Generaldirektion Wasserstraßen und Schifffahrt

2. Beschreibung der Schallquellen

Die durch die geplante Fahrrinnenanpassung von Unter- und Außenelbe beeinflußten Geräuschquellen sind zum einen der fließende Schiffsverkehr, zum anderen die während der Bauphase eingesetzten Hopper- und Eimerkettenbagger. Da dem Gutachter keine eingehenderen Untersuchungen über die Geräuschemission von Seeschiffen bzw. von Hopper- und Eimerkettenbaggern bekannt sind, wurden Emissionskenngrößen aus Messungen bestimmt, die im Rahmen der vorliegenden Untersuchung am Elbufer (Höhe Mühlenberger Jollenhafen) und an ausgewählten Baggern durchgeführt wurden.

Die weiteren für die Schallausbreitungsrechnung benötigten Basisdaten wie Schiffsverkehrszahlen und Angaben zum Baggerbetrieb wurden vom Auftraggeber bzw. den Trägern des Vorhabens bereitgestellt.

2.1 Durchführung der Geräuschmessungen

Verwendete Meß- und Registriergeräte

Geeichter Schallpegelmesser Typ 2233 Brüel & Kjær
Kalibrator Typ 4230 Brüel & Kjær
8-Kanal-DAT-Recorder Typ RD-135T TEAC
Hygro-Thermo-Barometer Thies Clima

Durchführung und Auswertung

Das Mikrofon wird (soweit möglich) entsprechend der Norm DIN EN 22922 [1993] in 1.2 m – 1.5 m Höhe über reflektierenden Flächen und zwischen 3 m und 6 m über der Wasseroberfläche angeordnet.

Aufgezeichnet wird das A-bewertete und das zusätzlich mit der Zeitbewertung "FAST" aufgenommene Mikrofonsignal. Zu Beginn und am Ende der Messungen wird die Meßkette kalibriert; das Kalibriersignal wird ebenfalls auf Band aufgezeichnet.

Wenn möglich werden Maschinengeräusch und Hintergrund- bzw. Fremdgeräusch getrennt aufgezeichnet, um den erforderlichen Störabstand nachzuweisen und eine Fremdgeräuschkorrektur zu ermöglichen.

Die auf Band gespeicherten Geräuschdaten werden im Labor über eine digitale Schnittstelle auf einen PC übertragen und mittels kommerzieller Signalverarbeitungssoftware ausgewertet und grafisch dargestellt.

Aus den Aufzeichnungen des bewerteten Schallpegels und deren statistischer Analyse (einschl. einer Ermittlung des mittleren 5s-Taktmaximalpegels) wird der für den jeweiligen Meßabschnitt bzw. Betriebszustand kennzeichnende Geräuschpegel ausgewertet. Mittels spektraler Analysen des Mikrofonsignals wird das jeweilige Maschinengeräusch u.a. auf Tonhaltigkeit untersucht. Unter Berücksichtigung des durch die Meßanordnung gegebenen Abstandsmaßes und evtl. Zuschläge für Ton- oder Impulshaltigkeit wird schließlich der für die Schallausbreitungsrechnung benötigte, über den jeweiligen Beurteilungszeitraum gemittelte Schalleistungspegel errechnet.

2.2 Schiffsverkehr auf der Elbe

Beschreibung der Schallquellen

Der fließende Schiffsverkehr auf der Unterelbe setzt sich zusammen aus Seeschiffen, seegängigen Binnenschiffen und Binnenschiffen. Zu den Seeschiffen gehören neben den Containerschiffen auch Tankschiffe, Massengutfrachter (Bulkcarrier), Stückgutfrachter, Passagierschiffe etc. von z.T. sehr unterschiedlicher Größe und Bauart. Hauptgeräuschquellen sind das Maschinengeräusch, das über den Schornstein und die stählerne Außenhaut (oder direkt über offenstehende Maschinenraumtüren) abgestrahlt wird, Geräusche der Maschinenraumlüfter, Hydraulikpumpen z. B. der Ruderanlage und Wassergeräusche, die durch den Bugschwell am Schiff oder im Einzelfall durch einen teilweise austauchenden Propeller verursacht werden. Bei letzteren stellt sich jedoch die Frage nach der Beurteilung der Lästigkeit, da Wassergeräusche kaum von natürlichen Geräuschen zu unterscheiden sind.

