren und kalkreichen Lettenkeupertonen. Die dominierende Nutzung der Landschaft besteht in einer intensiven Landwirtschaft. Neben dem Getreide- und Hackfruchtbau wird im Süden örtlich Weinbau betrieben. In Feuchtbereichen der Talauen existieren vereinzelt Wiesen und Weideflächen für die Viehzucht. Die Forstwirtschaft hingegen beschränkt sich auf wenige Waldinseln. Die Besiedlung ist durch Kleindörfer und Weiler gekennzeichnet, wobei die zentralen Städte Öhringen und Neuenstein sind. Eine touristische Nachfrage besteht kaum. Stellenweise existieren große Kalksteinbrüche.... Proj. U Rev00 Seite 13 / 44

14 10801 Schwäbisch-Fränkische Waldberge Landschaftstyp: Großlandschaft: Fläche: 2.8 Andere waldreiche Landschaft Süddeutsches Stufenland mit seinen Randgebirgen und dem Oberrheinischen Tiefland 1187 km² Beschreibung: Die Schwäbisch-Fränkischen Waldberge sind im Wesentlichen durch ausgedehnte, geschlossene Sandsteinschichten hoher Mächtigkeit geprägt. Begrenzt wird das Gebiet im Norden und Westen zu den Gäuflächen durch einen ausgeprägten Stufenrand, der vor allem im Norden stark ausgefranst ist. Nach Süden bildet die flache Stufe der Liasauflagerung die Grenze. Entwässert wird das Gebiet im Norden durch Kocher und Jagst, im Westen durch Murr und Bottwar. Die weiten, wenig modellierten Hochflächen erreichen Höhen um 500, die Haupttäler liegen etwa 100 bis 150 m tiefer. Es herrschen karge Sandböden vor, die hauptsächlich Waldflächen tragen. Die randlichen Keuperhöhen (Waldenburger Berge, Limpurger Berge) sind durch eine hohe Reliefenergie und eine geschlossene Bewaldung gekennzeichnet und werden zum Teil von Stubensandstein, zum Teil vom Kieselsandstein gebildet. Die inneren Flächen sind durch geschlossene Stubensandsteinplatten mit leichten Sandböden geprägt. Diese sind durch breite, zur Versumpfung neigende Talmulden gegliedert. Östlich der Jagst sind zahlreiche Weiher in den Auen erhalten geblieben. Die Hochflächen sind vor allem in den Gebieten mit hohen Niederschlägen (Löwensteiner Berge, Mainhardter Wald) durch Quellenreichtum gekennzeichnet. Das Landschaftsbild prägen zum einen die Traufbereiche des Keuperberglandes und die zusammenhängenden Täler der Landschaft und zum anderen die reiche Gliederung der Offenlandbereiche und der teilweise kleinräumige Wechsel mit Waldgebieten. Etwa 60 % der Landschaft sind mit Wald bedeckt, wobei Fichtenanteile dominierend sind. Im westlichen Teil der Landschaft wird die Zusammensetzung des Waldes vielfältiger. Auf den zahlreichen Offenlandinseln im Wald ist Grünlandnutzung vorherrschend. Vielfach bietet sich eine kleinräumig wechselnde Parzellenstruktur. Die Landschaft hat auch Bedeutung als Erholungsziel für benachbarte Landschaften.... (#Ende Auszug#) Proj. U Rev00 Seite 14 / 44

15 Die Abbildung 3 zeigt die Abgrenzungen der Landschaftsbereiche entsprechend den Angaben des BfN. Abbildung 3: Abgrenzung der Landschaftsbereiche gemäß BfN Proj. U Rev00 Seite 15 / 44

