Das vorliegende Manuskript gibt Auszüge aus der Dissertation (2018) der Autorin mit dem Titel „Resilienzanalyse des Systems Stadtverkehr während einer langfristigen Sperrung einer innerstädtischen Hauptverkehrsachse am Fall der B7-Sperrung in Wuppertal“ wieder und wurde im Oktober 2018 an der Bergischen Universität Wuppertal, Fakultät für Architektur und Bauingenieurwesen eingereicht.

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

1. Einleitung

Die aktuelle öffentliche Diskussion über Fahrverbote für bestimmte Fahrzeuge und die Schwierigkeiten bei der Umsetzung von wirkungsvollen Maßnahmen wird als Anlass für ein Gedankenspiel genommen. Die gerichtlich verordneten Fahrverbote für Diesel-Pkw auf bestimmten Strecken sollen den Schadstoffausstoß verringern. Aber welche Auswirkungen hat dieses Fahrverbot auf die Umleitungen? Und wird die Problematik damit nicht einfach nur verschoben? Wir gehen einmal davon aus, dass diese Maßnahmen zur Einhaltung der Grenzwerte nicht ausreichen und die Gerichte werden als Nächstes Straßen komplett für den Motorisierten Individualverkehr (MIV) sperren. Was eine derartige Maßnahme im Hinblick auf die Luftqualität und das Verlagerungspotential vom MIV auf den Umweltverbund für Auswirkungen hat, kann am Beispiel der dreijährigen Sperrung der Hauptverkehrsachse B7 in Wuppertal aufgezeigt werden. Diese Sperrung wurde als Reallabor genutzt und unter realen Bedingungen untersucht.

1.1 Ausgangslage

Am 21. Juli 2014 sperrte die Stadt Wuppertal für rund drei Jahre die Hauptverkehrsader der Stadt im Zentrum von Wuppertal-Elberfeld. Gesperrt waren ein etwa 700 Meter langer Teil der B7, ein circa 400 Meter langer Abschnitt der Bahnhofstraße und eine circa 200 Meter lange Strecke der Straße Döppersberg. Der Grund für die Sperrung war der Umbau des Döppersbergs am Wuppertaler Hauptbahnhof. Dieser     umfasste die Neugestaltung der Straßen B7, Döppersberg und Bahnhofstraße, der Fußwegeverbindung zwischen dem Hauptbahnhof und der Innenstadt, des Bahnhofsvorplatzes und des Busbahnhofs.
Die B7 war bis dahin mit einem durchschnittlichen täglichen Verkehrsaufkommen von rund 39.000 Kfz/24h (Stadt Wuppertal 2014) die wichtigste Hauptverkehrsachse im Tal der Bandstadt Wuppertal zwischen Oberbarmen und Vohwinkel. Die Stadtstruktur der Bandstadt ist bedingt durch die schlauchförmige Tallage, in der sich alle wichtigen Verkehrswege wie die B7, die Bahntrasse und die Schwebebahn bündeln.

Abbildung 11: Schematische Darstellung der B7 und der Hauptumfahrungsmöglichkeiten, Quelle: Spiker 2018

Im Abschnitt Elberfeld hatte sich die B7 vor der Sperrung zur meistbefahrenen Straße Wuppertals entwickelt. Bezogen auf ganz Wuppertal, verzeichnete sie das dritthöchste Verkehrsaufkommen, wenn die Bundesautobahn 46 außer Betracht gelassen wird. Die Auswirkungen der Sperrung der B7 auf den Gesamtverkehr, auf das Mobilitätsverhalten und auf die Luftqualität wurden im Rahmen einer Dissertation (Spiker 2018) nach wissenschaftlichen Kriterien analysiert.

2. Folgen der B7-Sperrung für die Verkehrsstärke und die Ticketverkaufszahlen

2.1 Auswirkungen auf die Verkehrsstärke

Die Sperrung der B7 hatte zur Folge, dass der Verkehr auf der B7 zwischen dem Robert-Daum-Platz und der Friedrich-Engels-Allee durchgängig gemindert wurde. Die grundlegenden Verkehrsdaten für diese Untersuchung waren die Fahrzeuganzahl pro Zeiteinheit aus Zählschleifen von 29 Lichtzeichenanlagen in Wuppertal-Elberfeld. Der Vorher-Wert gibt die gezählten Fahrzeuge vom 17. September 2013 von 16 bis 17 Uhr an. Er wurde also rund ein Jahr vor der Sperrung ermittelt. Der Während-Wert beruht auf einem Mittelwert aus bis zu fünf vergleichbaren Zähltagen aus dem Jahre 2014, 2015 und 2017. Diese Werte stehen repräsentativ für die Nachmittagsspitze (außerhalb der Ferien) an „Di-Mi-Do-Tagen“.

