Umweltmeteorologie. Gutachten

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1 Umweltmeteorologie Gutachten Prüfung der Übertragbarkeit von Daten der meteorologischen Ausbreitungsbedingungen von einem vorgegebenen Messort auf den Anlagenstandort Hünxe (Wesel) im Auftrag von Firma Hermann Nottenkämper ohg Vogesenstraße 30b Oberhausen Proj. U Rev ArguSoft GmbH & Co. KG Dorfstraße 5d Borgwedel Tel Fax

2 Titel : Gutachten Prüfung der Übertragbarkeit von Daten der meteorologischen Ausbreitungsbedingungen von einem vorgegebenen Messort auf einen anderen Standort Prüfstandort : Hünxe (Wesel) Auftraggeber : Firma Hermann Nottenkämper ohg Vogesenstraße 30b Oberhausen Auftrag vom : Bestelldaten : per Mail Herr Eckerth Auftragnehmer : ArguSoft GmbH & Co. KG Dorfstraße 5d Borgwedel Bearbeiter : Dipl.-Met. André Förster Qualitätsprüfung : Dipl.-Met. Wolfram Bahmann Projekt-Nr. : U Rev00 Stand : Umfang : 40 Seiten insgesamt inklusive Deckblatt und Anhang Archiv-Code: : Projektnummer: U Rev00 / Prüfstandort: Hünxe (Wesel) Auftraggeber: Firma Hermann Nottenkämper ohg Bearbeiter: AF/WB TALDAP - TA Luft Daten-Prüfung Proj. U Rev00 Seite 2 / 40

3 Inhaltsverzeichnis Zusammenfassung Standortparameter Verwendete Unterlagen Beurteilungskriterien Einflüsse auf die Luftströmung Allgemeine Erläuterungen Klimatische Situation im Untersuchungsgebiet Topo- und orografische Situation im Untersuchungsgebiet Erwartete Lage der Häufigkeitsmaxima und -minima Prüfung der Übertragbarkeit Windrichtungsverteilung Windgeschwindigkeitsverhältnisse und Rauigkeit Fazit der Prüfung Hinweise...27 Anhang...28 Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Naturräumliche Einordnung des Standortes...11 Abbildung 2: Orografische Situation im Umfeld des Standortes...12 Abbildung 3: Abgrenzung der Landschaftsbereiche gemäß BfN...15 Abbildung 4: lokale topo- und orografische Situation...17 Abbildung 5: Rauigkeitsverhältnisse in der Umgebung des Standorts...17 Abbildung 6: Steigungsverhältnisse in der Umgebung des Standorts...18 Abbildung 7: Windgeschwindigkeitsverhältnisse gemäß SWM...18 Abbildung 8: Standort, Ersatzanemometerposition, synthetische Windverteilung...19 Abbildung 9: Standort und Stationsauswahl...22 Proj. U Rev00 Seite 3 / 40

4 Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Erwartungswerte der Windrichtungsverteilung an Ersatzanemometerposition...20 Tabelle 2: Standortparameter der Vergleichsstationen...22 Tabelle 3: Prüfung der Übertragbarkeit von Windrichtungsverteilungen...23 Tabelle 4: Prüfung der Übertragbarkeit von Windgeschwindigkeits- und Rauigkeitsverhältnissen...24 Bildquellenverzeichnis Topografische Karten in den Maßstäben 1:25.000; 1:50.000; 1: ; 1: ; 1: ; 1: des Bundesamtes für Kartographie und Geodäsie (WMS Dienste). Copyright: Geobasis-DE / BKG Kartendarstellungen Selbst erstellt unter Verwendung von Quantum GIS in Verbindung mit den topografischen Kartengrundlagen. Luftbilder Selbst erstellt unter Verwendung von Quantum GIS in Verbindung mit OpenLayersPlugin (Sourcepole) und Google Earth. Orografische Kartenbasis Fernerkundungsdaten der Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) NASA and DLR sowie ASTER-GDEM im Koordinatensystem WGS84. Geländerasterkarten / Steigungsrasterkarten / Schummerung Selbst erstellt unter Verwendung von GRASS GIS in Verbindung mit den Datensätzen des SRTM sowie ASTER-GDEM und einer Koordinatentransformation in DHDN / Gauss-Krüger 3. Streifen. Höhenlinien (Vektordaten) Selbst erstellt unter Verwendung von AUSTALView und den Datensätzen des SRTM und der Koordinatentransformation in DHDN / Gauss-Krüger 3. Streifen. Rauigkeitskarte Selbst erstellt unter Verwendung von GRASS GIS in Verbindung mit den Datensätzen des CORINE2006 Katasters. Windgeschwindigkeitskarte Selbst erstellt unter Verwendung von Quantum GIS in Verbindung mit den Datensätzen des Statistischen Windfeldmodells (SWM) des Deutschen Wetterdienstes. Proj. U Rev00 Seite 4 / 40