16 Individuelle Verhältnisse und Fazit Insgesamt lässt der Standort aufgrund der geografischen Lage in Verbindung mit der Oro- und Topografie eine Windrichtungsverteilung bzw. Windspektrums- Merkmale erwarten, die einer Binnenland-Station entsprechen. Das Gelände und die Nutzungen im beurteilungsrelevanten Gebiet geben Anlass zu der Annahme, dass die regionalen Windverhältnisse durch die lokalen Verhältnissen am Standort modifiziert werden. Hier sind moderate bis deutliche lokale Einflüsse auf die regionalen Verhältnisse durch die vorhandene Oro- bzw. Topografie zu erwarten. Kaltluftabflüsse mit immissionstechnischer Relevanz sind aufgrund der geringen Reliefenergie in Verbindung mit den Entfernungs- und Lagestrukturen nicht zu erwarten. Grundsätzlich kann festgestellt werden, dass sich westlich des Standorts durch die Orografie Kaltluftabflüsse in Richtung Osten in Bewegung setzten können. Hier liegt zwar ein ausreichender Geländeunterschied vor, allerdings ist die verfügbare Fläche des Quellgebietes bis zum Kamm vergleichsweise gering. Die Orografie der Waldenburger Berge lässt eher Kaltluftabflüsse in Niederungen zu, die z.b. in Richtung Michelfed oder Untersteinbach ausgerichtet sind. Da für Gailenkirchen und den Standort die gleichen potentiellen Kaltluftmassen in Frage kommen, bewegen sich diese quasi parallel und führen für Gailenkirchen zu einer Durchlüftung des Dorfgebietes, d.h. Verbesserung der Immissionssituation während stabiler nächtlicher Wetterlagen mit Schwachwinden. Vom Standort aus führen die Trajektorien, die aus der Orografie resultieren, in südwestliche Richtungen in die Niederung der Kocher südlich vorbei an den westlichen Teilen von Untermürkheim. Dort treffen allerdings potentielle Kaltluftströme aus verschiedenen Richtungen zusammen. Potentielle Immissionsorte würden in einer Entfernung von erst ca. 3 km tangiert. Bei dem vorliegenden Geländesteigungen sind Windgeschwindigkeiten von ca. 0,2 m/s zu erwarten, so dass die Luftmassen ca. 4 Stunden für diese Strecken benötigen. Berücksichtigt man einen Zeitraum zur Einstellung der Kaltluftsituation von 1 2 Stunden ergibt sich ein Zeitraum von ca. 5 6 Stunden einer zusammenhängenden Kaltluftsituation, der erforderlich ist um seitens des Standorts immissionsrelevant zu sein. Hierfür sind keine signifikanten Häufigkeiten zu erwarten. Innerhalb dieses Zeitraumes führen eher näher gelegene Quellgebiete aus Südwest und Nordost Luftmassen heran, die wiederum zu einer Durchlüftung der in Frage kommenden Ortsteile führen. Proj. U Rev00 Seite 16 / 44

17 Regional befindet sich der Standort am nordwestlichen Rand der Schwäbischen Alb, d.h. in den mittleren Lagen des Mittelgebirges nahe der Hohenloher Ebene. Aus Sicht des Hauptmaximums sind Verhältnisse zu erwarten, die primär durch die Ausrichtung der Schwäbischen Alb sowie der Um- und Überströmung des Schwarzwaldes geprägt werden. Das Nebenmaximum wird durch die Verhältnisse der Hochebenen geprägt, die im nordöstlichen Quadranten herrschen. Damit liegt am Standort grundsätzlich ein Potential für ein Hauptmaximum zwischen Westnordwest und Südsüdwest sowie ein Nebenmaximum zwischen Nordnordost und Ost. Die Windverhältnisse im Umfeld des Standorts werden allerdings letztendlich durch die Lage nahe der Niederung um die Kocher und den westlich gelegenen Waldburger Bergen geprägt. Die resultierende Orografie steigt um ca. 100 m 150 m an. In östlicher befindet sich die Haller Ebene mit einem Höhenunterschied von ca. 50 m. Im Südosten erstrecken sich die Limpurger Berge mit einem Höhenunterschied von ca. 100 m bis 150 m. Dadurch öffnet sich mit der Niederung der Kocher das Gelände in Südöstlicher Richtung und parallel zur Orografie der Waldburger Berge in nördliche Sektoren. Somit kann ein Hauptmaximum zwischen Westsüdwest und Südsüdwest sowie ein Nebenmaximum bei Nord bis Nordnordost oder Südost erwartet werden. Damit ist ein deutliches Minimum bei Nordost bis Ost zu erwarten. Aus topografischer Sicht kann festgestellt werden, dass primär der Wechsel von Rauigkeiten maßgebend ist, der sich aus dem Wechsel von bebauten bzw. bewaldeten Bereichen zu landwirtschaftlichen Flächen ergibt. Hier lässt sich eine Schneise erkennen, die grob nord-südlich ausgerichtet ist und einerseits Windrichtungen aus diesen Sektoren unterstützt. Windrichtungen die in Querrichtung liegen, werden entweder abgebremst oder beschleunigt, sodass hier entsprechende Drehimpulse (Corioliskraft) entstehen. Den Abbildungen 4 bis 7 können die topo- und orografischen Verhältnisse im nahen (Beurteilungsgebiet) und im weitläufigen Umfeld des Standorts entnommen werden. Proj. U Rev00 Seite 17 / 44