Die festgestellte Abnahme der Verkehrsstärke liegt je nach Position zwischen 281 und 1.282 Fahrzeugen pro Stunde. Das entspricht einer Abnahme von bis zu 86 %. Die Umfahrungsstrecken weisen zwar erhöhte Verkehrsstärken auf, aber nicht in vergleichbarer Höhe. Die geringere Anzahl an Fahrzeugen auf der B7 findet keine Entsprechung im übrigen Netz des Elberfelder Raumes. Dies kann ein Indiz für die Verlagerung des Verkehrs aufgrund von Verkehrsvermeidung oder Veränderung der Abfahrtszeiten, Ziele oder Verkehrsmittel sein.

Abbildung 2 zeigt die gesamte prozentuale Verkehrsstärkenänderung im Vorher-Während-Vergleich (vor der Sperrung – während der Sperrung).

Abbildung 2: Vorher-Während-Vergleich der Verkehrsstärken
Quelle: Spiker 2018; Datenbasis Stadt Wuppertal 2017 und eigene Berechnungen

Die Pfeilspitze deutet die Fahrtrichtung an, und die rote und grüne Differenzierung der Pfeile zeigt eine Veränderung der Verkehrsstärke um größer als 10 % an. Von 41 Fahrtrichtungen haben 14 um mehr als 10 % an Verkehrsstärke zugenommen und insgesamt 27 an Verkehrsstärke abgenommen. Betrachtet man alle Netzelemente zusammen, dann wurden während der B7-Sperrung in einer Stunde rund 7.500 Fahrzeuge weniger gezählt als vor der Sperrung. Hiermit wird deutlich, dass es eine Veränderung der Routen-, Zeit-, Ziel- und Verkehrsmittelwahl gegeben hat.
Eine Online-Umfrage von 2.287 betroffenen Verkehrsteilnehmern bestätigt diese Veränderung:
Routen wurden von 85,4 % (n = 1.953), Abfahrtszeiten von 67,2 % (n = 1.537), Ziele von 42,6 % (n = 975) und das Verkehrsmittel von 22,6 % (518) verändert. (Spiker 2018)

2.2 Auswirkungen auf die Ticketverkaufszahlen

Die Auswertung der Ticketverkaufszahlen des örtlichen Verkehrsunternehmens (WSW mobil GmbH) spiegelt deutlich eine Verkehrsverlagerung vom Pkw auf den ÖPNV. Die Entwicklung der Ticketverkaufszahlen aller Tickets für jeweils fünf Monate vor, während und nach gesperrter B7 zeigt Tabelle 1.

Tabelle 1: Entwicklung der Ticketverkaufszahlen im Kontext einer gesperrten und offenen B7

Für 2014 ist eine Steigerung von knapp 10 % im Vergleich zum Vorjahr zu verzeichnen. Der positive Trend hält bis zur Wiedereröffnung der B7 im Juli 2017 an. Nach Wiedereröffnung der B7 sinken die Verkaufszahlen erstmalig wieder um 168.960 Tickets, was einen Rückgang um 7,3 % bedeutet.
Während der Sperrung wurde im Sperrungszeitraum eine neue Ticketform angeboten, das „Ab-in-die-City-Ticket“. Dieses Ticket wurde von vielen Wuppertalern (ca. 290 bis 380 Stück pro Wochenende) gekauft, ohne dass die anderen Ticketformen, wie beispielsweise ein Tagesticket Verluste verzeichneten. Die Kontinuität in den Verkaufszahlen des Tagestickets deutet darauf hin, dass die Tagesticketkäufer, trotz besserer Konditionen, bei gewohnter Ticketform geblieben sind und dass das „Ab-in-die-City-Ticket“ eher von Neukunden erworben worden ist.