5 Zusammenfassung Die Firma Hermann Nottenkämper ohg beauftragte die ArguSoft GmbH & Co. KG im Rahmen immissionstechnischer Berechnungen für genehmigungsbedürftige bzw. nicht genehmigungsbedürftige Anlagen im Sinne des BImSchG [1] bzw. der 4. BImSchV [2] mit der Prüfung der Übertragbarkeit von Daten der meteorologischen Ausbreitungsbedingungen von einem vorgegebenen Messort auf einen Standort bei Hünxe (Wesel). Die regionale und individuelle Lage stützt für den Prüfstandort die Annahme eines primären Maximums zwischen Südsüdwest und Westsüdwest und eines sekundären Maximums zwischen Ostnordost und Ost. Die Auswertung der Erwartungswerte für Windrichtungen und Windgeschwindigkeiten ergibt, dass die Daten der Station Wesel-Feldmark (NW030 / BL ) mit hinreichender Genauigkeit, d. h. im Sinne der Aufgabenstellung gemäß TA Luft, Anhang 3 [3], übertragbar sind. Im Rahmen der Auswahl einer repräsentativen Zeitreihe der meteorologischen Ausbreitungsbedingungen können die Daten des Jahres 2009 verwendet werden. Für Ausbreitungsrechnungen [4], [5], [6], [7] am vorgegebenen Standort unter Verwendung eines diagnostischen Windfeldes empfehlen wir, das Anemometer (in AUSTAL2000) am ausgewiesenen Standort (siehe Kapitel 4.4) zu positionieren und ggf. das Rechengitter zu vergrößern, d.h. an die zu erfassenden orografischen Strukturen anzupassen. Bei einer Ausbreitungsrechnung mit Geländehöhen und/oder Gebäuden sind weiterhin die entsprechenden Anforderungen von AUSTAL2000 bzw. des jeweiligen Berechnungsverfahrens zu beachten. Kaltluftabflüsse sind bei der vorliegenden Struktur nicht zu erwarten. Proj. U Rev00 Seite 5 / 40

6 1 Standortparameter Der Standort liegt in ländlich beforsteter Umgebung am östlichen Rand der Gemeinde Hünxe. Die Umgebung zeichnet sich durch quasi ebenes Gelände ohne signifikante Steigungen aus. Hünxe liegt im östlichen Teil des Landkreis Wesel (NRW) und gehört naturräumlich gesehen zum Nordwestdeutschen Tiefland (Kölner Bucht und Niederrheinisches Tiefland). Die Umgebung um den Standort wird überwiegend durch Wald- und Feldlandschaften bestimmt, die durch kleinere bis mittlere urbane Strukturen unterbrochen werden. Der urbane Verdichtungsraum Ruhrgebiet beginnt ca. 10 km 15 km südlich. Standort: Hünxe (Wesel) Rechtswert: Hochwert: Quellhöhe: Höhe über NN: bodennah ca. 40 m Für die Angabe der Standortparameter wird grundsätzlich das Gauss-Krüger- Koordinatensystem im 3. Meridianstreifen (Ellipsoid Bessel, Datum Potsdam) verwendet; unabhängig davon, ob das Projektgebiet in einem anderen nativen Streifen liegt. Proj. U Rev00 Seite 6 / 40

7 2 Verwendete Unterlagen Zur Beurteilung der Übertragbarkeit der meteorologischen Verhältnisse der Messstation auf den Standort werden folgende Unterlagen herangezogen: topografische Karten im Maßstab 1:50.000, 1: , 1: , 1: , frei verfügbare Luftbilder, Windstatistiken der Vergleichsstationen, Karte der Naturräumlichen Haupteinheiten Deutschlands [8], Karten und Texte des Bundesamt für Naturschutz; Landschaftssteckbriefe [9], Regionale statistische Erwartungswerte für Windparameter im Bereich des Standortes [10], [11], [12], Verfahrensbeschreibung zur Übertragung von Windmessdaten vom Messort auf einen anderen Standort [13], Die bodennahen Windverhältnisse in der Bundesrepublik Deutschland; Berichte des DWD Nr. 147 [14], Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft (TA Luft) [3], synthetische Windrosen mittels des prognostischen Windfeldmodells METRAS [15], KALAS - Das Kaltluftmodell der IfU GmbH Privates Institut für Analytik [16]. Proj. U Rev00 Seite 7 / 40

8 3 Beurteilungskriterien Die Prüfung der Übertragbarkeit folgt in Anlehnung an die Methode des Deutschen Wetterdienstes [13] unter Berücksichtigung folgender Kriterien: Abschätzung der vorherrschenden Windrichtungen am Standort (Vergleich der umliegenden Stationen in Verbindung mit Orografie, Nutzung), Vergleich der vorherrschenden Windrichtungen an den verfügbaren ausgewählten Bezugswindstationen und Abschätzung der räumlichen Repräsentanz, Vergleich des mittleren Jahresmittels der Windgeschwindigkeit und der Häufigkeiten der Windgeschwindigkeiten kleiner 1 m/s (Schwachwind) an den verfügbaren ausgewählten Bezugswindstationen mit den Erwartungswerten am Standort (TA Luft 2002 Anhang 3, Kapitel 12 [3]), Abschätzung der lokalen topographischen Einflüsse auf das Windfeld am Standort, Vergleich der Rauigkeitslängen [17] am Standort und an den Vergleichsstationen. Proj. U Rev00 Seite 8 / 40