18 GICON Großmann Ingenieur Consult GmbH Abbildung 4: lokale topo- und orografische Situation Abbildung 5: Höhenlinien und Steigungen Proj. U Rev00 Seite 18 / 44

19 Die Abbildungen 6 und 7 zeigen die Rauigkeits- und Steigungsverhältnisse im standardisiertem 100 m Raster: Abbildung 6: Rauigkeitsverhältnisse in der Umgebung des Standorts Abbildung 7: Steigungsverhältnisse in der Umgebung des Standorts Proj. U Rev00 Seite 19 / 44

20 Anhand der Abbildung 7 wird deutlich, dass der zu betrachtende Geländeeinfluss im zu erwartenden Rechengebiet [3] vorwiegend im Bereich des Gültigkeitsbereiches für ebenes Gelände bzw. das diagnostische Windfeldmodell TALdia liegt [3]. Die räumliche Struktur der Rauigkeitswerte [17] (Abbildung 6) zeigt die nord-südlich ausgerichtete Schneise zusammenhängende Bereiche geringer Rauigkeit. Die Abbildung 8 zeigt die Windgeschwindkeitsverhältnisse im Jahresmittel, die mit de Statistischen Windfeldmodell (SWM) des DWD im 1 km x 1 km Raster berechnet wurden. Diese können als Anhaltspunkte für die Sollwerte in der Standortumgebung entnommen werden. In Bezug auf mittlere Windgeschwindigkeiten kann festgestellt werden, dass die Standortumgebung durch Werte zwischen 2 m/s und 3 m/s charakterisiert werden kann. Auch eine Auswertung der Daten im 200 m-raster bestätigt die Größenordnung dieser Werte. Abbildung 8: Windgeschwindigkeitsverhältnisse gemäß SWM Proj. U Rev00 Seite 20 / 44

21 Insgesamt zeigt die Herleitung der Sollwerte für die Windverteilung ein vergleichsweise breites Spektrum für die potentielle Lage der Maxima. Daher werden die synthetischen Windverteilungen der Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz Baden-Württemberg herangezogen. Diese wurden mittels eines prognostischen Windfeldmodells ermittelt, weisen allerdings nur eine Geländeauflösung in einem 500 m-raster auf (Abbildung 10). Abbildung 9: synthetische Windrosen im Umfeld des Standorts (LUBW) 4.4 Erwartete Lage der Häufigkeitsmaxima und -minima Die berechnungsrelevante Umgebung um den Standort ist durch vorwiegend moderate Steigungen eines welligen Geländes gekennzeichnet, sodass die regional typischen Windverhältnisse in bodennahen Bereichen modifiziert werden. Die vorliegenden Windrichtungsverteilungen verschiedener benachbarter Stationen in Verbindung mit der beschriebenen Orografie und Topografie zeigen, dass die Stationen im näheren Umkreis die zu erwartende Windrichtungsverteilung am Proj. U Rev00 Seite 21 / 44