Insgesamt ist festzuhalten, dass die B7-Sperrung zu spürbar höheren Ticketkäufen führte. Der Vorher-Während-Vergleich der Ticketkäufe sowie der Verkehrsstärke belegt, dass ein Teil der Verkehrsteilnehmer flexibel in seiner Verkehrsmittelwahl reagierte. Diese Hypothese wird unterstützt mit dem Ergebnis der Online-Befragung von 2.287 betroffenen Verkehrsteilnehmern, in dem eine Verkehrsverlagerung vom Pkw auf umweltschonendere Verkehrsmittel bei rund 16 % der Befragten (n = 359) (Spiker 2018) stattfand. Die Höhe der „Verkehrsmittel-Wechsler“ vom Pkw auf den Umweltverbund bestätigt die Bedeutung der B7-Sperrung als Push-Maßnahme sowie als Auslöser für eine Verhaltensänderung. Das speziell für den Zeitraum der Sperrung eingeführte „Ab-in-die-City-Ticket“ weist auf die Bedeutung von Pull-Maßnahmen hin.
Ob die Minderung der Verkehrsstärke und die Erhöhung der ÖPNV-Nutzung einen Effekt auf die Luftqualität hatte oder ob die Verlängerung der Fahrtweiten diesen positiven Effekt wieder aufgehoben hat, soll im folgenden Kapitel analysiert werden.

3. Mögliche Folgen der B7-Sperrung auf die Luftqualität

3.1 Herangehensweise bei der Untersuchung der Luftqualität

Da die B7-Sperrung Änderungen im Verhalten von Verkehrsteilnehmern in Bezug auf Routen-, Zeit-, Ziel- und Verkehrsmittelwahl hervorrief, könnte es auch zur Änderung der Immissionswerte gekommen sein. Dies galt es im Rahmen dieser Untersuchung zu prüfen.
Die Auswirkung der B7-Sperrung auf die Luftqualität wird anhand des Ausstoßes von Stickstoffdioxid NO₂ für ein flächendeckendes Gebiet in Wuppertal bewertet, weil die NO₂-Daten verfügbar waren. Generell aber wurde das Gas ausgewählt, weil es giftig ist. „Stickstoffdioxid entsteht überwiegend als gasförmiges Oxidationsprodukt aus Stickstoffmonoxid bei Verbrennungsprozessen. Eine der Hauptquellen von Stickstoffoxiden ist der Straßenverkehr, so dass die Konzentrationen in der Luft in Ballungsräumen und entlang von Hauptverkehrsstraßen und Autobahnen am höchsten sind“ (Umweltbundesamt 2017).
Die Stadt Wuppertal führt seit 2008 an 20 Stellen (siehe Abbildung 3) im Stadtgebiet Messungen von NO₂ und Feinstaub (PM10) durch. Parallel dazu werden kontinuierliche Messungen vom Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz Nordrhein-Westfalen (LANUV) an einer Verkehrsstation in Wuppertal-Elberfeld (VWEL) an der Straße „Gathe“ und an einer „Hintergrundstation“ in Wuppertal-Langerfeld (WULA) vorgenommen.
Die 20 Messpunkte (MP) der Stadt Wuppertal sind in ganz Wuppertal verteilt. Die LANUV-Messstelle an der Gathe (VWEL) befand sich rund 550 Meter entfernt von der Sperrung und an einer Hauptumfahrungsroute.

Abbildung 3: Verteilung der Messpunkte
Quelle: Datenbasis Müller-BBM GmbH 2017 und eigene Darstellung (Kartenerstellung mit QGIS)

In die Analyse fließen 200 NO₂-Jahresmittelwerte und 1.420 NO₂-Monatsmittelwerte der 20 Messstellen der Stadt Wuppertal ein. Die Daten wurden mit Hilfe von Jahresganglinien und Boxplots ausgewertet.

Die NO₂-Messung geschieht mit Hilfe von Passivsammlern. Die Messstationen vom LANUV ermitteln die NO₂-Werte mittels kontinuierlicher Messmethode.

3.2 Gesamtsituation der NO₂-Werte im Kontext der B7-Sperrung

Die NO₂-Entwicklung aus den Luftmessnetzen der Bundesländer und des Umweltbundesamtes zeigt eine stetige Abnahme der NO₂-Jahresmittelwerte zwischen 2008 und 2015 (Umweltbundesamt 2016).
Die Jahresmittelwerte über alle 20 Messpunkten in Wuppertal im Zeitraum von 2008 bis 2017 verzeichnen ebenfalls eine stetige Abnahme der NO₂-Konzentration. Es gab jedoch zwei Ausnahmen. Im Jahre 2012 und 2015/2016 kam es zu einer Erhöhung der NO₂-Konzentration.

