Einsatz synthetischer Windstatistiken in der Praxis

1. Einsatz synthetischer Windstatistiken in der Praxis Matthias Rau Ingenieurbüro Rau Bottwarbahnstraße 4 74081 Heilbronn

2. Themen dieses Vortrags • Einsatzbereich synthetischer Windstatistiken • Anwendungsbeispiele für synthetische Windstatistiken bei kleinskaligen Fragestellungen: • Immissionsprognose im Nahbereich von Gewerbe- und Industriebetrieben • Immissionsprognose Kfz-Verkehr (LRP) • Maximale Geruchshäufigkeit im Nahbereich von Anlagen • Die „richtige“ synthetische Statistik finden - WSExpert • Crashkurs: „WSExpert anwenden“  nächster Vortrag

3. Einsatzbereich synthetischer Windstatistiken

4. Ebenes Gelände: sowohl bei klein- als auch bei großskaligen Problemen ist als Antrieb eine WS ausreichend Topographie bestimmt das Strömungsfeld und den Ausbreitungspfad: für großskalige Probleme sind der Ausbreitung diagnostische oder prognostische Windfelder zugrunde zu legen; Gebäudeeinflüsse eher von untergeordneter Bedeutung Einsatzbereich synthetischer Windstatistiken 5 km

5. Topographie und Gebäude bestimmen das Strömungsfeld und den Ausbreitungspfad: für kleinskalige Probleme sind bei der Ausbreitung Gebäude-einflüsse zu berücksichtigen; der Antrieb kann mittels WS erfolgen, die die Topographie implizit berücksichtigen, aber nicht durch lokale Effekte beeinflusst sind  Synthetische Windstatistiken Einsatzbereich synthetischer Windstatistiken 5 km

6. Anwendungs-beispiele

7. Anwendungsbeispiele • Immissionsprognosen Mikroskala: Bsp 1: Nahbereich Gewerbebetrieb Bsp 2: Kfz-Verkehr • Qualitative Abschätzung einer zu erwartenden Ausbreitung Bsp 3:Maximale Geruchshäufigkeit im Nahfeld • Überprüfung der Übertragung einer Windstatistik

8. Beispiel 1: Mikroskalige Immissionsprognose Gewerbebetrieb Kann eine gemessene Statistik für drei nahe gelegene Standorte verwendet werden? • Topographisch gegliedertes Gelände • Messung erfolgt in bebautem Gebiet • Ausbreitungsrechnung im Nahfeld eines Gewerbebetriebs mit MISKAM

9. Beispiel 1: Mikroskalige Immissionsprognose Gewerbebetrieb

10. Beispiel 1: Mikroskalige Immissionsprognose Gewerbebetrieb Balingen LfU Messung Balingen synthetisch vJahr = 1,2 m/s vJahr = 1,6 m/s

11. Beispiel 1: Mikroskalige Immissionsprognose Gewerbebetrieb Balingen LfU Messung Frommern synthetisch vJahr = 1,2 m/s vJahr = 1,5 m/s

12. Beispiel 1: Mikroskalige Immissionsprognose Gewerbebetrieb Balingen LfU Messung Langenwand synthetisch vJahr = 1,2 m/s vJahr = 2,5 m/s

13. Beispiel 1: Mikroskalige Immissionsprognose Gewerbebetrieb - Fazit • Problemstellung: Übertragung einer gemessenen Statistik auf einen nahe gelegenen Standort möglich? • synthetische Windstatistiken („Statistikbeete“) geben Hinweis, ob Übertragung möglich • synthetische Windstatistiken sind für mikroskalige Ausbreitungsberechnungen geeignet

14. Beispiel 2: Mikroskalige Immissionsprognose Kfz-Verkehr Vergleich der Jahresmittelwerte infolge des Kfz-Verkehrs in einem stark bebautem Gebiet (NO2) • Messung erfolgt in bebautem Gebiet unterhalb des mittleren Dachniveaus  lokale Einflüsse sind nicht auszuschließen • synthetische Windstatistik für den selben Standort unter Berücksichtigung der Rauigkeitswirkung  lokale Einflüsse nicht vorhanden

15. Beispiel 2: Mikroskalige Immissionsprognose Kfz-Verkehr Bebauung hat starken Einfluß auf das bodennahe Windfeld

16. Beispiel 2: Mikroskalige Immissionsprognose Messung vJahr = 1,2 m/s

17. Beispiel 2: Mikroskalige Immissionsprognose synthetisch vJahr = 1,6 m/s

18. Beispiel 2: Mikroskalige Immissionsprognose

19. Beispiel 2: Mikroskalige Immissionsprognose Kfz-Verkehr - Fazit Bei Messung in bebautem Gebiet: • Unterhalb des mittleren Dachniveaus lokale Einflüsse (Geschwindigkeitsabschattung / Geschwindigkeitsverstärkung) Synthetische WS dagegen frei von B-Einflüssen! • Bebauungseinfluss wird lokal durch mikroskaliges Modell dargestellt (keine doppelte Berücksichtigung)  Wie im Bsp. gegeben: unter Umständen weit reichende Auswirkung im Rahmen LRP / Maßnahmenplanung

