LVF 2005:16 Spridningsberäkningar av kvävedioxid och partiklar, PM10 för väg 76, Norrtälje SLB-ANALYS, AUGUSTI 2005
Innehållsförteckning Innehållsförteckning... 2 Förord... 3 Sammanfattning... 4 Miljökvalitetsnormer och hälsopåverkan... 5 Kvävedioxid, NO 2... 5 Inandningsbara partiklar, PM10... 6 Emissioner och trafik... 7 Stockholms och Uppsala läns emissionsdatabas... 7 Trafik år 2025... 7 Beräkningsmodeller... 8 Jämförelser mellan mätningar och beräkningar... 8 Resultat... 9 Halter av kvävedioxid, NO 2... 9 Halter av partiklar, PM10... 12 Referenser... 15 2
Förord Denna utredning är genomförd av SLB-analys vid Miljöförvaltningen i Stockholm. SLB-analys är operatör för Stockholms och Uppsala läns luftvårdsförbunds system för övervakning av luftmiljö. Uppdragsgivare för utredningen är Vägverket. Kontaktperson har varit Catarina Holdar på Tyréns AB. Syftet med uppdraget är att beräkna halter av kvävedioxid och partiklar, fraktionen PM10 för ny dragning av Väg 76 förbi Norrtälje tätort. Förbifarten innebär att nuvarande väg tas över av kommunen och att nya anslutningar till tätorten anordnas från den nya vägen. Beräknade luftföroreningshalter för år 2025 jämförs med miljökvalitetsnormer för kvävedioxid och partiklar, PM10, vilka ska klaras fr o m den 1 januari 2006 respektive 1 januari 2005. I beräkningarna har Stockholms och Uppsala läns luftvårdsförbunds länstäckande emissionsdatabaser använts. Bakgrundshalten, d v s bidraget från utsläppskällor utanför Norrtälje tätort, har erhållits utifrån mätningar vid Norr Malma. Till bakgrundshalten har det lokala bidraget från främst vägtrafiken i tätorten adderats. Rapporten har sammanställts av Lars Burman Stockholm i augusti 2005. Miljöförvaltningen i Stockholm Box 38024 100 64 Stockholm www.slb.nu 3
Sammanfattning SLB-analys har fått i uppdrag att genomföra spridningsberäkningar för kvävedioxid (NO 2 ), och inandningsbara partiklar (PM10) för Väg 76 som planeras väster om Norrtälje tätort. Syftet med beräkningarna är att avgöra hur luftföroreningssituationen påverkas i området samt om miljökvalitetsnormer klaras. Förutom utbyggnadsalternativet har beräkningar gjorts för ett s k nollalternativ som också avser situationen år 2025, men utan att vägen byggs. I beräkningarna har Stockholms och Uppsala läns luftvårdsförbunds länstäckande emissionsdatabaser använts. Uppdateringar av databaserna har gjorts för det aktuella projektet med avseende på den nya trafiken som prognosticerats. Beräkningarna har utförts med förväntad reningsgrad på fordonsparken år 2020-2025, enligt beslutade avgaskrav. PM10 består till största del av partiklar från slitage av däck, bromsar och vägbana. Utsläppen påverkas främst av dubbdäckanvändningen. Beräkningarna i rapporten avser nuvarande dubbdäckandel i länet, d v s ca 60-70 % under vintern. Beräkningar för NO 2 och PM10 har gjorts för 98- percentil respektive 90-percentil för dygnsmedelvärden. Det motsvarar den luftföroreningshalt som erhålls under det 8:e respektive 36:e värsta dygnet under beräkningsåret. Dessa miljökvalitetsnormer är generellt sett svårast att klara i Stockholms län Beräkningarna visar att miljökvalitetsnormer för NO 2 och PM10 klaras i området år 2025, både för utbyggnads- och nollalternativet. Kvävedioxidhalten (90-percentil av dygnsmedelvärden) i utbyggnadsalternativet uppgår som högst till ca 21 µg/m 3. Det är mycket lägre än motsvarande miljökvalitetsnorm på 60 µg/m 3. Även miljökvalitetsnorm avseende årsmedelvärde och timmedelvärde för NO 2 klaras. Att miljökvalitetsnormer för kvävedioxid klaras med stor marginal beror på att fordonsparken förväntas minska sina utsläpp av kväveoxider fram till år 2020-2025. PM10-halten (90-percentil av dygnsmedelvärden) i utbyggnadsalternativet