Abbildung 4: NO₂-Jahresmittelwerte 2008 bis 2017 über alle 20 Messpunkte in Wuppertal

Auch die Betrachtung der (zehn) Messpunkte im Bereich der Umfahrungen in Wuppertal-Elberfeld zeigt, dass die Werte im Jahr 2012 und 2015 angestiegen sind.

Abbildung 5: Summe der NO₂-Jahresmittelwerte 2008 bis 2017 für zehn ausgewählte MP in Wuppert
Quelle: Spiker 2018; Datenbasis Müller-BBM GmbH 2017 und eigene Berechnungen

Ein Grund für den Anstieg im Jahr 2012 wird im Luftmessbericht 2012 nicht genannt. Die Erhöhung wird lediglich pauschal mit der „für den Luftaustausch eher ungünstigen Tallage der Stadt“ (Müller-BBM GmbH 2013) erklärt. Ein Grund für den Anstieg im Jahr 2015 um 2,4 % kann die Sperrung der B7 sein. Im Luftmessbericht 2015 wird als Grund für die NO₂-Entwicklung neben den klimatischen Bedingungen dazu erwähnt: „Gleichwohl wird sich auch die ungünstige verkehrliche Situation durch die Baumaßnahmen im Umfeld des Döppersberges sowie durch die Baumaßnahmen an der A 46 voraussichtlich negativ auf die Immissionssituation ausgewirkt haben, da hohe Stauanteile in Verbindung mit potentiell austauscharmen Wetterlagen zu höheren Belastungen führen“ (Müller-BBM GmbH 2017).
Außerdem zeugen die Jahresmittelwerte von einer insgesamt schlechten Luftqualität, denn der ab 2010 einzuhaltende Grenzwert von 40 μg/m³ wird überschritten.
Der Anstieg im Jahr 2015 wird näher betrachtet, indem die Monatsmittelwerte aller Messpunkte im Zeitraum Januar 2012 bis November 2017 analysiert werden.

 Abbildung 6: NO₂-Monatsmittelwerte über alle Messpunkte in Wuppertal Quelle: Spiker 2018; Datenbasis Müller-BBM GmbH 2017 und eigene Darstellung

Der Vergleich zwischen den Jahren 2012 bis 2017 zeigt, dass die NO₂-Werte vor der B7-Sperrung (Juli 2014) kontinuierlich sanken und während der B7-Sperrung leicht anstiegen. Nach Öffnung der B7 im Juli 2017 sank der NO₂-Wert erstmalig wieder stark ab und erreichte gar ein Rekordtief. Es besteht eine signifikante (zum Niveau 0,05) Korrelation zwischen der Höhe des NO₂-Wertes und dem Zeitraum vor, während und nach der B7-Sperrung.

3.3 Lokale Betrachtung der NO₂-Konzentrationen

An welchen Stellen in Wuppertal sich die Werte verändert haben, zeigen die nächsten zwei Abbildungen (Abbildung 7 und Abbildung 8). Hierin wurden die NO₂-Monatsmittelwerte pro Messpunkt in zwölf Monate mit gesperrter B7 (Juli 2014 bis Juni 2015) aufgeteilt und an Hand von multiplen Boxplots dargestellt. Die Veränderung zum Vorjahr wird an Hand des Medians abgebildet.

Abbildung 7: NO₂-Monatsmittelwerte aller MP im Zeitraum 1 Jahr während der B7-Sperrung mit Veränderung zum Vorjahr an Hand des Medians
Quelle: Spiker 2018; Datenbasis Müller-BBM GmbH 2017 und eigene Darstellung

Abbildung 8 zeigt die Verortung der Messpunkte, die sich in dem Hauptumfahrungsbereich befinden. Die farbliche Differenzierung zeigt die Veränderung des Medians der Monatsmittelwerte zum Vorjahr.

