LUFTSCHADSTOFFUNTERSUCHUNG ZUR VERLEGUNG DER WILHELMSBURGER REICHSSTRASSE B 4/75 IN HAMBURG

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1 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG Immissionsschutz, Klima, Aerodynamik, Umweltsoftware Mohrenstraße 14, D Radebeul Telefon: +49 (0) 351 / info.dd@lohmeyer.de URL: LUFTSCHADSTOFFUNTERSUCHUNG ZUR VERLEGUNG DER WILHELMSBURGER REICHSSTRASSE B 4/75 IN HAMBURG Auftraggeber: DEGES Deutsche Einheit Fernstraßenplanungs- und bau GmbH Zimmerstraße Berlin Dipl.-Geogr. F. Jänich Dipl.-Met. A. Moldenhauer Januar 2011 Projekt _NT1 Berichtsumfang 64 Seiten Büro Karlsruhe: An der Roßweid 3, Karlsruhe, Tel.: +49 (0) 721 / , info.ka@lohmeyer.de

2 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG I I N H A L T S V E R Z E I C H N I S 1 ZUSAMMENFASSUNG VERANLASSUNG UND VORGEHENSWEISE Aufgabenstellung Beurteilungsmaßstäbe Berechnungsverfahren EINGANGSDATEN Örtliche Gegebenheiten Verkehrsnetz und -stärke Meteorologische Daten HINTERGRUNDBELASTUNG DER LUFT EMISSIONEN Betrachtete Schadstoffe Methode zur Bestimmung der Emissionsfaktoren Motorbedingte Emissionsfaktoren Nicht motorbedingte Emissionsfaktoren Tempo Emissionen des untersuchten Straßennetzes IMMISSIONEN Verkehrsfreigabe Planfall Gesamtbewertung LITERATUR...40 ANHANG A1: BEURTEILUNGSWERTE FÜR LUFTSCHADSTOFFKONZENT- RATIONEN AN KFZ-STRASSEN...46 ANHANG A2: BERECHNUNGSVERFAHREN PROKAS...50

3 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG II ANHANG A3: ÜBERSCHREITUNGSHÄUFIGKEIT DER STUNDEN- UND TAGESMITTELWERTE...59 ANHANG A4: FEHLERDISKUSSION...62 Hinweise: Die Tabellen und Abbildungen sind kapitelweise durchnummeriert. Literaturstellen sind im Text durch Name und Jahreszahl zitiert. Im Kapitel Literatur findet sich dann die genaue Angabe der Literaturstelle. Es werden Dezimalpunkte (= wissenschaftliche Darstellung) verwendet, keine Dezimalkommas. Eine Abtrennung von Tausendern erfolgt durch Leerzeichen.

4 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 1 ERLÄUTERUNG VON FACHAUSDRÜCKEN Emission / Immission Als Emission bezeichnet man die von einem Fahrzeug ausgestoßene Luftschadstoffmenge in Gramm Schadstoff pro Kilometer oder bei anderen Emittenten in Gramm pro Stunde. Die in die Atmosphäre emittierten Schadstoffe werden vom Wind verfrachtet und führen im umgebenden Gelände zu Luftschadstoffkonzentrationen, den so genannten Immissionen. Diese Immissionen stellen Luftverunreinigungen dar, die sich auf Menschen, Tiere, Pflanzen und andere Schutzgüter überwiegend nachteilig auswirken. Die Maßeinheit der Immissionen am Untersuchungspunkt ist µg (oder mg) Schadstoff pro m³ Luft (µg/m³ oder mg/m³). Hintergrundbelastung / Zusatzbelastung / Gesamtbelastung Als Hintergrundbelastung werden im Folgenden die Immissionen bezeichnet, die bereits ohne die Emissionen des Straßenverkehrs auf den betrachteten Straßen an den Untersuchungspunkten vorliegen. Die Zusatzbelastung ist diejenige Immission, die ausschließlich vom Verkehr auf dem zu untersuchenden Straßennetz oder der zu untersuchenden Straße hervorgerufen wird. Die Gesamtbelastung ist die Summe aus Hintergrundbelastung und Zusatzbelastung und wird in µg/m³ oder mg/m³ angegeben. Grenzwerte / Vorsorgewerte Grenzwerte sind zum Schutz der menschlichen Gesundheit vom Gesetzgeber vorgeschriebene Beurteilungswerte für Luftschadstoffkonzentrationen, die nicht überschritten werden dürfen, siehe z. B. Neununddreißigste Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes. Vorsorgewerte stellen zusätzliche Beurteilungsmaßstäbe dar, die zahlenmäßig niedriger als Grenzwerte sind und somit im Konzentrationsbereich unterhalb der Grenzwerte eine differenzierte Beurteilung der Luftqualität ermöglichen. Jahresmittelwert / 98-Perzentilwert / Kurzzeitwert (Äquivalentwert) An den betrachteten Untersuchungspunkten unterliegen die Konzentrationen der Luftschadstoffe in Abhängigkeit von Windrichtung, Windgeschwindigkeit, Verkehrsaufkommen etc. ständigen Schwankungen. Die Immissionskenngrößen Jahresmittelwert, 98-Perzentilwert (= Konzentrationswert, der in 98 % der Zeit des Jahres unterschritten wird) und weitere Kurzzeitwerte charakterisieren diese Konzentrationen. Der Jahresmittelwert stellt den über das Jahr gemittelten Konzentrationswert dar. Eine Einschränkung hinsichtlich Beurteilung der Luftqualität mit Hilfe des Jahresmittelwertes besteht darin, dass er nichts über Zeiträume mit hohen Konzentrationen aussagt. Eine das ganze Jahr über konstante Konzentration kann zum gleichen Jahresmittelwert führen wie eine zum Beispiel tagsüber sehr hohe und nachts

5 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 2 sehr niedrige Konzentration. Der Gesetzgeber hat deshalb zusätzlich zum Jahresmittelwert so genannte Kurzzeitwerte der Konzentrationen eingeführt. Die Neununddreißigste Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (39. BImSchV) fordert die Einhaltung von Kurzzeitwerten in Form des Stundenmittelwertes der NO 2 -Konzentrationen von 200 µg/m³, der nicht mehr als 18 Stunden pro Jahr überschritten werden darf, und des Tagesmittelwertes der PM10-Konzentration von 50 µg/m³, der maximal an 35 Tagen überschritten werden darf. Da diese Werte derzeit nicht direkt berechnet werden können, erfolgt die Beurteilung hilfsweise anhand von abgeleiteten Äquivalentwerten auf Basis der 98-Perzentil- bzw. Jahresmittelwerte. Diese Äquivalentwerte sind aus Messungen abgeleitete Kennwerte, bei deren Unterschreitung auch eine Unterschreitung der Kurzzeitwerte erwartet wird. Verkehrssituation Emissionen und Kraftstoffverbrauch der Kraftfahrzeuge (Kfz) hängen in hohem Maße vom Fahrverhalten ab, das durch unterschiedliche Betriebszustände wie Leerlauf im Stand, Beschleunigung, Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit, Bremsverzögerung etc. charakterisiert ist. Das typische Fahrverhalten kann zu so genannten Verkehrssituationen zusammengefasst werden. Verkehrssituationen sind durch die Merkmale eines Straßenabschnitts wie Geschwindigkeitsbeschränkung, Ausbaugrad, Vorfahrtregelung etc. charakterisiert. In der vom Umweltbundesamt herausgegebenen Datenbank Handbuch für Emissionsfaktoren des Straßenverkehrs HBEFA sind für verschiedene Verkehrssituationen Angaben über Schadstoffemissionen angegeben. Feinstaub - PM10/PM2.5 Mit Feinstaub - PM10/PM2.5 werden alle Partikel bezeichnet, die einen größenselektierenden Lufteinlass passieren, der für einen aerodynamischen Partikeldurchmesser von 10 µm bzw. 2.5 µm eine Abscheidewirksamkeit von 50 % aufweist. Die PM10-Fraktion wird auch als inhalierbarer Staub bezeichnet. Die PM2.5-Fraktion gelangt bei Inhalation vollständig bis in die Alveolen der Lunge; sie umfasst auch den wesentlichen Masseanteil des anthropogen erzeugten Aerosols, wie Partikel aus Verbrennungsvorgänge und Sekundärpartikel.

6 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 3 1 ZUSAMMENFASSUNG Die Freie und Hansestadt Hamburg plant die Verlegung der Wilhelmsburger Reichsstraße B 4/75. Die Trasse der geplanten B 4/75n verläuft östlich der bestehenden Bundesstraße und soll parallel zu einer Bahnlinie geführt werden. Beiderseits der Trasse sind Lärmschutzmaßnahmen unterschiedlicher Höhe geplant. Die B 4/75n ist als Bundesstraße geplant und stellt wie bisher auch die Verbindung zwischen der A 252 (AS Hamburg-Georgswerder) und der A 253 (AS Hamburg-Wilhelmsburg Süd) her. Für die Strecke ist im Rahmen der Planfeststellung ein Gutachten zur Lufthygiene zu erstellen, dass hiermit vorgelegt wird. Die Untersuchung beinhaltet aufbauend auf der Umsetzung der Maßnahme zwei Szenarien: - den Planfall zur Verkehrsfreigabe im Jahr 2015 und - den Planfall im Jahr Als Grundlage der Verkehrsbelastung für den Planfall dienten die Verkehrsprognosen von PTV (Hauptnetz; PTV, 2010a) und ARGUS (Nebennetz; Argus, 2010). Für die Verkehrsfreigabe 2015 gibt es keine separate Verkehrsprognose. Hier wurden in Abstimmung mit dem Auftraggeber die Verkehrsstärken des Planfalls 2025 verwendet. Die Immission eines Schadstoffes im Nahbereich von Straßen setzt sich aus der großräumig vorhandenen Hintergrundbelastung und der straßenverkehrsbedingten Zusatzbelastung zusammen. Die Hintergrundbelastung für das Untersuchungsgebiet wurde in Abstimmung mit dem Institut für Hygiene und Umwelt/Luftuntersuchungen (Freie und Hansestadt Hamburg, 2010) festgelegt. Die motorbedingten Emissionen wurden unter Verwendung der aktuellen vom Umweltbundesamt herausgegebenen Emissionsfaktoren-Datenbank Handbuch der Emissionsfaktoren (HBEFA 3.1) berechnet. Die nicht motorbedingten Emissionen wurden entsprechend Stand der Technik berechnet. Die Schadstoffausbreitungsrechnung erfolgt mit dem Modellsystem PROKAS/PROKAS_B, welches die Emissionssituationen, Windrichtung, Windgeschwindigkeit und atmosphärischen Stabilitätsbedingungen sowie nahe gelegene Bebauung berücksichtigt.