Nach DIN 18005 Teil 1 wird für den fließenden Verkehr der Berufsschiffahrt unabhängig von der Art der Schiffe ein längenbezogener Schalleistungspegel von L_WA‘ = 75 dB(A) angenommen. Durch die Messung der Vorbeifahrtpegel verschiedener auf der Elbe verkehrender Schiffe soll nachgeprüft werden, inwieweit diese Annahme auch für eine Seewasserstraße wie die Unterelbe gerechtfertigt ist.

Durchführung von Messungen

Meßort: auf der westlichen Mole des Mühlenberger Jollenhafens, 1,2 m über dem Boden und ca. 4,5 m über der Wasseroberfläche (bei MTnw)
Meßzeitraum: 26.10.1995, 12:00 h - 15:30 h (Tnw ca. 13:10 h)
Wetter: bewölkt, Temperatur: 15°C, Feuchte: 70 %, Wind: SO, 2 – 3 Bft. (3 –5 m/s)

Auswertung der Vorbeifahrtmessungen

In einem Zeitraum von ca. 3.5 Stunden passierten in westlicher, und damit ufernaher Richtung 8 Schiffe, in östlicher Richtung 6 Schiffe, d.h. 4 Schiffe/Stunde. In nachfolgender Tabelle sind die aus den verwertbaren (ungestörten) Vorbeifahrten ermittelten Daten zusammengestellt:

Tab. III.5: Vorbeifahrt-Pegel von See- und Binnenschiffen am Elbufer

Quelle	LpA [dB(A)]	s[m]	v [km/h]	LpA25 [dB(A)]	LWA [dB(A)]	LWA' [dB(A)]
Containerschiff (ca. 3300 TEU) Containerschiff ** (ca. 260 TEU) Bulkcarrier ** Stückgutfrachter Fährschiff Fregatte Binnenschiff ** Binnenschiff	< 62* 56 62 61 60 61 70 67	185 250 175 175 250 175 100 100	20 15 15 20 20 25 10 10	< 79 76 79 78 80 78 82 79	115 112 115 114 116 114 118 115	<72 71 74 71 73 70 78 75

* obere Abschätzung, da Störung der Vorbeifahrtmessung durch Fremdgeräusch
** zugehörige Darstellung des Pegelverlaufs in Abb. B.1.10 im Anhang
L_pA max. A-bewerteter Geräuschpegel während der Vorbeifahrt in [dB(A)]
s geschätzte Entfernung (anhand von Schiffsgröße und Lage der Fahrrinne) in [m]
v geschätzte Geschwindigkeit in [km/h]
L_pA25 Vorbeifahrtpegel in 25 m Entfernung

  mit s1 = 25 m

L_WA Schalleistungspegel in [dB(A)]

  mit s0 = 1 m

L_WA' längenbezogener Schalleistungspegel in [dB(A)]

  mit v0 = 1 km/h

Der Tabelle kann entnommen werden, daß der längenbezogene Schalleistungspegel selbst bei langsamer Fahrt im Bereich der Delegationsstrecke bei den Seeschiffen unterhalb von 75 dB(A) bleibt. Dies gilt insbesondere und nahezu unabhängig von der Größe für die Containerschiffe. Ein Überschreiten von 75 dB(A) ist demnach bei der erwarteten Vergrößerung der zukünftigen Containerschiffe auf über 4000 TEU nicht zu erwarten, so daß ein längenbezogener Schalleistungspegel von 75 dB(A) als obere Abschätzung der Geräuschemission anzusehen ist.

Im ersten Moment verwundern die höheren Vorbeifahrtpegel der Binnenschiffe. Dies ist jedoch gerade auf die kleinere Bauart und die damit verbundene geringere Abschirmwirkung des Maschinengeräusches von der Umgebung zurückzuführen. Höhere Pegel können z.B. auch durch offene Maschinenraumtüren verursacht werden. Dies ist jedoch nicht als Regelfall anzunehmen.