20. Beispiel 3: Abschätzung Geruchshäufigkeiten • nach Vorschlag Hartmann, Landesumweltamt NRW: „Abschätzung der maximalen Geruchshäufigkeiten im Nahbereich“ • bodennahe Geruchsemissionen • Entfernung zum Immissionsort maximal 100 m • geeignete Windrichtungsverteilung am Standort vorhanden

21. Beispiel 3: Abschätzung Geruchshäufigkeiten 45° 300° Verfahrensschritte: • Verbindungslinie Immissionsort - Eckpunkte Emissionen (blaue Linien) • zu beiden Seiten Winkel von 30° antragen (rote Linien) • markierten Winkelbereich bestimmen (300° bis 45°)

22. Beispiel 3: Abschätzung Geruchshäufigkeiten Verfahrensschritte: • mit WSExpert repräsentative Windstatistik bestimmen

23. Beispiel 3: Abschätzung Geruchshäufigkeiten Verfahrensschritte: • Häufigkeiten in Sektoren 300° bis 45° aufsummieren:

24. Beispiel 3: Abschätzung Geruchshäufigkeiten - Fazit Wie ist das Ergebnis zu deuten? • Das Verfahren gibt an, dass in 20% der Jahresstunden Winde zu erwarten sind, die von der Quelle in Richtung Immissionsort wehen es erscheint in jedem Falle geraten - trotz des äußerst konservativen Ansatzes – eine genauere Untersuchung zur Bestimmung der Geruchshäufigkeit durchzuführen.

25. Die „richtige“ synthetische Statistik finden - mit WSExpert

26. Synthetische Statistiken in Baden-Württemberg • bisherige Teilgebiete in Zusammenarbeit mit der LfU Karlsruhe: • Gebiet 1 / Stuttgart:Gebiet 2 / Heilbronn:Gebiet 3 / Reutlingen:Gebiet 4 / Hohenlohe • Summe: 10.500 km2 • alle 500 m eine Windstatistik 4 Welche Statistik?

27. Windstatistiken für beliebige Standorte homogeneWindverhältnisse: Windstatistik am Standort einfach zu finden inhomogene Windverhältnisse: Welche Windstatistik gilt am Standort??

28. Expertensystem WSExpert • Bestimmung repräsentativer synthetischer Statistiken an beliebigen Standorten • Windows-Programm • intuitiv bedienbar • Export Windrose und Datentabelle

29. Expertensystem WSExpert Interne Entscheidungskriterien: • Entfernung Standort - nächstgelegene Windstatistik • Ähnlichkeitsmerkmale benachbarter Windstatistiken • Ähnlichkeitsmerkmale der Topographie um Standort und um benachbarte Windstatistikorte • Höhenrepräsentativität der Windstatistiken hinsichtlich Emissionshöhe

30. Entfernung Standort - nächste Statistik Entfernung gering: • Bezugsfläche (500x500m2) sehr ähnlich • nächstgelegene Statistik repräsentativ

31. Ähnlichkeit benachbarter Statistiken alle benachbarten Statistiken sind sich ähnlich: • Verhältnisse zwischen Windstatistiken wenig variabel • nächstgelegene Statistik ist repräsentativ

32. Ähnlichkeit umgebender Topographie • Statistik für Standort repräsentativ umgebende Topographie derjenigen am Standort ähnlich:

33. Gültigkeitshöhe • lokale Windsysteme relevant (Kaltluftabflüsse) • charakteristisch unterschiedliche Windverhältnisse innerhalb / oberhalb typischer Kaltlufthöhen

34. WSExpert WSExpert liefert folgendes Ergebnis: • Grün: „für den zu prüfenden Standort wurde eine geeignete Windstatistik gefunden“ • Rot: keine geeignete WS gefunden; "möglicherweise starker lokaler Einfluss durch Topographie“ Expertenrat erscheint ratsam • Gelbes Warnzeichen: grundsätzlich wurde für den Standort eine geeignete bodennahe WS gefunden; aber: "Windverhältnisse in Quellhöhe weichen von bodennaher Statistik ab"

35. Fazit I • synthetische Statistiken sind charakteristisch für Größe typischer Untersuchungsgebiete bei mikroskaligen Fragestellungen • synthetische Windstatistiken sind in strukturiertem Gelände repräsentativer als übertragene, gemessene Statistiken • synthetische Windstatistiken sind in bebauten Gebieten repräsentativer als lokal beeinflusste, gemessene Statistiken für mikroskalige Modellrechnungen • WSExpert ist ein geeignetes Hilfsmittel zur Auswahl einer repräsentativen Statistik

36. Fazit II Trotz alledem: Synthetische Windstatistiken sind ein Hilfsmittel für Abschätzungen und Berechnungen, falls keine repräsentativen Messungen vorliegen; sie sollen keine Messungen ersetzen, wo diese vorgeschrieben oder räumlich repräsentativ durchführbar sind!