9 4 Einflüsse auf die Luftströmung 4.1 Allgemeine Erläuterungen Entsprechend meteorologischen Grunderkenntnissen bestimmt die großräumige Luftdruckverteilung die vorherrschende Richtung des Höhenwindes in einer Region. Im Jahresmittel ergeben sich hieraus für Deutschland häufige südwestliche bis westliche Windrichtungen. Das Geländerelief hat jedoch einen erheblichen Einfluss sowohl auf die Windrichtung infolge Ablenkung oder Kanalisierung als auch auf die Windgeschwindigkeit durch Effekte der Windabschattung oder Düsenwirkung. Außerdem modifiziert die Beschaffenheit des Untergrundes (Freiflächen, Wald, Bebauung, Wasserflächen) die lokale Windgeschwindigkeit, in geringem Maße aber auch die lokale Windrichtung infolge unterschiedlicher Bodenrauigkeit. Bei windschwachem und wolkenarmem Wetter können wegen der unterschiedlichen Erwärmung und Abkühlung der Erdoberfläche thermisch induzierte Zirkulationssysteme wie z. B. Flurwinde sowie Berg- und Talwinde entstehen. Besonders bedeutsam ist die Bildung von Kaltluft, die nachts bei klarem und windschwachem Wetter als Folge der Ausstrahlung vorzugsweise an Wiesenhängen entsteht und der Hangneigung folgend je nach dem Gefälle und der aerodynamischen Rauigkeit mehr oder weniger langsam abfließt. Diese Kaltluftflüsse haben in der Regel nur eine geringe vertikale Erstreckung und sammeln sich an Geländetiefpunkten zu Kaltluftseen an. Die genannten lokalen Windsysteme können im Allgemeinen durch Messungen am Standort nachgewiesen, im Falle von nächtlichen Kaltluftflüssen aber auch durch Modellrechnungen [16] erfasst werden. 4.2 Klimatische Situation im Untersuchungsgebiet Klimatisch sind der Küstenstreifen der Nordsee und die vorgelagerten Ost- und Nordfriesischen Inseln euozeanisch geprägt. Nach Süden schließt sich ein breiter Streifen ozeanisch (= atlantisch) bzw. subozeanisch geprägten Klimas an, der sich von der Ostküste Schleswig-Holsteins bis zu den westlichen Mittelgebirgsrändern zieht. In südöstlicher und östlicher Richtung wird das Klima allmählich subkontinental; unter anderem erhöhen sich also sukzessive die Temperaturgegensätze zwischen Sommer und Winter. Deutschland gehört vollständig zur gemäßigten Proj. U Rev00 Seite 9 / 40

10 Klimazone Mitteleuropas im Bereich der Westwindzone und befindet sich im Übergangsbereich zwischen dem maritimen Klima in Westeuropa und dem kontinentalen Klima in Osteuropa. Der Standort liegt somit ganzjährig in der außertropischen Westwindzone. Die vorwiegend westlichen Luftströmungen treffen im Bereich des Westlichen Mittelgebirges auf Hindernisse, so dass erst dort entsprechende Leitwirkungen zu erwarten sind. Des Weiteren befindet sich der Standort im Inland der Nordwestdeutschen Tiefebene kurz vor den Ausläufern der westlichen Mittelgebirge im Schnittpunkt der Kölner und Westfälischen Bucht, so dass Strömungen aus dem westlichen und nördlichen Quadranten ohne signifikante Einflüsse den Standort erreichen. Ein Einfluss lokaler Leitwirkungen ist daher nicht zu erwarten und die Windrichtungsverhältnisse werden bevorzugt durch die Häufigkeiten geprägt, die aus den allgemeinen Großwetterlagen der Tiefebene resultieren. 4.3 Topo- und orografische Situation im Untersuchungsgebiet Der Standort liegt in ländlich beforsteter Umgebung am östlichen Rand der Gemeinde Hünxe. Die Umgebung zeichnet sich durch quasi ebenes Gelände ohne signifikante Steigungen aus. Hünxe liegt im östlichen Teil des Landkreis Wesel (NRW) und gehört naturräumlich gesehen zum Nordwestdeutschen Tiefland (Kölner Bucht und Niederrheinisches Tiefland). Die Umgebung um den Standort wird überwiegend durch Wald- und Feldlandschaften bestimmt, die durch kleinere bis mittlere urbane Strukturen unterbrochen werden. Der urbane Verdichtungsraum Ruhrgebiet beginnt ca. 10 km 15 km südlich. Der Abbildung 1 kann die naturräumliche Lage des Standortes entnommen werden [8]. Proj. U Rev00 Seite 10 / 40

11 Abbildung 1: Naturräumliche Einordnung des Standortes Proj. U Rev00 Seite 11 / 40

12 Der Abbildung 2 kann die regionale und lokale orografische Situation des Standortes entnommen werden. Proj. U Rev00 Seite 12 / 40

13 Der Standort liegt im Übergangsbereich von zwei Landschaften. Entsprechend dem Bundesamt für Naturschutz werden die Landschaften im Umfeld des Standortes folgendermaßen eingeordnet und beschrieben [9]: (#nachfolgend Auszug#) Königshardter Sandplatten Landschaftstyp: Großlandschaft: Fläche: 2.8 Andere waldreiche Landschaft Norddeutsches Tiefland 142 km² Beschreibung: Die Königshardter Sandplatten sind durch eine deutlich ausgeprägte Hangzone begrenzt, die von vielen Erosionsrinnen zerschnitten ist. Die Sandplatten werden v.a. von Resten der Rhein-Hauptterrassen gebildet, die aus z.t. relativ mächtigen Sandund Kiesschichten bestehen. Im Inneren der Landschaft befindet sich verbreitet hoch anstehendes Grundwasser, das Böden und Vegetation beeinflusst. Die Landschaft liegt etwa in 50 bis 65 m ü. NN. An eine 15 bis 20 m hohe Hangzone schließt sich im Norden ein flachwelliges Gelände an, das die Landschaft zum Lippetal hin begrenzt. Den Untergrund hier bilden teilweise von Geschiebelehmen und Flugsanden bedeckte undurchlässige Sedimente des Tertiärs, über die einige Wasserläufe nach Norden hin verlaufen. Die Landschaft ist etwa zur Hälfte mit Wald bedeckt. Die waldfreien Flächen werden im Osten der Landschaft überwiegend als Ackerland genutzt, im Westen eher als Grünland. Die Wälder haben Naherholungsfunktion für die nahen Verdichtungsräume. Proj. U Rev00 Seite 13 / 40

