Gutachten. Prognose der Luftschadstoffbelastung 2018 bei Umsetzung des Bebauungsplans Barmbek-Nord 11

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1 Dr. Klaus Bigalke Jappopweg 9h Pinneberg Tel / Fax / info@metcon-umb.de Gutachten Prognose der Luftschadstoffbelastung 2018 bei Umsetzung des Bebauungsplans Barmbek-Nord 11 Auftraggeber: Bezirksamt Nord Fachamt für Verbraucherschutz, Gewerbe und Umwelt Kümmellstraße Hamburg Pinneberg, den 4. Februar 2013 Version 0.9

2 Inhaltsverzeichnis Aufgabenstellung... 3 Ergebnisse Situation und Aufgabenstellung Methodik und Untersuchungsumfang Datengrundlage Modellgebiet und Bebauung Meteorologie Emissionen Hintergrundbelastung Ergebnisse Literatur... 27

3 Aufgabenstellung Der Bezirk Hamburg-Nord plant die Aufstellung des Bebauungsplans Barmbek-Nord 11. Das Plangebiet umfasst die Fläche zwischen Steilshooper Straße, Wittenkamp, Ivensweg, Dieselstraße und Schlicksweg. In der Südwestecke grenzt das Plangebiet an die Habichtstraße. Kern des Bebauungsplans ist die künftige Ausweisung von Grünflächen und Dauerkleingärten im Innenbereich und von Wohnnutzungen im Norden, Südwesten und Süden. Diese Flächen sollen aufgelockert mit drei- bis fünfgeschossigen Wohngebäuden bebaut werden. Die Habichtstraße ist eine der sehr stark belasteten Hamburger Hauptverkehrsstraßen. Auch die Steilshooper Straße weist noch mäßig hohe Verkehrszahlen auf. Aufgrund der Verkehrszahlen einerseits sowie einer möglicherweise reduzierten Durchlüftung durch Bebauungsverdichtung insbesondere im südwestlichen Plangebiet könnte es dort künftig zu Überschreitungen der zulässigen Immissionsgrenzwerte kommen. Aufgabe dieses Gutachtens ist die Prognose der aus dem Verkehr resultierenden Luftschadstoffbelastung mit Stickstoffdioxiden (NO 2 ) und Feinstäuben (PM 10 und PM 2,5 ) sowie deren Bewertung unter Berücksichtigung einer ebenfalls prognostizierten Hintergrundbelastung für den Prognosehorizont Ergebnisse Im Bezugsjahr 2018 ist in dem Bebauungsplangebiet Barmbek-Nord 11 auf Grund der Modellrechnungen mit keinen Überschreitungen der Grenzwerte für Stickstoffdioxid (NO 2 ) und die beiden Feinstaubfraktionen PM 10 und PM 2,5 innerhalb von nutzungssensiblen Bereichen zu rechnen. Obwohl das Plangebiet im Südwesten dicht an die mit Verkehrsimmissionen hoch belastete Habichtstraße angrenzt, ist das NO 2 -Immissionsniveau vergleichsweise niedrig. Die höchsten Immissionswerte treten vor den neu geplanten Gebäuden in der Steilshooper Straße auf. Sie erreichen dort bis zu 27 µg/m 3 NO 2 und bleiben für Feinstaub PM 10 unter 25 µg/m 3 im Jahresmittel. Bei der Feinstaubfraktion PM 2,5 werden kaum mehr als 16 µg/m 3 im Jahresmittel erreicht. Im Innenbereich des Plangebietes ist die Immissionsbelastung durch verkehrsbedingte Luftschadstoffe noch einmal deutlich geringer und liegt im Niveau der städtischen Hintergrundbelastung. 3

4 1. Situation und Aufgabenstellung Der Bezirk Hamburg-Nord plant die Aufstellung des Bebauungsplans Barmbek-Nord 11. Das Plangebiet ist im Luftbild der Abbildung 1 rot markiert. Es handelt sich um eine Fläche, die durch die Straßenzüge (im Uhrzeigersinn) Steilshooper Straße, Wittenkamp, Ivensweg, Langenfort / Mittendorfstraße, Dieselstraße und Schlicksweg umgrenzt wird. Abbildung 1: Luftbild des Bebauungsplangebiets Barmbek-Nord 11 mit rot umrandeten Gebietsgrenzen (Quelle: GoogleEarth). Zurzeit ist das Plangebiet teilweise gewerblich bebaut. Entlang der Dieselstraße sowie am Ivens- und Schlicksweg befinden sich Kleingärten. An die Steilshooper Straße grenzt ein Sportgelände. Insgesamt ist somit das Plangebiet bisher nur wenig bebaut. Im Außenbereich entlang der das Gebiet begrenzenden Straßen liegt vier- bis fünfgeschossige Wohnbebauung 4

