Das maßgebende Bewertungskriterium für die Beurteilung von Straßenbauinvestitionen aus wirtschaftlicher Sicht ist das Nutzen-Kosten-Verhältnis (NKV). Bislang wird hierzu in der Regel das gesamtwirtschaftliche Bewertungsverfahren der „Empfehlungen für Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen an Straßen“ (EWS) aus dem Jahre 1997 angewendet (EWS, 1997). Diese werden derzeit im Auftrag des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) fortgeschrieben und neue „Richtlinien für Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen an Straßen“ (RWS) erarbeitet. Inzwischen liegt ein Entwurf vor, der 2017 im Rahmen einer offiziellen Länderanhörung mit den Straßenbauverwaltungen der Länder abgestimmt werden soll.

Der grundsätzliche methodische Ansatz zur Berechnung des NKV wurde beibehalten, ebenso die bisherigen Nutzen- und Kostenkomponenten. Es erfolgte aber eine Aktualisierung der Verfahren zur Ermittlung der Mengengerüste der einzelnen Nutzenkomponenten sowie der Wertansätze. Dabei wurden neben den Aktivitäten des BMVI zur Überarbeitung der Methodik für den neuen Bundesverkehrswegeplan (BVWP 2030) vor allem auch aktuelle technische Regelwerke der Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen (FGSV) berücksichtigt. Ebenso wurden die Emissions- und Kraftstoffverbrauchsfaktoren aus der aktuellen Version des „Handbuchs für Emissionsfaktoren“ (HBEFA) Version 3.2 (INFRAS, 2014) einbezogen.

Die neuen RWS dienen der Durchführung von Nutzen-Kosten-Analysen vor allem beim Variantenvergleich im Rahmen der Vorplanung (Voruntersuchung) sowie zur Überprüfung des NKV für eine gewählte Vorzugsvariante in der Entwurfsplanung (Vorentwurf). Damit können die in den „Richtlinien zum Planungsprozess und für die einheitliche Gestaltung von Entwurfsunterlagen im Straßenbau“ (RE) aus dem Jahre 2012 (RE, 2012) geforderten Wirtschaftlichkeitsnachweise erbracht werden.

Im hier vorliegenden Beitrag wird die Bewertung von Umweltaspekten aus dem Entwurf der RWS vorgestellt, d. h. die drei Nutzenkomponenten „Veränderung der Lärmbelastung“, „Veränderung der Schadstoffbelastung“ sowie „Veränderung der Klimabelastung“. Ergänzend deckt dies mit dem Kraftstoffverbrauch auch einen Teil der Nutzenkomponente „Veränderung der Betriebskosten“ ab, da die Methodik zur Ermittlung des Kraftstoffverbrauchs weitgehend der der Ermittlung der Schadstoffemissionen entspricht. Bezüglich der weiteren Nutzenkomponenten und den RWS insgesamt wird auf den Beitrag „Richtlinien für Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen an Straßen (RWS) – das Projekt, das Regelwerk“ in diesem Tagungsband (Baier, 2017) verwiesen.

Eine grundlegende Anforderung für die Erstellung der RWS war die Entwicklung eines anwenderorientierten Verfahrens, das ohne ein kompliziertes Formelwerk auskommen soll und möglichst viele Werte vorberechnet in Tabellen bereitstellt.

Der Fachvortrag zur Veranstaltung ist im Volltext verfügbar. Das PDF enthält alle Bilder und Formeln.

Einführung

Das maßgebende Bewertungskriterium für die Beurteilung von Straßenbauinvestitionen aus wirtschaftlicher Sicht ist das Nutzen-Kosten-Verhältnis (NKV). Bislang wird hierzu in der Regel das gesamtwirtschaftliche Bewertungsverfahren der „Empfehlungen für Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen an Straßen“ (EWS) aus dem Jahre 1997 angewendet (EWS, 1997). Diese werden derzeit im Auftrag des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) fortgeschrieben und neue „Richtlinien für Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen an Straßen“ (RWS) erarbeitet. Inzwischen liegt ein Entwurf vor, der 2017 im Rahmen einer offiziellen Länderanhörung mit den Straßenbauverwaltungen der Länder abgestimmt werden soll.