Abbildung 8: Veränderung des Medians von zwölf Monatsmittelwerten im Vorher-Während-Vergleich in Wuppertal-Elberfeld
Quelle: Spiker 2018; Eigene Darstellung mit Traffic Analyst von Pesch 2016

Von 20 Messpunkten waren an elf Stellen die Werte während der B7-Sperrung höher als vor der B7-Sperrung und an neun Stellen niedriger. Im Bereich Elberfeld waren von 10 Messpunkten an sechs die Werte während der B7-Sperrung höher als vor der Sperrung und an vier Messpunkten niedriger. Die drei höchsten Anstiege des NO₂-Mittelwertes während der B7-Sperrung wurden an der Briller Straße (MP 2), Rudolfstraße (MP 13) und Hochstraße (MP 5) gemessen. Die drei höchsten Reduktionen waren an der Friedrich-Engels-Allee 184 (MP 9) und 308 (MP 38) sowie der Uellendahler Straße (MP 07) zu beobachten.
Der Vergleich zwischen der veränderten Verkehrsstärke und dem veränderten Median der zwölf Monatsmittelwerte in Bezug auf den Standort der Messstelle im Vorher-Während-Vergleich wird in der folgenden Abbildung dargestellt.

Abbildung 9: Überlagerung von Verkehrsstärken- und NO₂-Konzentrationsänderung im Vorher-Während-Vergleich Quelle: Eigene Darstellung

Die Zu- und Abnahmen der NO₂-Werte kongruieren, bis auf eine Ausnahme, mit den Zu- und Abnahmen der Verkehrsstärken und deuten auf die Verschiebung der NO₂-Belastungen aufgrund der Verkehrsverlagerung hin. Der Messpunkt 27, an dem sich eine Erhöhung der NO₂-Werte trotz Abnahme der Verkehrsstärke zeigt, steht für die städtische Hintergrundbelastung, da an dieser Stelle in 30 Metern Höhe gemessen wird. Die anderen Messpunkte messen in einer Höhe von 3,5 Metern. Am Messpunkt 2, an dem die höchste Erhöhung des NO₂-Medians zu verzeichnen ist, ist die Verkehrsstärke in südlicher Richtung gesunken und in nördliche Richtung gestiegen. Die nördliche Richtung weist eine Steigung auf sowie eine hohe Wahrscheinlichkeit für Rückstaubereiche in der Nachmittagsspitze und erklärt somit diese Diskrepanz. Insgesamt hat sich die Luftqualität im Bereich Elberfeld an der B7 verbessert und an den Umfahrungswegen verschlechtert.

4. Fazit

Diese Untersuchung verdeutlicht, dass es eine sowohl positive als auch negative Veränderung der Luftqualität im Zeitraum der B7-Sperrung im Vergleich zu vor der Sperrung und nach Wiedereröffnung der B7 gegeben hat. Der VorherWährend-Vergleich zwischen den veränderten Verkehrsstärken und veränderten NO₂-Werten zeigt einen rückläufigen Trend der NO₂-Werte in Bereichen mit rückläufigen Verkehrsstärken und einen wachsenden Trend der NO₂-Werte an den Umfahrungswegen mit erhöhten Verkehrsstärken. Insgesamt belegt diese Analyse, dass eine Infrastrukturmaßnahme einen Effekt auf die Luftqualität haben könnte. Diese Sperrung erweist sich als Maßnahme, die eine Verlagerung vom MIV auf den ÖPNV hervorgerufen hat sowie Verkehr in der Nachmittagsspitze reduziert hat. Projiziert man diese Fallstudie auf beispielsweise Fahrverbote für Diesel-Fahrzeuge, dann könnte diese Maßnahme einen lokalen minimalen Rückgang von NO₂-Werten bewirken. Aber durch die entstehenden Mehraufwände für die längeren Umwege könnte sich die Luftqualität insgesamt auf den Umfahrungsbereichen verschlechtern, besonders wenn es nicht zu einer Verkehrsmittelwahländerung kommt. Wenn man die Luftqualität insgesamt verbessern möchte, reicht es nicht aus, einzelne Straßen für bestimme Antriebstechnologien zu sperren, sondern die Sperrung flächendeckend auszuweiten und Alternativen zu schaffen. Und projiziert man die Fallstudie B7-Sperrung auf den Fall, dass Straßen für den MIV auf Grund von zu hohen Schadstoffbelastungen komplett für den MIV gesperrt werden, dann könnte eine solche Sperrung in Verbindung mit der Ausweitung von Alternativen (wie z. B. Steigerung der Zuverlässigkeit und Attraktivität des ÖPNV oder Ausbau der Radfahrinfrastruktur) zu einer höheren „Umsteigerquote“ führen, die wiederum die Schadstoffbelastung senken würde.

Literaturverzeichnis

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