Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Reihe V: Verkehrstechnik
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Die Festlegung der Salzdosierung (Streudichte) wird in der aktuellen Winterdienstpraxis zumeist vom Einsatzpersonal auf den Fahrzeugen vorgenommen. Aus der Auswertung von automatisierten Datenaufzeichnungen ist bekannt, dass dabei persönliche Erfahrungen eine wesentliche Rolle spielen. Das drückt sich darin aus, dass beim Vergleich des Dosierverhaltens von mehreren Mitarbeitern unter vergleichbaren Randbedingungen der durchschnittlich eingestellte Dosierwert bis zu 100 % abweicht. Das von der Bundesanstalt für Straßenwesen (Bergisch Gladbach, Deutschland) in Auftrag gegebene Pilotprojekt "Optimierung der Streustoffausbringung " Modell zur Festlegung der objektiv notwendigen Streudichten im Straßenwinterdienst" hatte die Minimierung von "subjektiven Faktoren" bei der Taustoffanwendung zum Ziel. Aufbauend auf dem Phasendiagramm für die Mischung von NaCl und H2O wurde ein Berechnungsalgorithmus entwickelt, der Temperatur und Wasserfilmdicke auf der Fahrbahn in wählbaren Prognosezeiträumen berücksichtigt. Die stündlich aktualisierten Prognosedaten werden während der Einsatzfahrt des Winterdienstfahrzeuges übermittelt und haben direkten Einfluss auf die Streudichte. Neben den Prognosedaten haben auch technologische und streckenbezogenen Randbedingungen direkten Einfluss auf die berechnete Streudichte. Technologische Randbedingungen sind die Streutechnologie (wahlweise FS 30 oder FS 100) und der Prognosezeitraum. Zu diesem Zweck wurden vier Fahrzeuge von Autobahnmeistereien in Brandenburg und Nordrhein-Westfalen mit Bordcomputern ausgestattet, mit denen Daten kurzfristiger Wetterprognosen des Deutschen Wetterdienstes (Zeithorizont: 3 Stunden), Messungen der Fahrbahntemperatur und Daten der an der Strecke befindlichen Straßenwetterstationen verarbeitet werden. Die Bordcomputer sind über das GSM-Netz mit einem zentralen Server verbunden. Dadurch werden die Daten der Wetterprognosen laufend aktualisiert. Der Einsatz der prognostischen Streudichteberechnung hat gezeigt, dass durch diese Technik erhebliche Einsparungspotenziale bei der Taustoffanwendung erschlossen werden können. Das gilt vor allem für präventive Streueinsätze.
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Winterliche Fahrbahnbedingungen führen auf den hoch belasteten Autobahnen, deren Verkehrsfluss bereits bei normaler Witterung am Rande der Leistungsfähigkeit liegt, innerhalb kürzester Zeit zu erheblichen Verkehrsstörungen bis hin zum totalen Erliegen des Verkehrs. Auf Grund der Bedeutung dieser Verkehrsadern werden an den Winterdienst auf Bundesautobahnen sehr hohe Anforderungen gestellt. Der geforderte Standard kann nur gewährleistet werden, wenn der Winterdienst optimal organisiert und ausgestattet ist und die Einsätze innerhalb kürzester Zeit durchgeführt werden können. Dies gilt insbesondere für Autobahnmeistereien, die Winterdienst auf hoch belasteten Streckenabschnitten bzw. auf Autobahnabschnitten mit erschwerten Randbedingungen wie hohen Längsneigungen durchführen. Bei diesem Forschungsvorhaben wurden daher zwei Ziele verfolgt: Zum einen wurden durch eine verkehrstechnische Untersuchung winterbedingter Staus Größenordnungen der Kapazität von Autobahnquerschnitten bei winterlichen Fahrbahnbedingungen ermittelt. Zum anderen wurden ausgewählte Maßnahmen zur Unterstützung des Winterdienstes auf hoch