22 Standort nicht sehr gut wiedergeben. Hierbei ist das gleichzeitige Auftreten von drei Maxima sowie des breit vertretenen südliche Halbkreises regional untypisch und wird durch die lokale orografische Situation hervorgerufen. Daher wird das Einzugsgebiet der potentiell zu übertragenden Stationen deutlich erweitert und möglicherweise eine rein rechnerische Drehung einer vorhandenen Windrichtungsverteilung in Betracht gezogen. Im Rahmen der Berechnungen mit AUSTAL2000 ist die Berücksichtigung der Orografie durch Verwendung eines Windfeldmodells in Verbindung mit einem digitalen Geländemodell zu empfehlen, um die orografischen Verhältnisse gemäß den Vorgaben der TA Luft [3] erfassen zu können. Hierzu ist die Auswahl eines Ersatzanemometerstandort erforderlich, auf den demzufolge die eigentliche Übertragbarkeitsprüfung erfolgt. Es wird einerseits im Vergleich zu den synthetischen Windverteilungen des LUBW in Verbindung mit den Vorgaben der TA Luft [3] nach einer geeigneten Position gesucht, die eine theoretische Windverteilung aufweist, die vorhandenen Stationsdaten ähnlich ist. Andererseits ist das Gelände im potentiellen Rechengebiet zu beachten. Dies ist überwiegend als nur leicht wellig und eben zu bezeichnen. Erst westlich des Standorts am Rand des Beurteilungsgebietes treten vereinzelte signifikante Steigungen auf. Diese Steigungen liegen zwar streckenweise oberhalb des Gültigkeitsbereiches gemäß TALdia [3], sind aber aus ausbreitungstechnischer Sicht für die Immissionssituation im Umfeld des Standorts nicht mehr maßgebend, da die Flächen vergleichsweise klein sind und die Entfernung zum Standort deutlich mehr als das 6fache des Geländeunterschieds betragen. Damit kann davon ausgegangen werden, dass das Windfeld wieder entsprechend den Gesetzmäßigkeiten zu betrachten ist, die mittels TALdia abgebildet werden. D.h. Quell- und Immissionsbereiche befinden sich nicht im Nachlauf der orografischen Formation. Proj. U Rev00 Seite 22 / 44

23 Die nachfolgende Abbildung zeigt die Lage des Standortes und des Ersatzanemometerstandortes: Abbildung 10: Lage des Ersatzanemometerstandorts Anhand der regionalen in Verbindung mit den individuellen Eigenschaften sowie den Erkenntnissen der synthetischen Windrosen des LUBW kann von einem primären Maximum zwischen West und Westsüdwest sowie einem Sekundären zwischen Ost und Südsüdost ausgegangen werden. Proj. U Rev00 Seite 23 / 44

24 Der Tabelle 1 kann die Lage der erwarteten Häufigkeitsmaxima und -minima der Windrichtungen am Ersatzanemometerstandort entnommen werden. Prüfstandort: Ersatzanemometerstandort bei Gailenkirchen (Schwäbisch Hall) Rechtswert: Hochwert: Höhe über NN: ca. 500 m Richtungsmaximum Sekundäres Maximum Richtungsminimum W - WSW O - SSO S Tabelle 1: Sollwerte der Windrichtungsverteilung am Ersatzanemometerstandort Proj. U Rev00 Seite 24 / 44

25 5 Prüfung der Übertragbarkeit Die Prüfung der Übertragbarkeit erfolgt nach folgenden Gesichtspunkten: Erfassung und Vergleich der Struktur der mittleren Häufigkeitsverteilungen der Windrichtungen, Vergleichende Betrachtung der mittleren Windgeschwindigkeiten und Schwachwindhäufigkeiten. Zur Prüfung wird insgesamt ein umfangreicher Pool an Stationen betrachtet. Hierbei umfasst die Vorauswahl der Stationen aufgrund der schlechten Verfügbarkeit Bereiche im regionalen und überregionalen Umkreis um den Standort. Das sind Stationen bis ins südlichen Bayern (ca. München) sowie im Osten bis Weiden. Die westliche Auswahlgrenze wird durch die Rheinebene gebildet und setzt sich nach Norden bis auf die Höhe von Eisenach fort. Die Stationen in der Tabelle 2 werden als engere Auswahl zur Prüfung herangezogen. Die übrigen Stationen wurden aus der Betrachtung genommen, da die bisher beschriebenen Anforderungen im Vergleich nicht ausreichend erfüllt werden, bzw. näher gelegene Stationen vergleichbare oder bessere Übertragungseigenschaften aufweisen. Station Koordinaten RW / HW [m] Stationshöhe über NN [m] Windgeberhöhe über GOK [m] Lage bzgl. Standort Zeitraum Roth (DWD ) km O Gelbelsee (DWD ) km OSO Schwäbisch Hall (MM ) km S Tabelle 2: Standortparameter der Vergleichsstationen Der Abbildung 11 kann die Lage des Standorts (grün) und der betrachteten Proj. U Rev00 Seite 25 / 44

26 Stationen (gelb) entnommen werden: Abbildung 11: Standort und Stationsauswahl 5.1 Windrichtungsverteilung Entsprechend den vorhergehend beschriebenen Erwartungen stützt die regionale und individuelle Lage für den Prüfstandort die Annahme eines primären Maximums aus West bis Westsüdwest und eines Sekundären aus Ost bis Südsüdost. Der Tabelle 3 kann im Vergleich die Güte der Übereinstimmung mit den Sollwerten in Bezug auf die Anwendung in der Ausbreitungsrechnung entnommen werden. Proj. U Rev00 Seite 26 / 44