14 54106 Lippetal Landschaftstyp: Großlandschaft: Fläche: 4.1 Grünlandgeprägte offene Kulturlandschaft Norddeutsches Tiefland 232 km² Beschreibung: Das Tal der Lippe fällt zwischen Lippstadt und der Mündung in den Rhein bei Wesel von ca: 75 m ü. NN auf 21 m ü. NN ab. Bis auf wenige kanalisierte Abschnitte, läuft der Fluss in weiten Schwingungen durch das Tal. Dadurch haben sich viele Seitenarme und abgeschnittene Altarme entwickelt, die das Tal gliedern. Zudem haben sich durch Bergsenkungen einige Sekundärvernässungen ergeben. Zu beiden Seiten der lehmigen, nach Westen zunehmend sandigeren Aue erheben sich bis zu 15 m höhere sandige Niederterrassenstreifen, die teils inselartig ausgeprägt sind und im östlichen Teil des Laufs nur rudimentär vorhanden sind. Die fast ausschließlich als Grünland genutzte Aue ist durch zahlreiche Hecken, Gebüsche, Pappelreihen und Gehölze gegliedert. Die Niederterrassen sind v.a. in den trockenen auennahen Bereichen häufig mit Kiefernforsten bestanden, in den entfernteren, feuchteren Gebieten als Äcker genutzt. Das Lippetal übernimmt auch Erholungsfunktionen für den Ballungsraum Ruhrgebiet. (#Ende Auszug#) Proj. U Rev00 Seite 14 / 40

15 Die Abbildung 3 zeigt die Abgrenzungen der Landschaftsbereiche entsprechend den Angaben des BfN. Abbildung 3: Abgrenzung der Landschaftsbereiche gemäß BfN Individuelle Verhältnisse und Fazit Insgesamt lässt der Standort aufgrund der geografischen Lage in Verbindung mit der Oro- und Topografie eine Windrichtungsverteilung bzw. Windspektrums- Merkmale erwarten, die einer Binnenland-Station entsprechen. Das Gelände und die Nutzungen im beurteilungsrelevanten Gebiet geben keinen Anlass zu der Annahme, dass sich die regionalen Windverhältnisse nicht auch in den lokalen Verhältnissen am Standort wieder finden. Hier kommen moderate lokale Einflüsse auf die regionalen Verhältnisse durch die vorhandene Oro- bzw. Topografie zum tragen. Kaltluftabflüsse treten mangels Reliefenergie nicht auf. Regional befindet sich der Standort in der Tiefebene zwischen dem Auslaufbereich der Kölner Bucht und der Westfälischen Bucht, d.h. ist den Mittelgebirgen deutlich vorgelagert. Damit treten primäre bzw. sekundäre Maxima der Windrichtungs- Proj. U Rev00 Seite 15 / 40

16 verteilung typischerweise zwischen Westsüdwest und Südsüdwest bzw. Nordnordost und Ost auf. Die Verhältnisse, die aus der Position zum Schnittpunkt der Westfälischen und der Kölner resultieren, lassen einen breit aufgestellten Bereich um das Hauptmaximum erwarten. Das Nebenmaximum erreicht regional ungefähr die Hälfte der Häufigkeiten des Hauptmaximums und kann auf Ostnordost bis Ost eingegrenzt werden. Diese Verhältnisse lassen sich tendenziell anhand synthetischer Windrosen [15] bestätigen. Der Abbildung 4 kann die lokale Situation am Standort entnommen werden. Es ist zu erkennen, dass die orografischen Verhältnisse prägend sind, die aus der Position in der Ebene nahe der Lippeniederung resultieren. Die geringen Geländesteigungen lassen daher keine signifikanten orografischen Einflüsse auf die dominanten westlichen Hauptwindrichtungen erwarten. Der westlich gelegene dichte Waldbewuchs bzw. die östlich gelegenen Feldflächen werden sich in entsprechender Weise im Windspektrum spiegeln. Aus topografischer Sicht kann festgestellt werden, dass grundlegend ein Wechsel von Rauigkeiten maßgebend ist, der sich aus dem Wechsel von bebauten bzw. bewaldeten Bereichen zu landwirtschaftlichen Flächen ergibt. Hier ist zu erkennen, dass das Umfeld durch den Übergang von hohen zu niedrige Rauigkeitswerten charakterisiert werden kann. Die weitläufige Anordnung und Größe der Flächen einzelner Rauigkeitsklassen lassen keine Strukturen erkennen, die auf bestimmte Windrichtungen unterstützend wirken (siehe Abbildung 5; [17]). Die Abbildung 6 zeigt die Steigungsverhältnisse im standardisiertem 100 m horizontal aufgelösten Raster. Es ist zu erkennen, dass der zu betrachtende Geländeeinfluss im zu erwartenden Rechengebiet [3] vorwiegend im Gültigkeitsbereich für ebenes Gelände bzw. das diagnostische Windfeldmodell TALdia liegt [3]. Die Abbildung 7 zeigt die Windgeschwindigkeitsverhältnisse im Jahresmittel, die mit dem Statistischen Windfeldmodell (SWM) des DWD im 1 km x 1 km Raster berechnet wurden. In Verbindung mit der Auswertung der SWM-Daten im 200-m-Raster sind Windgeschwindigkeiten zu erwarten, die ca. 2,5 m/s 3,0 m/s im Jahresmittel betragen [11], [18]. Dies kann als Anhaltspunkt für Erwartungswerte in der Standortumgebung angenommen werden. Proj. U Rev00 Seite 16 / 40

