Ermittlung der Gesamtbelastung durch Luftschadstoffe im Kurzzeitmittel anhand von Zeitreihen der Vor- und Zusatzbelastung; Vergleich mit statistischen Methoden : Das zur Berechnung von Zeitreihen der Zusatzbelastung adaptierte ÖNORM M 9440 Modell ONGAUSSplus

Wien

2005

54 S.

19 Abb., 17 Lit. Ang.

Bandaufführung

667

129522

Voraussetzung für eine Bewertung der Auswirkungen emissionsrelevanter Vorhaben (Errichtungs- oder Betriebsphase) auf Schutzgüter ist die Kenntnis der Gesamtimmissionsbelastung. Dafür ist es einerseits notwendig, die Ist-Belastung (Vorbelastung) zu kennen, andererseits muss die durch das Vorhaben verursachte Zusatzbelastung ermittelt werden. Im Langzeitmittel (Jahres- oder Halbjahresmittel) ist die Ermittlung der Gesamtbelastung durch Addition der entsprechenden Werte der Vorbelastung zur Zusatzbelastung auf relativ einfachem Wege möglich. Das Langzeitmittel der Zusatzbelastung kann mit geeigneten Modellen mittels Ausbreitungsstatistik mit relativ geringem Aufwand berechnet werden. Für die Gesamtbelastung im Kurzzeitmittel (maximale Halbstudenmittelwerte, mehrstündige Mittelwerte, Tagesmittelwerte, ...) hingegen ergibt die bloße Addition der Maximalkonzentrationen von Vor- und Zusatzbelastung in der Regel unrealistische, meist zu hohe Werte. ÖNORM M 9445 schlägt daher zur Abschätzung der Gesamtbelastung im Kurzzeitmittel statistische Verfahren (Relationen zwischen Jahresmittelwert und Kurzzeitmittelwert) oder die Berechnung von Zeitreihen der Zusatz- und Gesamtbelastung mittels geeigneter Ausbreitungsmodelle vor. In der vorliegenden Arbeit wird das zur Berechnung von Zeitreihen der Zusatzbelastung adaptierte, auf ÖNORM M 9449 beruhende Gaußmodell ONGAUSSplus beschrieben und evaluiert. Für einen fiktiven Emittenten, aber unter Verwendung gemessener Meteorologie- und Vorbelastungsdaten werden die Ergebnisse der statistischen Methode und der Zeitreihenberechnung verglichen. Die Evaluierung des zur Berechnung von Zeitreihen der Zusatzbelastung adaptieren Modells ONGAUSSplus anhand internationaler Datensätze für ebenes Gelände sowie anhand eines Datensatzes für das slowenische Kraftwerk Trbovlje für komplexes Gelände erbrachte trotz diverser Unsicherheiten in den Datensätzen und trotz der einfachen Modellannahmen für komplexes Gelände und windschwache Wetterlagen gute Ergebnisse in einem statistischen Sinne. Das Modell sit daher für gutachterliche Anwendungen gut geeignet. Im Einzelfall kann die modellierte Konzentration aber auch deutlich von der Messung abweichen. Die berechneten Zeitreihen der Zusatz- und Gesamtbelastung dürfen daher nur statistisch interpretiert werden. Die Anwendung des Modells zur Berechnung von Zeitreihen für einen fiktiven Emittenten zeigt die Problematik windschwacher Wetterlagen und von Windstille. In Anlehnung an ÖNORM M 9449 oder an die TA-Luft kann durch Annahme einer Mindestwindgeschwindigkeit und einer Windrichtung entsprechend der Häufigkeitsverteilung der Windrichtungen bei niedriger Windgeschwindigkeit die Zusatzbelastung näherungsweise berechnet werden. Die so vorgegebene Windrichtung hat aber mit der tatsächlichen Verlagerung der Abgasfahne im Einzelfall nicht zu tun (auch bei Windstille vollzieht die Luft langsame, aber organisierte Bewegungen, die jedoch nur mit speziellen Messgeräten erfasst werden können, daher im allg. unbekannt sind). Daher sind die für die Windstille näherungsweise berechneten Zeitreihen der Zusatzbelastung nicht mehr physikalisch korrekt. Die Unkenntnis der Verlagerungsrichtung der Abgasfahne bei Windstille ist ein Problem aller Ausbreitungsmodelle. Es sind aber