27 Richtungs- sekundäres Richtungs- Station maximum Maximum minimum Roth (DWD ) Gelbelsee (DWD ) (3) 3 3 Schwäbisch Hall (MM ) Soll W - WSW O - SSO S Tabelle 3: Prüfung der Übertragbarkeit von Windrichtungsverteilungen Anmerkungen Das Hauptmaximum an der Station Gelbelsee wurde nur bedingt mit 3 bewertet, weil die Häufigkeit im Vergleich zu gering ist. An allen Stationen wird die in der synthetischen Windrose kleine nördliche Spitze nicht ausgeprägt. Die Häufigkeiten aus den betroffenen Sektoren sind allerdings ausreichend. Güte der Übereinstimmung 3: ausreichende Übereinstimmung 2: geringe Abweichung 1: keine Übereinstimmung Proj. U Rev00 Seite 27 / 44

28 5.2 Windgeschwindigkeitsverhältnisse und Rauigkeit Anhand der Sollwerte des Statistischen Windfeldmodells (SWM) des Deutschen Wetterdienstes (DWD) sowie des Rauigkeitskatasters ergibt sich folgendes Bild im Vergleich mit den Stationswerten: Station Jahresmittel der Windgeschwindigkeit in 10 m über Grund [m/s] Häufigkeit der Windgeschwi ndigkeit < 1 m/s [%] Rauigkeit nach dem CORINE2000-Kataster im Untersuchungsradius von ca. 1,5 km Roth (DWD ) Gelbelsee (DWD ) Schwäbisch Hall (MM ) Soll Ersatzanemometerstandort 3,0 18 0,5 3,1 17 0,8 3,0 17 0,17 3,0 16 1,2 Tabelle 4: Prüfung der Übertragbarkeit von Windgeschwindigkeits- und Rauigkeitsverhältnissen Anmerkung Die im Anhang dargestellten Windverteilungen entsprechen den Messwerten an den Stationen. Daher weichen die Schwachwindhäufigkeiten und mittleren Windgeschwindigkeiten von den statistischen Angaben in der o. g. Tabelle (SWM) ab, die primär dem Strukturvergleich zwischen Anlagenstandort und Standort der Wetterstationen dienen. Die Rauigkeiten sind dem CORINE2000-Kataster entnommen und weichen von den Angaben im Anhang ab, da diese über Sektoren- und Lauflängen gewichtet wurden. Proj. U Rev00 Seite 28 / 44

29 5.3 Fazit der Prüfung Die Auswertung der Windrichtungsverteilungen ergibt ausreichende Übereinstimmungen mit den Sollwerten für alle betrachteten Stationen, wobei die Daten der Station Roth im Vergleich die besten Eigenschaften für eine Übertragung aufweisen. Auch im Vergleich der Sollwerte für Schwachwindhäufigkeiten und mittlere Windgeschwindigkeiten zeigt sich, dass alle Stationen über gute Übertragbarkeitseigenschaften verfügen. Bei Betrachtung der Messreihen kann festgestellt werden, dass alle Stationen über ähnliche Werte der mittleren Windgeschwindigkeit verfügen, da diese sich in Ebenen der zentralen Lagen der Mittelgebirge befinden. Die Windspektren aller Stationen sind unauffällig und zeigen eine gleichmäßige Weibullverteilung. Die ähnlichen Windrichtungsverteilungen sind auf die richtungskonstante orografische Ausrichtung der Schwäbischen bzw. Fränkischen Alb zwischen Donaueschingen im Südwesten und Neumarkt-Höhenberg im Nordosten zurückzuführen. Aus struktureller Sicht sind allerdings die Stationen Schwäbisch Hall und Roth günstiger gelegen, weil diese sich nördlich der Höhenlagen befinden. Unter Berücksichtigung der Großwetterlagen und fehlenden signifikanten orografischen Strukturen zwischen Schwäbisch Hall und Roth, die z.b. durch Steigungsregen oder Leitwirkungen erheblich individuell andere Verhältnisse hervorrufen würden, kann eine gute Vergleichbarkeit angenommen werden. Zur Überprüfung wurden Berechnungen mittels TALdia durchgeführt und die resultierende Windverteilung am Standort ausgewertet. Hier zeigt sich im Vergleich dass sich bei der Verwendung des Datensatzes von Roth erhebliche Anteile aus Südsüdwest ergeben. Diese Richtungen treten bei der Verwendung von Schwäbisch Hall deutlich geringer auf. TALdia ist grundsätzlich nicht in der Lage die Einflüsse so abzubilden, wie das ein prognostisches Modell kann. Allerdings kann festgestellt werden dass die Häufigkeiten im südlichen Halbkreis und im nordwestlichen Quadranten gut wiedergeben werden. Im nordöstlichen Sektoren bildet sich ein kleines Maximum, welches in der synthetischen Windrose nicht vorhanden ist. Die kleine nördliche Spitze in der synthetischen Windrose wird durch Häufigkeiten erreicht, die in der resultierende Windverteilung zwischen Nordnordwest und Nordnordost liegen, so dass die Immissionsbereiche in Gailenkirchen ausreichend beaufschlagt werden. Proj. U Rev00 Seite 29 / 44