har beräknats som högst till ca 34 µg/m 3. Det är lägre än motsvarande miljökvalitetsnorm på 50 µg/m 3. I och med utbyggnaden av förbifarten sjunker halten av kvävedioxid och partiklar, PM10 främst längs Estunavägen och Stockholmsvägen. I jämförelse med nollalternativet minskar beräknat dygnsmedelvärde för NO 2 och PM10 med uppemot ca 30 % respektive ca 15 %. Halterna av kvävedioxid och PM10 beräknas däremot öka längs den nya förbifarten, främst vid anslutningsvägarna. I jämförelse med nollalternativet ökar beräknat dygnsmedelvärde för NO 2 och PM10 med uppemot ca 20 % respektive ca 30 %. Från hälsosynpunkt är det viktigt att minimera exponeringen av avgaser och partiklar från vägtrafiken. Allt mer pekar på att det egentligen inte finns någon tröskelnivå under vilken inga hälsoeffekter uppkommer. I och med förbifarten avlastas Norrtälje tätort från biltrafik och därmed minskar luftföroreningarna där många människor bor, vistas och arbetar. Detta medför hälsovinster. 4
Miljökvalitetsnormer och hälsopåverkan Miljökvalitetsnormer är bindande nationella föreskrifter vilka har utarbetats i anslutning till miljöbalken. Normvärden och begrepp grundas på EG-direktiv och ska spegla den lägsta godtagbara luftkvaliteten som människa och miljö tål enligt befintligt vetenskapligt underlag. I praktiken har dock normerna närmat sig EU:s gränsvärden, som också tar hänsyn till praktiska möjligheter att uppnå normerna. En miljökvalitetsnorm ska klaras snarast möjligt, dock senast vid en för varje ämne angiven tidpunkt. För närvarande finns miljökvalitetsnormer för kvävedioxid, partiklar (PM10), bensen, kolmonoxid, svaveldioxid, ozon och bly [1]. Denna utredning omfattar haltberäkningar av kvävedioxid och PM10. Halterna av svaveldioxid, bensen, kolmonoxid och bly i Stockholms län är så låga att de med god marginal underskrider miljökvalitetsnormerna i dagsläget. Bensenberäkningar för väg 76 har gjorts, men dessa redovisas inte i rapporten. Halterna ligger lång under miljökvalitetsnorm och skillnaden mellan utbyggnads- och nollalternativ är liten, vilket beror på att bakgrundshalten dominerar år 2025. Vid planering och planläggning ska kommuner och myndigheter ta hänsyn till miljökvalitetsnormerna. I plan- och bygglagen (PBL 2 kap. 2 ) anges bl a att planläggning inte får medverka till att en miljökvalitetsnorm överträds. Till miljökvalitetsnormerna finns utvärderingströsklar kopplade. Anledning till att man har dessa är bl a de osäkerheter som alltid finns i spridningsberäkningar och för att lokala variationer alltid kan förekomma. Kvävedioxid, NO 2 Miljökvalitetsnormer för kvävedioxid redovisas i Tabell 1. Med 98-percentil avses den halt som underskrids 98 % och överskrids 2 % av medelvärdestiden. När 98-percentilen för dygnsmedelvärdet redovisas så innebär det att det är medelvärdet under det åttonde värsta dygnet under ett år som redovisas. I samtliga kontinuerliga mätningar som utförts i belastade miljöer i Stockholm och Uppsala län har 98-percentilen för dygnsmedelvärden av kvävedioxid legat sämst till i förhållande till normvärdet. I en kartläggning av kvävedioxidhalter över Stockholms och Uppsala län bekräftades även att normvärdet för dygn var svårast att klara [2]. Efter den 31 december 2005 får normen för kvävedioxid inte överskridas. Det finns också ett långsiktigt nationellt miljökvalitetsmål för årsmedelvärde av kvävedioxid på 20 µg/m 3. Värdet ska klaras senast år 2010. Tabell 1. Miljökvalitetsnormer för kvävedioxid som ska klaras den 1 januari 2006 [1]. Tid för medelvärde Normvärde (µg/m 3 ) Värdet får inte överskridas mer än Övre tröskel för utvärdering (µg/m 3 ) 1 timme 90 175 timmar per år (98-percentil) 72 1 dygn 60 7 dygn per år (98-pecentil) 48 Kalenderår 40 får ej överskridas 32 5