In der Abb. B.1.10 (s. Anhang) sind exemplarisch drei Pegelverläufe während der Vorbeifahrten dargestellt. Gut zu erkennen ist der langsame Pegelanstieg: Die Vorbeifahrt dauert zwischen 2,5 und 4 Minuten je nach Schiffsgeschwindigkeit und -entfernung. Im Vergleich hierzu bewegen sich schienengebundene Fahrzeuge auf freier Strecke mit wesentlich höherer Geschwindigkeit fort, so daß sie beim Passieren einen raschen Pegelanstieg und -abfall hervorrufen. Zusammen mit dem Ergebnis, daß insbesondere für größere Seeschiffe der längenbezogene Schalleistungspegel eher weniger als 75 dB(A) beträgt, wird dies als ausreichende Rechtfertigung für den eingangs erwähnten Ruhe-Bonus von 5 dB bei der Bewertung der Geräuschbelästigung durch fließenden Schiffsverkehr angesehen.

Der Störabstand zwischen Vorbeifahrt- und Hintergrundpegel beträgt 10 dB und mehr, so daß eine Fremdgeräuschkorrektur nicht notwendig ist.

Als Vorbeifahrtpegel wurde jeweils der maximale Pegel ausgewertet, der direkt durch das vorbeifahrende Schiff (Maschinengeräusch, Bugschwell) und nicht durch das vom Bugschwell hervorgerufene Wassergeräusch am Ufer verursacht wurde;da zum einen das Wassergeräusch am Ufer als natürliches Geräusch nicht als erheblich belästigend angesehen werden kann - es kann z.B. auch durch eine Windboe verursacht werden - und zum anderen der durch den Schwell am Ufer verursachte Pegelanteil nur aufgrund der geringen Entfernung zum Mikrofon so stark beiträgt; bereits in etwas größerer Entfernung ist dieser Anteil gegenüber dem Vorbeifahrtgeräusch vernachlässigbar. Eine Unterscheidung ist durch Abhören der Bandaufzeichnungen eindeutig möglich.

2.3 Hopperbagger

Beschreibung der Schallquellen

Der für die geplante Fahrrinnenanpassung eingesetzte Baggertyp hängt von der Beschaffenheit des aufzunehmenden Bodenmaterials ab: locker gelagertes Material wie Sand (u.U. mit Schluff- und Kiesanteilen) kann mit Saug-(Hopper-)Baggern aufgenommen werden. Hopperbagger sind seegängige Schiffe, die das mit Wasser vermischte Baggergut über ein bis über den Grund abgesenktes Saugrohr bei langsamer Fahrt (ca. 3 km/h) in den Laderaum einsaugen (s. Abb. III.4). Hierzu wird u.U. zusätzliche Pumpleistung installiert. Unter dem Aspekt der Geräuschemission unterscheidet sich ein Hopperbagger praktisch nicht von einem langsam fahrenden Seeschiff mittlerer Größe (ca. 100 m lang); der Baggervorgang verursacht oberhalb der Wasseroberfläche (bis auf das gelegentliche Ablassen von überflüssigem Spülwasser) keine zusätzlichen Geräuschemissionen.

Abb. III.4   Hopperbagger mit angehobenem Saugrohr

Zusammenstellung einiger relevanter technischer Daten

Einsatzzeitraum: durchgehend 24 Stunden an 7 Tagen der Woche
Baggerfelder: 100 – 3000 m lang
Laderaumkapazität: ca. 4000 m³
Baggerleistung: 80.000 – 120.000 m³/Woche
Arbeitszyklus: 4-5 Umläufe pro Tag bei 1 h Beladezeit, 1 h Verspülzeit und Fahrzeit
[Strom und Hafen 1995]