17 Abbildung 4: lokale topo- und orografische Situation Abbildung 5: Rauigkeitsverhältnisse in der Umgebung des Standorts Proj. U Rev00 Seite 17 / 40

18 Abbildung 6: Steigungsverhältnisse in der Umgebung des Standorts Abbildung 7: Windgeschwindigkeitsverhältnisse gemäß SWM Proj. U Rev00 Seite 18 / 40

19 4.4 Erwartete Lage der Häufigkeitsmaxima und -minima Die berechnungsrelevante Umgebung um den Standort ist durch geringe Steigungen eines nur leicht welligen Geländes gekennzeichnet, so dass die regional typischen Windverhältnisse in bodennahen Bereichen geringfügig modifiziert werden können. Um diese orografischen Verhältnisse erfassen zu können, ist im Rahmen der Berechnungen mit AUSTAL2000 die Verwendung eines Windfeldmodells in Verbindung mit einem digitalen Geländemodell zu empfehlen. Hierzu ist die Auswahl einer Ersatzanemometerposition (EAP) erforderlich, auf die demzufolge die eigentliche Übertragbarkeitsprüfung erfolgt. Es wird unter zu Hilfenahme von synthetischen Windverteilungen [15] in Verbindung mit den Vorgaben der TA Luft [3] nach einer geeigneten Position gesucht, die eine theoretische Windverteilung aufweist, die vorhandenen Stationsdaten ähnlich ist. Die Abbildung 8 zeigt die theoretische Windverteilung in Verbindung mit der Lage des Standortes und der Ersatzanemometerposition. Abbildung 8: Standort, Ersatzanemometerposition, synthetische Windverteilung Proj. U Rev00 Seite 19 / 40

20 Die Ersatzanemometerposition (EAP) befindet sich in einer sehr schwach ausgeprägten Kuppenlage ca. 500 m westlich vom Standort entfernt. Anhand der regionalen in Verbindung mit den individuellen Eigenschaften und den Erkenntnissen synthetischer Windrosen [15] kann von einem primären Maximum zwischen Südsüdwest und Westsüdwest sowie einem sekundären Maximum zwischen Ostnordost und Ost ausgegangen werden. Der Tabelle 1 kann die Lage der zu erwartenden Häufigkeitsmaxima und -minima der Windrichtungen an der Ersatzanemometerposition (EAP) entnommen werden. Prüfstandort: EAP bei Hünxe (Wesel) Rechtswert: Hochwert: Höhe über NN: ca. 55 m Richtungsmaximum Sekundäres Maximum Richtungsminima SSW - WSW ONO - O NNW - N / OSO - SSO Tabelle 1: Erwartungswerte der Windrichtungsverteilung an Ersatzanemometerposition Proj. U Rev00 Seite 20 / 40

21 5 Prüfung der Übertragbarkeit Die Prüfung der Übertragbarkeit erfolgt nach folgenden Gesichtspunkten: Erfassung und Vergleich der Struktur der mittleren Häufigkeitsverteilungen der Windrichtungen Vergleichende Betrachtung der mittleren Windgeschwindigkeiten und Schwachwindhäufigkeiten Zur Prüfung werden insgesamt folgende Stationen betrachtet: Ahaus (DWD ), Münster/Osnabrück (DWD ), Osnabrück (DWD ), Gütersloh (DWD ), Düsseldorf-Flughafen (DWD ), Kalkar (DWD ), Bocholt-Liedern (DWD ), Essen (DWD ), Werl (DWD ), Haltern (Wasserwerk) (DWD ), Mönchengladbach (DWD ), Gronau (MM 93020), Steinfurt (MM 93060), Krefeld (MM 94050), Straelen (MM 94070), Duisburg (MM 94090), Bochum-Rosenberg (MM 94110), Bochum (Kemnader See; MM94140), Fröndenberg (MM 94160), Unna (MM 94170), Soest (MM 94330), Coesfeld (MM ), Nordhorn (MM ), Tilbeck (MM ), Ahlen (bis 2009; MM ), Ahlen (MM ), Münster (MM ), Emsdetten (MM ), Kleve (MM ), Emmerich-Elten (MM ), Issum (MM ), Neukirchen-Vluyn (MM ), Mülheim/Ruhr (MM ), Bochum-Sundern (MM ), Gelsenkirchen (MM ), Castrop-Rauxel (MM ), Dortmund (MM ) und die LANUV Station Wesel-Feldmark (NW030 / BL ). Die Vorauswahl der Stationen deckt die Bereiche im regional relevanten Umkreis um den Standort ab. Die Stationen in der Tabelle 2 werden als engere Auswahl zur Prüfung herangezogen. Die übrigen Stationen wurden aus der Betrachtung genommen, da die bisher beschriebenen Anforderungen im Vergleich nicht ausreichend erfüllt werden, bzw. näher gelegene Stationen vergleichbare oder bessere Übertragungseigenschaften aufweisen. Die Daten der Station Bocholt-Liedern werden aus der Betrachtung herausgenommen, da die Messreihe 2005 beendet, und 2001 als repräsentativ für den zurückliegenden Zeitraum ausgewiesen werden kann. Da die Daten der LANUV- Station Wesel-Feldmark auch für neuere Zeiträume verfügbar sind, kann dieses Stationsdefizit ausgeglichen werden. Proj. U Rev00 Seite 21 / 40