5 vor, die sich überwiegend als Riegel parallel zu den Straßen ziehen. Lediglich an der Nordseite schließen sich unbebaute Grünflächen an. Nach dem Bebauungsplanentwurf wird im zentralen Plangebiet eine große Grünfläche mit Dauerkleingärten entstehen bzw. die dort bestehenden Flächen erweitert. Im nördlichen und südöstlichen Abschnitt sollen drei- bis fünfgeschossige Wohngebäude in aufgelockerter Bauweise entstehen. Entlang der Steilshooper Straße sowie an der Ecke zum Schlicksweg sind riegelartige Gebäude mit vier bis fünf Geschossen vorgesehen. Die zukünftige Bebauung ist in dem Lageplan aus dem Bebauungsplanentwurf (Abb. 2) dargestellt. Das Plangebiet grenzt mit seiner Kreuzung Steilshooper Straße / Schlicksweg direkt an die Habichtstraße an. Die Habichtstraße zählt mit deutlich über Kfz/Tag zu den stark frequentierten Hamburger Hauptverkehrsstraßen. Die etwa 300 m südöstlich gelegene Messstation 68HB des Hamburger Luftmessnetzes weist seit Jahren regelmäßig erhebliche Überschreitungen des gesetzlichen Grenzwertes für NO 2 auf. So lag beispielsweise das NO 2 - Jahresmittel im Jahr 2011 dort bei 61 µg/m³, d.h. um 21 µg/m³ über dem Grenzwert. Die Steilshooper Straße ist dagegen mit rund Kfz/Tag erheblich geringer belastet und die anderen an das Plangebiet grenzenden Straßen als Anwohnerstraßen unter Kfz/Tag auf. Insbesondere im südwestlichen Plangebiet dürfte aufgrund der Nähe zur Habichtstraße und Steilshooper Straße bereits ein erhebliches Immissionsniveau vorhanden sein. Gegenüber der jetzigen Bebauung stellt die zukünftige Bebauung eine Verdichtung dar. Dadurch kann sich die Durchlüftung der Straße reduzieren und die Immissionssituation, auch bei gleich bleibendem Verkehr, verschlechtern. Aufgabe dieses Gutachtens ist daher die Prognose der aus dem Verkehr resultierenden Luftschadstoffbelastung mit Stickstoffdioxiden (NO 2 ) und den beiden Feinstaubkomponenten PM 10 und PM 2,5 für den Prognose-Planfall mit Bezugsjahr 2018 sowie deren Bewertung unter Berücksichtigung einer ebenfalls zu prognostizierenden Hintergrundbelastung. 5

6 Abbildung 2: Entwurf zum Bebauungsplan Barmbek-Nord 11. 6

7 2. Methodik und Untersuchungsumfang In der 39. BImSchV [1] sind Grenzwerte für die überwiegend verkehrsbedingt emittierten Luftschadstoffe Stickstoffdioxid (NO 2 ), Feinstaub (PM 10 ) und den Ultrafeinstaub PM 2,5 festgelegt. Diese Verordnung setzt die Luftqualitäts-Richtlinie der Europäischen Union [2] in nationales Recht um. In der Umgebung verkehrsreicher Straßen können lokal große Unterschiede in der Konzentration der genannten Stoffe bestehen. Tendenziell nehmen diese mit zunehmender Entfernung von der Straße ab. Allerdings wird die Höhe der Konzentrationen nicht nur von der Höhe der Emissionen und der Entfernung, sondern auch maßgeblich von der Art der umgebenden Bebauung bestimmt. Während in freiem Gelände ein schneller Abtransport der freigesetzten Emissionen erfolgen kann, wird z. B. durch eine dichte und hohe Bebauung die Ausbreitung und Verdünnung erheblich eingeschränkt. Im Bereich Schlicksweg / Steilshooper Straße könnte sich die geplante neue Bebauung ungünstig auf die Wind- und Ausbreitungsverhältnisse in der Umgebung auswirken. Der Kreuzungsbereich Schlicksweg / Habichtstraße / Steilshooper Straße wird durch den neuen vier- bis fünfgeschossigen Gebäudeblock im Vergleich zur bestehenden Bebauung strömungsdynamisch weiter abgeschirmt, so dass die Durchlüftung herabgesetzt werden könnte. Ähnliches gilt für den geplanten viergeschossigen Riegel weiter nördlich an der Steilshooper Straße. Speziell dort könnten sich bei bestimmten Wetterlagen im Straßenraum quasi geschlossene Strömungswalzen ausbilden, in die nur wenig frische Luft von oben eingemischt werden kann. In Absprache mit dem zuständigen Bezirksamt Hamburg-Nord bezieht sich die Untersuchung bezüglich der Kfz-Emissionen auf den Planhorizont Als Verkehrszahlen zur Emissionsbestimmung werden die beim Amt für Verkehr und Straßenwesen vorhandenen Knotenzählungen unterschiedlicher Erhebungen herangezogen. Da der Verkehr in Hamburg seit Jahren weitgehend gesättigt ist und Änderungen im Wesentlichen nur noch strukturell bedingt sind, ist mit der Verwendung dieser Daten auch für den Prognosehorizont 2018 kein substantieller Fehler verbunden. Prognosen innerstädtischer Immissionsverhältnisse erfordern in der Regel Ausbreitungsrechnungen mit mikroskaligen Simulationsmodellen, die die spezifischen Windund Turbulenzverhältnisse innerhalb komplexer städtischer Bebauung, die verkehrsbedingten Emissionen und die übergeordneten meteorologischen Bedingungen realitätsnah 7

