Großräumige Lärmmodellierung im GIS

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1 Großräumige Lärmmodellierung im GIS Florian PFÄFFLIN, Volker DIEGMANN und Hartmut STAPELFELDT Zusammenfassung Durch neue Regelungen und wachsendes Problembewusstsein bei Betroffenen werden Lärmmodellierungen immer komplexer und die Ansprüche an Umfang und Detaillierungsgrad der Untersuchungen steigen. Gleichzeitig wächst die Verfügbarkeit digitaler Geodaten, die zur Lärmmodellierung genutzt werden können. Die Integration von Lärmmodellen in GIS bringt zahlreiche Vorteile mit sich. Als Beispielprojekte werden eine detaillierte Modellierung einer Stadt und eine großräumige Modellierung für ein ganzes Bundesland vorgestellt. 1 Lärmmodellierung im GIS In den letzten Jahren wurden Modelle, die in der Berechnung von Umweltlärmbelastungen genutzt werden, zunehmend komplexer. Die Anforderungen an die Qualität sowohl der Eingangsdaten als auch der räumlichen und zeitlichen Auflösung der Ergebnisse nehmen aufgrund neuer EU-Richtlinien (EU 2002), nicht zuletzt aber auch aufgrund eines höheren Problembewusstseins der von Lärmbelastung Betroffenen zu. Neben kleinräumigen Lärmmodellierungen in Städten oder bei lokalen Bauvorhaben werden Lärmmodellierungen in zunehmendem Maße auch für Screenings in großen Untersuchungsräumen oder als detaillierte Untersuchungen in der städtischen und regionalen Skala gefordert und durchgeführt. Diese wachsenden Ansprüche erfordern in der Lärmmodellierung neue Ansätze bei der eingesetzten Software und der Datenhaltung. Die direkte Integration von Modellen zur Lärmanalyse in GIS bietet eine ideale Basis, den Ansprüchen an die Lärmmodellierung gerecht zu werden und gleichzeitig den Aufwand für Datenbeschaffung und -haltung gering zu halten. Die Integration der Modelle im GIS erlaubt die direkte Verwendung bereits im GIS vorhandener Datenbestände und liefert Ergebnisse, die im GIS zur Verfügung stehen. Alle Daten liegen redundanzfrei vor und aufwändige Konvertierungen sind nicht mehr nötig. Ergebnisse der Lärmpegel und der Lärmbelastungsindikatoren können im GIS direkt weiterverarbeitet werden. Die Kombination der Ergebnisse mit anderen Informationen erlaubt weitere Aussagen. So können beispielsweise durch Verschnittoperationen mit Bevölkerungsdaten Betroffenheitsanalysen erstellt werden. Mit LimA arc haben IVU Umwelt GmbH und Stapelfeldt Ingenieurgesellschaft das Lärmberechnungsprogramm LimA so in ArcGIS integriert, dass komplexe Lärmanalysen vollständig im GIS durchgeführt werden können (siehe Abb. 1).

2 Großräumige Lärmmodellierung im GIS 519 Abb. 1: Screenshot der GIS-Integration des Lärmmodells LimA in ArcGIS 2 Beispielanwendungen 2.1 Lärmbelastung in Städten Die Lärmberechnung und die Erstellung von Belastungskarten für Städte setzt 3D- Stadtmodelle voraus. Diese 3D-Modelle stehen für immer mehr Städte zur Verfügung. In der Regel liegen sie als GIS-Daten vor und werden im GIS gepflegt und visualisiert. Durch die Integration des Lärmmodells in das GIS entfällt die Konvertierung und Nachführung der Modelldaten im Lärmmodell. Die GIS-Daten müssen gegebenenfalls lediglich um für die Lärmmodellierung nötige Attribute ergänzt werden und können dann direkt zur Lärmberechnung verwendet werden. In einem Modellprojekt (BONN 2003) wurde ein etwa 10 km² großes Gebiet mit der Bonner Innenstadt als zentralem Bereich für die Lärmminderungsplanung untersucht und in einem umfangreichen Text- und Kartenband alle relevanten Lärmbelastungen dargestellt. Dafür wurden alle bedeutsamen Lärmquellen zunächst getrennt untersucht und die von den Quellen Straßen-, Schienen-, Flug- und Wasserverkehr, Gewerbebetriebe sowie Sportanlagen emittierten Lärmpegel oder Schallimmissionspegel durch Ausbreitungsrechnung ermittelt. Für die Gesamtlärmbelastung werden die Pegel der einzelnen Quellen anschließend zusammengefasst. Die horizontale Auflösung der Modellierung betrug 10 m 10 m.