Der grundsätzliche methodische Ansatz zur Berechnung des NKV wurde beibehalten, ebenso die bisherigen Nutzen- und Kostenkomponenten. Es erfolgte aber eine Aktualisierung der Verfahren zur Ermittlung der Mengengerüste der einzelnen Nutzenkomponenten sowie der Wertansätze. Dabei wurden neben den Aktivitäten des BMVI zur Überarbeitung der Methodik für den neuen Bundesverkehrswegeplan (BVWP 2030) vor allem auch aktuelle technische Regelwerke der Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen (FGSV) berücksichtigt. Ebenso wurden die Emissions- und Kraftstoffverbrauchsfaktoren aus der aktuellen Version des „Handbuchs für Emissionsfaktoren“ (HBEFA) Version 3.2 (INFRAS, 2014) einbezogen.

Die neuen RWS dienen der Durchführung von Nutzen-Kosten-Analysen vor allem beim Variantenvergleich im Rahmen der Vorplanung (Voruntersuchung) sowie zur Überprüfung des NKV für eine gewählte Vorzugsvariante in der Entwurfsplanung (Vorentwurf). Damit können die in den „Richtlinien zum Planungsprozess und für die einheitliche Gestaltung von Entwurfsunterlagen im Straßenbau“ (RE) aus dem Jahre 2012 (RE, 2012) geforderten Wirtschaftlichkeitsnachweise erbracht werden.

Im hier vorliegenden Beitrag wird die Bewertung von Umweltaspekten aus dem Entwurf der RWS vorgestellt, d. h. die drei Nutzenkomponenten „Veränderung der Lärmbelastung“, „Veränderung der Schadstoffbelastung“ sowie „Veränderung der Klimabelastung“. Ergänzend deckt dies mit dem Kraftstoffverbrauch auch einen Teil der Nutzenkomponente „Veränderung der Betriebskosten“ ab, da die Methodik zur Ermittlung des Kraftstoffverbrauchs weitgehend der der Ermittlung der Schadstoffemissionen entspricht. Bezüglich der weiteren Nutzenkomponenten und den RWS insgesamt wird auf den Beitrag „Richtlinien für Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen an Straßen (RWS) – das Projekt, das Regelwerk“ in diesem Tagungsband (Baier, 2017) verwiesen.

Eine grundlegende Anforderung für die Erstellung der RWS war die Entwicklung eines anwenderorientierten Verfahrens, das ohne ein kompliziertes Formelwerk auskommen soll und möglichst viele Werte vorberechnet in Tabellen bereitstellt.

Emissionen Grundlagen

Bezugsebene zur Ermittlung der Mengengerüste der Nutzen- und Kostenkomponenten sind Strecken und Knotenpunkte im zu untersuchenden Netz mit den jeweiligen Verkehrsstärken für jede Stunde des zu betrachtenden Prognosejahrs und sich hieraus in Abhängigkeit der jeweiligen Streckenkapazität ergebenden Verkehrszuständen. Diese werden in den RWS auch für weitere Nutzenkomponenten benötigt (Baier, 2017) und für die Bewertung der Umweltaspekte von diesen übernommen.

Schadstoffe, CO₂ und Kraftstoffverbrauch

Zur Abbildung des Verkehrszustands, der einen großen Einfluss auf die Schadstoffemission und den Kraftstoffverbrauch hat, wurden über den Auslastungsgrad sechs Stufen definiert, die auf den vier Verkehrsqualitätsstufen bzw. „Level of Service“ des HBEFA basieren. Für alle im Anwendungsbereich der RWS vorkommenden Streckentypen wurden für das Bezugsjahr 2020 zur direkten Nutzung in den RWS die Emissionen jeweils für die sechs Verkehrszustandsstufen und neun Längsneigungsklassen getrennt für den Leichtund den Schwerverkehr für die Stoffe CO₂, NO_X, NO₂, SO₂, NH₃ und PM_2,5 sowie den Kraftstoffverbrauch berechnet und tabelliert. Die Kraftstoffverbräuche und die motorbedingten Emissionen stammen dabei aus dem HBEFA. Bei PM_2,5 werden zusätzlich nicht-motorbedingte Emissionen gemäß EEA (2009) berücksichtigt. Innerhalb bebauter Gebiete kommen bei CO₂, NO_X, NO₂, SO₂ und PM_2,5 sowie dem Kraftstoffverbrauch für den Leichtverkehr noch Kaltstartzuschläge hinzu, die auf Basis des HBEFA und der Richtlinie VDI 3782 Blatt 7 (KRdL, 2003) ermittelt wurden. Aufgrund unterschiedlicher Kostensätze (siehe Abschnitt „Bewertung“) wird der Kraftstoffverbrauch getrennt nach Diesel und Benzin ermittelt.