8 berücksichtigen. Die Strömungs- und Ausbreitungsrechnungen werden für einzelne Windrichtungssektoren und Windgeschwindigkeiten durchgeführt. Untersuchungen haben gezeigt, dass eine Unterscheidung von zwölf Windrichtungssektoren im Bereich städtischer Bebauung zu ausreichend genauen Ergebnissen führt [3]. Eine Unterscheidung nach atmosphärischen Stabilitäten erfolgt nicht, weil innerhalb städtischer Bebauung in aller Regel die dynamisch bedingte Turbulenz thermisch bedingte Einflüsse überwiegt. Das Jahresmittel der Konzentrationen im Untersuchungsgebiet ergibt sich aus der Wichtung der berechneten Konzentrationen mit der langjährigen Häufigkeit der einzelnen meteorologischen Situationen. Diese Häufigkeiten werden aus der Ausbreitungsklassenstatistik des Deutschen Wetterdienstes für Hamburg-Fuhlsbüttel (Bezugszeitraum ) abgeleitet. Die vorliegende Untersuchung der Immissionssituation im Bebauungsplangebiet Barmbek- Nord 11 basiert auf Rechnungen mit dem mikroskaligen Modell MISKAM (Version 6.1, WinMISKAM ) [4], [5]. Dieses Modell wird seit Jahren in der gutachterlichen Praxis verwendet und ist von Genehmigungsbehörden bundesweit anerkannt. MISKAM ist ein prognostisches meteorologisches Modell, das für Gebiete mit fast beliebigen Gebäudekonfigurationen realitätsnah atmosphärische Wind- und Turbulenzfelder berechnet und darauf aufbauend die Ausbreitung passiver Schadstoffe ermittelt. Stickoxide werden in den Ausbreitungsrechnungen summarisch als NO x behandelt. Der Umwandlungsgrad von NO x zu NO 2 wird anschließend nach der so genannten Romberg-Formel [6], modifiziert nach [7] bestimmt. Trotz rückläufiger NO x -Emissionen wird in den letzten Jahren an einigen Verkehrsstationen eine Stagnation oder sogar ein leichter Anstieg der NO 2 - Immissionen beobachtet. Dies wird zum Teil auf die rapide zugenommene Zahl an Dieselfahrzeugen und deren Katalysatortechnik zurückgeführt. Vor diesem Hintergrund wird zwar seit einiger Zeit die weitere Anwendbarkeit der Romberg-Formel, die in den 90-er Jahren entwickelt wurde, diskutiert [8]. Dennoch stellt sie noch immer den Stand der Technik dar und beschreibt auch für neuere Messdaten den NO-NO 2 -Umwandlungsgrad auf Basis von Jahresmittelwerten in guter Näherung, siehe z. B. [9]. Alternativen Berechnungsmethoden wird es in absehbarer Zeit noch an den notwendigen Eingangsdaten mangeln. In die Ausbreitungsrechnungen mit MISKAM gehen die Emissionen aus dem Verkehr auf insgesamt 16 Straßenabschnitten in der Umgebung des Bebauungsplangebiets ein. Rechnerische Grundlage für die Emissionen aus dem Straßenverkehr ist das vom Umweltbundesamt herausgegebene Handbuch für Emissionsfaktoren des Straßenverkehrs in seiner aktuellen Fassung HBEFA 3.1 [10]. Daraus lassen sich auf Basis der durchschnittlichen 8

9 täglichen Verkehrsstärken (DTV) die Emissionen auf den Straßenzügen im Modellgebiet ableiten. Im weiteren Verlauf wird zwischen der städtischen Hintergrundbelastung und der Zusatzbelastung aus dem in den Modellrechnungen berücksichtigten Straßenverkehr unterschieden. Die Summe aus Hintergrund- und Zusatzbelastung wird als Gesamtbelastung bezeichnet. Als städtische Hintergrundbelastung wird das Konzentrationsniveau verstanden, das sich aus dem großräumigen, ländlichen Hintergrund und der Summe aller städtischen Quellen relativ homogen über größeren Flächen des Stadtgebiets einstellt. Diese Skalentrennung von Hintergrund und Zusatz aus lokalen Verkehrsemissionen ist üblich und zulässig, weil Verkehrsimmissionen mit zunehmendem Abstand von Straßen relativ schnell abklingen und deshalb nur in unmittelbarer Nachbarschaft einen spezifischen, quantifizierbaren Beitrag zur Gesamtbelastung leisten. 9

10 3. Datengrundlage 3.1. Modellgebiet und Bebauung Ein Ausschnitt aus dem Liegenschaftskataster der Stadt Hamburg ist in der Abbildung 3 wiedergegeben. Darin ist die Lage des MISKAM-Modellgebietes mit einem blauen Rahmen und das Bebauungsplangebiet schraffiert dargestellt. Die Gebietsgröße geht deutlich über das eigentliche Plangebiet hinaus und reicht nach Norden bis an den Eiligersweg und im Osten bis knapp an den Hellbrookkamp. Im Westen schließt das Modellgebiet mit der Otto-Speckter-Straße ab und im Süden reicht es deutlich über den Bahndamm hinaus und schneidet die Habichtstraße etwa auf Höhe der Einmündung Dieselstraße. Damit schließt es alle Bebauungsstrukturen ein, die für die Windverhältnisse im Bebauungsplangebiet relevant sein können. Das Modellgebiet hat eine Ausdehnung von 648 x 929 m 2. Im Kernbereich, also im direkten Umfeld des Bebauungsplans Barmbek-Nord 11 hat das Rechengitter eine horizontale Gitterauflösung von 1 x 1 m 2. Zu den Rändern hin spreizt sich das Gitter allmählich bis auf maximal 4 m. Die vertikale Gitterauflösung beträgt bis in 2 m Höhe 0,4 m und wird dann ebenfalls langsam um einen Faktor 1,2 gespreizt. Die Rechengebietshöhe ist mit 90 m etwa 4-mal höher als das höchste Gebäude im Rechengebiet, um Randeinflüsse zu vermeiden. Die bestehende Bebauung wurde auf Grundlage des dargestellten Lageplans (Abb. 3) digitalisiert. Ergänzend wurde eine örtliche Aufnahme der Gebietsverhältnisse mit Fotoaufnahmen der Fassaden ausgewertet (3d-Aufnahmen des Gebietes, ergänzt durch StreetView in GoogleEarth) und zum Abgleich von Gebäudehöhen und Geschosszahlen mit dem Lageplan herangezogen. Die zukünftige Bebauung (Planfall) wurde anhand des vom Auftraggeber zur Verfügung gestellten Entwurf des Bebauungsplans Barmbek-Nord 11 digitalisiert. Die Kfz-Emissionen werden im Modell als Linienquellen in 0,6 m Höhe angesetzt, das entspricht der zweiten Gitterzelle über dem Boden. 10