30 In Bezug auf die in der Ausbreitungsrechnung gemäß TA Luft gestellten Anforderungen kann somit der Stationsstandort Schwäbisch Hall (MM ) als hinreichend repräsentativ angesehen werden. Repräsentatives Jahr Für die Station Schwäbisch Hall (MM ) wurde aus einer langjährigen Messreihe der Datensatz des Jahres 2008 als derjenige mit der geringsten Abweichung der Windrichtungsverteilung gegenüber dem Mittel ausgewertet. Für Ausbreitungsrechnungen [4], [5], [6], [7] am vorgegebenen Standort unter Verwendung eines diagnostischen Windfeldes empfehlen wir, das Anemometer (in AUSTAL2000) am empfohlenen Anemometerstandort (siehe Kapitel 4.4) zu positionieren und ggf. das Rechengitter zu vergrößern. Bei einer Ausbreitungsrechnung mit Geländehöhen und/oder Gebäuden sind weiterhin die entsprechenden Anforderungen von AUSTAL2000 bzw. des jeweiligen Berechnungsverfahrens zu beachten. Relevante Kaltluftabflüsse, die über die Verhältnisse hinausgehen, wie sie für Schwachwinde in der Zeitreihe abgebildet sind, werden bei der vorliegenden Struktur nicht erwartet. Proj. U Rev00 Seite 30 / 44

31 6 Hinweise Die Unterzeichner bestätigen, dieses Gutachten unabhängig jeglicher Weisung und nach bestem Wissen und Gewissen erstellt zu haben. Als Grundlage für die Feststellungen und Aussagen der Sachverständigen dienen die vorgelegten und im Gutachten erwähnten Unterlagen sowie die Auskünfte der Beteiligten. Die Ergebnisse beziehen sich ausschließlich auf den Prüfungsumfang. Ein auszugsweises Vervielfältigen des Gutachtens ist ohne die Genehmigung der Verfasser nicht zulässig. Brühl, Proj. U Rev00 Seite 31 / 44

32 Anhang I II Grundlagen Grafische Darstellung der Windrichtungsverteilungen und Windgeschwindigkeiten, Selektion repräsentatives Jahr III Statistische Auswertungen IV Lagepläne Proj. U Rev00 Seite 32 / 44 (Anhang)