Durchführung von Messungen

Objekt: Hopperbagger M/S "KETO", Länge: 76 m, Laderaumkapazität: 2500 m³
Maschinenleistung: 1.8 MW, Pumpleistung: 1.1 MW (die Gesamtleistung des Hopperbaggers M/S "Ostsee" mit einer Laderaumkapazität von 3900 m³ beträgt zum Vergleich 5.3 MW)
Einsatzort: Elbfahrrinne auf Höhe der Rhinplatte
Meßposition: Peilboot M/S "BIENE", 1.2 m über dem Peildeck, ca. 5 m über Wasser
Meßzeitraum: 10.08.1995, 10:00 h - 12:00 h (Tnw ca. 10:00 h)
Wetter: heiter, Temperatur: 19 °C, Feuchte: 70 %, Wind: 1 – 2 m/s

Es wurden mehrere Vorbeifahrten bei voller Baggerleistung aufgezeichnet. Dabei wurde möglichst ein Abstand von ca. 25 m entsprechend DIN EN 22922 eingehalten. Der Kurs des Hopperbaggers sowie die Position des Peilbootes wurden aufgezeichnet und vom WSA Hamburg nachträglich für eine genaue Bestimmung des Vorbeifahrtabstandes ausgewertet. Die Genauigkeit beträgt etwa 10 % und ermöglicht damit eine Bestimmung des Vorbeifahrtpegels von ± 2 dB.

Auswertung der Vorbeifahrtmessungen

In Abb. B.1.7 sind die Pegelverläufe zweier (ungestörter) Vorbeifahrten dargestellt. Im oberen Diagramm fällt als erstes der hohe Pegel auf, der durch das Ablassen überflüssigen Spülwassers verursacht wird. Da dies jedoch nur gelegentlich vorkommt und kaum von anderen natürlichen Wassergeräuschen zu unterscheiden ist, wird diese Quelle nicht bei der Bestimmung des Vorbeifahrtpegels berücksichtigt. Ebenso werden die ebenfalls im oberen Diagramm erkennbaren Pegelspitzen aufgrund von Quietschgeräuschen der Saugrohrtrossen nicht berücksichtigt, da diese Geräusche bei entsprechender Wartung nicht auftreten. Deutlich sind bei dieser geringen Entfernung die Einzelquellen Pumpmaschine und Hauptmaschine zu erkennen (s. unteres Diagramm). Das Pumpmaschinengeräusch tritt aufgrund einer geöffneten Maschinenraumtür stärker hervor. Der räumliche Abstand zwischen den Pegelmaxima beträgt ca. 60 m. Auf halber Höhe, also etwa im (lokalen) Pegelminimum beträgt der unkorrigierte Vorbeifahrtpegel 68 dB(A). Aufgrund des zugehörigen Hintergrundpegels (= 95 %-Perzentil) von 58.4 dB(A) (s. Abb. B.1.8) ist eine Fremdgeräuschkorrektur von 0.5 dB erforderlich.

Mit der Beziehung

L_WA = Schalleistungspegel

L_pA* = korrigierter Vorbeifahrtpegel auf halber Höhe zwischen Pumpmaschinen- und Hauptmaschinenraum

s^ = (max.) senkrechter Vorbeifahrtabstand = 29 m

l = Abstand zwischen Pumpmaschinen- und Hauptmaschinenraum = 60 m

s0 = 1 m

ergibt sich ein Schalleistungspegel von 108 dB(A) und bei einer Fahrgeschwindigkeit von v = 3 km/h ein längenbezogener Schalleistungspegel von LWA‘ = 73 dB(A) (s. Erläuterungen zu Tab. III.5).

Für die Ausbreitungsrechnung wird daher entsprechend der DIN 18005 Teil 1 wie für den fließenden Schiffsverkehr ein Linienschalleistungspegel von L_WA‘ = 75 dB(A) zugrundegelegt, der auch bei Einsatz von Baggern mit 4000 m³ Laderaumkapazität nicht überschritten werden dürfte.

Die spektrale Analyse des Pumpmaschinen- und Hauptmaschinengeräusches zeigt Einzeltöne um 100 Hz, 600 Hz und 1 kHz, die jedoch nicht störend hervortreten, so daß kein Tonhaltigkeitszuschlag vergeben wird.