11 Luftschadstoffgutachten B-Plan BN 11 Abbildung 3: Auszug aus dem Liegenschaftskataster Hamburg mit Lage des MISKAMModellgebietes (blaues Rechteck) und Bebauungsplangebiet (rot schraffiert). Zahlen und farbige Linien bezeichnen Straßenabschnitte gleicher Emissionen Meteorologie Die Modellrechnungen erfolgen für zwölf Windrichtungssektoren und neun Windgeschwindigkeitsklassen, insgesamt also für 108 unterschiedliche meteorologische Situationen. Die Einteilung der Sektoren und Klassen entsprechen den in der Tabelle 1 11

12 angegebenen Werten. Die ebenfalls in der Tabelle angegebenen Summenhäufigkeiten über die Geschwindigkeitsklassen bzw. Richtungssektoren sind aus der vom Deutschen Wetterdienst herausgegebenen Ausbreitungsklassenstatistik für Hamburg-Fuhlsbüttel (Mittel über 10 Jahre, ) abgeleitet. Windrichtung Windgeschwindigkeit Abkürzung Sektorengrenze Häufigkeit Klassengrenze Häufigkeit N 345 bis 15 3,12 % 0 bis 1,3 m/s 10,23 % NNE 15 bis 45 4,35 % 1,4 bis 1,8 m/s 7,69 % ENE 45 bis 75 7,14 % 1,9 bis 2,3 m/s 9,72 % E 75 bis 105 7,52 % 2,4 bis 3,8 m/s 26,67 % ESE 105 bis 135 8,67 % 3,9 bis 5,4 m/s 22,69 % SSE 135 bis 165 8,18 % 5,5 bis 6,9 m/s 14,05 % S 165 bis 195 5,01 % 7,0 bis 8,4 m/s 6,19 % SSW 195 bis ,05 % 8,5 bis 10,0 m/s 2,12 % WSW 225 bis ,32 % mehr als 10,0 m/s 0,66 % W 255 bis ,42 % WNW 285 bis ,80 % NNW 315 bis 345 6,43 % Tabelle 1: Häufigkeiten des Auftretens von Windrichtungen und Windgeschwindigkeiten in Hamburg-Fuhlsbüttel für Emissionen Die Emissionen des Straßenverkehrs werden im Wesentlichen durch folgende Parameter bestimmt: die Verkehrsmenge, d.h. die Anzahl der Fahrzeuge pro Stunde bzw. pro Tag die Verkehrszusammensetzung (Zusammensetzung der Fahrzeugflotte) Fahrmuster bzw. Verkehrssituation Parameter der Straße (z.b. Neigung). Mit den Emissionsfaktoren, die im Handbuch für Emissionsfaktoren (HBEFA) des Umweltbundesamtes [10] pro Fahrmuster / Verkehrssituation, Fahrzeugkategorie und pro Schadstoff 12

13 bereitgestellt werden, lassen sich bei Kenntnis der oben aufgelisteten Parameter die Emissionen für einen interessierenden Straßenabschnitt ermitteln. Bei der Emissionsbestimmung werden zusätzlich die Vorgaben der VDI-Richtlinie 3782, Blatt 7 (Kfz- Emissionsbestimmung) hinsichtlich eines Kaltstartzuschlags berücksichtigt [11]. Die Verkehrszusammensetzung, z. B. der Anteil von G-Kat und Nicht-G-Kat-Fahrzeugen, Diesel-Pkw usw. verändert sich von Jahr zu Jahr und kann zudem von Stadt zu Stadt variieren. Die typische Verkehrszusammensetzung für das Bezugsjahr 2018 wurde dem HBEFA entnommen, in dem mittlere Verhältnisse für Deutschland gegeben sind. Knotenzählungen der durchschnittlichen täglichen Verkehrsstärken (DTV) aller Fahrzeuge und der Anteil der Schwerlastverkehre wurden von der Behörde für Wirtschaft, Verkehr und Innovation (Amt für Verkehr und Straßenwesen) zur Verfügung gestellt. Die Zählungen stammen überwiegend aus Stichprobenerhebungen in 2003, für die Habichtstraße auch aus der Karte der Durchschnittlichen Täglichen Verkehrsstärke Da der Verkehr in Hamburg seit Jahren im Wesentlichen gesättigt ist und Änderungen eher auf strukturelle Änderungen in den Stadtquartieren, Baumaßnahmen etc. zurückgehen, können die Zahlen auch zur Berechnung der Emissionen für das Bezugsjahr 2018 verwendet werden (Tabelle 2). Als Anteil des leichten Nutzverkehrs werden innerstädtisch pauschal 4 % angesetzt. Eine Verkehrssituation nach neuem HBEFA steht für die Kombination spezifischer Gebiets- und Straßentypen, Tempolimits und Verkehrszuständen. Diese vier Dimensionen führen zu maximal 272 Kombinationsmöglichkeiten, aus denen sich ein typischer Emissionsfaktor ergibt. Je nach Verkehrsstärke und Straßenstruktur wurde für jeden der betrachteten Straßenabschnitte eine passende Kombination der Dimensionen ausgewählt. Die Qualität des Verkehrsablaufs wird nach HBEFA unterteilt in LOS 1 (flüssig) LOS 2 (dicht) LOS 3 (gesättigt) LOS 4 (stop & go). Die LOS treten in Abhängigkeit vom DTV und der Kapazität der Straße in unterschiedlichem Maß auf. Bei Straßen mit relativ geringem Verkehrsaufkommen sowie in der Regel nachts kann von LOS 1 ausgegangen werden. Bei Straßen mit höherem Verkehrsaufkommen hängt das LOS vom jeweiligen Auslastungsgrad ab. 13

