Modellierung von Luftschadstoff- und Lärmausbreitung in ArcGIS Desktop
Mit der Fachschale zur Ausbreitungsmodellierung entwickelt die plan-GIS GmbH zurzeit die Integration von Luftschadstoff- und Lärmausbreitungsmodellen in die GIS-Umgebung von ArcGIS Desktop. Die Fachschale ermöglicht sowohl die Feststellung von aktuellen Belastungssituationen als auch die modellgestützte Prognose von Schadstoff- bzw. Lärmbelastungen für Planungen von Wohn- und Gewerbegebieten sowie Verkehrswegen und Industrieanlagen.
Leistungsmerkmale in der Übersicht
- Einheitliche Geodatenbasis, die sich in vorhandene Geodateninfrastrukturen integriert
- Übersichtliches Projektmanagement für die verschiedenen Aufgaben des Immissionsschutzes
- Ausbreitungsrechnung und Immissionsprognose für Luftschadstoffe
- Ausbreitungsrechnung und Immissionsprognose für Lärm
- Komfortable Erfassung der Eingangsdaten für die Ausbreitungsmodelle
- Anbindung von Verkehrsdaten aus dem Handbuch der Emissionsfaktoren
- Leichte Einbindung von Planungsszenarien mit Gegenüberstellung der verschiedenen Prognosen
- Verschiedene Auswertemöglichkeiten zur Interpretation und Analyse der Modellergebnisse
- Bereitstellung der Daten für WebGIS-Anwendungen zur Bürgerbeauskunftung
- Erweiterbarkeit um weitere Simulationsmodelle und Quellgruppen
Hintergrund
Zu den umweltrelevanten Problemen in Städten und Ballungsräumen zählen Belastungen durch Luftschadstoffe und Lärm. Verschiedene Gesetzesgrundlagen wie die Luftqualitätsrahmenrichtlinie und die Umgebungslärmrichtlinie der Europäischen Union legen Ziele und Maßnahmen zur Vermeidung und Verringerung schädlicher Auswirkungen durch Luftschadstoffe und Lärm auf die menschliche Gesundheit und die Umwelt fest. Städte und Kommunen müssen Luftreinhaltepläne, Lärmkarten und Lärmaktionspläne aufstellen, um die aktuelle Belastungssituation zu untersuchen sowie geeignete Maßnahmen zur Verbesserung einleiten zu können. Das Bundes- immissionsschutzgesetz (BImSchG) regelt darüber hinaus den vorbeugenden Immissionsschutz durch Festlegung von Genehmigungsverfahren für Gewerbe- oder Industrieanlagen sowie Wohnbaugebiete. Die genannten Karten und Pläne können zum einen auf punktuellen Einzelmessungen, zum anderen auf flächendeckenden Modellrechnungen zur Simulation von Belastungssituationen basieren. Modellrechnungen haben gegenüber Einzelmessungen die Vorteile der besseren Zeit- und Kosteneffizienz sowie der Möglichkeit, unterschiedliche Planungsvarianten berechnen und gegenüberstellen zu können. Die Anwendung von Simulationsmodellen und die Integration in eine vorhandene GIS-Infrastruktur kann dazu beitragen, das gesetzliche Fristen bei der Erstellung von Luftschadstoff- und Lärmkarten eingehalten sowie Verzögerungen bei Genehmigungsverfahren verhindert werden.
Funktionsübersicht
Die Fachschale bietet umfangreiche Funktionen zur Erfüllung der Aufgaben des Immissionsschutzes. Durch die Integration verschiedener Simulationsmodelle für die Berechnung von Luftschadstoff- und Lärmausbreitungen können Emissions- und Immissionsraster berechnet werden. Ein Projektmanager verwaltet die verschiedenen Aufgaben wie die Erstellung von Luftreinhalteplänen, Lärmkarten und Genehmigungs- verfahren einzelner Anlagen oder Baugebiete. Für jedes Projekt sind das gewünschte Simulationsmodell sowie die Quellgruppe einstellbar. Alle Projekte werden aus einer einheitlichen Datenbasis erzeugt. Änderungen können projektbezogen gespeichert werden, so dass geplante Bebauungsszenarien simuliert werden können, ohne die Basisdaten zu verändern. Alle relevanten Informationen wie die Eingangsparameter für die Ausbreitungsrechnungen lassen sich komfortabel über Eingabemasken erfassen. Die Ergebnisdaten der Modellrechnungen lassen sich benutzerdefiniert klassifizieren und visualisieren. Verschiedene Auswertefunktionen ermöglichen die Interpretation und Analyse der Ergebnisse.