7 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 4 Die Beurteilung der Luftschadstoffimmissionen erfolgt im Vergleich mit Grenzwerten gemäß 39. BImSchV für die v. a. vom Straßenverkehr erzeugten Schadstoffe Stickstoffdioxid (NO 2 ) und Feinstaub (PM10 und PM2.5). Ergebnisse Bei der Betrachtung der beiden Prognosefälle wird deutlich, dass die Gesamtimmissionen im Fall der Verkehrsfreigabe 2015 merklich höher sind als im Planfall Da für beide Fälle identische Verkehrsstärken und Verkehrssituationen angenommen wurden, sind die Unterschiede anhand zweier Faktoren auszumachen: 1. sinkende Hintergrundbelastung und 2. sinkende spezifische Emissionsfaktoren der Fahrzeuge durch eine andere Flottenzusammensetzung. Durch diese Entwicklung ist im Planfall 2025 im Untersuchungsgebiet nicht mit einer Überschreitung der NO 2 -Grenzwerte (Jahresmittel und Kurzzeit) der 39. BImSchV zu rechnen. Anders im Fall der Verkehrsfreigabe Hier werden die NO 2 -Jahresmittelwerte den Grenzwert der 39. BImSchV bspw. an der Harburger Chaussee und am Georgswerder Bogen von 40 µg/m³ überschreiten. Der NO 2 -Kurzzeitgrenzwert wird aber auch im Fall der Verkehrsfreigabe 2015 den Grenzwert der 39. BImSchV nicht überschreiten. Der PM10-Jahresmittelgrenzwert der 39. BImSchV von 40 µg/m³ wird in beiden Fällen (2015 und 2025) nicht erreicht. Der strengere PM10-Kurzzeitgrenzwert von 35 Tagen >50 µg/m³ wird bei beiden Berechnungen (2015/2025) an sensitiven Punkten nicht überschritten. Somit werden die PM10-Grenzwerte der 39. BImSchV eingehalten. Die für beide Prognosehorizonte berechneten PM2.5-Jahresmittelwerte sind niedriger als der Grenzwert der 39. BImSchV von 25 µg/m³. Im Fall der Verkehrsfreigabe werden maximal 20 µg/m³ ermittelt. Im Planfall 2025 sind es wiederum noch niedrigere Maximalkonzentrationen. Für die Straßenabschnitte mit Grenzwertüberschreitungen gilt, dass keine atypischen Schadstoffbelastungen auftreten, die mit Mitteln der Luftreinhaltung bzw. verkehrlichen Maßnahmen nicht zu lösen sind, da die berechneten Zusatzbelastungen aller Schadstoffe nicht höher als die jeweiligen Grenz- bzw. Zielwerte sind.

8 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 5 2 VERANLASSUNG UND VORGEHENSWEISE 2.1 Aufgabenstellung Die Freie und Hansestadt Hamburg plant die Verlegung der Wilhelmsburger Reichsstraße B 4/75. Die Trasse der geplanten B 4/75n verläuft östlich der bestehenden Bundesstraße und soll parallel zu einer Bahnlinie geführt werden. Beiderseits der Trasse sind Lärmschutzmaßnahmen unterschiedlicher Höhe geplant. Die B 4/75n ist als Bundesstraße geplant und stellt wie bisher auch die Verbindung zwischen der A 252 (AS Hamburg-Georgswerder) und der A 253 (AS Hamburg-Wilhelmsburg Süd) her. Für die Strecke ist im Rahmen der Planfeststellung ein Gutachten zur Lufthygiene zu erstellen, dass hiermit vorgelegt wird. Die Untersuchung beinhaltet aufbauend auf der Umsetzung der Maßnahme zwei Szenarien: - den Planfall zur Verkehrsfreigabe im Jahr 2015 und - den Planfall im Jahr Die vorliegende lufthygienische Untersuchung ermittelt die verkehrsbedingten Emissionen und liefert Schadstoffimmissionen der Gesamtbelastung für die verkehrsrelevanten Schadstoffe NO 2, PM10 und PM2.5. Die Beurteilung der Maßnahme erfolgt im Vergleich mit bestehenden Grenzwerten der 39. BImSchV. 2.2 Beurteilungsmaßstäbe In Tab. 2.1 werden die in der vorliegenden Studie verwendeten und im Anhang A1 erläuterten Beurteilungswerte für die relevanten Autoabgaskomponenten zusammenfassend dargestellt. Diese Beurteilungswerte sowie die entsprechende Nomenklatur werden im vorliegenden Gutachten durchgängig verwendet.

9 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 6 Schadstoff Beurteilungswert Zahlenwert in µg/m³ Jahresmittel Kurzzeit NO 2 Grenzwert seit (Stundenwert, maximal 18 Überschreitungen/Jahr) PM10 Grenzwert seit (Tagesmittelwert, maximal 35 Überschreitungen/Jahr) PM2.5 Grenzwert ab Tab. 2.1: Beurteilungsmaßstäbe für Luftschadstoffimmissionen nach 39. BImSchV (2010) Die Beurteilung der Schadstoffimmissionen erfolgt durch den Vergleich relativ zum jeweiligen Grenzwert. Weiter orientiert sich die Bewertung an der Einstufung von Schadstoffimmissionen (siehe Tab. 2.2) durch die Landesanstalt für Umweltschutz, Baden-Württemberg (LfU, 1993). Immissionen in % der entsprechenden Grenzwerte bis 10 % Bewertung sehr niedrige Konzentrationen über 10 % bis 25 % niedrige Konzentrationen über 25 % bis 50 % mittlere Konzentrationen über 50 % bis 75 % leicht erhöhte Konzentrationen über 75 % bis 90 % erhöhte Konzentrationen über 90 % bis 100 % hohe Konzentrationen über 100 % bis 110 % geringfügige Überschreitungen über 110 % bis 150 % deutliche Überschreitungen über 150 % hohe Überschreitungen Tab. 2.2: Bewertung von Immissionen nach LfU (1993) 2.3 Berechnungsverfahren Mit dem Handbuch für Emissionsfaktoren (HBEFA) in seiner Version 3.1 (UBA, 2010) werden die verkehrsbedingten Emissionen für das Prognosejahr 2025 ermittelt. Auf der Grundlage der vom Auftraggeber zur Verfügung gestellten Verkehrsmengen für 2025 werden die von den Kraftfahrzeugen emittierten Schadstoffmengen und -immissionen

10 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 7 ermittelt. Die nicht motorbedingten PM10- und PM2.5-Emissionen werden im HBEFA in der aktuellen Fassung noch nicht behandelt. Die PM10- und PM2.5-Emissionsbestimmung erfolgt deshalb auf der Grundlage vorliegender Systematisierungen aus der Literatur. Für den Prognosefall der Verkehrsfreigabe 2015 stehen keine Verkehrsstärken zur Verfügung. Für diesen Fall werden ebenfalls die Verkehrsstärken aus dem Prognose-Planfall 2025 angesetzt. Die Bestimmung der Emissionen basiert aber auf der Fahrzeugflotte von Durch die ungünstigere Fahrzeugflottenzusammensetzung sind für den Fall der Verkehrsfreigabe 2015 höhere Emissionen gegenüber 2025 zu erwarten. Die im Untersuchungsgebiet auftretenden Immissionen werden mit dem Ausbreitungsmodell PROKAS/PROKAS_B (Anhang A2) berechnet. Die so berechnete Zusatzbelastung, verursacht vom Verkehr auf der B 4/75n und dem Nebennetz, wird mit der großräumig vorhandenen Hintergrundbelastung überlagert. Die Hintergrundbelastung, die im Untersuchungsgebiet ohne die Emissionen auf den berücksichtigten Straßen vorläge, wird auf Grundlage von Messdaten und in Abstimmung mit der zuständigen Immissionsschutzbehörde der Freien und Hansestadt Hamburg angesetzt.

11 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 8 3 EINGANGSDATEN Für die Emissions- und Immissionsberechnung sind vielfältige Daten z. B. über die Lage der betrachteten Hauptstraßen mit deren verkehrsspezifischen Informationen, Verkehrsstärke, Gradientenhöhe, Tagesgänge des Verkehrs, das Geschwindigkeiten, die Art und Lage der Lichtsignalanlagen und Informationen zu bestehenden und geplanten Lärmschutzanlagen nötig. Für die Modellierung der Immissionen wurden ferner meteorologische Daten bereitgestellt und Schadstoffhintergrundbelastungen abgestimmt. 3.1 Örtliche Gegebenheiten Die Geländeoberfläche im Untersuchungsgebiet ist als eben und gleichförmig zu beschreiben. Die Längsneigungen der Straßen sind dementsprechend gering und treten vorrangig an Anschlussstellen mit Brücken oder Unterführungen auf (vgl. Kapitel 5). Einen Überblick über den Betrachtungsraum bietet die Abb Darin ist das berücksichtigte Straßennetz abgebildet und die speziell ausgewählten Immissionsorte eingezeichnet. Ebenso zeigt die Abbildung den Verlauf der geplanten B 4/75n. Die Planungsgrundlage der Wilhelmsburger Reichsstraße wurde den Unterlagen des Ingenieurbüros Vössing (IBV 2010a, 2010b) entnommen. Bei der Ausbreitung der verkehrsbedingten Emissionen spielen die baulichen Gegebenheiten der Straße eine wesentliche Rolle. Schadstoffmindernde Effekte sind z. B. bei Anlagen des Lärmschutzes gegeben. Lärmschutzwälle und -wände sind in der Ausbreitungsrechung parametrisiert berücksichtigt. Für die Anwendung von PROKAS_B (Bebauungsmodul von PROKAS) wurden die Straßen mit dichter Randbebauung ermittelt und typisiert. Aufgrund dieser Bebauungstypisierung ist es möglich, mit dem Modell PROKAS die Schadstoffbelastungen in bebauten Bereichen zu berechnen. Die Lärmschutzanlagen und die Bebauungstypen für den Planfall bzw. für die Verkehrsfreigabe sind in Abb. 3.2 dargestellt. Die Bebauungstypen beginnend mit 1 beschreiben eine einseitige Randbebauung, während die Typen beginnend mit 2 die beidseitigen Bebauungen repräsentieren. Die Beschreibung der Bebauungstypen ist im Anhang (siehe Anhang A2.3) dargestellt.

12 Reiherstieg-Hauptdeich Georg-Wilhelm-Str. Rotenhäuser Str. Harburger Chaussee Rubbertstraße B4/B75n AS Hamburg- Georgswerder Niedergeorgswerder Deich A252 AS Hamburg-Wilhelmsburg Mitte Schmidts Breite Georg-Wilhelm-Str. Hohe-Schaar-Str. Mengestr. 2 Neuenfelder Straße 1 B4/B75n B4/B75n Otto-Brenner-Straße AS Hamburg-Wilhelmsburg Süd Kirchdorfer Str. A253 Legende berücksichtigte Straße Immissionsort mit Nr. Übersicht Meter Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG Mohrenstraße 14, Radebeul Telefon 0351/ Auftraggeber: DEGES Deutsche Einheit Fernstraßenplanungs- und -bau GmbH Verlegung B 4/75 Wilhelmsburger Reichsstraße Datum Zeichen gezeichnet VS geprüft FJ Projekt Abb. 3.1

13 Bebauungstyp ohne Bebauungstyp Lärmschutzwand (Wandhöhe in m) Lärmschutzanlagen und Bebauungstypen Planfall 2025 bzw. Verkehrsfreigabe Meter Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG Mohrenstraße 14, Radebeul Telefon 0351/ Auftraggeber: DEGES Deutsche Einheit Fernstraßenplanungs- und -bau GmbH Verlegung B 4/75 Wilhelmsburger Reichsstraße Datum Zeichen gezeichnet LB geprüft FJ Projekt Abb. 3.2