14 Zur Ermittlung der Verkehrsqualität im Tagesverlauf wurde je Straße eine typische stündliche Verteilung zugrunde gelegt. Dieser Verkehrstagesgang basiert auf verallgemeinerten Messergebnissen aus [12]. Aus der Angabe des DTV s, seines Tagesgangs und der Kapazität der Straße wird dann die Verkehrsqualität bestimmt Hinsichtlich der Motoremissionen kann davon ausgegangen werden, dass 100 % der Feinstaubemissionen der Fraktion PM 2,5 zuzurechnen sind. Der Beitrag von Abrieb und Aufwirbelung an den PM 10 -Emissionen wurde nach [13] bestimmt, der Anteil an den PM 2,5 - Emissionen nach [14], [15] und [16]. Unter Berücksichtigung aller genannten Emissionsanteile und Qualitätsstufen des Verkehrs sowie den Verkehrsstärken und Anteilen leichter und schwerer Nutzfahrzeuge ergeben sich die in der Tabelle 2 angegebenen Kennzahlen und daraus berechneten Emissionen für das Prognose-Bezugsjahr Die ID-Nummern entsprechen den in Abbildung 3 gekennzeichneten Straßenabschnitten. 14

15 Straßenabschnitt ID VS DTV ges. [Fz/d] Prognose-Planfall 2018 DTV Pkw [Fz/d] DTV lnfz [Fz/d] DTV snfz [Fz/d] NOx [mg/m/s] PM10 [mg/m/s] PM2,5 [mg/m/s] Habichtstraße nordwestl. Steilshooper Str ,1860 0,0287 0,0063 Habichtstraße südöstl. Steilshooper Str ,1832 0,0279 0,0064 Steilshooper Str. nördl. Habichtstr ,0465 0,0064 0,0017 Elligersweg ,0093 0,0010 0,0004 Dieselstraße ,0030 0,0003 0,0001 Schlicksweg ,0030 0,0003 0,0001 Steilshooper Str. südl. Habichtstr ,0388 0,0053 0,0013 Heinrich-Helbing-Straße nordwestl. Fabriciusstr ,0087 0,0009 0,0003 Heidhörn westl. Habichtstr ,0020 0,0003 0,0001 Langenfort westl. Steilshooper Str ,0016 0,0002 0,0001 Langenfort östl. Steilshooper Str ,0007 0,0001 0,0000 Wittenkamp westl. Steilshooper Str ,0016 0,0002 0,0001 Wittenkamp östl. Steilshooper Str ,0006 0,0001 0,0000 Ivensweg ,0007 0,0001 0,0000 Herbstsweg ,0006 0,0001 0,0000 Hiddingaweg ,0003 0,0000 0,0000 Tabelle 2: DTV-Zahlen und Emissionen 2018 auf den Straßenabschnitten VS = Verkehrssituation: 1 Urban / sonstige HVS / 50km/h 2 Urban / Erschließungsstraße / 50 km/h 3.4. Hintergrundbelastung Werte der Hintergrundbelastung für Stickstoffdioxid und Feinstäube für den Istzustand wurden aus dem Hamburger Luftmessnetz abgeleitet und mit dem Institut für Hygiene und Umwelt (Dr. Reich) abgestimmt. Im Rahmen von Sonderuntersuchungen wurden in den Jahren 2010 / 2011 in der Bartholomäusstraße, etwa 2,5 km südwestlich, eine NO 2 -Hintergrundbelastung von 23 µg/m³ gemessen. Nahe der Habichtstraße ergab eine Sonderuntersuchung 2007 einen NO 2 - Hintergrundwert von 25 µg/m³. Andere Hintergrundmessungen im Stadtviertel zeigen zwar geringere Werte (Eilbektal, Tondernstraße, Stadtpark), werden aber für die Situation im Plangebiet als weniger repräsentativ eingeschätzt. Daher wird für NO 2 ein Wert von 24 µg/m 3 angenommen. 15

16 Für PM10 kann anhand der Messungen 2011 an mehreren städtischen Hintergrundstationen ein Jahresmittelwert von 24 µg/m 3 angesetzt werden. Der Ultrafeinstaub PM 2,5 wird gemäß der Messung an der Station Wilhelmsburg mit einem Jahresmittel von 17 µg/m 3 für den städtischen Hintergrund angenommen. Die aktuellen Hintergrundbelastungen sind auf den Planhorizont 2018 zu prognostizieren. Derzeit findet sich bundesweit an einigen innerstädtischen Verkehrsstationen eine Stagnation oder sogar eine leichte Zunahme in den NO 2 -Immissionen. Diese ist zumindest zu einem erheblichen Teil auf die Zunahme des NO 2 -Anteiles an den verkehrlichen NO X -Emissionen zurückzuführen. Durch die (relative) Zunahme direkter NO 2 -Emissionen kann in den beobachteten Fällen, d. h. im direkten Einflussbereich hoher Verkehrsemissionen, die Abnahme von NO x -Emissionen kompensiert werden. Für die ländliche und auch städtische Hintergrundbelastung ist dagegen tendenziell in den nächsten Jahren von einer Abnahme sowohl von NO 2 als auch PM 10 zu rechnen. Die Prognose auf den Planhorizont 2018 erfolgt entsprechend den Angaben des MLuS [17], das demnächst aktualisiert werden soll und für das neue Reduktionsfaktoren bereits vom LAI beschlossen worden sind [18]. Diese neuen Faktoren werden im Rahmen dieses Gutachtens bereits verwendet. Damit ergeben sich für den Planhorizont die in Tabelle 3 aufgeführten Hintergrundkonzentrationen Prognose 2018 NO 2 24 µg/m 3 20,0 µg/m 3 PM µg/m 3 22,4 µg/m 3 PM 2,5 17 µg/m 3 15,8 µg/m 3 Tabelle 3: Aktuelle und prognostizierte Hintergrundbelastung. 16