Luftschadstoffausbreitung
In die Fachschale ist eine Komponente zur Berechnung von Luftschadstoffausbreitungen integriert. Zentraler Bestandteil dieser Komponente ist die Anbindung des Strömungs- und Ausbreitungsmodells ASMUS. Das Modell arbeitet mit hoch aufgelösten Punktrastern. Das Strömungsfeld wird auf Grundlage einer Strukturhöhe, die aus einem Digitalen Geländemodell und aus Gebäudehöhen berechnet werden kann, und einer Ausbreitungsklassenstatistik, die eine Häufigkeitsverteilung der Windverhältnisse enthält, berechnet. Auf Basis dieser Rechenergebnisse und einem Emissionsraster können realistische Ausbreitungs- rechnungen über das Modell ASMUS (Ausbreitungs- und Strömungsmodell für urbane Stadtstrukturen) durchgeführt werden. Das Emissionsraster wird je nach Quellgruppe aus verschiedenen Eingangsparametern erzeugt. Verkehrsbedingte Emissionen lassen sich beispielsweise über Verkehrstärken und Verkehrssituationen für einzelne Straßenabschnitte berechnen. Dazu ist das Handbuch der Emissionsfaktoren (HBEFA) in die Fachschale integriert. Hiermit lässt sich eine Vielzahl von Schadstoffen berechnen, darunter Kohlenwasserstoffe, Kohlenstoffoxide, Stickoxide und Feinstäube. Neben der Quellgruppe Verkehr können weitere Quellgruppen wie Industrieanlagen, Entsorgungsanlagen und Biogasanlagen eingebunden werden. Das Ergebnis der Ausbreitungsrechnung ist ein Immissionskataster.
Lärmausbreitung
Über die Lärmkomponente der Fachschale können externe Ausbreitungsprogramme angebunden werden. Die Anbindung erfolgt über die QSI-Schnittstelle (nach DIN 45687), die die Daten im Shape-Format austauscht und von allen gängigen Lärmapplikationen unterstützt wird. Die Erfassung der Eingangsdaten und die Aufbereitung der Ergebnisdaten erfolgt in der gewohnten ArcGIS-Oberfläche mithilfe von übersichtlichen Erfassungsdialogen. Nur für die Modellrechnung verlässt der Benutzer das GIS. Dadurch werden eine einheitliche Datenhaltung und eine konsistente Erfassung der Modellparameter ermöglicht.
Auswertefunktionen
Die Fachschale bietet verschiedene Auswertemöglichkeiten, um die Modellergebnisse zu interpretieren und zu analysieren. Über Differenzkarten können Ist- und Sollzustände sowie verschiedene Planungsvarianten gegenübergestellt werden. Eine Betroffenenanalyse stellt eine Statistik über die von den berechneten Immissionen betroffenen Einwohner zusammen. Damit können die Auswirkungen der Immissionen auf die Bevölkerung abgeschätzt werden. Eine Aggregation der Ergebnisse verschiedener Simulationsmodelle gibt Aufschluss über die Gesamtbelastung durch Luftschadstoffe und Lärm in einem bestimmten Gebiet.
Weitere Möglichkeiten
Die Konzeption der Fachschale sieht eine einfache Erweiterung um Simulationsmodelle und Quellgruppen vor. Die Luftschadstoffkomponente könnte, wenn gewünscht, durch das TA Luft-konforme Modell AUSTAL 2000 ergänzt werden. Die Datenbasis und die Ergebnisdaten aus den Ausbreitungsrechnungen können durch Integration in eine vorhandene Geodateninfrastruktur automatisiert für Informationsportale zur Bürgerauskunft bereitgestellt werden. Mit dem weiteren Ausbau der Funktionalität der Fachschale wird ein umfangreiches Fachinformationssystem für den Immissionsschutz geschaffen werden, mit dem alle Gesetzesanforderungen abgedeckt werden können.