33 I Grundlagen [1] Gesetz zum Schutz vor schädlichen Umwelteinwirkungen durch Luftverunreinigungen, Geräusche, Erschütterungen und ähnliche Vorgänge (Bundes-Immissionsschutzgesetz - BImSchG) in der Fassung der Bekanntmachung vom 26. September 2002 (BGBl. I Nr. 71 vom , S ) Gl.-Nr.: [2] Vierte Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (Verordnung über genehmigungsbedürftige Anlagen - 4. BImSchV) in der Fassung der Bekanntmachung Fassung vom 14. März 1997 (BGBl. I 1997 S. 504, S. 548; 1998 S S ) Gl.-Nr.: [3] Erste Allgemeine Verwaltungsvorschrift zum Bundes-Immissionsschutzgesetz (Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft - TA Luft) - Juli 2002 [4] VDI 3945 Blatt 3, Umweltmeteorologie Atmosphärische Ausbreitungsmodelle. Partikel-modell (September 2000) [5] Ausbreitungsmodell AUSTAL2000, Version WI-x; Copyright (c) Umweltbundesamt, Berlin, ; Copyright (c) Janicke Consulting, Dunum, [6] Die Entwicklung des Ausbreitungsmodells AUSTAL2000G; Lutz Janicke, Ulf Janicke, August 2004; Ingenieurbüro Janicke, Alter Postweg 21, Dunum, ISSN [7] Entwicklung einer modellgestützten Beurteilungssystems für den anlagenbezogenen Immissionsschutz von Dr. Lutz Janicke, Dr. Ulf Janicke, Ingenieurbüro Janicke, Dunum, Im Auftrag des Umweltbundesamtes Berlin Februar 2003 [8] Meynen, Schmidthülsen ( ) Handbuch der naturräumlichen Gliederung Deutschlands. Bundesforschungsanstalt für Landeskunde und Bodenforschung Selbstverlag Bad Godesberg [9] Landschaftssteckbriefe Texte gemäß BfN Website [9] Karten gemäß CD des LANIS-BUND, Bundesamt für Naturschutz (BfN) [10] Digitale Weibulldaten (Skalen- und Formparameter) für die gesamte BRD im 1-km-Raster, Deutscher Wetterdienst, Abteilung Klima- und Umweltberatung, Zentrales Gutachtenbüro Proj. U Rev00 Seite 33 / 44 (Anhang)

34 [11] Digitale Winddaten in 10 m über Grund für die gesamte BRD im 1-km-Raster; Deutscher Wetterdienst, Abteilung Klima- und Umweltberatung, Zentrales Gutachtenbüro; Rasterpunkte mit Windgeschwindigkeitswerten in zehntel Meter [12] Gerth u. Christoffer: Windkarten von Deutschland, Meteorol. Z. N.F. 3, Heft 2, S [13] Verfahrensbeschreibung zur Übertragung von Windmessdaten vom Messort auf einen anderen Standort; "Qualifizierte Prüfung (QPR) der Übertragbarkeit einer Ausbreitungszeitreihe (AKTerm) bzw. einer Ausbreitungsklassenstatistik (AKS) nach TALuft 2002 auf einen Standort"; Dipl.-Met. J. Hessel, Dipl.-Met. J. Namyslo; Deutscher Wetterdienst 2007 [14] Die Bodennahen Windverhältnisse in der Bundesrepublik Deutschland; Berichte des Deutschen Wetterdienstes Nr. 147; 2. vollständig neu überarbeitete Auflage von Christoffer und Ulbricht-Eissing, 1989 [15] Baden-Württemberg Kartendienst der Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz Baden-Württemberg (Klima und regenerative Energien, synthetische Windstatistiken; [16] Kaltluftabflüsse bei Immissionsprognosen Schriftenreihe, Heft 27/2012; Landesamt für Umwelt Landwirtschaft und Geologie; Freistaat Sachsen [17] Daten zur Bodenbedeckung der Bundesrepublik Deutschland des Statistischen Bundesamtes, Wiesbaden Proj. U Rev00 Seite 34 / 44 (Anhang)

35 II Grafische Darstellung der Windrichtungsverteilungen und Windgeschwindigkeiten Mittlere Stationswindrosen Proj. U Rev00 Seite 35 / 44 (Anhang)

36 Mittlere Jahresgänge der Windgeschwindigkeit Proj. U Rev00 Seite 36 / 44 (Anhang)

37 Windrosen und Windgeschwindigkeitsangaben Proj. U Rev00 Seite 37 / 44 (Anhang)

38 Proj. U Rev00 Seite 38 / 44 (Anhang)

39 Selektion repräsentatives Jahr Proj. U Rev00 Seite 39 / 44 (Anhang)

40 Proj. U Rev00 Seite 40 / 44 (Anhang)

41 Proj. U Rev00 Seite 41 / 44 (Anhang)

42 Proj. U Rev00 Seite 42 / 44 (Anhang)

43 III Statistische Auswertungen Vergleich der theoretischen Windspektren des Statistischen Windfeldmodells (SWM) anhand der Dichtefunktion der Weibull-Verteilung für Windgeschwindigkeiten (statistische Werte): Proj. U Rev00 Seite 43 / 44 (Anhang)

44 IV Lagepläne Auszug aus der topografischen Karte im Maßstab 1: Proj. U Rev00 Seite 44 / 44 (Anhang)