14 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG Verkehrsnetz und -stärke Bei der Untersuchung wurde nicht nur die B 4/75n, sondern auch das relevante Nebennetz betrachtet. Straßen mit geringerer Verkehrsbelastung sind in der vorliegenden Untersuchung in der städtischen Hintergrundbelastung berücksichtigt. Als Grundlage der Verkehrsbelastung für den Planfall diente die Verkehrsprognose (PTV, 2010a). Darin enthalten ist der Werktagsverkehr (DTV w ), welcher den Verkehr von Montag bis Freitag abbildet. Die in der Quelle angegebenen Schwerverkehrsanteile (SV-Anteile) beinhalten alle Fahrzeuge mit einem zulässigen Gesamtgewicht (zul. GG) größer 2.8 t. Das für die lufthygienische Untersuchung maßgebliche Gesamtgewicht für den Schwerverkehr ist >3.5 t. Der Umrechnungsfaktor von 0.75 (PTV, 2010b) wurde verwendet, um den Schwerverkehr mit zul. GG >3.5 t abzubilden. In der Abb. 3.3 werden die zur Verfügung gestellten Verkehrszahlen und den SV-Anteilen (zul. GG >3.5 t) dargestellt. Das Nebennetz ist dem Basisszenario (ARGUS, 2010) ebenfalls für das Prognosejahr 2025 entnommen. Die darin verwendeten SV-Anteile wurden unverändert übernommen, da sie bereits die Gewichtsklasse (3.5 t) beinhaltet. Für die Verkehrsfreigabe 2015 gibt es keine separate Verkehrsprognose. Hier wurden in Abstimmung mit dem Auftraggeber die Verkehrsstärken des Planfalls 2025 verwendet. Der Werktagsverkehr wurde mit Hilfe des Wochengangs auf Samstage und Sonntage umgelegt. Der Wochengang wurde aus Zählungen in unmittelbarer Umgebung zum Untersuchungsgebiet abgeleitet (BSU, 2010; PTV, 2010b). Aus den gleichen Daten wurden repräsentative Tagesgänge erzeugt. Die Verkehrsgänge für Werktage, Samstag und Sonntag sind in Abb. 3.4 aufgezeigt. 3.3 Meteorologische Daten Für die Berechnung der Schadstoffimmissionen werden so genannte Ausbreitungsklassenstatistiken (AKS) benötigt. Das sind Angaben über die Häufigkeit verschiedener Ausbreitungsverhältnisse in den unteren Luftschichten, die durch Windrichtung, Windgeschwindigkeit und Stabilität der Atmosphäre definiert sind. Für die Ausbreitungsrechnungen wurde die Wind- und Ausbreitungsklassenstatistik der Station Hamburg-Fuhlsbüttel verwendet, die in Abb. 3.5 dargestellt ist. Die Windmessung ist in 10 m Höhe erfolgt. Die mittlere Windgeschwindigkeit beträgt 3.9 m/s. Aufgrund der aerody-

15 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 12 namischen Rauhigkeit im Untersuchungsgebiet durch die Bebauungsstrukturen im Vergleich zum Flughafengelände wurde diese Windstatistik im Modell in einer Höhe von 22 m angesetzt. Die Windgeschwindigkeit in einer Höhe von 10 m über Grund wird damit auf ca. 3.1 m/s reduziert. Dieser Wert vergleicht sich gut mit den Angaben des DWD zur mittleren Windgeschwindigkeit entlang der Wilhelmsburger Reichsstraße ( m/s; DWD, 2004).

16 11 900/38% /32% /28% /26% /17% 5 400/28% 9 300/45% 5 100/16% 3 000/8% /11% 4 600/8% 9 400/0% 6 800/27% 9 700/7% /15% 2 600/35% /22% 8 300/7% 5 100/7% 8 600/7% /8% /7% /7% /26% 7 400/14% /12% /13% /10% Verkehrsstärke Planfall 2025 Durchschnittliche Verkehrsstärke DTV Mo-Fr in KFZ pro Tag und SV-Anteil >3.5 t Meter Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG Mohrenstraße 14, Radebeul Telefon 0351/ Auftraggeber: DEGES Deutsche Einheit Fernstraßenplanungs- und -bau GmbH Verlegung B 4/75 Wilhelmsburger Reichsstraße Datum Zeichen gezeichnet LB geprüft FJ Projekt Abb. 3.3

17 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 14 Tagesverkehrsmenge werktags (Mo-Fr) Kfz Lkw >3.5 t zgg Anteil [%] Tageszeit [h] Tagesverkehrsmenge samstags Kfz Lkw >3.5 t zgg Anteil [%] Tageszeit [h] Tagesverkehrsmenge sonntags 9 8 Kfz Lkw >3.5 t zgg 7 Anteil [%] Tageszeit [h] Abb. 3.4: Verkehrstagesganglinien für KFZ und LKW Quelle: eigene Darstellung, Daten: BSU, 2010

18 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 15 Abb. 3.5: Windklassenstatistik des DWD für Hamburg-Fuhlsbüttel Quelle: eigene Darstellung

19 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 16 4 HINTERGRUNDBELASTUNG DER LUFT Die Immission eines Schadstoffes im Nahbereich von Straßen setzt sich aus der großräumig vorhandenen Hintergrundbelastung und der straßenverkehrsbedingten Zusatzbelastung zusammen. Die Hintergrundbelastung entsteht durch Überlagerung von Immissionen aus Industrie, Hausbrand, nicht detailliert betrachtetem Nebenstraßenverkehr und weiter entfernt fließendem Verkehr sowie überregionalem Ferntransport von Schadstoffen. Es ist die Schadstoffbelastung, die im Untersuchungsgebiet ohne Verkehr auf den explizit in die Untersuchung einbezogenen Straßen vorliegen würde. Im Vergleich zu den Grenzwerten sind die Schadstoffe Blei, Kohlenmonoxid und Schwefeldioxid von untergeordneter Bedeutung. Für die Beurteilung der Auswirkungen der Straßenverkehrsemissionen werden im vorliegenden Gutachten die Schadstoffe Stickstoffdioxid (NO 2 ) und Feinstaubpartikel mit den Korngrößen 10 und 2.5 µm (PM10, PM2.5) betrachtet. Zur Bestimmung der Schadstoffhintergrundbelastung standen Werte der nächstgelegenen Messstationen aus dem Luftüberwachungssystem in Hamburg für NO 2, PM10 und PM2.5 zur Verfügung. Für das Untersuchungsgebiet wurde in Abstimmung mit dem Institut für Hygiene und Umwelt/Luftuntersuchungen (Freie und Hansestadt Hamburg, 2010) die in Tab. 4.1 dargestellten Werte für das Bezugsjahr 2009 abgeleitet. Schadstoff Hintergrundbelastung NO 2 -I1 26 NO 2 -I2 67 PM10-I1 22 PM2.5-I1 15 Tab. 4.1: Schadstoffhintergrundbelastungen im Untersuchungsgebiet für das Bezugsjahr 2009 I1 = Jahresmittelwert, I2 = 98-Perzentilwert Mit Hilfe von technischen Maßnahmen und politischen Vorgaben wird angestrebt, die Emissionen der o. a. Schadstoffe in den kommenden Jahren in Deutschland zu reduzieren. Deshalb wird erwartet, dass auch die großräumig vorliegenden Luftschadstoffbelastungen im Mittel im Gebiet von Deutschland absinken. Das Absinken der Hintergrundbelastung kann im Einzelfall aufgrund regionaler Emissionsentwicklungen vom Mittel abweichen.

20 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 17 Im Rahmen der MLuS-Aktualisierung wurden neue Reduktionsfaktoren festgelegt (Lohmeyer, 2010). Sie sind vom Länderausschuss für Immissionsschutz (LAI) und UBA bestätigt und dienen für PM10 und NO 2 als Grundlage für die Festlegung der Hintergrundwerte für 2015 und Die Entwicklung des NO 2-98-Perzentils ist abhängig vom NO 2 -Jahresmittelwert. Deshalb wäre ein Rückgang des 98-Perzentilwerts für die Prognosejahre anzunehmen. Aber aus der sicherheitsbezogenen Denkweise heraus, wurde in Übereinstimmung mit dem Institut für Hygiene und Umwelt/Luftuntersuchungen keine Reduktion des NO 2-98-Perzentils in den Prognosejahren vorgenommen. Für PM2.5 liegen keine Reduktionsfaktoren vor. Da PM2.5 eine Teilmenge von PM10 ist und auch eine Reduktion für die Hintergrundbelastungen von PM2.5 von der EU geplant ist, wurde der PM10-Reduktionsfaktor auch für PM2.5 verwendet. Diese Methodik ist ebenfalls mit dem Institut für Hygiene und Umwelt/Luftuntersuchungen abgestimmt. Zusammenfassend zeigt die Tab. 4.2 die angesetzten Hintergrundbelastungswerte für die Jahre 2015 und 2025 und die jeweiligen Reduktionsfaktoren. Schadstoff Hintergrundbelastung [µg/m³] Reduktionsfaktor [-] Bezugsjahr 2009 Prognosejahr 2015 Prognosejahr NO 2 -I NO 2 -I PM10-I PM2.5-I Tab. 4.2: Hintergrundbelastung im Bezugs- (2009) und Prognosejahr (2015/2025) sowie Reduktionen relativ zum Bezugsjahr I1 = Jahresmittelwert, I2 = 98-Perzentilwert

21 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 18 5 EMISSIONEN 5.1 Betrachtete Schadstoffe Die Kraftfahrzeuge emittieren bei ihrem Betrieb eine Vielzahl von Schadstoffen. Die Relevanz dieser Schadstoffe ist recht unterschiedlich. Immissionsgrenzwerte zum Schutz der menschlichen Gesundheit werden erfahrungsgemäß am ehesten bei NO 2 und PM10 erreicht, deshalb werden diese Stoffe im vorliegenden Gutachten detailliert betrachtet. Zudem werden die PM2.5-Immissionen abgeschätzt. Die Konzentrationen für andere Luftschadstoffe wie Benzol, SO 2, CO, Blei etc. sind im Vergleich zu ihren gesetzlichen Immissionsgrenzwerten deutlich geringer, deshalb werden sie hier nicht betrachtet. 5.2 Methode zur Bestimmung der Emissionsfaktoren Zur Ermittlung der Emissionen werden die Verkehrsdaten und für jeden Luftschadstoff so genannte Emissionsfaktoren benötigt. Die Emissionsfaktoren sind Angaben über die pro mittlerem Fahrzeug der Fahrzeugflotte und Straßenkilometer freigesetzten Schadstoffmengen. Im vorliegenden Gutachten werden die Emissionsfaktoren für die Fahrzeugarten Leichtverkehr (LV) und Schwerverkehr (SV) unterschieden. Die Fahrzeugart LV enthält dabei die PKW, die leichten Nutzfahrzeuge (lnfz) inklusiv zeitlicher Entwicklung des Anteils am LV nach TREMOD (Lohmeyer, 2010) und die Motorräder, die Fahrzeugart SV versteht sich inklusive Lastkraftwagen, Sattelschlepper, Busse usw. Die Emissionsfaktoren der Partikel (PM10, PM2.5) setzen sich aus motorbedingten und nicht motorbedingten (Reifenabrieb, Staubaufwirbelung etc.) Emissionsfaktoren zusammen. Die Ermittlung der motorbedingten Emissionen erfolgt entsprechend der VDI-Richtlinie Kfz-Emissionsbestimmung (VDI, 2003) Motorbedingte Emissionsfaktoren Die motorbedingten Emissionsfaktoren der Fahrzeuge einer Fahrzeugkategorie (PKW, leichte Nutzfahrzeuge, Busse etc.) werden mit Hilfe des Handbuchs für Emissionsfaktoren des Straßenverkehrs HBEFA Version 3.1 (UBA, 2010) berechnet. Die motorbedingten Emissionen hängen für die Fahrzeugkategorien PKW, LKW und Linienbusse im Wesentlichen ab von:

22 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 19 den so genannten Verkehrssituationen ( Fahrverhalten ), das heißt der Verteilung von Fahrgeschwindigkeit, Beschleunigung, Häufigkeit und Dauer von Standzeiten, der sich fortlaufend ändernden Fahrzeugflotte (Anteil Diesel etc.), der Zusammensetzung der Fahrzeugschichten (Fahrleistungsanteile der Fahrzeuge einer bestimmten Gewichts- bzw. Hubraumklasse und einem bestimmten Stand der Technik hinsichtlich Abgasemission, z. B. EURO 2, 3,...) und damit vom Jahr, für welches der Emissionsfaktor bestimmt wird (= Bezugsjahr), der Längsneigung der Fahrbahn (mit zunehmender Längsneigung nehmen die Emissionen pro Fahrzeug und gefahrenem Kilometer entsprechend der Steigung deutlich zu, bei Gefällen weniger deutlich ab) und dem Prozentsatz der Fahrzeuge, die mit nicht betriebswarmem Motor betrieben werden und deswegen teilweise erhöhte Emissionen (Kaltstarteinfluss) haben. Die Zusammensetzung der Fahrzeuge innerhalb der Fahrzeugkategorien wird für das zu betrachtende Bezugsjahr dem HBEFA (UBA, 2010) entnommen. Darin ist die Gesetzgebung bezüglich Abgasgrenzwerten (EURO 2, 3,...) berücksichtigt. Die Staub-Fraktion der motorbedingten Emissionen kann nach vorliegenden Erkenntnissen (Klingenberg et al., 1991; Israël et al., 1994; Gehrig et al., 2003) zu 100 % der Partikelgrößen kleiner 1 μm (aerodynamischer Durchmesser) und damit auch der PM10- und PM2.5-Fraktion zugeordnet werden. Die Längsneigung der Straßen ist aus Höhenplänen oder Lageplänen des Untersuchungsgebietes bekannt, der Kaltstarteinfluss innerorts für PKW und lnfz wird entsprechend HBEFA angesetzt, sofern er in Summe einen Zuschlag darstellt. Für diese Ausarbeitung werden folgende Verkehrssituationen herangezogen: IOS-AB80: Stadt-Autobahn, Tempolimit 80 km/h IOS-AB80d: Stadt-Autobahn, Tempolimit 80 km/h, dichter Verkehr IOS-AB60: Stadt-Autobahn, Tempolimit 60 km/h IOS-FernC50: Städtische Fernstraße City, Tempolimit 50 km/h IOS-FernC50d: Städtische Fernstraße City, Tempolimit 50 km/h, dichter Verkehr IOS-HVS50: Städtische Hauptverkehrsstraße, Tempolimit 50 km/h IOS-HVS50d: Städtische Hauptverkehrsstraße, Tempolimit 50 km/h, dichter Verkehr IOS-Sam50: Städtische Sammelstraße, Tempolimit 50 km/h IOS-Sam50d: Städtische Sammelstraße, Tempolimit 50 km/h, dichter Verkehr

23 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG Nicht motorbedingte Emissionsfaktoren Untersuchungen der verkehrsbedingten Partikelimmissionen zeigen, dass neben den Partikeln im Abgas auch nicht motorbedingte Partikelemissionen zu berücksichtigen sind, hervorgerufen durch Straßen- und Bremsbelagabrieb, Aufwirbelung von auf der Straße aufliegendem Staub etc. Diese Emissionen sind im HBEFA nicht enthalten, sie sind auch derzeit nicht mit zufrieden stellender Aussagegüte zu bestimmen. Die Ursache hierfür liegt in der Vielfalt der Einflussgrößen, die bisher noch nicht systematisch parametrisiert wurden und für die es derzeit auch keine verlässlichen Aussagen gibt. In der vorliegenden Untersuchung werden die PM10-Emissionen aus Abrieben (Reifen, Bremsen und Straßenbelag) und infolge der Wiederaufwirbelung (Resuspension) von Straßenstaub in Anlehnung an BASt (2005) sowie Düring und Lohmeyer (2004) verwendet. Die nicht motorbedingten PM2.5-Emissionen aus Abrieben (Reifen, Bremsen, Straßenbelag) werden in der vorliegenden Untersuchung entsprechend der im Emission Inventory Guidebook von EMEP/CORINAIR (CORINAIR, 2007) beschriebenen Vorgehensweise angesetzt. Eine Differenzierung in verschiedenen Straßentypen (z. B. Bundesautobahn oder innerorts) ist durch eine dort angegebene Geschwindigkeitsabhängigkeit (für Reifen und Bremsabrieb) möglich. Die Resuspension von eingetragenem Straßenstaub gehört entsprechend derzeitigem Kenntnisstand eher der Partikelfraktion zwischen 2.5 µm und 10 µm an und wird deshalb bei der Betrachtung von PM2.5 nicht mit berücksichtigt. Abrieb von Kupplungsbelägen wird ebenfalls nicht berücksichtigt, da dieser weitestgehend in den Kupplungsgehäusen zurückgehalten wird. Es sei darauf verwiesen, dass insbesondere die Emissionsfaktoren für Straßenabrieb von den Autoren wegen fehlender systematischer Untersuchungen mit sehr großen Unsicherheiten bewertet werden. Palmgren et al. (2003) setzt z. B. die PM2.5-Straßenabriebsemissionen auf Basis von Untersuchungen von TNO aus dem Jahr 1997 zu Null. Um auf der sicheren Seite zu liegen, werden dennoch Emissionsfaktoren verwendet. Auf Grundlage der o. a. Datenbasis werden zur Berechnung der PM10- und PM2.5-Emissionen für die Summe aus Abrieben (Reifen, Bremsen, Straßenbelag) die in den Tab. 5.1 und Tab. 5.2 aufgeführten Emissionsfaktoren angesetzt.

24 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 21 Straßenparameter spezifische Emissionsfaktoren je Kfz [mg/km] Verkehrssituation Längs- neig- ung PM10 PM10/PM2.5 PM2.5 NO x (nur Abrieb und (nur Abgas) (nur Abrieb) Aufwirbelung) LV SV LV SV LV SV LV SV IOS-AB60 ±0 % IOS-AB60 +2 % IOS-AB60 +4 % IOS-AB60-2 % IOS-AB60-4 % IOS-AB80 ±0 % IOS-AB80d ±0 % IOS-AB80d ±2 % IOS-AB80d ±4 % und weitere BAB/AO-Verkehrssituationen IOS-FernC50 ±0 % IOS-FernC50 ±2 % IOS-FernC50 +2 % IOS-FernC50-2 % IOS-FernC50-4 % IOS-FernC50d ±0 % IOS-FernC50d ±2 % IOS-HVS50 ±0 % IOS-HVS50 ±2 % IOS-HVS50d ±0 % IOS-HVS50d ±2 % IOS-HVS50d ±4 % IOS-Sam50 ±0 % IOS-Sam50d ±0 % und weitere Innerorts-Verkehrssituationen Tab. 5.1: Emissionsfaktoren in mg/km je Kfz für die betrachteten Straßen im Untersuchungsgebiet für das Bezugsjahr 2015

25 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 22 Straßenparameter spezifische Emissionsfaktoren je Kfz [mg/km] Verkehrssituation Längs- neig- ung PM10 PM10/PM2.5 PM2.5 NO x (nur Abrieb und (nur Abgas) (nur Abrieb) Aufwirbelung) LV SV LV SV LV SV LV SV IOS-AB60 ±0 % IOS-AB60 +2 % IOS-AB60 +4 % IOS-AB60-2 % IOS-AB60-4 % IOS-AB80 ±0 % IOS-AB80d ±0 % IOS-AB80d ±2 % IOS-AB80d ±4 % und weitere BAB/AO-Verkehrssituationen IOS-FernC50 ±0 % IOS-FernC50 ±2 % IOS-FernC50 +2 % IOS-FernC50-2 % IOS-FernC50-4 % IOS-FernC50d ±0 % IOS-FernC50d ±2 % IOS-HVS50 ±0 % IOS-HVS50 ±2 % IOS-HVS50d ±0 % IOS-HVS50d ±2 % IOS-HVS50d ±4 % IOS-Sam50 ±0 % IOS-Sam50d ±0 % und weitere Innerorts-Verkehrssituationen Tab. 5.2: Emissionsfaktoren in mg/km je Kfz für die betrachteten Straßen im Untersuchungsgebiet für das Bezugsjahr 2025 Die Bildung von so genannten sekundären Partikeln wird mit der angesetzten Hintergrundbelastung berücksichtigt, soweit dieser Prozess in großen Entfernungen (10 km bis 50 km) von den Schadstoffquellen relevant wird. Für die kleineren Entfernungen sind die sekundä-

26 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 23 ren Partikel in den aus Immissionsmessungen abgeleiteten nicht motorbedingten Emissionsfaktoren enthalten Tempo 30 Mit Hilfe des HBEFA ist bislang keine Prognose der Emissionsänderung infolge von Geschwindigkeitsbeschränkungen möglich. Für Tempo 30 können derzeit weder Emissionsfaktoren noch allgemein gültige Reduktionsfaktoren angegeben werden. Es gibt eine Reihe von Einflussfaktoren (Abstand der Knotenpunkte, Anbaustruktur, Ausbaugrad, Verkehrsbelegung etc.), deren Einfluss sich im Einzelfall stark voneinander unterscheidet, von denen aber das Emissionsminderungspotential in Tempo 30-Zonen stark abhängt. Die Emissionsminderung bei Tempo 30 wird entsprechend der Untersuchungen des LfU Bayern (2003) angesetzt Emissionen des untersuchten Straßennetzes Die Emissionen der betrachteten Schadstoffe NO x, PM10 und PM2.5 werden für jeden der betrachteten Straßenabschnitte ermittelt. Dabei wirken sich sowohl die verschiedenen Verkehrsaufkommen und SV-Anteile als auch die unterschiedlichen Verkehrssituationen aus. In Abb. 5.1 sind die Verkehrsituationen identisch für die Verkehrsfreigabe 2015 und für den Planfall 2025 aufgezeigt. Die darin verwendeten Signaturen setzten sich aus drei Eigenschaften zusammen. Der eigentlichen Verkehrssituation (Fahrmuster, siehe Abschnitt 5.2.1), des Verkehrszustands (Level-of-Service) und der Längsneigung. Die Verkehrssituation wird durch die Farbe der Signatur wieder gegeben. Das Muster (durchgezogene Linie, gestrichelt, gepunktet etc.) zeigt den Verkehrszustand und die Strichstärke die Längsneigung an. Demzufolge bedeutet eine fett gezeichnete, rot gestrichelte Liniensignatur (vgl. Abb. 5.1) eine Verkehrssituation IOS-AB80 mit dichtem Verkehr und einer Längsneigung >0 % (in Abhängigkeit der Strichstärke 2, 4 oder 6 %). In Abb. 5.2 und Abb. 5.3 sind die räumlichen Verteilungen der Emissionen für die Schadstoffe NO x und PM10 im Vergleich der Fälle Verkehrsfreigabe 2015 und Planfall 2025 dargestellt.

27 Verkehrssituation IOS-AB80 IOS-AB60 IOS-FernC50 IOS-HVS50 IOS-Sam50 Tempo 30 Verkehrszustand flüssig dicht Längsneigung ± 0 % ± 2 % ± 4 % Verkehrssituation und Längsneigung Stop & Go-Anteil 20 % Planfall Meter Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG Mohrenstraße 14, Radebeul Telefon 0351/ Auftraggeber: DEGES Deutsche Einheit Fernstraßenplanungs und -bau GmbH Verlegung B 4/75 Wilhelmsburger Reichsstraße Datum Zeichen gezeichnet LB geprüft FJ Projekt Abb. 5.1

28 Verkehrsfreigabe 2015 Planfall 2025 NO x -Emission Jahresmittelwert der Emissionsdichten Verkehrsfreigabe 2015 und Planfall Meter NO x -Emissionen in [mg/(m s)] Auftragnehmer: Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG Mohrenstraße 14, Radebeul Telefon 0351/ Auftraggeber: DEGES Deutsche Einheit Fernstraßenplanungs- und -bau GmbH Verlegung B 4/75 Wilhelmsburger Reichsstraße Datum Zeichen gezeichnet geprüft Projekt LB FJ Abb. 5.2

29 Verkehrsfreigabe 2015 Planfall 2025 PM10-Emission Jahresmittelwert der Emissionsdichten Verkehrsfreigabe 2015 und Planfall Meter PM10-Emissionen in [mg/(m s)] Auftragnehmer: Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG Mohrenstraße 14, Radebeul Telefon 0351/ Auftraggeber: DEGES Deutsche Einheit Fernstraßenplanungs- und -bau GmbH Verlegung B 4/75 Wilhelmsburger Reichsstraße Datum Zeichen gezeichnet geprüft Projekt LB FJ Abb. 5.3