22 Station Koordinaten RW / HW [m] Stationshöhe über NN [m] Windgeberhöhe über GOK [m] Lage bzgl. Standort Zeitraum Haltern (Wasserwerk, DWD ) km ONO Nordhorn (MM ) km NNO Wesel-Feldmark (NW 030 / BL ) km WNW 2002 / 2009 Tabelle 2: Standortparameter der Vergleichsstationen Der Abbildung 9 kann die Lage des Standorts (orange) und der betrachteten Stationen (gelb) entnommen werden: Abbildung 9: Standort und Stationsauswahl Proj. U Rev00 Seite 22 / 40

23 5.1 Windrichtungsverteilung Entsprechend den vorhergehend beschriebenen Erwartungen stützt die regionale und individuelle Lage für den Prüfstandort die Annahme eines primären Maximums zwischen Südsüdwest und Westsüdwest und eines sekundären Maximums zwischen Ostnordost und Ost. Der Tabelle 3 kann im Vergleich die Güte der Übereinstimmung mit den Erwartungswerten in Bezug auf die Anwendung in der Ausbreitungsrechnung entnommen werden: Richtungs- sekundäres Richtungs- Station maximum Maximum minima Haltern (Wasserwerk, DWD ) / 3 Nordhorn (MM ) / 3 Wesel-Feldmark (NW 030 / BL ) / 3 Erwartungswert SSW - WSW ONO - O NNW - N / OSO - SSO Tabelle 3: Prüfung der Übertragbarkeit von Windrichtungsverteilungen Anmerkung Für die Bewertung der Daten aus Wesel liegen die Messreihen aus dem Jahr 2002, d.h. einem älteren sowie aus 2009 als dem aktuellen repräsentativen Jahr vor. Diese Daten werden daher für die Übertragbarkeitsprüfung herangezogen. Güte der Übereinstimmung 3: ausreichende Übereinstimmung 2: geringe Abweichung 1: keine Übereinstimmung Proj. U Rev00 Seite 23 / 40

24 5.2 Windgeschwindigkeitsverhältnisse und Rauigkeit Anhand der Erwartungswerte des Statistischen Windfeldmodells (SWM [11]) des Deutschen Wetterdienstes (DWD) sowie des Rauigkeitskatasters ergibt sich folgendes Bild im Vergleich der jeweiligen Standorte: Station Jahresmittel der Windgeschwindigkeit in 10 m über Grund [m/s] Häufigkeit der Windgeschwindigkeit < 1 m/s [%] Rauigkeit nach dem CORINE2006-Kataster im Untersuchungsradius von ca. 1,5 km Haltern (Wasserwerk, DWD ) Nordhorn (MM ) Wesel- Feldmark (NW 030 / BL ) 3,1 11,1 0,66 3,1 10,7 0,59 3,0 12,4 0,69 Erwartungswert 3,1 11,2 0,73 Tabelle 4: Prüfung der Übertragbarkeit von Windgeschwindigkeits- und Rauigkeitsverhältnissen Anmerkung Die im Anhang dargestellten Windverteilungen entsprechen den Messwerten an den Stationen. Daher weichen die Schwachwindhäufigkeiten und mittleren Windgeschwindigkeiten von den statistischen Angaben in der o. g. Tabelle (SWM) ab, die primär dem Strukturvergleich zwischen Anlagenstandort und Standort der Wetterstationen dienen. Die Rauigkeiten sind dem CORINE2006-Kataster entnommen und weichen von den Angaben im Anhang ab, da diese über Sektoren- und Lauflängen gewichtet wurden. Proj. U Rev00 Seite 24 / 40