2.4 Eimerkettenbagger

Beschreibung der Quellen

An wenigen Stellen der Fahrrinne sind schwer lösbare Bodenarten wie gewachsener, festgelagerter Klei und Moränenmaterial wie Geschiebemergel zu baggern (s.a. Abschnitt 1.3). Dort ist der Einsatz von Eimerkettenbaggern vorgesehen. Eimerkettenbagger arbeiten annähernd stationär, indem sie sich sehr langsam zwischen mehreren Ankerpunkten mittels einer Seilwinde voranziehen. Im Bereich der Delegationsstrecke arbeitet sich ein Eimerkettenbagger auf diese Weise an einem Tag im Mittel auf einer Breite von 100 m etwa 40 m in Stromrichtung voran. Das Baggergut wird über eine Kette von Schürfeimern aufgenommen und in längsseits liegende Schuten geschüttet (s. Abb. III.5).

Dominierende Geräuschquellen sind

1. das Quietschen der Eimerkette (bei ungeschmierter Kette)
2. das Umschlagen der Eimer am höchsten Punkt,
3. Poltern von Steinen und Geröll im Schüttkanal.

Abb. III.5 Eimerkettenbagger im Einsatz

a) Blick auf die Eimerkette

 

b) Beladen der Schute

Zusammenstellung einiger relevanter technischer Daten
Einsatzzeitraum: 7 - 20 Uhr an 5 Arbeitstagen der Woche
Baggerleistung: 2.500 – 3.500 m³/Tag
Arbeitszyklus: ca. 1h Rüstzeit, 12 h reine Baggerzeit
[Strom und Hafen 1995, pers. Auskünfte vom Amt Strom- und Hafenbau]

Durchführung von Messungen

Am 04.08.1995 wurden im Bereich des Hamburger Hafens und der Hamburger Delegationsstrecke Schallemissionsmessungen an zwei Baggertypen durchgeführt, die vom Amt für Strom- und Hafenbau im Rahmen der Unterhaltungsbaggerung eingesetzt werden.

Objekt: Eimerkettenbagger "HEIMDALL" (mit ungeschmierter Eimerkette)
Eimergröße: 47 Eimer à 500 l
Schalldämmung: eingehauste Eimerkettenumlenkung (Stahlblech + Glaswolle + Lochblech)
Einsatzort: Baakenhöft (Hamburger Hafen)
Meßposition: Barkasse "Bagger Baas", 1.2 m über dem Dach und ca. 4 m über Wasser
Meßzeitraum: 4.08.1995, 8:15h - 8:45h
Wetter: heiter bis wolkig, Temperatur: 20°C, Feuchte: 63 %, Wind: 3-5 m/s)

Objekt: Eimerkettenbagger "DONAR" (mit geschmierter Eimerkette)
Eimergröße: 53 Eimer à 650 l
Schalldämmung: eingehauste Eimerkettenumlenkung (Stahlblech + Glaswolle + Lochblech), geschmierte Eimerkette
Einsatzort: Fahrrinnenrand auf Höhe Wittenbergen
Meßposition: Barkasse "Bagger Baas", 1.2 m über dem Dach und ca. 4 m über Wasser
Meßzeitraum: 4.08.1995, 10:00h - 10:20h
Wetter: heiter bis wolkig, Temperatur: 20°C, Feuchte: 63 %, Wind: 3-5 m/s)

Die Messungen wurden vom Dach einer Barkasse aus durchgeführt. Dabei wurde die Barkasse durch kurze Manöver bei ansonsten ausgeschaltetem Motor etwa in einer Entfernung von 25 m seitlich vom Bagger gehalten. Die genaue Entfernung wurde mittels eines Laser-Meßgerätes (Typ PULSAR 500 der Fa. EBEO-Lasertechnik) in regelmäßigen Abständen gemessen und im Protokoll mit der Uhrzeit des Bandlaufwerks festgehalten.