30 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 27 6 IMMISSIONEN Für das Untersuchungsgebiet ist eine flächendeckende Auskunft über die Immissionssituation durch eine Vielzahl an Untersuchungspunkten gegeben. Für die Untersuchung wurde die Schadstoffkonzentration flächendeckend in Bodennähe (in ca. 1.5 m Höhe) bis in 600 m Entfernung der B 4/75n ermittelt. Zusätzlich wurden auch an Straßen mit dichter Randbebauung die Konzentrationswerte an der Randbebauung angegeben. Die horizontale Auflösung der Immissionspunkte beträgt 20 m 20 m. In die Berechnungen gehen die Emissionen der Kraftfahrzeuge je Betrachtungsjahr (2015/2025) auf der Grundlage der Verkehrsstärken des Jahres 2025 (Kapitel 5) der berücksichtigten Straßen ein. Diese Emissionen verursachen die verkehrsbedingte Zusatzbelastung im Untersuchungsgebiet. Die Beurteilungswerte beziehen sich immer auf die Gesamtbelastung. Daher wird nur die Gesamtbelastung diskutiert, welche sich aus Zusatzbelastung und großräumig vorhandener Hintergrundbelastung zusammensetzt. Die Ergebnisse für die Leitkomponenten NO 2, PM10 und PM2.5 sind als Gesamtbelastungen (Hintergrundbelastung + verkehrsbedingte Zusatzbelastung) in den jeweiligen Abschnitten dargestellt. Die flächenhafte grafische Darstellung erfolgt in Form von farbigen Quadraten bzw. bei Straßen mit dichter Randbebauung mit farbigen Linien. Die Farben sind bestimmten Konzentrationsintervallen zugeordnet. Die Zuordnung zwischen Farbe und Konzentration ist jeweils in der Legende angegeben. Bei der Skalierung der Farbstufen für Immissionen wurde der kleinste Wert entsprechend der angesetzten Hintergrundbelastung zugeordnet. Sofern in diese Stufen besondere Kennwerte fallen, werden diese dargestellt (z. B. beim NO 2 - Jahresmittelwert der Grenzwert von 40 µg/m³). Zusätzlich wurden für ausgewählte repräsentative Immissionsorte (IO) die berechneten NO 2 -Jahresmittelwerte, NO 2-98-Perzentilwerte, PM10- und PM2.5-Jahresmittelwerte separat ausgewiesen. Die Lage dieser Immissionsorte geht aus der Abb. 3.1 hervor. Sie stellen sensible Nutzungen (Altenheim, Krankenhaus, Wohnbebauung, Spielplatz, Sportplatz) im Nahbereich der geplanten B 4/75n dar.

31 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG Verkehrsfreigabe 2015 Die Orte der sensiblen Nutzungen im Untersuchungsgebiet sind mit den jeweilig berechneten Luftschadstoffkonzentrationen in Tab. 6.1 aufgeführt. Die Lage der Immissionsorte geht aus der Abb. 3.1 hervor. Nr. Immissionsort (Nutzung) NO 2 -I1 [µg/m³] NO 2 -I2 [µg/m³] PM10-I1 [µg/m³] PM2.5-I1 [µg/m³] Anzahl der Überschreitungen PM10-TM- Wert von 50 µg/m³ 1 KGV Süderelbe e. V Gaststätte Wilhelmsburger Hof KGV Am Bracksee e. V Spielplatz Kuckucksteich Berufsschulzentrum Gewerbe Dratelnstraße Gewerbe Rubbertstraße KGV Dove Elbe von 1971 e. V Gewerbe Stenzelring KGV Hoffnung von 1931 e. V Gewerbe Georgswerder Bogen Beurteilungswerte Tab. 6.1: NO 2 -, PM10- und PM2.5-Konzentrationen in ca. 1.5 m Höhe sowie die prognostizierte Anzahl an Überschreitungen des PM10-Kurzzeitgrenzwerts für ausgewählte Immissionsorte im Fall der Verkehrsfreigabe 2015 I1 = Jahresmittelwert, I2 = 98-Perzentil; fett = Grenzwertüberschreitung Stickstoffdioxid (NO 2 ) NO 2 -Jahresmittelwert Die Gesamtbelastungen der NO 2 -Jahresmittelwerte sind für das Jahr der Verkehrsfreigabe 2015 in Abb. 6.1 dargestellt. Die Auswertung der NO 2 -Konzentration zeigt entlang der geplanten B 4/75n keine Grenzwertüberschreitungen von 40 µg/m³ gemäß 39. BImSchV. In der Umgebung der AS Hamburg-Georgswerder kommt es in Straßenabschnitten mit dichter Randbebauung zu Überschreitung der NO 2 -Jahresmittelgrenzwerte. In der Harburger Chaussee und am Georgswerder Bogen werden NO 2 -Gesamtbelastungen bis 47 µg/m³ ermittelt. Dies entspricht einer Grenzwertüberschreitung von 18 %.

32 NO2-Jahresmittelwert [μg/m³] > 40 Grenzwert der 39. BImSchV Straßennetz Gesamtimmissionen NO 2 Verkehrsfreigabe Meter Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG Mohrenstraße 14, Radebeul Telefon 0351/ Auftraggeber: DEGES Deutsche Einheit Fernstraßenplanungs- und -bau GmbH Verlegung B 4/75 Wilhelmsburger Reichsstraße Datum Zeichen gezeichnet LB geprüft FJ Projekt Abb. 6.1

33 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 30 An den sensiblen Bereichen (vgl. Tab. 6.1) wird am Punkt 11 (Georgswerder Bogen) mit 47 µg/m³ die einzige Grenzwertüberschreitung des NO 2 -Jahresmittels festgestellt. Alle anderen Immissionsorte entlang der B 4/75n zeigen mit maximal 33 µg/m³ (IO: 2) bereits deutlich geringere Werte im NO 2 -Jahresmittel. NO 2 -Kurzzeitwert Die prognostizierten 98-Perzentilwerte (vgl. Tab. 6.1) lassen keine Grenzwertüberschreitung des NO 2 -Stundenwerts von 200 µg/m³ an mehr als 18 Stunden erwarten, da die berechneten 98-Perzentilwerte im Bereich nächstliegender Wohnbebauung, Gewerbe und Kleingärten deutlich unterhalb von 130 µg/m³ (98-Perzentilwert) liegen (vgl. Anhang A3). Dies trifft auch auf die nicht separat ausgewiesenen Bereiche der Harburger Chaussee zu. Feinstaub (PM10) Die flächendeckenden bodennahen PM10-Jahresmittelwerte für den Fall der Verkehrsfreigabe 2015 sind der Abb. 6.2 zu entnehmen. Die Werte für die Immissionsorte sind in Tab. 6.1 aufgezeigt. PM10-Jahresmittelwert In der Verkehrsfreigabe 2015 (Abb. 6.2) werden keine PM10-Konzentrationen erwartet, die den Grenzwert der 39. BImSchV von 40 µg/m³ überschreiten. Bereiche mit erhöhter PM10-Konzentration von bis zu 32 µg/m³ sind entlang der A 252 und am AS HH-Georgswerder zu verzeichnen. Selbst im Nahbereich der Straßen wird der PM10-Grenzwert nicht erreicht. PM10-24 Stundenwert Neben dem Grenzwert für das Jahresmittel ist in der 39. BImSchV auch ein 24-Stundengrenzwert für Partikel (PM10) von 50 µg/m³ definiert, der nicht öfter als 35-mal im Jahr überschritten werden darf. Entsprechend den Darstellungen im Anhang A3 wird angesetzt, dass Konzentrationen unterhalb des entsprechenden Schwellenwertes von 29 µg/m³ (Jahresmittelwert) auch der PM10-24 h-grenzwert sicher eingehalten wird. Der PM10-24 h-grenzwert ist somit eine strengere Kenngröße als der Jahresmittelgrenzwert (vgl. Anhang A3).

34 PM10-Jahresmittelwert [μg/m³] > 40 Grenzwert der 39. BImSchV Äquivalentwert zur Beurteilung des h-grenzwerts der 39. BImSchV Straßennetz Gesamtimmissionen PM10 Verkehrsfreigabe Meter Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG Mohrenstraße 14, Radebeul Telefon 0351/ Auftraggeber: DEGES Deutsche Einheit Fernstraßenplanungs- und -bau GmbH Verlegung B 4/75 Wilhelmsburger Reichsstraße Datum Zeichen gezeichnet LB geprüft FJ Projekt Abb. 6.2

35 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 32 Die Ergebnisdarstellung (Abb. 6.2, dort orangefarbene und rote Signaturen) zeigt in Bereichen längerer Aufenthaltsdauer keine Überschreitungen des PM10-Äquivalentwerts. Auch an den Häuserfronten Harburger Chaussee und Georgswerder Bogen wird der PM10-Kurzzeitgrenzwert nicht überschritten. Die höchste PM10-Konzentration an den sensiblen Bebauung entlang der geplanten Neubautrasse wird am Punkt 11 (Georgswerder Bogen) mit 27 µg/m³ (entspricht 29 Tage >50 µg/m³) ermittelt (Tab. 6.1). Somit liegen die Schadstoffbelastungen aller separat berechneten Immissionsorte unterhalb der Konzentrationsschwelle, wo eine Überschreitung des PM10-Kurzzeitgrenzwerts erwartet wird. Feinstaub (PM2.5) PM2.5-Jahresmittelwert An keiner Stelle im Untersuchungsgebiet wird der Grenzwert der 39. BImSchV von 25 µg/m³ überschritten (vgl. Abb. 6.3, Tab. 6.1). Flächendeckend wurden maximale Konzentrationen von 20 µg/m³ im Nahbereich der A 252 ermittelt. An den Häuserfronten werden maximal 17 µg/m³ in der Harburger Chaussee und Georgswerder Bogen erwartet. Damit erreichen die PM2.5-Werte maximal erhöhte Konzentrationen und bleiben mindestens 20 % unter dem PM2.5-Grenzwert.

36 PM2.5-Jahresmittelwert [μg/m³] > 25 Grenzwert der 39. BImSchV Straßennetz Gesamtimmissionen PM2.5 Verkehrsfreigabe Meter Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG Mohrenstraße 14, Radebeul Telefon 0351/ Auftraggeber: DEGES Deutsche Einheit Fernstraßenplanungs- und -bau GmbH Verlegung B 4/75 Wilhelmsburger Reichsstraße Datum Zeichen gezeichnet LB geprüft FJ Projekt Abb. 6.3

37 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG Planfall 2025 Die Tab. 6.2 zeigt für die Immissionsorte aus Abb. 3.1 die betrachteten Schadstoffkonzentrationen. Nr. Immissionsort (Nutzung) NO 2 -I1 [µg/m³] NO 2 -I2 [µg/m³] PM10-I1 [µg/m³] PM2.5-I1 [µg/m³] Anzahl der Überschreitungen PM10-TM-Wert von 50 µg/m³ 1 KGV Süderelbe e. V Gaststätte Wilhelmsburger Hof KGV Am Bracksee e. V Spielplatz Kuckucksteich Berufsschulzentrum Gewerbe Dratelnstraße Gewerbe Rubbertstraße KGV Dove Elbe von 1971 e. V Gewerbe Stenzelring KGV Hoffnung von 1931 e. V Gewerbe Georgswerder Bogen Beurteilungswerte Tab. 6.2: NO 2 -, PM10- und PM2.5-Konzentrationen in ca. 1.5 m Höhe sowie die prognostizierte Anzahl an Überschreitungen des PM10-Kurzzeitgrenzwerts für ausgewählte Immissionsorte im Planfall 2025 I1 = Jahresmittelwert, I2 = 98-Perzentil Stickstoffdioxid (NO 2 ) NO 2 -Jahresmittelwert Die flächendeckend bodennahen NO 2 -Jahresmittelwerte für den Planfall 2025 sind in Abb. 6.4 dargestellt. Die NO 2 -Konzentrationen überschreiten im Planfall nicht den Grenzwert der 39. BImSchV von 40 µg/m³. Die höchsten Konzentrationen werden flächendeckend mit 35 µg/m³ und in den Straßenschluchten mit 29 µg/m³ ermittelt. Die NO 2 -Konzentration an den sensitiven Punkten entlang der geplanten Trasse (Tab. 6.2) erreichen wiederum leicht erhöhte Werte bis maximal 29 µg/m³ (Punkt 11).