25 5.3 Fazit der Prüfung Die Auswertung der Windrichtungsverteilungen ergibt ausreichende Übereinstimmungen mit den Erwartungswerten für alle Stationen der engeren Auswahl. Trotzdem sind die Daten der Station Haltern Wasserwerk im Vergleich durch eine eher schmale Ausprägung der Maximabereiche gekennzeichnet. Daher sind den Daten von Wesel und Nordhorn unter Berücksichtigung synthetischer Windrosen als Maßgabe im Detail bessere Übertragungseigenschaften zuzuordnen. Im Vergleich der Erwartungswerte für Schwachwindhäufigkeiten und mittlere Windgeschwindigkeiten zeigt sich unter Berücksichtigung der Rauigkeitsverhältnisse, dass alle Stationen über ähnliche Übertragbarkeitseigenschaften verfügen. Damit sind an allen Stationen hohe strukturelle Ähnlichkeiten zum Standort erkennbar, so dass unabhängig von der Entfernung in Verbindung mit den vorliegenden Windrichtungsverteilungen Nordhorn und Wesel quasi gleichwertig für eine Übertragung geeignet sind. Die Messdaten von Wesel werden in einer ausreichenden Höhe von 16 m über Grund erfasst, d.h. ca. der 2-fachen Hindernishöhe der Umgebungsbebauung bzw. >14-facher z0-wert. Im Vergleich zu den Modelldaten des SWM zeigt sich, dass die Messwerte dem Niveau von 10 über glattem Grund entsprechen. Die Stationsdaten aus Wesel verfügen weiterhin über umfangreiche Ähnlichkeiten zu den Messdaten der Station Bocholt-Liedern, die 2005 außer Betrieb genommen wurde. Abgesehen von der im Vergleich geringen Entfernung liegen auch hohe strukturelle Ähnlichkeiten in Bezug auf die Rauigkeitsverteilung vor. Der Stationssowie auch der Anlagenstandort befinden sich in einer Position, die durch hohe Rauigkeiten im westlichen und vergleichsweise niedrige Rauigkeiten im östlichen Halbkreis gekennzeichnet werden kann. Die Abweichungen der Stationsdaten von Wesel in Bezug auf die synthetischen Windrosen sind nur wenige Prozent in den Maxima und Minima. Die Minima sind aufgrund der anderen Darstellungsweise (Nullpunkt) nur augenscheinlich durch deutlich geringere Häufigkeiten gekennzeichnet. Bei einer Messdatenerfassung in einer Höhe von 16 m über Grund in Verbindung mit der nach Ortsbesichtigung dort anzutreffenden Bebauung, ist von einer hinreichend ungestörten Anströmung des Anemometers auszugehen, so dass die Unterschiede systembedingt sind. Als Kriterien für eine Übertragbarkeit der Daten aus Wesel-Feldmark sind insgesamt die Erwartungswerte für Windrichtung und Windgeschwindigkeit, strukturelle Ähnlichkeiten und eine geringe Entfernung zum Standort im Vergleich aller Messstationen am besten erfüllt. In Bezug auf die in der Ausbreitungsrechnung Proj. U Rev00 Seite 25 / 40

26 gemäß TA Luft gestellten Anforderungen kann somit der Stationsstandort Wesel- Feldmark (NW030 / BL ) als hinreichend übertragbar auf den Standort (hier: EAP) angesehen werden. Repräsentatives Jahr Für die Station Wesel-Feldmark (NW030 / BL ) wurde der Datensatz des Jahres 2009 nach Vergleich mit den Referenzstationen Düsseldorf-Flughafen und Kalkar als zeitlich repräsentativ ausgewertet. Empfehlungen und Einschränkungen Für Ausbreitungsrechnungen [4], [5], [6], [7] am vorgegebenen Standort unter Verwendung eines diagnostischen Windfeldes empfehlen wir, das Anemometer (in AUSTAL2000) am ausgewiesenen Standort (siehe Kapitel 4.4) zu positionieren und ggf. das Rechengitter zu vergrößern, d.h. an die zu erfassenden orografischen Strukturen anzupassen. Bei einer Ausbreitungsrechnung mit Geländehöhen und/oder Gebäuden sind weiterhin die entsprechenden Anforderungen von AUSTAL2000 bzw. des jeweiligen Berechnungsverfahrens zu beachten. Kaltluftabflüsse sind bei der vorliegenden Struktur nicht zu erwarten. Proj. U Rev00 Seite 26 / 40

27 6 Hinweise Die Unterzeichner bestätigen, dieses Gutachten unabhängig jeglicher Weisung und nach bestem Wissen und Gewissen erstellt zu haben. Als Grundlage für die Feststellungen und Aussagen der Sachverständigen dienen die vorgelegten und im Gutachten erwähnten Unterlagen sowie die Auskünfte der Beteiligten. Die Ergebnisse beziehen sich ausschließlich auf den Prüfungsumfang. Ein auszugsweises Vervielfältigen des Gutachtens ist ohne die Genehmigung der Verfasser nicht zulässig. Borgwedel, Geprüft und freigegeben durch: Dipl.-Met. Wolfram Bahmann Proj. U Rev00 Seite 27 / 40

28 Anhang I II Grundlagen Grafische Darstellung der Windrichtungsverteilungen und Windgeschwindigkeiten, Selektion repräsentatives Jahr III Statistische Auswertungen IV Lagepläne Proj. U Rev00 Seite 28 / 40 (Anhang)