belasteten Streckenabschnitten als Pilotprojekte in mehreren Autobahnmeistereien untersucht, um mögliche Empfehlungen für die Winterdienstpraxis geben zu können. Bei der verkehrstechnischen Untersuchung wurden bei ausgewählten Autobahnmeistereien in Baden-Württemberg und Hessen während der Winter 2001/02 bis 2003/04 winterbedingte Staus ausgewertet. Eingangsgrößen für die Kapazitätsermittlung waren dabei Stauprotokolle und Winterdienst-Einsatzberichte der Autobahnmeistereien, Informationen über Wetter und Fahrbahnzustand, der Höhenverlauf der Untersuchungsstrecken sowie Geschwindigkeits- und Verkehrsstärkedaten von Langzeitzählstellen. Die in dieser Untersuchung entwickelte Methodik der Datenerhebung und Auswertung mit Hilfe des linearen k-v-Diagramms hat sich als geeignet erwiesen, erste Ergebnisse zur maximalen Verkehrsstärke von Autobahnquerschnitten bei winterlichen Fahrbahnbedingungen zu liefern. Zu den ausgewählten Maßnahmen, die im Rahmen dieses Forschungsprojektes untersucht wurden, zählen der Einsatz eines Hochleistungsfahrzeugs mit Ausrüstung eines Kehrblasaggregates für den Winterdienst, der Einsatz einer Mobilen Taumittelsprühanlage im Baustellenbereich, die Nutzung von blauem Blinklicht mit Einsatzhorn auf Winterdienstfahrzeugen, die Verstärkung des Winterdienstes durch Einsatz eines zusätzlichen Winterdienstfahrzeuges, die Reduktion der Beladungszeiten durch verschiedene Beladungssysteme, die Möglichkeiten einer optimierten Winterdienststeuerung durch eine Winterdienstzentrale, die Nutzung von Betriebsumfahrten im Winterdienst sowie Möglichkeiten der Durchsetzung von temporären Fahrverboten bei extremen Winterereignissen. Nach Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen zur weiteren Beurteilung der untersuchten Maßnahmen konnten abschließend Empfehlungen für die Winterdienstpraxis erarbeitet werden.
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Auftausalze werden zur Vermeidung von Schnee- und Eisglätte eingesetzt. Hierbei ist Natriumchlorid das meist verwendete Salz. Diese Salze sind in Wasser leicht löslich und können in den Wasser-kreislauf gelangen. Mögliche Eintragspfade sind direkter Abfluss aus dem Entwässerungssystem zu Oberflächengewässern und Versickerung ins Grundwasser. Da die Salze im Grundwasser mobil sind, gelangt die eingetragene Stoffmenge auch zu den Vorflutern. Sowohl im Grundwasser als auch in Oberflächengewässern können erhöhte Salzkonzentrationen zur Beeinträchtigung von Natur und Umwelt oder sonstiger Nutzung führen. In diesem Projekt wurde der Wissensstand zu gewässerschutzrelevanten Wirkungen von Chlorid durch eine Literaturauswertung zusammengefasst, insbesondere zu Konzentrationsbereichen und zugehörigen Wirkungszeiträumen, die akute und chronische Toxizität für Gewässerorganismen auslösen. Auch die Transportpfade und das Verhalten des auf Straßen ausgebrachten Tausalzes wurden beschrieben. Hauptziel des Projektes war herauszufinden, welche Versickerungs- und technische Entwässerungseinrichtungen und welche Betriebsweisen die Konzentrationen von Tausalz in Gewässern unterschiedlicher Größe auf ein verträgliches Maß reduzieren können. An ausgewählten Punkten, wie Grundwasser oder Fließgewässer, wurden die berechneten Salzfrachten und -konzentrationen immissionsbezogen bewertet. Als maßgebender Punkt im Fließgewässer wird i.d.R. der unterstromige Pegel eines Gewässerkörpers betrachtet. Das Endziel des Projektes war, die Verdünnung und den