Auswertung der Emissionsmessungen

Abb. B.1.1 zeigt die in einer seitlichen Entfernung von 20 – 30 m aufgezeichneten Pegelverläufe (zur genauen Entfernung s. Abb. B.1.2). Deutlich zu erkennen ist der Einfluß des Baggergutes auf die Geräuschemission. Abschnitte von 4 – 5 min Dauer mit praktisch konstanten Betriebsbedingungen wurden isoliert, mittels der interpolierten Entfernungsangaben wurde der gemessene Schallpegel auf die Normentfernung von 25 m umgerechnet (Formel s. Erläuterungen von Tab. III.5) und anschließend statistisch analysiert (s. Abb. B.1.3-5). Für die Berechnung des mittleren Schalleistungspegels wird schließlich der über den Zeitausschnitt energetisch gemittelte 5s-Taktmaximalpegel ausgewertet. Die Ergebnisse sind in folgender Tabelle zusammengefaßt:

Tab. III.6: Schallemissionskenngrößen von Eimerkettenbaggern mit ungeschmierter (HEIMDALL) bzw. geschmierter Eimerkette (DONAR)

Quelle/Baggerort	Leq [dB(A)]	LAFTm,5 [dB(A)]	LWA [dB(A)]
HEIMDALL: Hafenschlick DONAR: Sand DONAR: Geröll	75,3 69,7 79,4	76,5 70,2 81,0	113 107 117
HEIMDALL: Geröll	-	-	119 *

* berechneter Wert (s. Text)
L_eq energieäquivalenter Dauerschallpegel in 25 m Entfernung
L_AFTm,5 energieäquivalenter mittlerer 5s-Taktmaximalpegel in 25 m Entfernung
L_WA mittlerer Schalleistungspegel (inkl. Impulszuschlag)

= L_AFTm,5 +

Das Quietschen der ungeschmierten Eimerkette des Baggers "HEIMDALL" tritt impulsartig in der Folge der Eimer, d.h. etwa alle 4 s, auf. Damit wird der Taktmaximalpegel ausschließlich durch diese Impulse bestimmt, das verbleibende Geräusch liegt mehr als 10 dB unter den Pegelspitzen (s. Abb. B.1.3). Anders sieht dies im Fall der geschmierten Kette beim Bagger "DONAR" aus: Hier beträgt der Impulszuschlag (Differenz zwischen L_AFTm,5 und L_eq), verursacht durch den Eimerumschlag, nur 0.5 dB. Poltern von Geröll im Schüttkanal erhöht den Taktmaximalpegel allerdings um mehr als 10 dB und ist daher ebenfalls allein pegelbestimmend. Dies ermöglicht die Berechnung eines mittleren Schalleistungspegels bei Baggerung von Geröll durch den Bagger "HEIMDALL", d.h. mit ungeschmierter Eimerkette, durch Pegeladdition des ersten und dritten Wertes in der Tabelle III.6.

Dieser hervorgehobene Wert von 119 dB(A) wird bei der Schallausbreitungsrechnung zugrundegelegt, da nach Auskunft des Amtes Strom- und Hafenbau im Bereich der Delegationsstrecke mit steinigem Material gerechnet werden muß.

Die spektralen Analysen der verschiedenen Betriebszustände zeigen keine stark hervortretenden Einzeltöne (s. Abb. B.1.6). Auffällig ist nur das von der Eimerkette beim Bagger "HEIMDALL" verursachte Quietschen mit seinem spektralen Schwerpunkt bei etwa 700 Hz. Der hierfür gerechtfertigte Lästigkeitszuschlag ist bereits wegen der Bewertung der Impulshaltigkeit des Quietschgeräusches im mittleren Taktmaximalpegel enthalten.

Von Privatunternehmen angebotene Eimerkettenbagger besitzen i.d.R. aufgrund der hohen Unterhaltungskosten eine ungeschmierte Kette. Die Eimergröße der in Frage kommenden Bagger (z.B. Bagger "HANSA") beträgt bis zu 1000 l. Hier ist mit einer durchaus höheren Schallemission allein aufgrund des Kettenquietschens zu rechnen.

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