29 I Grundlagen [1] Gesetz zum Schutz vor schädlichen Umwelteinwirkungen durch Luftverunreinigungen, Geräusche, Erschütterungen und ähnliche Vorgänge (Bundes-Immissionsschutzgesetz - BImSchG) in der Fassung der Bekanntmachung vom 26. September 2002 (BGBl. I Nr. 71 vom , S ) Gl.-Nr.: [2] Vierte Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (Verordnung über genehmigungsbedürftige Anlagen - 4. BImSchV) in der Fassung der Bekanntmachung Fassung vom 14. März 1997 (BGBl. I 1997 S. 504, S. 548; 1998 S S ) Gl.-Nr.: [3] Erste Allgemeine Verwaltungsvorschrift zum Bundes-Immissionsschutzgesetz (Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft - TA Luft) - Juli 2002 [4] VDI 3945 Blatt 3, Umweltmeteorologie Atmosphärische Ausbreitungsmodelle. Partikel-modell (September 2000) [5] Ausbreitungsmodell AUSTAL2000, Version WI-x; Copyright (c) Umweltbundesamt, Berlin, ; Copyright (c) Janicke Consulting, Dunum, [6] Die Entwicklung des Ausbreitungsmodells AUSTAL2000G; Lutz Janicke, Ulf Janicke, August 2004; Ingenieurbüro Janicke, Alter Postweg 21, Dunum, ISSN [7] Entwicklung einer modellgestützten Beurteilungssystems für den anlagenbezogenen Immissionsschutz von Dr. Lutz Janicke, Dr. Ulf Janicke, Ingenieurbüro Janicke, Dunum, Im Auftrag des Umweltbundesamtes Berlin Februar 2003 [8] Meynen, Schmidthülsen ( ) Handbuch der naturräumlichen Gliederung Deutschlands. Bundesforschungsanstalt für Landeskunde und Bodenforschung Selbstverlag Bad Godesberg [9] Landschaftssteckbriefe Texte gemäß BfN Website [9] Karten gemäß CD des LANIS-BUND, Bundesamt für Naturschutz (BfN) [10] Digitale Weibull-Daten (Skalen- und Formparameter) für die gesamte BRD im 1-km-Raster, Deutscher Wetterdienst, Abteilung Klima- und Umweltberatung, Zentrales Gutachtenbüro Proj. U Rev00 Seite 29 / 40 (Anhang)

30 [11] Digitale Winddaten in 10 m über Grund für die gesamte BRD im 1-km-Raster; Deutscher Wetterdienst, Abteilung Klima- und Umweltberatung, Zentrales Gutachtenbüro; Rasterpunkte mit Windgeschwindigkeitswerten in zehntel Meter [12] Gerth u. Christoffer: Windkarten von Deutschland, Meteorol. Z. N.F. 3, Heft 2, S [13] Verfahrensbeschreibung zur Übertragung von Windmessdaten vom Messort auf einen anderen Standort; "Qualifizierte Prüfung (QPR) der Übertragbarkeit einer Ausbreitungszeitreihe (AKTerm) bzw. einer Ausbreitungsklassenstatistik (AKS) nach TALuft 2002 auf einen Standort"; Dipl.-Met. J. Hessel, Dipl.-Met. J. Namyslo; Deutscher Wetterdienst 2007 [14] Die Bodennahen Windverhältnisse in der Bundesrepublik Deutschland; Berichte des Deutschen Wetterdienstes Nr. 147; 2. vollständig neu überarbeitete Auflage von Christoffer und Ulbricht-Eissing, 1989 [15] Synthetische Windrosen basierend auf prognostischen mesoskaligen Modellrechnungen mit dem Modell METRAS (Mittelwerte auf Rasterflächen von 500 m x 500 m); Firma metsoft GbR, Heilbronn [16] Kaltluftabflüsse bei Immissionsprognosen Schriftenreihe, Heft 27/2012; Landesamt für Umwelt Landwirtschaft und Geologie; Freistaat Sachsen [17] Daten zur Bodenbedeckung der Bundesrepublik Deutschland des Statistischen Bundesamtes, Wiesbaden [18] Jahresmittel der Windgeschwindigkeit in 10 m über Grund des jeweiligen Bundeslandes; Statistisches Windfeldmodell (SWM) im 200 m-raster; Deutscher Wetterdienst, Geschäftsfeld Klima- und Umweltberatung, Rasterflächen mit Windgeschwindigkeitswerten in zehntel Meter [19] Bestimmung der in AUSTAL2000 anzugebenden Anemometerhöhe; Verfahrensbeschreibung gemäß DWD; Joachim Namyslo, DWD Offenbach [20] Katalog der Großwetterlagen Europas ( ) nach Paul Hess und Helmut Brezowski; 5., verbesserte und ergänzte Auflage; F.-W. Gerstengarbe und P.C. Werner unter Mitarbeit von U. Rüge; Potsdam, Offenbach a. M., 1999 Proj. U Rev00 Seite 30 / 40 (Anhang)

31 II Grafische Darstellung der Windrichtungsverteilungen und Windgeschwindigkeiten Mittlere Stationswindrosen Proj. U Rev00 Seite 31 / 40 (Anhang)

32 Mittlere Jahresgänge der Windgeschwindigkeit Proj. U Rev00 Seite 32 / 40 (Anhang)

33 Windrosen und Windgeschwindigkeitsangaben Proj. U Rev00 Seite 33 / 40 (Anhang)

34 Synthetische Windrose am Standort [15] (Mittelwert über 10 Jahre): Proj. U Rev00 Seite 34 / 40 (Anhang)

35 Selektion repräsentatives Jahr Proj. U Rev00 Seite 35 / 40 (Anhang)

36 Proj. U Rev00 Seite 36 / 40 (Anhang)

37 Proj. U Rev00 Seite 37 / 40 (Anhang)

38 Proj. U Rev00 Seite 38 / 40 (Anhang)

39 III Statistische Auswertungen Vergleich der theoretischen Windspektren des Statistischen Windfeldmodells (SWM) anhand der Dichtefunktion der Weibull-Verteilung für Windgeschwindigkeiten (statistische Werte): Proj. U Rev00 Seite 39 / 40 (Anhang)

40 IV Auszug aus der topografischen Karte Proj. U Rev00 Seite 40 / 40 (Anhang)