Rückhalt von Tausalz bei verschiedenen Entwässerungsmethoden, die nach den RAS Ew vorgegeben sind, unter Einsatz numerischer Modellierung zu untersuchen. Der Salztransport wurde nicht für reale Standorte modelliert. Vielmehr wurden Modellierungsberechnungen an mehreren repräsentativen Szenarien durchgeführt, die auf andere Fälle übertragen werden können. Dafür wurden unterschiedliche Kombinationen von Tausalzmengen, Straßenausbildung, Art der Entwässerung sowie hydrologischen und hydrogeologischen Ortseigenschaften ausgewählt und in den Modellen als Randbedingungen eingebaut. Die Ergebnisse zum Transportpfad Untergrund zeigten deutliche Vermischungs- und Dämpfungseffekte durch Dispersion und Verdünnung. Die Berechnungen zeigten, dass sich ein Jahresmittelwert der Chlorid-Konzentration, der auf Tausalzeinsatz und Transport im Untergrund zurückzuführen ist, gut mit einer Massenbilanz berechnen lässt. Die saisonalen Schwankungen in den berechneten Chlorid-Konzentrationen waren in der Regel sehr gering. Somit kann in vielen Fällen auf eine numerische Modellierung des Transportpfades Untergrund verzichtet und stattdessen eine vereinfachte Massenbilanzierung verwendet werden. Die Berechnungen zum Transportpfad der technischen Entwässerung können aus den Eingangsparametern sensitive und weniger sensitive Größen hinsichtlich des Transportverhaltens identifizieren. So hat z.B. die Regencharakteristik nur einen geringen Einfluss auf die Ergebnisse. Dagegen hatten die Streumengen und die betrachtete maximale Konzentration im Straßenablauf wie erwartet eine sehr starke Auswirkung. Auch wurden insbesondere die Möglichkeiten des Rückhaltes und der Verdünnung von Tausalz in unterschiedlichen Beckenanlagen der technischen Straßenentwässerung untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass die Ausgestaltung der Becken einen deutlichen Einfluss auf die Ergebnisse hatte. Die Berechnungsergebnisse der beiden Transportpfade lieferten jeweils einen Input (Wassermenge und Chloridkonzentration) zu einem Gewässer. Diese wurden dann an einem Auswertepunkt im Gewässer zusammengeführt. I.d.R. liegt dieser Auswertepunkt am unterstromigen Ende des Gewässerkörpers. Zur Überlagerung von Konzentrationen aus Sickerwasser, Grundwasser, technischen Einleitungen und Oberflächengewässer wurden in einer Mischungsrechnung jeweils die Stoffgehalte und die Wassermengen aufgenommen. Bei Betrachtung eines (Teil-)Einzugsgebiets eines Gewässers wurde dann zunächst der Zufluss im Gewässer und dessen Hintergrundkonzentration am Oberstromende zusammen mit dem Austausch über den Transportpfad Untergrund betrachtet. Die Berechnung lieferte dann einen Gewässerabfluss und eine Hintergrundkonzentration am unterstromigen Ende. Danach wurde die Mischungskonzentration am unterstromigen Ende des Gewässers mit der Einleitung aus dem technischen Entwässerungssystem berechnet. Neben den berechneten Komponenten (Wassermenge und Konzentration) aus den Transportpfaden Untergrund und technischem Entwässerungssystem gingen als Randbedingungen der Mischungsberechnung der Abfluss und die Hintergrundkonzentration des Gewässers in die Berechnung ein. Diese beiden Größen wurden in einer Matrix berücksichtigt, um ein breites Anwendungsspektrum zu erreichen. Hierbei wurden die berechneten Zuflüsse (Menge und Konzentration) zum Gewässer mit einer frei wählbaren Matrix aus Abfluss und die Hintergrundkonzentration des Gewässers in der Mischungsrechnung betrachtet.