3 520 F. Pfäfflin, V. Diegmann und H. Stapelfeldt In der folgenden Abbildung 2 ist die Belastung durch Straßenlärm für einen Ausschnitt des Untersuchungsgebiets dargestellt. Abb. 2: Lärmbelastung durch Straßenverkehr tagsüber für einen etwa 800 m m großen Ausschnitt aus dem Untersuchungsgebiet in Bonn mit den verwendeten Gebäudedaten. Blick nach Nordosten entlang der Adolfstraße in der Bildmitte. Unter sind die Lärmbelastungen auch online als thematische Karten abrufbar. 2.2 Lärmbelastungsscreening für den Freistaat Thüringen Im Freistaat Thüringen waren für ein Gebiet von km² Lärmpegel zu ermitteln. Das Projektziel war, herauszufinden, wie viele Einwohner unter welcher Lärmbelastung durch Straßenverkehr leiden und welche Straßengattungen (Autobahn, Bundesstraße, ) den Hauptbeitrag dazu leisten.

4 Großräumige Lärmmodellierung im GIS 521 Diese Modellierung basiert auf den folgenden Datenbeständen: dem ATKIS-Straßennetz mit einer Gesamtlänge von km, einem bestehenden Verkehrsemissionskataster (basierend auf einer anderen Netzgeometrie als ATKIS), dem digitalen Geländemodell aus ATKIS, den Siedlungsflächen aus ATKIS, der Integration bestehender lokaler Schallimmissionspläne und lokalen Bevölkerungsstatistiken. Diese heterogenen Eingangsdaten, insbesondere die zwei unterschiedlichen Netzgeometrien, konnten nur innerhalb eines GIS sinnvoll zusammengeführt werden. Die Raster der Lärmpegel wurden mit einer horizontalen Auflösung von 20 m 20 m erstellt. Um den Aufwand für die Datenbeschaffung und die Rechenzeit in einem praktikablen Rahmen zu halten, wurden in dem Screeningansatz keine Gebäude oder künstliche Hindernisse berücksichtigt und stattdessen ein Dämpfungsansatz gewählt. Für die durch das Screening identifizierten Hotspots werden weitere Detailuntersuchungen unter Berücksichtigung der Gebäude durchgeführt. Geländeformationen wurden hingegen bereits im Screening berücksichtigt, da in einer Voruntersuchung gezeigt wurde, dass diese einen signifikanten Einfluss auf die Ergebnisse haben (vgl. Abb. 3). Abb. 3: Unterschiedliche Lärmpegel im Screening ohne (links) und mit (rechts) Berücksichtigung der Geländestruktur für einen Ausschnitt aus dem Untersuchungsgebiet Abbildung 4 zeigt als ein Ergebnis der Berechnung die Gesamtlärmbelastung durch den Straßenverkehr für ganz Thüringen. Aufgrund der hohen Bodenauflösung von 20 m 20 m sind aber auch detaillierte Betrachtungen für besiedelte Gebiete wie in Abbildung 5 möglich.

5 522 F. Pfäfflin, V. Diegmann und H. Stapelfeldt Abb. 4: Lärmbelastung durch Straßenverkehr in Thüringen tagsüber Abb. 5: Überschreitung von festgelegten Lärmschutzzielen in bewohnten Gebieten entlang einer Autobahn

6 Großräumige Lärmmodellierung im GIS 523 Basierend auf den erstellten hochaufgelösten Lärmkarten für den ganzen Freistaat ist nun eine lärmbezogene Gebietsplanung möglich. So können beispielsweise bisher unbelastete Regionen unter besonderen Schutz gestellt werden oder es kann bei der Ausweisung von Baugebieten die zu erwartende Lärmbelastung berücksichtigt werden. Da alle Daten und die gesamte Modellierung vollständig im GIS vorliegen, ist die Berechnung von Szenarien, wie etwa Verkehrsbeschränkungen oder der Bau von Umgehungsstraßen, einfach möglich. Literatur BONN (2003): laermminderungsplanung/index.html?lang=de EU (2002): Richtlinie 2002/49/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 25. Juli 2002 über die Bewertung und Bekämpfung von Umgebungslärm. Amtsblatt der Europäischen Gemeinschaften Nr. L 189 vom

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