Geräusche

Die Ermittlung der Geräuschemissionen basiert auf dem Entwurf der Neufassung der RLS aus dem Jahr 2016 und erfolgt getrennt für den Tag- und Nachtzeitraum. Berücksichtigt werden neben der Verkehrszusammensetzung und der Geschwindigkeit die Längsneigung, die Fahrbahnoberfläche und Zuschläge für plangleiche Knotenpunkte sowie für offene Randlagen. Da mit den RLS ein formelbasiertes Regelwerk zur Ermittlung von Geräuschemissionen vorliegt, wurden hier z. T. bewusst Formeln übernommen und nicht alle Werte vorberechnet, um die Übereinstimmung beider Regelwerke zu verdeutlichen.

Immissionen Grundlagen

Einerseits werden in den RWS bezüglich der Klimabelastung und der Schadstoffe im Hinblick auf Auswirkungen auf die Vegetation die Emissionen von NO_X, SO₂ und NH₃ direkt bewertet (siehe Abschnitt „Bewertung“). Andererseits werden zur Bewertung der Auswirkungen auf den Menschen bezüglich der Schadstoffe und des Lärms die Veränderungen der Immissionen innerhalb bebauter Gebiete bewertet. Zusätzlich werden beim Lärm die Veränderungen der Immissionen außerorts für schützenswerte Freiflächen bewertet.

Für die Bewertung der Immissionen innerhalb bebauter Gebiete ist, neben den Emissionen, insbesondere die Randbebauung entlang der betrachteten Strecken maßgebend. Bezüglich der Schadstoffe kommen noch meteorologische Bedingungen als Einflussgrößen hinzu. Letztere werden durch vereinfachte Ansätze abgebildet. Für die Berücksichtigung der Randbebauung wurde für die RWS eine Bibliothek mit knapp 500 „Straßenraumtypen“ definiert, die die typischen Gegebenheiten im Anwendungsbereich von Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen an Straßen abdecken. Jedem zu bewertenden Streckenabschnitt wird über ein hierarchisches Verfahren ein solcher Straßenraumtyp zugewiesen bzw. ggf. eine Aufteilung in mehrere homogene Teilabschnitte vorgenommen sowie dem Abschnitt ein Baulückenanteil zugewiesen.

Schadstoffe

Zur Ermittlung der Luftschadstoff-Immissionsbelastung innerorts wurden für jeden Straßenraumtyp mit Ausbreitungsmodellen sogenannte normierte BasisKonzentrationen berechnet, die die charakteristische Ausbreitungssituation der jeweiligen Straßenraumtypen bei geschlossener Bebauung widerspiegeln. Sie ermöglichen es, die Emissionen in den Straßenräumen in Immissions-Zusatzbelastungen umzurechnen. Dabei werden die mittlere Windgeschwindigkeit und der Baulückenanteil berücksichtigt.

Schematisch ergibt sich für die Ermittlung der LuftschadstoffImmissionsbelastung innerorts damit das in Abbildung 1 dargestellte Verfahren.

Abbildung 1: Schematische Darstellung der Ermittlung der Schadstoffbelastung in einem Straßenraumabschnitt

Die Bewertung der Veränderung der Wirkung der Luftschadstoffbelastung auf den Menschen basiert auch auf der NO₂-Zusatzbelastung (siehe Abschnitt „Bewertung“). Stickoxide aus Verbrennungsprozessen werden vor allem als NO emittiert und erst in der Atmosphäre zu NO₂ oxidiert. Unter anderem ist der entsprechende Gleichgewichtsprozess abhängig von dem Angebot an Ozon und der Photolyse durch Sonneneinstrahlung und dem Gesamtniveau der NO₂-Belastung. Diese Informationen stehen im Rahmen der Anwendung der RWS in der Regel nicht zur Verfügung und eine detaillierte Modellierung würde hier auch den Rahmen von Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen an Straßen sprengen. Für die Berechnung der NO₂-Zusatzbelastung wurde daher auch eine Parametrisierung tabelliert, die auf einem vereinfachten Chemiemodellansatz zur Berechnung der NO₂-Gesamtbelastung im Straßennachbereich basiert, wie es auch in den RLuS (2012) verwendet wird.