genau dies jene Wetterlagen, wo häufig sehr hohe Werte der Vorbelastung gemessen werden - ein Umstand, der von der TA-Luft komplett ignoriert wird! Ein weiteres Problem bei der Berechnung von Zeitreihen ist der relativ hohe Rechenaufwand. Bei Verwendung komplexer Modell wird man sich daher im Regelfall auf wenige Aufpunkte beschränken müssen, für die die Berechnungen durchgeführt werden. Für Grenzwerte, die als mehrstündige Mittelwerte formuliert sind (z.B. maximale Tagesmittelwerte), spielt nicht bloß das Auftreten, sondern zudem die Andauer ungünstiger Wetterlagen eine entscheidende Rolle. Anhand von Zeitreihen der Zusatzbelastung, die mit ONGAUSSplus flächendeckend berechnet wurden, konnte gezeigt werden, dass die Andauer solcher ungünstiger Wetterlagen auch in mehrjährigen Messreihen immer noch einen gewissen Zufallscharakter hat. Vor allem für die Beurteilung mehrstündiger Grenzwerte ist die Wahl geeigneter Aufpunkte, für die Zeitreihen der Zusatzbelastung berechnet werden, daher von entscheidender Bedeutung. Auch diese Problematik wird in der TA-Luft nicht diskutiert (die TA-Luft verlangt die Berechnung von Zeitreihen zur Ermittlung der Gesamtbelastung für "in der Regel zwei Beurteilungspunkte (...), so dass sowohl eine Beurteilung des vermutlich höchsten Risikos durch langfristige Exposition als auch durch eine Exposition gegenüber Spitzenbelastungen ermöglicht wird." Angaben, wie diese Beurteilungspunkte zu finden sind, legt die TA-Luft nicht fest). ÖNORM M 9445 verlangt die Berechnung von Zeitreihen der Zusatzbelastung entweder für ein Gitter von Aufpunkten, zumindest aber für jede Immissionsmessstelle im Untersuchungsgebiet. Anhand des Gaußmodells lassen sich zudem auf relativ einfachem Wege weitere Aufpunkte finden, wo eine hohe Zusatzbelastung im Kurzzeitmittel oder im Langzeitmittel wahrscheinlich ist (entsprechende Empfehlungen können der Norm, Abschnitt 4.4.2.2, entnommen werden). Aussagen über die Andauer von Wetterlagen, die an diesen Aufpunkten zu hoher Belastung führen, sind anhand solcher Plausibilitätsüberlegungen alleine jedoch nicht möglich. Ist eine flächendeckende Berechnung von Zeitreihen der Zusatzbelastung nicht möglich, dann sind zur Auswahl geeigneter Aufpunkte Analysen der Andauer ungünstiger Wetterlagen erforderlich. Bloße Plausibilitätsüberlegungen genügen hier jedenfalls nicht. Die Anwendung der Relationen zwischen Jahresmittel und Kurzzeitmittel der Immissionsbelastung gemäß ÖNORM M 9445 für einen fiktiven Emittenten erbrachte für SO2 in etwa plausible, für NO2 jedoch unrealistische Ergebnisse. Die Problematik der Relationen dürfte vor allem darin liegen, dass einige Kurzzeitgrenzwerte als Maximalwerte formuliert sind. Maximalwerte sind Extremwerte und treten folglich selten auf. Die statistische Erfassung seltener Ereignisse ist grundsätzlich schwierig. Dieser Umstand ist z.B. an den hohen Werten der Standardabweichung der Relationen ersichtlich. So beträgt etwa die doppelte Standardabweichung für den maximalen Halbstundenmittelwert der Gesamtbelastung für NO2 alleine schon etwa die Hälfte des Grenzwerts! Die offensichtlich große Unsicherheit der Relationen schränkt die Anwendungen der statistischen Beziehungen zur Abschätzung der Gesamtbelastung im Kurzzeitmittel deutlich ein. Die Berechnungen der Zeitreihen für den fiktiven Emittenten ergibt plausible Ergebnisse. Es bleibt aber festzuhalten, dass es sich dabei im Falle von Windstille um keine physikalisch korrekten Zeitreihen handelt, dass die Auswahl geeigneter Aufpunkte keinesfalls trivial ist und die Berechnungen mit hohen Rechenaufwand verbunden sind.