Inandningsbara partiklar, PM10 Miljökvalitetsnormer för PM10 redovisas i Tabell 2. Med 90-percentil menas den halt som underskrids 90 % och överskrids 10 % av medelvärdestiden. När 90-percentilen för dygnsmedelvärdet redovisas så innebär det medelvärdet under det 36:e värsta dygnet under året. I de mätningar som har utförts i olika belastade miljöer i Stockholms och Uppsala län har 90- percentilen för dygnsmedelvärden legat sämre till än årsmedelvärdet i förhållande till respektive normvärde för PM10. Nu gällande miljökvalitetsnormer för PM10 överensstämmer med EU:s gränsvärden som anges för etapp 1 i EG-direktiv 99/30/EG [3]. I direktivet anges dessutom gränsvärden för etapp 2 som ska klaras den 1 januari 2010 (Tabell 3). Ett antal arbetsgrupper tillsatta av EU har nyligen genomfört en översyn och föreslagit att man kompletterar gränsvärdet för PM10 med ett gränsvarde för partikelfraktionen PM2,5. Tabell 2. Miljökvalitetsnormer för partiklar, PM10, som ska klaras den 1 januari 2005 [1]. Tid för medelvärde Normvärde (µg/m 3 ) Värdet får inte överskridas mer än Övre tröskel för utvärdering (µg/m 3 ) 1 dygn 50 35 dygn per år (90-pecentil) 30 (98-percentil, värdet får inte överskridas mer än 7 ggr per år) Kalenderår 40 Får ej överskridas 14 Tabell 3. EU:s gränsvärden för partiklar, PM10, som ska klaras den 1 januari 2010 [3]. Tid för medelvärde Normvärde (µg/m 3 ) Värdet får inte överskridas mer än Övre tröskel för utvärdering (µg/m 3 ) 1 dygn 50 7 dygn per år (98-percentil) 30 (98-percentil, värdet får inte överskridas mer än 7 ggr per år) Kalenderår 20 får ej överskridas 14 När det gäller hälsopåverkan tyder allt mer på att olika partiklar har väsentligt olika hälsoeffekter och att det inte finns någon tröskelnivå under vilken inga effekter uppkommer. Både den grova fraktionen av PM10, som främst kommer från slitage av vägbanorna och den ultrafina fraktionen, som främst härrör från fordonsavgaser, har påvisade hälsoeffekter. De grövre partiklarna påverkar i huvudsak andningsvägarna, medan de ultrafina dessutom kan ha effekter på hjärt- och kärlsystemen. De ultrafina avgaspartiklarna har en betydligt mindre massa jämfört med slitagepartiklarna och ger därför litet genomslag på PM10-halterna. Vissa av de planerade åtgärderna för att minska PM10- halterna i Stockholms län påverkar enbart de grova partiklarna. Detta gäller t ex åtgärder som leder till minskad dubbdäckandel i Stockholm. Andra åtgärder, som t ex gör att trafiken minskar, sänker halterna av både grova och ultrafina partiklar. Vad gäller ultrafina partiklar kommer dessa successivt att minska i framtiden p g a lägre utsläpp från nya fordon som introduceras. 6
Emissioner och trafik Stockholms och Uppsala läns emissionsdatabas Emissionsdata, d v s utsläppsdata, utgör indata för beräkningsmodellen vid framräkning av haltkoncentrationer i luften. I beräkningarna har Stockholms och Uppsala läns luftvårdsförbunds länstäckande emissionsdatabaser använts [4]. Där finns detaljerade beskrivningar av utsläpp från bl a vägtrafiken, energisektorn, industrin och sjöfarten. Vägtrafikens utsläpp av kvävedioxid och avgaspartiklar är beskrivet med emissionsfaktorer för olika fordons- och vägtyper enligt Vägverkets EVA-modell 2.2 [5]. Förutom avgaspartiklar genereras och sprids också slitagepartiklar tillhörande PM10 från bl a däck, bromsar och vägbana. Emissionsfaktorer för dessa är erhållna utifrån mätningar på Hornsgatan i centrala Stockholm. Korrektion har gjorts för att uppvirvlingen av slitagepartiklar ökar med hastigheten [6]. Sammansättningen avseende fordonsparkens avgasreningsgrad har i detta fall beräknats utifrån förhållandena år 2020-2025. För slitagepartiklar förväntas i stort sett samma emissioner framgent som i