38 NO2-Jahresmittelwert [μg/m³] > 40 Grenzwert der 39. BImSchV Straßennetz Gesamtimmissionen NO 2 Planfall Meter Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG Mohrenstraße 14, Radebeul Telefon 0351/ Auftraggeber: DEGES Deutsche Einheit Fernstraßenplanungs- und -bau GmbH Verlegung B 4/75 Wilhelmsburger Reichsstraße Datum Zeichen gezeichnet LB geprüft FJ Projekt Abb. 6.4

39 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 36 NO 2 -Kurzzeitwert Neben den Jahresmittelwerten lassen auch die prognostizierten 98-Perzentilwerte (vgl. Tab. 6.2) keine Grenzwertüberschreitung des NO 2 -Stundenwerts von 200 µg/m³ an mehr als 18 Stunden erwarten. Die maximalen Belastungen des 98-Perzentils werden vereinzelt bis 97 µg/m³ berechnet und liegen somit weit unterhalb des Äquivalentwerts von 130 µg/m³. Feinstaub (PM10) PM10-Jahresmittelwert Abb. 6.5 und Tab. 6.2 zeigen die PM10-Konzentrationen für den Planfall Darin ist erkennbar, dass der Grenzwert der 39. BImSchV von 40 µg/m³ nicht überschritten wird. Überwiegend in der Umgebung zur AS Hamburg-Georgswerder werden die höchsten PM10- Konzentrationen von bis zu 28 µg/m³ ermittelt. An den Häusern der Harburger Chaussee und Georgswerder Bogens sind es 24 µg/m³. PM10-24 Stundenwert Die Erläuterungen der höchsten PM10-Jahresmittelwerte zeigen, dass der PM10-24 h-grenzwert überall eingehalten wird. Eine Überschreitung von 50 µg/m³ an mehr als 35 Tagen wird auch an den Immissionsorten (Tab. 6.2) nicht erwartet. Beispielsweise ist die höchste PM10-Belastung am Immissionsort Nr. 11 (Georgswerder Bogen) mit 22 Tagen >50 µg/m³ angegeben. Feinstaub (PM2.5) PM2.5-Jahresmittelwert In Abb. 6.6 und Tab. 6.2 sind die PM2.5-Konzentrationen aufgezeigt. Der Grenzwert der 39. BImSchV von 25 µg/m³ wird an keiner Stelle im Untersuchungsgebiet überschritten. Die maximale PM2.5-Zusatzbelastung von 4 µg/m³ ergibt eine Gesamtbelastung von 17 µg/m³ (Hintergrund = 13 µg/m³). An den Häuserfassaden der Straßenabschnitte mit dichter Bebauungssituation werden sogar nur 15 µg/m³ ermittelt. An diesen Stellen liegen die Konzentrationen sogar 40 % unter dem PM2.5-Jahresmittelgrenzwert.

40 PM10-Jahresmittelwert [μg/m³] > 40 Grenzwert der 39. BImSchV Äquivalentwert zur Beurteilung des h-grenzwerts der 39. BImSchV Straßennetz Gesamtimmissionen PM10 Planfall Meter Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG Mohrenstraße 14, Radebeul Telefon 0351/ Auftraggeber: DEGES Deutsche Einheit Fernstraßenplanungs- und -bau GmbH Verlegung B 4/75 Wilhelmsburger Reichsstraße Datum Zeichen gezeichnet LB geprüft FJ Projekt Abb. 6.5

41 PM2.5-Jahresmittelwert [μg/m³] > 25 Grenzwert der 39. BImSchV Straßennetz Gesamtimmissionen PM2.5 Planfall Meter Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG Mohrenstraße 14, Radebeul Telefon 0351/ Auftraggeber: DEGES Deutsche Einheit Fernstraßenplanungs- und -bau GmbH Verlegung B 4/75 Wilhelmsburger Reichsstraße Datum Zeichen gezeichnet LB geprüft FJ Projekt Abb. 6.6

42 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG Gesamtbewertung Bei der Betrachtung der beiden Prognosefälle wird deutlich, dass die Gesamtimmissionen im Fall der Verkehrsfreigabe 2015 merklich höher sind als im Planfall Da für beide Fälle identische Verkehrsstärken und Verkehrssituationen angenommen wurden, sind die Unterschiede anhand zweier Faktoren auszumachen: 1. sinkende Hintergrundbelastung und 2. sinkende spezifische Emissionsfaktoren der Fahrzeuge durch eine andere Flottenzusammensetzung. Durch diese Entwicklung ist im Planfall 2025 im Untersuchungsgebiet nicht mit einer Überschreitung der NO 2 -Grenzwerte (Jahresmittel und Kurzzeit) der 39. BImSchV zu rechnen. Anders im Fall der Verkehrsfreigabe Hier werden die NO 2 -Jahresmittelwerte den Grenzwert der 39. BImSchV bspw. an der Harburger Chaussee und am Georgswerder Bogen von 40 µg/m³ überschreiten. Der NO 2 -Kurzzeitgrenzwert wird aber auch im Fall der Verkehrsfreigabe 2015 den Grenzwert der 39. BImSchV nicht überschreiten. Der PM10-Jahresmittelgrenzwert der 39. BImSchV von 40 µg/m³ wird in beiden Fällen (2015 und 2025) nicht erreicht. Der strengere PM10-Kurzzeitgrenzwert von 35 Tagen >50 µg/m³ wird bei beiden Berechnungen (2015/2025) an sensitiven Punkten nicht überschritten. Somit werden die PM10-Grenzwerte der 39. BImSchV eingehalten. Die für beide Prognosehorizonte berechneten PM2.5-Jahresmittelwerte sind niedriger als der Grenzwert der 39. BImSchV von 25 µg/m³. Im Fall der Verkehrsfreigabe werden maximal 20 µg/m³ ermittelt. Im Planfall 2025 sind es wiederum noch niedrigere Maximal-Konzentrationen. Für die Straßenabschnitte mit Grenzwertüberschreitungen gilt, dass keine atypischen Schadstoffbelastungen auftreten, die mit Mitteln der Luftreinhaltung bzw. verkehrlichen Maßnahmen nicht zu lösen sind, da die berechneten Zusatzbelastungen aller Schadstoffe nicht höher als die jeweiligen Grenz- bzw. Zielwerte sind.

43 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 40 7 LITERATUR 22. BImSchV - Bundesimmissionsschutzverordnung (2007): Zweiundzwanzigste Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (Verordnung über Immissionswerte für Schadstoffe in der Luft). Bundesgesetzblatt Jahrgang 2007 Teil 1 Nr. 25, Bonn (mit Erscheinen der 39. BImSchV zurückgezogen). 23. BImSchV - Bundesimmissionsschutzverordnung (1996): Dreiundzwanzigste Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (Verordnung über die Festlegung von Konzentrationswerten BImSchV). In: BGBl. I, Nr. 66, S (mit Erscheinen der 33. BImSchV zurückgezogen). 33. BImSchV - Bundesimmissionsschutzverordnung (2004): Dreiunddreißigste Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (Verordnung zur Verminderung von Sommersmog, Versauerung und Nährstoffeinträgen -33. BImSchV). BGBl I, Nr. 36, S vom (mit Erscheinen der 39. BImSchV zurückgezogen). 39. BImSchV (2010): Neununddreißigste Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (Verordnung über Luftqualitätsstandards und Emissionshöchstmengen BImSchV) Vom 2. August S Bundesgesetzblatt Jahrgang 2010 Teil I Nr. 40, ausgegeben zu Bonn am 5. August ARGUS (2010): Verkehrsbelastungen im Nebennetz; Basisszenario 2025; Datenlieferung per von Frau von Grumbkow am BASt (1986): Straßenverkehrszählungen 1985 in der Bundesrepublik Deutschland. Erhebungs- und Hochrechnungsmethodik. Schriftenreihe Straßenverkehrszählungen, H. 36. Im Auftrag des Bundesministers für Verkehr, Bergisch Gladbach, Hrsg.: Bundesanstalt für Straßenwesen, Bergisch Gladbach. BASt (2005): PM10-Emissionen an Außerortsstraßen - mit Zusatzuntersuchung zum Vergleich der PM10-Konzentrationen aus Messungen an der A 1 Hamburg und Ausbreitungsrechnungen. Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Verkehrstechnik, Heft V 125, Bergisch-Gladbach, Juni BSU - Freie und Hansestadt Hamburg, Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt, Amt für Verkehr und Straßenwesen, Abteilung Verkehrsentwicklung (2010): Datenlieferung zum Verkehrsgang; von Herrn Mielke am

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49 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 46 A N H A N G A1: BEURTEILUNGSWERTE FÜR LUFTSCHADSTOFFKONZENTRATIONEN AN KFZ- STRASSEN

50 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 47 A1 BEURTEILUNGSWERTE FÜR LUFTSCHADSTOFFKONZENTRATIONEN AN KFZ-STRASSEN A1.1 Grenzwerte Durch den Betrieb von Kraftfahrzeugen entstehen eine Vielzahl von Schadstoffen, welche die menschliche Gesundheit gefährden können, z. B. Stickoxide (NO x als Summe von NO und NO 2 ), Kohlenmonoxid (CO), Schwefeldioxid (SO 2 ), Benzol, Partikel, etc. Im vorliegenden Gutachten werden Konzentrationen bzw. Immissionen von Luftschadstoffen ermittelt. Deren Angabe allein vermittelt jedoch weder Informationen darüber, welche Schadstoffe die wichtigsten sind, noch einen Eindruck vom Ausmaß der Luftverunreinigung im Einflussbereich einer Straße. Erst ein Vergleich der Schadstoffkonzentrationen mit schadstoffspezifischen Beurteilungswerten, z. B. Grenz- oder Vorsorgewerten lässt Rückschlüsse auf die Luftqualität zu. Darauf wird im Folgenden eingegangen. Grenzwerte sind rechtlich verbindliche Beurteilungswerte zum Schutz der menschlichen Gesundheit, der Vegetation oder des Bodens, die einzuhalten sind und nicht überschritten werden dürfen. Die in Deutschland für den Einflussbereich von Straßen maßgebenden Grenzwerte sind in der 39. BImSchV (2010) benannt, dort als Immissionsgrenzwert bezeichnet. Bezüglich verkehrsbedingter Luftschadstoffe sind derzeit NO 2, PM10 und PM2.5 von Bedeutung, gelegentlich werden zusätzlich noch die Schadstoffe Benzol und Kohlenmonoxid betrachtet. Ruß wird nicht betrachtet, weil es nach Erscheinen der 33. BImSchV (2004) und dem damit erfolgten Zurückziehen der 23. BImSchV (1996) dafür keinen gesetzlichen Beurteilungswert mehr gibt. Ruß ist Bestandteil von PM10 und wird damit indirekt erfasst. Die Grenzwerte der 39. BImSchV sind in Tab. A1.1 angegeben. Ergänzend zu diesen Grenzwerten nennt die 39. BImSchV Toleranzmargen; das sind in jährlichen Stufen abnehmende Werte, um die der jeweilige Grenzwert innerhalb festgesetzter Fristen überschritten werden darf, ohne in Deutschland die Erstellung von Luftreinhalteplänen zu bedingen. Diese Werte werden als Übergangsbeurteilungswerte bezeichnet, sofern sie aufgrund der zeitlichen Zusammenhänge in den Betrachtungen der Planungen Berücksichtigung finden. Zusätzliche Luftschadstoffe zu den genannten werden meist nicht betrachtet, da deren Immissionen in Deutschland typischerweise weit unterhalb der geltenden Grenzwerte liegen. In der 39. BImSchV (2010) werden auch Zielwerte für PM2.5, Arsen, Kadmium, Nickel und Benzo(a)pyren (BaP) in der Luft als Gesamtgehalt in der PM10-Fraktion über ein Kalender-