17 4. Ergebnisse Die mit MISKAM berechneten Jahresmittelwerte der Immissionsbelastung mit Stickstoffdioxid (NO 2 ) und beiden Feinstaubfraktionen (PM 10 und PM 2,5 ) sind in den Abbildungen 4 bis 6 als Farbflächendarstellung für den Bereich des Bebauungsplangebietes und angrenzende Straßenzüge aufbereitet. Hinterlegt sind die Abbildungen mit Luftbildern aus Google Earth. Aufgrund von Verzerrungen und Schrägaufnahmen von Gebäuden kann es gelegentlich zu scheinbaren leichten räumlichen Verschiebungen zwischen Modellergebnisdarstellung und Luftbild kommen. Die Farbskalen sind so gewählt, dass Überschreitungen der seit 2005 / 2010 bzw. zukünftig (2015) geltenden Grenzwerte rot erscheinen (siehe Tabelle 4). Die Bezugshöhe in den Abbildungen entspricht mit 1,4 m über Grund etwa der Atemzone nach 39. BImSchV. NO 2 PM 10 PM 2,5 seit 2010 seit 2005 ab 2015 Jahresmittel 40 µg/m 3 40 µg/m 3 25 µg/m 3 Tagesmittel - 50 µg/m 3 (35) - Stundenmittel 200 µg/m 3 (18) - - Tabelle 4: Immissionsgrenzwerte nach 39. BImSchV, in Klammern Anzahl der zulässigen Überschreitungen pro Jahr. Die nach dem B-Plan Barmbek-Nord 11 vorgesehene Bebauung ist noch nicht fertiggestellt und daher in den Google-Luftbildern nicht enthalten. Die entsprechenden Gebäude sind deshalb den Abbildungen für den Prognose-Planfall als Grauflächen überlagert. Stickstoffdioxid NO 2 (Abb. 4) Die höchsten Stickstoffdioxidkonzentrationen treten naturgemäß über den Fahrbahnen auf, wo die Emissionen freigesetzt werden. Hier hebt sich im südwestlichen Modellgebietsausschnitt die Habichtstraße hervor, auf der es durchgehend zu den rot dargestellten Grenzwertüberschreitungen kommt, die stellenweise auch bis auf die Gehwege reichen können. Alle anderen Straßen zeichnen sich aufgrund ihres geringeren Verkehrs durch ein sehr viel niedrigeres Immissionsniveau aus. Die höchsten Werte werden über der Steilshooper Straße erreicht und liegen nördlich der Einmündung Herbstsweg bei 37 µg/m³. Auf allen anderen 17

18 Nebenstraßen im Plangebiet und an dessen Rändern bleibt das Immissionsniveau selbst über den Fahrbahnen unter 24 µg/m³. Abseits der Fahrbahnen tritt im Plangebiet die höchste Immissionsbelastung vor den geplanten Riegelbebauungen entlang der Steilshooper Straße auf. Im Gehwegbereich und an den Hausfassaden werden hier bis zu 27 µg/m³ NO 2 im Jahresmittel prognostiziert. Insgesamt ist das Immissionsniveau nur im südwestlichen Plangebiet, also ausgehende von der Kreuzung Steilshooper Straße Habichtstraße, leicht gegenüber dem städtischen Hintergrundniveau erhöht. Die von der Habichtstraße ausgehende hohe Immissionsbelastung zieht sich stark abgeschwächt bis knapp an das zentrale Kleingartengelände heran und führt dort flächendeckend zu NO 2 -Konzentrationen im Jahresmittel von 21 bis 24 µg/m³. Im restlichen Plangebiet werden NO 2 -Immissionen unter 21 µg/m³ und damit etwa in Höhe des städtischen Hintergrundniveaus für 2018 prognostiziert. Das im Vergleich zu aktuellen Messungen und Erfahrungen aus anderen Immissionsprognosen niedrige Immissionsniveau beruht auch auf dem relativ weit in der Zukunft liegenden Bezugsjahr Über den Zeithorizont von 2010 bis 2020 wird nach dem neuen MLUS [18] für Großstädte ein optimistischer Rückgang der NO 2 -Belastung um 25 % prognostiziert. Nach den Messungen der letzten Jahre stagniert das Niveau allerdings noch, wie weiter oben bereits erwähnt wurde. Das HBEFA 3.1 schließlich gibt für die NO x -Emissionsfaktoren des fließenden innerstädtischen Verkehrs je nach Fahrzeugkategorie und anderen Parametern im gleichen Zeitraum Minderungen um einige 10 % bis zu über 70 % an. Dies hängt mit der zunehmenden Durchdringung der Fahrzeugflotte mit höheren Emissionskonzepten ( Euro5, Euro6 ) zusammen. Feinstaub PM 10 (Abb. 5) Die Immissionsbelastung mit Feinstaub (PM 10 ) ist, gemessen an den gültigen Grenzwerten, deutlich geringer. Auch über den Fahrbahnen wird nur sehr lokal der Grenzwert erreicht oder leicht überschritten. Auf Höhe des Plangebietes liegen die maximalen Feinstaubwerte über den Fahrbahnen der Steilshooper Straße bei 28 µg/m 3. Bereits über den Gehwegen und an den Hausfassaden der Steilshooper Straße werden keine 25 µg/m³ im Jahresmittel mehr erreicht. Im gesamten restlichen Plangebiet (einschließlich der Fahrbahnen) liegt die Feinstaubbelastung großflächig unter 25 µg/m 3. 18