Lärm

Zur Ermittlung der Lärm-Immissionsbelastung innerorts wurde für jeden Straßenraumtyp für jeweils fünf Baureihen ein Korrekturwert für die Schallausbreitung ermittelt und tabelliert, mit denen aus den Emissionen abhängig von den Straßenraumtypen die Immissionen abgeleitet werden können. Alle Berechnungen wurden sowohl für geschlossene Bauweise als auch für gelockerte Bauweise durchgeführt und dabei drei Baulückenanteilsklassen von 20 %, 40 % und 60 % berücksichtigt. Diese Korrekturwerte für die Schallausbreitung beinhalten den Emissionszuschlag für die Mehrfachreflexionen und insbesondere alle Terme der Berechnungsvorschriften des Entwurfs 2016 der RLS, die die Schallausbreitung von der Quelle zum Immissionsort bestimmen, also die Pegeländerungen aufgrund des Abstands vom Emissionsort, der Luftdämpfung, der Bodendämpfung und der Abschirmungen sowie der ersten und zweiten Reflexionen. Schematisch ergibt sich für die Ermittlung der LärmImmissionsbelastung innerorts damit das in Abbildung 2 dargestellte Verfahren.

Abbildung 2: Schematische Darstellung der Ermittlung der Lärmbelastung in einem Straßenraumabschnitt

Die Ermittlung der Lärmbelastung außerorts war nicht Bestandteil der EWS (1997) und im Rahmen der Neufassung der RWS war keine Verfahrensentwicklung vorgesehen. Um die Auswirkungen auf schützenswerte Freiflächen außerorts dennoch zu berücksichtigen, wurde auf das Verfahren des BVWP 2030 (Intraplan et al, 2014) zurückgegriffen.

Bewertung Grundlagen

Grundsätzlich werden zur monetären Bewertung die für die betrachteten Nutzenkomponenten ermittelten Differenzen der Mengengerüste zwischen Planfall (Fall mit der zu bewertenden Maßnahme, z. B. einer Ortsumgehung) und Vergleichsfall (Bezugsfall ohne die zu bewertende Maßnahme) mit für diese Nutzenkomponenten angegebenen Kostensätzen (Wertgerüst) multipliziert. Die entsprechenden Kostensätze befinden sich gegenwärtig noch in der abschließenden Abstimmung.

Für die Ermittlung der Mengengerüste müssen bei der Belastung der Menschen durch Luftschadstoffe und Lärm aus den ermittelten Konzentrationen bzw. Pegeln noch Betroffene ermittelt werden. Dies geschieht auf Basis der betroffenen Einwohner.

Veränderung der Klimabelastung und Kraftstoffverbrauch

Für die Bewertung der Veränderung der Klimabelastung werden die Veränderungen der CO₂-Emissionen mit einem entsprechenden Kostensatz multipliziert. Die Kosten des Kraftstoffverbrauchs als Teil der Nutzenkomponente „Veränderung der Betriebskosten“ werden durch Multiplikation der berechneten Verbräuche an Diesel und Benzin mit entsprechenden Kostensätzen ermittelt.

Schadstoffe

Für die Vegetation wird die Veränderung der Schadstoffbelastung durch Multiplikation der Emissionen der Stoffe NO_X, SO₂ und NH₃ mit entsprechenden Kostensätzen bewertet.

Bezüglich der Bewertung der Auswirkungen der Schadstoffe auf den Menschen wurde der Unit Risk-basierte Ansatz des alten Bundesverkehrswegeplans als nicht ideal und nicht belastbar fortschreibungsfähig identifiziert (Diegmann et al., 2011). Stattdessen erfolgt die Bewertung nun anhand der Betrachtung der durch Luftschadstoffe insgesamt verursachten Mortalität und Morbidität, also der Ermittlung der Veränderung der Todes- und Krankheitsfälle aufgrund veränderter Konzentrationen. Als Leitsubstanzen für die Bewertung wurden PM_2,5 und NO₂ festgelegt. Für die monetäre Bewertung werden die Veränderungen der Fallzahlen der Chronischen Bronchitis bei Erwachsenen, der Krankenhauseinweisung infolge chronisch-obstruktiver Lungenerkrankung (COPD, chronic obstructive pulmonary disease) bei Erwachsenen und von Asthma bei Kindern und Jugendlichen sowie Todesfälle betrachtet und mit entsprechenden Kostensätzen multipliziert.