51 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 48 jahr gemittelt festgesetzt. Ein Zielwert ist die nach Möglichkeit in einem bestimmten Zeitraum zu erreichende Immissionskonzentration, um die schädlichen Einflüsse auf die menschliche Gesundheit und die Umwelt insgesamt zu vermeiden, zu verhindern oder zu verringern. Die verkehrsbedingten Zusatzbelastungen dieser genannten Schadstoffe liegen selbst an stark befahrenen Hauptverkehrsstraßen meist deutlich unterhalb der Hintergrundbelastung und werden deshalb ebenfalls nicht mitbetrachtet. Stoff Mittelungszeit Grenzwert Geltungszeitpunkt NO 2 Stundenmittelwert 200 µg/m 3 maximal 18 Überschreitungen / Jahr seit 2010 NO 2 Jahresmittelwert 40 µg/m 3 seit 2010 Partikel (PM10) Tagesmittelwert 50 µg/m 3 maximal 35 Überschreitungen / Jahr seit 2005 Partikel (PM10) Jahresmittelwert 40 µg/m 3 seit 2005 Partikel (PM2.5) Jahresmittelwert 25 µg/m³ ab 2015 Benzol Jahresmittelwert 5 µg/m 3 seit 2010 Kohlenmonoxid (CO) 8 h gleitender Wert 10 mg/m 3 seit 2005 Tab. A1.1: Immissionsgrenzwerte nach 39. BImSchV (2010) für ausgewählte (verkehrsrelevante) Schadstoffe Der Inhalt der am 11. Juni 2008 in Kraft getretenen EU-Luftqualitätsrichtlinie 2008/50/EG ist mit der 39. BImSchV in nationales Recht umgesetzt. Die Inhalte der 22. BImSchV und 33. BImSchV werden u.a. in der 39. BImSchV zusammengefasst, sodass diese beiden BImSchV aufgehoben werden. Ein neues Element der 39. BImSchV ist die Einführung eines Immissionsgrenzwertes für die Feinstaubfraktion PM2.5 (Partikel mit einem aerodynamischen Durchmesser von 2.5 µm), der ab dem 1. Januar 2015 einzuhalten ist. Für davor liegende Jahre werden Toleranzmargen genannt, die hier im Abschnitt A1.2 beschrieben werden. A1.2 Vorsorgewerte Da der Vergleich von Luftschadstoffkonzentrationen mit Grenzwerten allein noch nicht ausreichend ist, um eine Luftschadstoffkonzentration zu charakterisieren, gibt es zusätzlich zu

52 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 49 den Grenzwerten so genannte Vorsorgewerte bzw. Zielwerte zur langfristigen Verbesserung der Luftqualität. Die 39. BImSchV weist als Zielwert einen PM2.5-Jahresmittelwert von 25 µg/m³ aus, der bereits heute eingehalten werden sollte. Um die Einhaltung des Immissionsgrenzwertes für PM2.5 von 25 µg/m³ ab den Jahr 2015 einzuhalten, wird eine die Toleranzmarge von 5 µg/m³ erlassen, die sich ab dem 1. Januar 2009 jährlich um ein Siebentel (ca. 0.7 µg/m³) vermindert. In der 39. BImSchV wird als nationales Ziel gefordert, ab dem Jahr 2015 den Indikator für die durchschnittliche PM2.5-Exposition von 20 µg/m³ im Jahresmittel einzuhalten. Die durchschnittliche PM2.5-Exposition für das Referenzjahr 2010 ist vom UBA festzustellen und basiert auf dem gleitenden Jahresmittelwert der Messstationen im städtischen und regionalen Hintergrund für die Jahre 2008 bis Ab dem Jahr 2020 soll als Zielwert eine reduzierte durchschnittliche PM2.5-Exposition eingehalten werden. Das Reduktionsziel beträgt in Abhängigkeit vom Ausgangswert im Referenzjahr 2010 bis zu 20 %, mindestens jedoch soll das Ziel von 18 µg/m³ erreicht werden. A1.3 Europäische Richtlinien zur Bewertung von Luftschadstoffen Die EU-Luftqualitätsrichtlinie 2008/50/EG ist mit ihrer Veröffentlichung im Amtsblatt der Europäischen Union am 11. Juni 2008 in Kraft getreten. Mit der 39. BImSchV hat die Bundesregierung die EU-Richtlinie weitgehend in nationales Recht umsetzt. Im Unterschied zur 39. BImSchV soll nach der EU-Luftqualitätsrichtlinie ab dem Jahr 2020 ein PM2.5-Richtgrenzwert von 20 µg/m 3 im Jahresmittel (Stufe 2 im Anhang XIV) zum Grenzwert werden. Im Jahr 2013 wird dieser Richtgrenzwert von der EU-Kommission anhand zusätzlicher Informationen über die Auswirkungen auf Gesundheit und Umwelt, die technische Durchführbarkeit und die Erfahrungen mit dem Zielwert in den Mitgliedstaaten überprüft.

53 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 50 A N H A N G A2: BERECHNUNGSVERFAHREN PROKAS

54 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 51 A2 BERECHNUNGSVERFAHREN PROKAS A2.1 PROKAS - Berechnungsverfahren zur Bestimmung verkehrserzeugter Schadstoffbelastungen Für die Berechnung der Immission an einem Untersuchungspunkt wird das mathematische Modell PROKAS verwendet, welches den Einfluss des umgebenden Straßennetzes bis in eine Entfernung von mehreren Kilometern vom Untersuchungspunkt berücksichtigt. Damit werden zum Beispiel die NO 2 -Konzentrationen als Folge des Betriebs des Netzes errechnet. Schadstoffbelastungen durch Ferntransport und andere Quellen (zum Beispiel Industrie) werden in der Hintergrundbelastung berücksichtigt. Das Straßennetz besteht aus einer Vielzahl von Emissionsbändern, so genannten Linienquellen, welche die Schadstoffe emittieren. Die Ausbreitung wird mit einem Gaußfahnenmodell oder dem Lagrange'schen Partikelmodell LASAT simuliert. Für die Berechnung der Immissionen in Straßen mit dichter Randbebauung wird ein integriertes Bebauungsmodul eingesetzt (siehe Abschnitt A2.3), in das Ergebnisse einfließen, die auf Berechnungen mit dem mikroskaligen Ausbreitungsmodell MISKAM sowie Ergebnissen aus Windkanalversuchen und Feldexperimenten basieren. Der Gaußansatz entspricht dem Ausbreitungsmodell für Luftreinhaltepläne, Richtlinie VDI 3782 Blatt 1 (VDI, 1992). Die Luftschadstoffe in der Abgasfahne werden mit einer repräsentativen Geschwindigkeit ut transportiert, die sich durch die gewichtete Mittelung des Windprofils u(z) über die Konzentrationsverteilung in der Abgasfahne ergibt. Da sich das vertikale Konzentrationsprofil mit der Entfernung zur Quelle ändert, wird auch ut eine Funktion des Quellabstandes. Dadurch ist gewährleistet, dass die Kontinuitätsgleichung für die Schadstoffmasse in jeder betrachteten Entfernung von der Straße eingehalten wird. Für die Rechnung wird das gesamte Straßennetz in kurze Linienquellen zerlegt und die Emission jeder der Linienquellen auf mehrere Punktquellen verteilt. Der Abstand zwischen den zu einer Linienquelle gehörenden Punktquellen beträgt maximal 1/5 der Entfernung der Punktquelle zum Untersuchungspunkt. Insgesamt wird somit ein Straßennetz je nach seiner Dichte durch einige Punktquellen angenähert. Sensitivitätsuntersuchungen haben gezeigt, dass das Rechenergebnis bei einer weiteren Verkürzung der Abstände zwischen den Punktquellen unbeeinflusst bleibt. Mit diesem Aufteilen in Einzelquellen ist zum Beispiel auch der Fall berücksichtigbar, wenn sich die Emissionen im Verlauf einer Straße ändern, zum Beispiel bei Geschwindigkeitsbeschränkung auf einem Teil einer Straße. Dann emittieren die

55 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 52 Punktquellen, die dieses Straßenstück repräsentieren, mit einer anderen Quellstärke als die Quellen auf dem Straßenstück ohne Geschwindigkeitsbegrenzung. Mit Hilfe der oben aufgeführten Vorgehensweise ist gewährleistet, dass jeder der Straßenzüge gleichzeitig emittieren kann, das heißt, dass jeweils das gesamte Straßennetz emittiert. Damit können auch die Verhältnisse im Nahbereich von Kreuzungen realistisch nachgebildet werden, wo es Aufpunkte gibt, die bei einigen Windrichtungen gleichzeitig von Schadstoffen von mehreren Straßen beaufschlagt werden. Bei der Bestimmung der 98-Perzentilwerte (= Konzentrationen, die in 98 % der Zeit erreicht oder unterschritten werden) ist es in solchen Fällen nicht korrekt, den Einfluss jedes Straßenzuges einzeln zu berechnen und dann später zusammenzufassen. Auch der Einfluss von Lärmschutzmaßnahmen endlicher Länge kann so berücksichtigt werden. Der Einfluss von Lärmschutzmaßnahmen wird den Arbeiten von Romberg et al. (1986) für die Bundesanstalt für Straßenwesen entnommen. Die Wirkung der Lärmschutzwand wird als Anfangsverdünnung interpretiert, indem dem vertikalen Ausbreitungsparameter σ z ein Wert σ zo als additiver Term zugeschlagen wird. Das Ausbreitungsmodell ist in der Lage, für jede der Linienquellen einen eigenen Wert für σ zo zu berücksichtigen. Die Ausbreitungsparameter σ y und σ z der Richtlinie VDI 3782 Blatt 1 entsprechen denen der TA Luft 86. Für eine korrekte Bestimmung des 98-Perzentilwertes ist es wichtig, die mit der Tageszeit veränderliche Verkehrsstärke zu berücksichtigen. Dabei kommt es auch auf die korrekte Erfassung der Verkehrs- und damit Emissionsspitzen an. Das Modell berücksichtigt deshalb die Eingabe von 5 verschiedenen Emissionsniveaus und deren Auftretenshäufigkeit. Bezüglich der Meteorologie wird mit 36 verschiedenen Windrichtungsklassen, 9 verschiedenen Windgeschwindigkeitsklassen und 6 verschiedenen Ausbreitungsklassen gerechnet. Die Ausbreitungsklassen berücksichtigen, dass die Verdünnung der Abgase für eine gegebene Windrichtung und Windgeschwindigkeit auch noch von der Stabilität der Atmosphäre abhängt. So ist z. B. die Verdünnung bei "Inversionswetterlagen" schlechter als bei sonnigen "Normalwetterlagen". Insgesamt werden also = Wetterlagen mit den jeweiligen Häufigkeiten berücksichtigt. Wie oben erwähnt, werden bei der Berechnung der Konzentrationen am Aufpunkt Wetterlagen und 5 Emissionsklassen berücksichtigt. Als Rechenergebnis erhält man somit für jeden betrachteten Punkt = unterschiedliche Konzentrationswerte mit der

56 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 53 zugehörigen Häufigkeit, also der Angabe darüber, wie häufig die jeweiligen Konzentrationen pro Jahr auftreten. Aus diesen Ergebnissen wird dann eine Häufigkeitsverteilung hergestellt und es wird derjenige Wert bestimmt, der in 98 % der Zeit unterschritten wird. Dies ist der gesuchte 98-Perzentilwert der Zusatzbelastung. Die Ermittlung der Immissionskenngrößen für die Gesamtbelastung aus den Kenngrößen für die Hintergrundbelastung (Grundbelastung) und die Zusatzbelastung (infolge Verkehrsemissionen auf der betrachteten Straße) erfolgt nach dem in der TA Luft 86 in Anhang D angegebenen Verfahren. Das Straßennetz und die zu betrachtenden Aufpunkte werden über ein Digitalisierprogramm in den Rechner eingelesen oder aus Verkehrsflussmodellen oder Schallberechnungsprogrammen übertragen. Zur Kontrolle der korrekten Eingabe gibt das Programm anschließend eine maßstabsgetreue Grafik mit dem Straßennetz und der Lage der Untersuchungspunkte aus sowie zur genaueren Kontrolle eine Liste mit den (vom Programm errechneten) Abständen der Aufpunkte zu jeder Linienquelle und zusätzlich die Quellstärke, Anzahl der Punktquellen und Länge jeder Linienquelle. Die Ergebnisse der Immissionsberechnungen (Jahresmittelwerte und 98-Perzentilwerte für NO 2 und Jahresmittelwerte für zwei inerte Schadstoffe, zum Beispiel Benzol und Ruß) werden als Datei tabellarisch für jeden Untersuchungspunkt abgespeichert. Die grafische Darstellung ist sowohl in Form von Zahlenwerten an den jeweiligen Untersuchungspunkten möglich als auch mit farbigen Symbolen, wobei die Farbe entsprechend den Konzentrationen gesetzt wird. Zur Überprüfung der korrekten Programmierung wurden Situationen (Einzelquellen, nicht Straßennetze) gerechnet, die dem Anwendungsbereich der TA Luft 86 entsprechen. Die Ergebnisse wurden mit den Ergebnissen des amtlichen Rechenprogramms der TA Luft 86 (UBA, 1987) verglichen. Zur Überprüfung der Plausibilität der Ergebnisse wurden die Abgaskonzentrationen an Dauermessstellen in Karlsruhe sowie Messungen an den Autobahnen A 8 (Stuttgart, Fasanenhof) und A 9 bei Garching (Rabl et al., 1989) mit den jeweiligen Berechnungen nach PROKAS verglichen. Die Übereinstimmung kann als gut bezeichnet werden (siehe Abb. A2.1).