19 Die Grenzwerte für PM 10 werden somit sicher im gesamten Plangebiet und dessen Umgebung eingehalten. Feinstaub PM 2,5 (Abb. 6) Das Jahresmittel der berechneten PM 2,5 -Immissionen in Höhe der Atemzone liegt im Niveau unter dem der PM 10 -Immissionen, da PM 2,5 in PM 10 enthalten ist. Die höchsten Immissionen werden natürlich auch für diese Feinstaubfraktion direkt über den Fahrbahnen berechnet. Sie liegen selbst hier mit maximal µg/m 3 noch klar unter dem zukünftigen Grenzwert. Im Bereich des Bebauungsplangebietes werden noch einmal geringere Werte berechnet. Sie bleiben flächendeckend auf dem Niveau der Hintergrundbelastung von rund 16 µg/m 3. 19

20 Abbildung 4: Jahresmittel der NO 2 -Immissionen [µg/m 3 ] im B-Plangebiet 2018 in 1,4 m ü. Gr. Prognose-Planfall); Quelle Luftbild: Google Earth. 20

21 Abbildung 5: Jahresmittel der PM 10 -Immissionen [µg/m 3 ] im B-Plangebiet 2018 in 1,4 m ü. Gr. (Prognose-Planfall) ; Quelle Luftbild: Google Earth. 21

22 Abbildung 6: Jahresmittel der PM 2.5 -Immissionen [µg/m 3 ] im B-Plangebiet 2018 in 1,4 m ü. Gr. (Prognose-Planfall) ; Quelle Luftbild: Google Earth. 22

23 Überschreitungshäufigkeiten / Kurzzeitwerte Die Anzahl an Überschreitungen der Grenzwerte für Stundenmittel bzw. Tagesmittel lassen sich nicht direkt aus den Modellrechnungen bestimmen. Beim Feinstaub PM 10 ist es derzeit noch Stand der Technik, Kurzzeitwerte bzw. die Anzahl an Überschreitungen aus dem berechneten Jahresmittelwert abzuschätzen. Für Hamburg hat sich in den Jahren 2005 bis 2011 der in der Abbildung 7 dargestellte Zusammenhang in den Messungen gezeigt ( Die Regressionsgeraden durch die Datenpunkte der Jahre 2005 bis 2007 weisen bei Jahresmitteln zwischen 32 und knapp 38 µg/m 3 den Grenzwert von 35 Überschreitungen aus, so dass bisher mit hoher Wahrscheinlichkeit davon ausgegangen werden konnte, dass bei Jahresmittelwerten unter dem niedrigsten Schwellwert von 32 µg/m 3 auch die Anzahl der Überschreitungen den Grenzwert nach 39. BImSchV nicht übersteigt. Die Jahre 2008 bis 2010 haben meteorologisch bedingt eine insgesamt geringere Belastung aufgewiesen, so dass die Regression hier keinen belastbaren Schwellenwert liefert. Im Jahr 2011 (dunkelgrüne Punkte) traten bei nur wenig anderen Jahresmittelwerten erstaunlich viel mehr Überschreitungen des Grenzwertes für das Tagesmittel auf. Dies hängt mit einer ungewöhnlichen Häufung anhaltender austauscharmer Wetterlagen zusammen, während derer anhaltend hohe Feinstaubkonzentrationen vorlagen, die sich aber auf das Jahr gesehen kaum ausgewirkt haben. Die Regressionsgerade für 2011 schneidet die zulässige Anzahl an Überschreitungen knapp unter 30 µg/m 3. Um auch solche für Hamburg meteorologisch eher untypischen Jahre abzudecken, wird die Verwendung eines neuen Schwellwertes von 30 µg/m 3 für das Jahresmittel empfohlen. Da jedoch in allen nutzungssensiblen Bereichen des Untersuchungsgebietes Jahresmittelwerte deutlich unterhalb des Schwellenwertes von 30 µg/m 3 berechnet werden, ist im Bebauungsplangebiet und dessen näheren Umgebung im Bezugsjahr 2018 mit keiner unzulässig hohen Anzahl an Überschreitungen des Tagesgrenzwertes von 40 µg/m 3 zu rechnen. 23

24 Abbildung 7: Bezug zwischen der Anzahl der Überschreitungen des Kurzzeitwertes von PM 10 nach 39. BImSchV und dem Jahresmittelwert an Hamburger Messstationen in den Jahren 2005 bis Für NO 2 streut die Anzahl an Überschreitungen des Stundenmittelwertes von 200 µg/m 3 in Abhängigkeit von dem korrespondierenden Jahresmittelwert sehr viel stärker. Die Abbildung 8 zeigt den Zusammenhang zwischen beiden Größen an vier Hamburger Verkehrsstationen für die Jahre 2001 bis Die Anzahl an Überschreitungsstunden scheint in Hamburg mehr von der Lage der Messstation als von dem Jahresmittelwert abzuhängen. Dennoch zeigt sich seit 2001 keine mehr als 18-malige Überschreitung eines Stundenwertes von 200 µg/m 3 bei Jahresmittelwerten unter 60 µg/m 3. Dieser Befund deckt sich gut mit den Angaben im LUBW- Leitfaden für die Modellierung verkehrsbedingter Immissionen [19], in dem ebenfalls ein Schwellwert von 60 µg/m 3 als Jahresmittel angegeben wird. Da dieser Schwellwert in allen nutzungssensiblen Bereichen des Untersuchungsgebietes bei weitem nicht erreicht wird, werden im Bebauungsplangebiet und dessen näherer Umgebung im Bezugsjahr 2018 die Anzahl der zulässigen Überschreitungen des NO 2 -Stundenmittelwertes sicher eingehalten werden. 24

