Eine zuverlässige Bestimmung der Immissionen setzt neben Emissions- und Klimadaten ein geeignetes physikalisch-mathematisches Ausbreitungsmodell voraus. Die Ausbreitung von Luftschadstoffen und Lärm wird dabei durch verschiedene Differentialgleichungen beschrieben.

Für den Lärm ist dies die Wellengleichung:

und für Luftschadstoffe die Diffusion-Advektions-Gleichung:

Dabei steht c für die Schadstoffkonzentrationen, u für das Windfeld, D für den (turbulenten) Diffusionskoeffizienten und Q für die Emissionen.

Während für die Lärmausbreitung auf diesem lokalen Maßstab klimatische Einflußgrössen zu vernachlässigende Auswirkung haben, spielt der Wind mit der dazugehörigen Turbulenz eine entscheidende Rolle bei der Ausbreitung von Luftschadstoffen.

Ausbreitung von Lärm

Die Grundlage von Lärmausbreitungsrechnungen bilden im allgemeinen die Berechnungsvorschriften der RLS-90 (Richtlinie für den Lärmschutz im Straßenbau). Die Vorschriften DIN 18005 üben den Schallschutz im Städtebau oder SCHALL 03 im Eisenbahnbereich stimmen im Prinzip mit der RLS-90 überein.

Dabei wird zunächst die Emissionpegel L25m einer "Normstraße" anhand der Verkehrsstärke und des LKW-Anteils berechnet. Dieser wird dann um Beiträge für die tatsächliche Höchstgeschwindigkeit D_v, die Strassenoberfläche D_StrO und die Steigung D_Stg modifiziert:

Die Lärmimmissionen werden nach folgender Berechnungsvorschrift aus den Emissionen gewonnen:

Dabei wird durch D_l die Länge des Straßenstückes, durch D_s der Abstand des Aufpunktes, durch D_BM die Boden- und Meteorologiedämpfung und durch D_B der Einfluß der Bebauung auf die Schallausbreitung berücksichtigt.

Im Rahmen des Projektes wird momentan das Programm SOUNDPLAN benutzt.

SOUNDPLAN baut auf der RLS auf und bietet einige Erweiterungen, wie z.B. die explizite Berücksichtigung von Mehrfachreflexionen oder die Verwendung schallabsorbierender Wände.

Neben der Berechnung von Rasterlärmkarten

können mit Hilfe von Pegeldiagrammen direkte und reflektierte Schallanteile unterschieden werden:

Kontakt:
Braunstein + Berndt GmbH
Robert-Bosch-Str. 5
71397 Leutenbach

Ausbreitung von Luftschadstoffen

Da bei der Ausbreitung der Luftschadstoffe der Wind eine entscheidende Rolle spielt, geht man dreistufig vor:

• Bestimmung des Windfeldes aus Gebäudekonfiguration und mittlerem Wind
• Bestimmung der turbulenten Diffusion aus dem Windfeld
• Bestimmung der Immissionskonzentrationen aus den Emissionen mit Hilfe der Diffusions-Advektions-Gleichung

Zur Lösung der Diffusions-Advektions-Gleichung gibt es verschiedene Ansätze und verschiedene Programmpakete. Auf einem regionalen oder mittleren Maßstab verwendet man meist Screening-Verfahren (wie z.B. in der MLuS-92 beschrieben) oder Gauss-Modelle. Auf einer lokalen Ebene kann man diagnostische oder prognostische Ausbreitungsmodelle verwenden.

Dabei verwenden diagnostische Modelle Ergebnisse aus Windkanaleruntersuchungen, um einen ersten Ansatz für das Windfeld zu erhalten. Prognostische Modelle hingegen lösen direkt die Differentialgleichung unter bestimmten Vereinfachungen. Damit erheben sie den Anspruch, die Realität am genauesten zu beschreiben. Dies geht allerding auf Kosten einer drastisch längeren Rechenzeit. Sowohl die diagnostischen wie die prognostischeh Methoden diskretisieren die Differentialgleichung und den untersuchten Raum auf einem rechtwinkligen Gitter. Ob dieses Gitter in der xy-Ebene äquidistant ist (DASIM) oder mit beliebigen Abständen gewählt werden kann (MISKAM), hängt vom jeweiligen Programm ab.

Beachtet werden muß allerdings, daß alle geometrischen Einzelheiten, die kleiner als der Rasterabstand sind, entweder verschwinden oder auf den vollen Rasterabstand aufgebläht werden. Da die Durchgänge in der halboffenen Bebauung des Untersuchungsgebiet oft ca. drei Meter breit sind, ergibt sich auf der lokalen Ebene die Forderung nach einem Rasterabstand von maximal drei Metern. Ansonsten könnte aus der halboffenen Bebauung durch die Diskretisierung eine geschlossene werden.

Im Rahmen dieses Projektes wird momentan jeweils ein diagnostische und ein prognostisches Ausbreitungsmodell verwendet.

An der TH Darmstadt wurde das diagnostische Modell DASIM (Darmstädter Simulationsprogramm) entwickelt.

Kontakt:

Prof. Dr. G. Manier
Institut für Meteorologie
Technische Hochschule Darmstadt
Hochschulstr. 1
D-64289 Darmstadt

An der Uni Mainz wurde das prognostische Modell MISKAM (MIkroSKaliges AusbreitungsModell) entwickelt.

Kontakt:

Dr. Joachim Eichhorn
Institut für Physik der Atmosphäre
Johannes Gutenberg-Universität
D-55099 Mainz

Vergleicht man die mit den beiden Modellen für dasselbe Gebiet berechneten Windfelder, stellt man deutliche Unterschiede fest, wie die gezeigten 2D-Abbildungen der Windfelder zeigen. In Farbe ist dabei zusätzlich der Betrag der Windgeschwindigkeit dargestellt.