dagsläget så länge åtgärder inte vidtas mot utsläpp och spridning av dessa partiklar. För de totala utsläppen av PM10 i Stockholms län (där avgaspartiklar utgör en mindre del), förväntas en minskning på ett par procent fram till år 2020 vid oförändrad trafikmängd. Den mest effektiva enskilda åtgärden för att minska PM10-halterna (slitagepartiklarna) är att reducera användningen av dubbdäck. En halverad användning, från dagens 60 % vintertid, beräknas innebära att PM10-halterna sjunker med 20-30 %. Åtgärden finns med i Länsstyrelsens förslag till åtgärdskatalog för att klara miljökvalitetsnormer för PM10 till år 2005 [8]. Beräkningarna i rapporten avser dock nuvarande dubbdäckandel i länet. Trafik år 2025 År 2025 med Väg 76 förbi Norrtälje tätort, samt utökat handelscentrum och helt utbyggt Färsna och Nordrona. Fordon per dygn. År 2025 utan vägutbyggnad, men med utökat handelscentrum och helt utbyggt Färsna och Nordrona. Fordon per dygn. 7
Beräkningsmodeller Spridningsberäkningarna för luftföroreningar kan göras med hjälp av olika modeller; vindmodell, gaussisk spridningsmodell samt en gaturumsmodell (Canyon). Vindmodellen genererar ett representativt vindfält över hela beräkningsområdet. Indata till modellen är en klimatologi, som baseras på mätningar från en 50 m hög mast i Högdalen i Stockholm under perioden 1990-2000. Mätningarna inkluderar horisontell och vertikal vindhastighet, vindriktning, temperatur, temperaturdifferensen mellan tre olika nivåer och solinstrålning. Vindmodellen tar även hänsyn till variationerna i lokala topografiska förhållanden. Den gaussiska spridningsmodellen har använts för att beräkna halternas fördelning över beräkningsområdet. I Gaussmodellen används en variabel gridstorlek som bestäms av storleken på beräkningsområdet och antalet gridrutor. Beräkningsfönstret över Norrtälje består av 102 * 123 gridrutor om vardera ca 25*25 meter. För att få en beskrivning av haltbidragen från källor som ligger utanför beräkningsfönstret har beräkningarna gjorts för ett betydligt större område omfattande Stockholms och Uppsala län. Haltbidragen från källor utanför länen har erhållits genom mätningar. Gaturumsmodellen eller Canyonmodellen används för att beskriva hur utsläppen av luftföroreningar från trafiken fördelar sig i ett gaturum. Den har inte använts i denna utredning. Spridningsmodellerna genererar endast halterna av kväveoxider, NO x, d v s summan av kvävemonoxid, NO, och kvävedioxid, NO 2. Utsläppen av NO x sker till största delen i form av NO. Andelen NO 2 av den totala NO x -halten varierar olinjärt med NO x -halten. I luften oxideras NO till NO 2 vid reaktionen med framför allt markozon. Denna reaktion tar några minuter beroende på ozonhalt. NO 2 sönderdelas i sin tur till NO p g a solljusets inverkan. Även denna process är relativt snabb och kan ske inom loppet av några minuter beroende på solinstrålningen. Med hjälp av mätningar under ett stort antal år på mer eller mindre utsläppsbelastade platser i och utanför Stockholm kan halterna av NO x relateras till halterna av NO 2. De beräknade NO x -halterna kan därmed räknas om till NO 2 -halter. Jämförelser mellan mätningar och beräkningar För att få en uppfattning om den totala noggrannheten i hela beräkningsgången d v s emissionsberäkningar, vind- och stabilitetsberäkningar samt spridningsberäkningar har modellberäkningarna jämförts med mätningar av både luftföroreningar och meteorologiska parametrar i länet. Hänsyn har också tagits till intransporten av luftföroreningar, baserat på mätningar vid Aspvreten för den södra delen och vid Norr Malma för den norra delen av länet. För kvävedioxid är avvikelsen mellan mätningar och beräkningar mindre än ca 20 %. För PM10 är avvikelsen mindre än ca 30 %.