25 Abbildung 8: Bezug zwischen der Anzahl der Überschreitungen des Kurzzeitwertes von NO 2 nach 39. BImSchV und dem Jahresmittelwert an Hamburger Messstationen in den Jahren 2001 bis

26 Zusammenfassung Im Bezugsjahr 2018 ist in dem Bebauungsplangebiet Barmbek-Nord 11 auf Grund der Modellrechnungen mit keinen Überschreitungen der Grenzwerte für Stickstoffdioxid (NO 2 ) und die beiden Feinstaubfraktionen PM 10 und PM 2,5 innerhalb von nutzungssensiblen Bereichen zu rechnen. Obwohl das Plangebiet im Südwesten dicht an die mit Verkehrsimmissionen hoch belastete Habichtstraße angrenzt, ist das NO 2 -Immissionsniveau vergleichsweise niedrig. Die höchsten Immissionswerte treten vor den neu geplanten Gebäuden in der Steilshooper Straße auf. Sie erreichen dort bis zu 27 µg/m 3 NO 2 und bleiben für Feinstaub PM 10 unter 25 µg/m 3 im Jahresmittel. Bei der Feinstaubfraktion PM 2,5 werden kaum mehr als 16 µg/m 3 im Jahresmittel erreicht. Im Innenbereich des Plangebietes ist die Immissionsbelastung durch verkehrsbedingte Luftschadstoffe noch einmal deutlich geringer und liegt im Niveau der städtischen Hintergrundbelastung. Pinneberg, den 4. Februar 2013 (Dr. Klaus Bigalke) 26

27 Literatur [1] 39. BImSchV (2010): Neununddreißigste Verordnung zur Durchführung des Bundes- Immissionsschutzgesetzes, Verordnung über Luftqualitätsstandards und Emissionshöchstmengen vom 2. August [2] EU-LQR (2008): Richtlinie 2008/50/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 21. Mai 2008 über Luftqualität und saubere Luft für Europa. Veröffentlicht im Amtsblatt der Europäischen Union vom [3] Bigalke, K. (1998): Zur statistischen Auswertung mikroskaliger Immissionsprognosen. Gefahrstoffe Reinhaltung der Luft, 58, [4] Eichhorn, J. (1989): Entwicklung und Anwendung eines dreidimensionalen mikroskaligen Stadtklima-Modells. Dissertation. Meteorologisches Institut, Universität Mainz. [5] Eichhorn, J. (1998): Handbuch zum Strömungs- und Ausbreitungsmodell MISKAM. Giese- Eichhorn, Umweltmeteorologische Software. [6] Romberg, E., Bösinger, R., Lohmeyer, A., Ruhnke, R., Röth, E.-P. (1996): NO-NO 2 - Umwandlungsmodell für die Anwendung bei Immissionsprognosen für Kfz-Abgase. Gefahrstoffe Reinhaltung der Luft, 56, [7] Düring, I., Bächlin, W., Dünnebeil, F., Ellner, H., Friedrich, U., Schaefer, L., Schönefeld, T. (2010): Tendenzen der NO2-Belastung im Land Brandenburg von Immissionsschutz, 3.10, [8] Görgen, R., Lambrecht, U. (2008): Hohe Stickstoffdioxidbelastungen. Können die NO2- Luftqualitätsgrenzwerte im Jahr 2010 eingehalten werden? Immissionsschutz, 1 (2008), [9] Buchholz, S. (2006): Einfluss meteorologischer und luftchemischer Parameter auf die NO 2 - Immissionskonzentration am Beispiel von ausgewählten Luftmessstationen in Baden- Württemberg. Diplomarbeit, Universität Trier, Fachbereich Geographie/Geowissenschaften. [10] HBEFA (2010): Handbuch für Emissionsfaktoren, Version 3.1, Januar INFRAS AG Bern/Schweiz. Herausgeber: Umweltbundesamt Dessau. [11] VDI (2003): Richtlinie 3782, Blatt 7. Kfz-Emissionsbestimmung. Erich Schmidt Verlag, Berlin. 27

28 [12] Schmidt, T. (1995): Hochrechnungsfaktoren für manuelle und automatische Kurzzeitzählungen im Innerortsbereich. Forschung Straßenbau und Straßenverkehrstechnik, Heft 732. [13] Ingenieurbüro Lohmeyer (2011): Einbindung des HBEFA 3.1 in das FIS Umwelt und Verkehr sowie Neufassung der Emissionsfaktoren für Aufwirbelung und Abrieb des Straßenverkehrs. Auftraggeber: Sächsisches Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie (LfULG). [14] BUWAL (2003): Modeling of PM10 and PM2,5 ambient concentrations in Switzerland and Environmental Documentation No. 169, Hrsg. Bundeamt für Umwelt, Wald und Landschaft (BUWAL), Bern. [15] Pregger, T. (2006): Ermittlung und Analyse der Emissionen und Potenziale zur Minderung primärer anthropogener Feinstäube in Deutschland. Dissertation, Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung, Universität Stuttgart. [16] CORINAIR (2007): EMEP/CORINAIR Emission Inventory Guidebook. [17] MLuS, 2002, geänderte Fassung 2005: Merkblatt über Luftverunreinigungen an Straßen ohne und mit lockerer Randbebauung. Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen e.v., Köln. Ausgabe [18] Düring, I. (2010): persönliche Mitteilung zur geplanten Neufassung der MLuS 2010: Merkblatt über Luftverunreinigungen an Straßen ohne und mit lockerer Randbebauung. Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen e.v., Köln. [19] LUBW (2009): Leitfaden. Modellierung verkehrsbedingter Immissionen Anforderungen an die Eingangsdaten -. IVU Umwelt GmbH, Freiburg im Auftrag der LUBW Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz, Karlsruhe. 28

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