Lärm

Außerorts erfolgt die Bewertung entsprechend dem Verfahren des BVWP 2030 (Intraplan et al, 2014) anhand der Kosten der Errichtung hypothetischer Lärmschutzwände, die nötig wären, um in den schützenswerten Freiflächen einen bestimmten Zielpegel nicht zu überschreiten.

Innerorts wurde das formale Bewertungsverfahren aus den EWS (1997) übernommen und es werden aus den ermittelten Immissionspegeln und den Einwohnerzahlen über Lautheitsgewichte sogenannte „Lärm-EinwohnerGleichwerte“ ermittelt, die dann mit einem Kostensatz multipliziert werden.

Fazit

Mit dem hier in aller Kürze beschriebenen Vorgehen wurde ein nachvollziehbares und einfach anwendbares Verfahren zur Berücksichtigung der Umweltaspekte im Rahmen von Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen an Straßen für den Anwendungsbereich der RWS entwickelt, also vor allem für den Variantenvergleich im Rahmen der Vorplanung (Voruntersuchung) sowie zur Überprüfung der Nutzen-Kosten-Verhältnisse für eine gewählte Vorzugsvariante in der Entwurfsplanung (Vorentwurf). Das Verfahren stellt vereinfachte Methoden bereit, die im Grundsatz dem Vorgehen entsprechen, die bei Screeninguntersuchungen der Luft- und Lärmbelastungen in Deutschland gegenwärtig eingesetzt werden und basiert auf aktuellen Regelwerken und Datenbanken. Die Zukunftsfähigkeit des Verfahrens ist durch die Trennung von Emissions- und Immissionsermittlung gegeben, die Aktualisierungen bezüglich neuer Erkenntnisse (z. B. Emissionsfaktoren) mit verhältnismäßig geringem Aufwand möglich macht.

Literatur

Baier, M., 2017: Richtlinien für Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen an Straßen (RWS) – das Projekt, das Regelwerk. In: BASt; FGSV (Hrsg.): Luftqualität an Straßen 2017. Tagungsband. Kolloquium der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) und der Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen (FGSV), 29.-30.3.2017 in Bergisch Gladbach. 2017.

Diegmann, V.; Pfäfflin, F.; Wursthorn, H., 2011: Das Unit Risk-Konzept in der gesundheitlichen Bewertung von Luftverunreinigungen. Immissionsschutz Nr. 4, S. 168-176. 2011.

EEA, 2009: EMEP/EEA air pollutant emission inventory guidebook – 2009. EEA Technical report 2009. European Environment Agency. Copenhagen, 2009.

EWS, 1997: Empfehlungen für Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen an Straßen (EWS). Entwurf. Aktualisierung der RAS-W 86. Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen (FGSV). 1997.

INFRAS, 2014: Handbuch Emissionsfaktoren des Straßenverkehrs. HBEFA Version 3.2. INFRAS AG, Bern. Auftraggeber: Umweltbundesamt, Berlin (Deutschland); Bundesamt für Umwelt (BAFU), Bern (Schweiz); Umweltbundesamt, Lebensministerium und Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie, Wien (Österreich); Trafikverket (Schweden); ADEME (Frankreich); SFT (Norwegen) und JRC (Joint Research Center der Europäischen Kommission). 2014.

Intraplan; Planco; TUBS, 2014: Grundsätzliche Überprüfung und Weiterentwicklung der Nutzen-Kosten-Analyse im Bewertungsverfahren der Bundesverkehrswegeplanung. Entwurf Endbericht. Stand 9. Dezember 2014. Auftraggeber: Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI). 2014.

KRdL, 2003: Umweltmeteorologie – Kfz-Emissionsbestimmung – Luftbeimengungen. VDI-Richtlinie 3782 Blatt 7. Kommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN – Normenausschuss KRdL. Düsseldorf, 2003

RE, 2012: Richtlinien zum Planungsprozess und für die einheitliche Gestaltung von Entwurfsunterlagen im Straßenbau. Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen (FGSV). 2012.

RLuS, 2012: Richtlinien zur Ermittlung der Luftqualität an Straßen ohne oder mit lockerer Randbebauung (RLuS 2012). Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen (FGSV). 2012.