Resultat Nedan redovisas resultat från beräkningar med den gaussiska spridningsmodellen för kvävedioxid och inandningsbara partiklar, PM10. Halter av kvävedioxid, NO2 På kartorna nedan redovisas beräknad total halt av kvävedioxid, NO2, under det 8:e värsta dygnet (98percentilen). Redovisningen avser luftföroreningssituationen år 2025. Nollalternativet Kvävedioxid, 98-percentilen av dygnsmedelvärden 2025 21-28 µg/m3 18-21 µg/m3 15-18 µg/m3 <15 µg/m3 Motsvarande miljökvalitetsnorm är 60 µg/m3. Kommentar: Kvävedioxidhalten (98percentil av dygnsmedelvärden) i nollalternativet uppgår som högst till ca 28 µg/m3, längs Stockholmsvägen. Miljökvalitetsnormen på 60 µg/m3 klaras överallt. Även miljökvalitetsnormer avseende årsmedelvärde och timmedelvärde för NO2 klaras. 0 100 200 Att miljökvalitetsnormer för kvävedioxid klaras beror på att fordonsparken förväntas minska sina utsläpp av kväveoxider fram till år 2020-2025. 400 meter 9
Utbyggnadsalternativet Kvävedioxid, 98-percentil av dygnsmedelvärden 2025 18-21 µg/m 3 15-18 µg/m 3 <15 µg/m 3 Motsvarande miljökvalitetsnorm är 60 µg/m 3. 0 100 200 400 meter Kommentar: Kvävedioxidhalten (98- percentil av dygnsmedelvärden) i utbyggnadsalternativet uppgår som högst till ca 21 µg/m 3, i centrala delarna av tätorten. Miljökvalitetsnormen på 60 µg/m 3 klaras överallt. Även miljökvalitetsnorm avseende årsmedelvärde och timmedelvärde för NO 2 klaras. Att miljökvalitetsnormer för kvävedioxid klaras beror på att fordonsparken förväntas minska sina utsläpp av kväveoxider fram till år 2020-2025. 10
Förändring av kvävedioxidhalt Jämförelse mellan utbyggnadsalternativ och nollalternativ. Kvävedioxid, 98-percentil av dygnsmedelvärden 2025 Ökning 10-20 % Ökning 5-10 % Mindre än 5 % skillnad Minskning 5-10 % Minskning 10-30 % 0 100 200 400 meter Kommentar: I och med utbyggnaden av förbifarten sjunker kvävedioxidhalten främst längs Estunavägen och Stockholmsvägen. Dygnsmedelvärdet minskar som mest med ca 30 %, i jämförelse med nollalternativet. Halten ökar längs förbifarten, uppemot ca 20 % vid anslutningsvägarna. Exponeringen av kvävedioxid minskar då trafiken och utsläppen flyttar längre ifrån bebyggelsen, vilket medför hälsovinster. 11
Halter av partiklar, PM10 På kartan redovisas beräknad total halt av inandningsbara partiklar, PM10, under det 36:e värsta dygnet (90- percentil). Redovisningen avser luftföroreningssituationen år 2025. Inga särskilda åtgärder antages ha vidtagits i beräkningarna som följer för att minska PM10-halterna i Stockholms län. Nollalternativet Partiklar, PM10 90-percentil av dygnsmedelvärden 2025 30-33 µg/m 3 27-30 µg/m 3 24-27 µg/m 3 Motsvarande miljökvalitetsnorm är 50 µg/m 3. Kommentar: PM10-halten (90-percentil av dygnsmedelvärden) i utbyggnadsalternativet uppgår som högst till ca 33 µg/m 3. Miljökvalitetsnormen på 50 µg/m 3 klaras överallt. Även miljökvalitetsnorm avseende årsmedelvärde för PM10 klaras. 0 100 200 400 meter PM10-halten lokalt består till relativt stor del av de partiklar som finns i den bakgrundsluft som förs in över länet. I närheten av vägar och gator beror den förhöjda halten till största delen på partiklar från slitage av bl a vägbana, däck och bromsar. Speciellt under vinter och vår binds och ackumuleras dessa partiklar på våta vägbanor för att sedan virvla upp vid torrt väder. 12