57 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 54 A2.2 Stickoxid-Konversion Von den Fahrzeugen werden die Stickoxide hauptsächlich als NO und nur zu geringen Teilen als NO 2 abgegeben. Auf dem Ausbreitungspfad wandelt sich das NO zu NO 2 um. Die Umwandlungsrate ist zeitabhängig. Mit zunehmendem Abstand von der Straße wird ein immer größerer Anteil des NO in NO 2 umgewandelt. Diese Umwandlungsrate wird anhand einer Vielzahl von Messungen der Stickoxide NO und NO 2 an Messstationen in den alten Bundesländern der Bundesrepublik Deutschland mit dem Verhältnis NO 2 /NO x parametrisiert (Romberg et al., siehe Abb. A2.2). NO x ist die Summe von NO und NO 2, ausgewiesen als NO 2, das heißt jedes Mol (auch von NO) wird mit einer Masse von 46 g gerechnet. Unter den Messstationen sind sowohl stark vom Straßenverkehr beeinflusste, wie z. B. Frankfurt City oder Köln-Neumarkt, als auch solche in gering belasteten Gebieten, wie z. B. Villingen-Schwenningen im Schwarzwald. Die Messwerte sind Veröffentlichungen des Umweltbundesamtes in Berlin (UBA, 1991), des Statistischen Landesamtes Baden-Württemberg in Stuttgart (Statistische Berichte BW, 1985 bis 1991), der Landesanstalt für Immissionsschutz, Nordrhein-Westfalen (LIS, 1985 bis 1991) und der Bundesanstalt für Straßenwesen (Esser, 1992 und 1995) entnommen. Es handelt sich jeweils um Jahreswerte der Jahre 1985 bis 1989 bzw Mit Hilfe der oben genannten Parametrisierung ist für jede NO x -Immission die NO 2 -Immission im Jahresmittel und für den 98-Perzentilwert bekannt. Nach dem zuvor erläuterten Verfahren erhält man die NO x -Immissionen an den Untersuchungspunkten. Der Zusammenhang zwischen der NO 2 - und der NO x -Gesamtbelastung wird aus der Regressionskurve für die Umwandlungsrate NO 2 /NO x (Abb. A2.2) ermittelt. Aus dieser Regressionskurve erhält man den wahrscheinlichsten Wert der NO 2 -Gesamtbelastung.

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60 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 57 A2.3 Berechnung der Immissionen in Straßen mit dichter Randbebauung Im Falle von teilweise oder ganz geschlossener Randbebauung (etwa einer Straßenschlucht) ist die Immissionsberechnung nicht mit Hilfe der oben beschriebenen Methode durchführbar. Hier wird ein ergänzendes Bebauungsmodul verwendet. Es basiert auf Modellrechnungen mit dem mikroskaligen Ausbreitungsmodell MISKAM für idealisierte Bebauungstypen. Dabei wurden für 20 Bebauungstypen und jeweils 36 Anströmrichtungen maximale dimensionslose Abgaskonzentrationen c* in 1.5 m Höhe und 1 m Abstand zum nächsten Gebäude bestimmt. Für die Bewertung der Qualität der mit dem Modell MISKAM erzielten Ergebnisse wurden diese für ausgewählte Situationen mit Ergebnissen aus Windkanalversuchen und Feldexperimenten verglichen. Die Bebauungstypen werden unterschieden in Straßenschluchten mit ein- oder beidseitiger Randbebauung mit verschiedenen Gebäudehöhe-zu-Straßenschluchtbreite-Verhältnissen und unterschiedlichen Lückenanteilen in der Randbebauung. Unter Lückigkeit ist der Anteil nicht überbauter Flächen am Straßenrand mit (einseitiger oder beidseitiger) Randbebauung zu verstehen. Die Straßenschluchtbreite ist jeweils definiert als der zweifache Abstand zwischen Straßenmitte und straßennächster Randbebauung. Die Tab. A2.1 beschreibt die Einteilung der einzelnen Bebauungstypen. Straßenkreuzungen werden aufgrund der Erkenntnisse aus Naturmessungen (Kutzner et al., 1995) und Modellsimulationen nicht berücksichtigt. Danach treten an Kreuzungen trotz höheren Verkehrsaufkommens um 10 % bis 30 % geringere Konzentrationen als in den benachbarten Straßenschluchten auf. Aus den dimensionslosen Konzentrationen errechnen sich die vorhandenen Abgaskonzentrationen c zu c = c* Q B u wobei: c = Abgaskonzentration [µg/m 3 ] c * = dimensionslose Abgaskonzentration [-] Q = emittierter Schadstoffmassenstrom [µg/m s] B = Straßenschluchtbreite [m] u' = Windgeschwindigkeit unter Berücksichtigung der fahrzeuginduzierten Turbulenz [m/s]

61 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 58 Die verwendeten c*-werte wurden mit Ergebnissen von Windkanaluntersuchungen der Ausbreitungsvorgänge in idealisierten Straßenschluchten verglichen. Weiterhin wurden zur Verifikation Naturmessungen in Hannover herangezogen. Die Übereinstimmung der im Bebauungsmodul verwendeten c*-werte mit den oben genannten Daten kann als gut bezeichnet werden. Entsprechend dem anfangs beschriebenen Verfahren werden für jede Meteorologie/Emissions-Konstellation (max ) die Beiträge der anderen Straßen hinzuaddiert. Hintergrundbelastung und NO-Konversion werden ebenfalls wie oben beschrieben berücksichtigt. Typ Randbebauung Gebäudehöhe/ Lückenanteil [%] Straßenschluchtbreite 0 * locker einseitig 1: " 1: " 1: " 1: " 1: " 1: " 1: " 1: " 1.5: " 1.5: beidseitig 1: " 1: " 1: " 1: " 1: " 1: " 1: " 1: " 1.5: " 1.5: Tab. A2.1: Typisierung der Straßenrandbebauung. * Typ 0 wird angesetzt, wenn mindestens eines der beiden Kriterien (Straßenschluchtbreite >5 x Gebäudehöhe bzw. Lückenanteil >60 %) erfüllt ist.

62 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 59 A N H A N G A3: ÜBERSCHREITUNGSHÄUFIGKEIT DER STUNDEN- UND TAGESMITTELWERTE

63 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 60 A3 ÜBERSCHREITUNGSHÄUFIGKEIT DER STUNDEN- UND TAGESMITTEL- WERTE Die 39. BImSchV definiert u. a. als Kurzzeitgrenzwert für NO 2 einen Stundenmittelwert von 200 µg/m 3, der nur 18 mal im Jahr überschritten werden darf. Entsprechend einem einfachen praktikablen Ansatz basierend auf Auswertungen von Messdaten (Lohmeyer et al., 2000) kann abgeschätzt werden, dass dieser Grenzwert dann eingehalten ist, wenn der 98- Perzentilwert 115 µg/m 3 bis 170 µg/m 3 nicht überschreitet. Die genannte Spannbreite, abgeleitet aus der Analyse von Messdaten verschiedener Messstellen, ist groß; die Interpretationen der Messdaten deuten darauf hin, dass bei einer Unterschreitung des 98-Perzentilwertes von 130 µg/m 3 (= Äquivalentwert) der genannte Grenzwert für die maximalen Stundenwerte eingehalten wird. Zur Ermittlung der in der 39. BImSchV definierten Anzahl von Überschreitungen eines Tagesmittelwertes der PM10-Konzentrationen von 50 µg/m 3 wird ein ähnliches Verfahren eingesetzt. Im Rahmen eines Forschungsprojektes für die Bundesanstalt für Straßenwesen wurde aus 914 Messdatensätzen aus den Jahren 1999 bis 2003 eine gute Korrelation zwischen der Anzahl der Tage mit PM10-Tagesmittelwerten größer als 50 µg/m 3 und dem PM10-Jahresmittelwert gefunden (Abb. A3.1). Daraus wurde eine funktionale Abhängigkeit der PM10-Überschreitungshäufigkeit vom PM10-Jahresmittelwert abgeleitet (BASt, 2005). Die Regressionskurve nach der Methode der kleinsten Quadrate ( best fit ) und die mit einem Sicherheitszuschlag von einer Standardabweichung erhöhte Funktion ( best fit + 1 sigma ) sind ebenfalls in der Abb. A3.1 dargestellt. Im Oktober 2004 stellte die Arbeitsgruppe,,Umwelt und Verkehr der Umweltministerkonferenz (UMK) aus den ihr vorliegenden Messwerten der Jahre 2001 bis 2003 eine entsprechende Funktion für einen best fit vor (UMK, 2004). Diese Funktion zeigt bis zu einem Jahresmittelwert von ca. 40 µg/m 3 einen nahezu identischen Verlauf wie der o. g.,,best fit nach BASt (2005). Im statistischen Mittel wird somit bei beiden Datenauswertungen die Überschreitung des PM10-Kurzzeitgrenzwertes bei einem PM10-Jahresmittelwert von 31 µg/m 3 erwartet. Im vorliegenden Gutachten wird wegen der Unsicherheiten bei der Berechnung der PM10- Emissionen sowie wegen der von Jahr zu Jahr an den Messstellen beobachteten meteorologisch bedingten Schwankungen der Überschreitungshäufigkeiten eine konservative Vorgehensweise gewählt. Dazu wird die in BASt (2005) angegebene best fit -Funktion um einen Sicherheitszuschlag von einer Standardabweichung erhöht. Mehr als 35 Überschreitungen eines Tagesmittelwertes von 50 µg/m 3 (Grenzwert) werden mit diesem Ansatz für PM10-

64 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 61 Jahresmittelwerte ab 29 µg/m 3 abgeleitet. Dieser Ansatz stimmt mit dem vom Landesumweltamt Nordrhein-Westfalen vorgeschlagenen Vorgehen überein (LUA NRW, 2006) Anzahl PM10-Tagesmittel > 50 µg/m Grenzwert Messwerte best fit best fit + 1sigma Anzahl = PM10-Jahresmittel [µg/m 3 ] Abb. A3.1: Anzahl der Tage mit mehr als 50 µg PM10/m 3 im Tagesmittel in Abhängigkeit vom PM10-Jahresmittelwert für Messstationen der Länder und des Umweltbundesamtes ( ) sowie die daraus abgeleiteten Funktionen (BASt, 2005)