Utbyggnadsalternativet Partiklar, PM10 90-percentil av dygnsmedelvärden 2025 30-34 µg/m 3 27-30 µg/m 3 24-27 µg/m 3 Motsvarande miljökvalitetsnorm är 50 µg/m 3. Kommentar: PM10-halten (90-percentil av dygnsmedelvärden) i utbyggnadsalternativet uppgår som högst till ca 34 µg/m 3. Miljökvalitetsnormen på 50 µg/m 3 klaras överallt. Även miljökvalitetsnorm avseende årsmedelvärde för PM10 klaras. 0 100 200 400 meter 13
Förändring av partikelhalt Jämförelse mellan utbyggnadsalternativ och nollalternativ. Partiklar, PM10 90-percentil av dygnsmedelvärden 2025 Ökning 10-30 % Ökning 5-10 % Mindre än 5 % skillnad Minskning 5-10 % Minskning 10-15 % 0 100 200 400 meter Kommentar: Partikelhalten minskar som mest med ca 15 % i jämförelse med nollalternativet. Halten ökar däremot längs förbifarten, uppemot ca 30 % vid anslutningsvägarna. Exponeringen av partiklar, PM10 minskar då trafiken och utsläppen flyttar längre ifrån bebyggelsen, vilket medför hälsovinster. µ 14
Referenser 1. Miljödepartementet 2001, Förordning om miljökvalitetsnormer för utomhusluft (SFS 2001:527) 2. Kartläggning av kvävedioxidhalter i Stockholms och Uppsala län- jämförelser med miljökvalitetsnormer, LVF rapport 3:99 3. Europaparlamentets och rådets direktiv om gränsvärden för svaveldioxid, kvävedioxid och kväveoxider, partiklar och bly i luften (1999/30EG). 4. Stockholms och Uppsala läns Luftvårdsförbund, Luftföroreningar i Stockholms och Uppsala län utsläppsdata 2001 (LVF 2003:4). 6. Bringfeldt, B, Backström, H, Kindell, S. et al 1997. Calculations of PM-10 concentrations in Swedish cities Modelling of inhalable particles. SMHI RMK No. 76 7. Danvikslösen Systemutformning av tunnelventilation. Förhandskopia 2004-02-24. Scandiaconsult Sverige AB. 8. Länsstyrelsen i Stockholms län Förslag till åtgärdsprogram för partiklar, PM10. 9. Kartläggning av partikelhalter (PM10) i Stockholms och Uppsala län- jämförelser med miljökvalitetsnormer, LVF rapport 2003:1. 5. Vägverket, EVA SYSDOK, version 2.2, Modellspecifikation, fordonseffektmodell. Rev 2000-07-03, Håkan Johansson MN. SLB-analys rapporter finns att hämta på www.slb.nu X Kartläggning av bensenhalter i Stockholms och Uppsala län- jämförelser med miljökvalitetsnormer, LVF rapport 14:04 15
Stockholms- och Uppsala Läns Luftvårdsförbund är en ideell förening. Medlemmar är 31 kommuner, länens två landsting samt ett antal företag och statliga verk. Samarbete sker med länsstyrelserna i de två länen. Målet med verksamheten är att samordna arbetet vad gäller luftmiljö i länen med hjälp av ett system för luftmiljöövervakning, bestående av bl a mätningar, emissionsdatabaser och spridningsmodeller. SLB-analys driver systemet på uppdrag av Luftvårdsförbundet. POSTADRESS: Göta Ark 190, 118 72 Stockholm BESÖKSADRESS: Medborgarplatsen 25, 1 tr. TEL. 08 615 94 00 FAX 08 615 94 94 INTERNET www.slb.nu/lvf 16