Handbuch ZVI
UMWELT ZVI – Sichtbarkeit (Zones of Visual Influence)
ZVI - Sichtbarkeitsberechnung
ZVI (Zones of Visual Influence) ist ein WindPRO-Modul zur Berechnung und Darstellung des visuellen Einflusses von Windenergieanlagen in der Landschaft. Beispielsweise kann das Modul berechnen, von welchem prozentualen Anteil eines Untersuchungsgebietes aus eine gegebene Anzahl zu errichtender WEA sichtbar sind.
Es gibt keine allgemeingültige Aussage, wie weit man WEA sehen kann bzw. in welcher Entfernung WEA noch für das Landschaftsbild relevant sind. ZVI-Berechnungen werden oft während lokaler und regionaler Planungsphasen für neue WEA eingesetzt. Für konkrete Projekte kann ZVI einen Teil dazu beitragen, die Intensität der Umwelteinflüsse zu bewerten.
Eine Sichtbarkeitsanalyse ist ebenfalls geeignet für die Bewertung mehrerer Standortalternativen oder die Evaluierung geeigneter Aufstellungspunkte für WEA.
ZVI - Berechnungsmodell
Die Sichtbarkeitsberechnung basiert auf einem digitalen 3D-Modell der Landschaft, errichtet auf Grundlage einer Höhenliniendatei. Weiterhin fließen lokale und flächenhafte Hindernisse (z. B. Waldgebiete) mit ein. Skizzenhaft lässt sich die Methodik der Berechnung folgendermaßen beschreiben: Ein “Strahl” wird von jedem Rasterpunkt des Geländes in Richtung jeder WEA gesendet und dabei überprüft, ob der Strahl vom Relief oder den Hindernissen unterbrochen wird. Die Anzahl der nicht unterbrochenen Strahlen stellt die Anzahl der sichtbaren WEA dar. Folgende Eingaben sind im Vorfeld zu tätigen:
- WEA-Koordinaten (x,y,z)
- Nabenhöhe und Rotordurchmesser der WEA
- Digitale Höhenlinienkarte (WindPRO-WPO-Format, MAP, DXF oder SHP)
- Lokale Hindernisse (WAsP Format - lediglich für Hindernisse mit einer Porosität kleiner als 0,4)
- Flächenhafte Hindernisse mit definierter Höhe über Grund (Import aus DXF oder SHP-Dateien möglich)
ZVI - Eingabe für die ZVI-Berechnung
Für allgemeine Hinweise zum Arbeiten mit topographischen Karten lesen Sie bitte Kapitel 2 „BASIS“.
Für die Eingabe mehrerer Objekte gleicher Art halten Sie beim ersten Setzen des Objekts die <Umschalt>-Taste gedrückt, danach können Sie aufeinanderfolgend diese Art von Objekt in beliebiger Zahl setzen (Aufheben durch Drücken der rechten Maustaste).
Eingabe der WEA
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Siehe Kapitel BASIS 2.5.2 für weitere Informationen.
Eingabe des Digitalen Geländemodells
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Siehe Kapitel BASIS 2.8 (Linien-Objekt) und 2.10 (Höhenraster-Objekt) für weitere Informationen.
Eingabe von Arealen (flächenhafte Hindernisse)
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Die Eingabe geschieht über das Areal-Objekt. Damit die Flächen der Hindernisse bei der Berechnung berücksichtigt werden, muss als Zweck ZVI (Sichtbarkeitsbereiche) angegeben sein. Dateien im SHP- oder DXF-Format können importiert werden.
Siehe Kapitel BASIS 2.9 für weitere Informationen.
Eingabe lokaler Hindernisse
Alternativ oder ergänzend zu den Hindernissen, die in Form eines Areal-Objekts eingegeben werden, kann auch das Hindernis-Objekt verwendet werden. Wählen Sie das Hindernis-Symbol aus der rechten Symbolleiste und platzieren Sie es an der entsprechenden Stelle auf der Karte. Die Dimensionen des Hindernisses werden durch Ziehen des Objekts festgelegt (Klicken und Ziehen, um die Länge des Hindernisses festzulegen, danach zweites Klicken und Ziehen, um die Breite zu definieren, abschließend ein weiteres Mal Klicken).
Nach Definition der Position und Form des Hindernisses folgt die Eingabe für die Höhe und die Porosität im Fenster Hindernis-Eigenschaften.
[[image:|389x284px]]
Das ZVI-Modul betrachtet Hindernisse mit einer Porosität kleiner gleich 0,4 als massive Objekte, die in die Berechnung mit einbezogen werden. Hindernisse mit größerer Porosität werden als transparent angesehen und bewirken keine Sichtverstellung.
Radarstationen
[[image:]]
Platzieren Sie das Radar-Objekt an die Position der Radarstation. Die einzige benötigte Eigenschaft des Radar-Objekts außer seiner Position ist seine Höhe über Grund.
ZVI – Berechnung und Ergebnisse
Das Berechnungsmenu wird durch doppeltes Klicken auf den grünen Pfeil neben ZVI aktiviert (wenn dieser Pfeil gelb erscheint, besitzen Sie keine lizenzierte Version von ZVI - wenden Sie sich in diesem Fall bitte an EMD). Im Berechnungsmenu können verschiedene Parameter für die Berechnung definiert werden.
ZVI – Berechnungsvoraussetzungen
Register Hauptteil
Auf dem ersten Register kann ein Name für die Berechnung eingegeben werden und der Typ der ZVI-Berechnung ausgewählt werden.
[[image:|627x320px]]
Eine ZVI-Berechnung kann auf unterschiedliche Fragen die Antwort geben:
WEA:
- Normal: Wie viele WEA des Parks sind sichtbar?
- Kumulativ: Welche Windfarmen sind sichtbar? (Abschnitt 4.3.4)
Radarstationen:
- Layout-Prüfung: Wäre das WEA-Layout für Radarstationen sichtbar (Abschnitt 4.3.5)
- Planungskarte: Wo wären WEA für Radar sichtbar? (Abschnitt 4.3.5)
Die Berechnungsoptionen werden in der gelben Box erläutert, wenn sie angewählt werden.
Auf dem Register WEA werden die relevanten WEA ausgewählt (falls für den ausgewählten Berechnungstyp relevant).
Auf dem folgenden Register ZVI finden sich einige wichtige Parameter für die ZVI-Berechnung. Je nach ausgewählter Berechnung unterscheiden sich die verfügbaren Felder; die folgende Abbildung gilt für eine Normale ZVI-Berechnung.
[[image:|585x488px]]
Zentrum für berechneten Bereich / X / Y / Breite / Höhe: Über diese Felder wird der zu berechnende Bereich definiert. Am einfachsten geht dies aber über die Weltkugel-Schaltfläche [[image:|18x17px]]. Sie zeigt die Hintergrundkarte an, auf welcher der Bereich durch einen roten Rahmen angezeigt wird und verändert werden kann. Die entsprechenden Koordinaten und Abmessungen werden dann automatisch ausgefüllt.
Es ist schwierig, allgemein gültige Empfehlungen für die richtige Wahl der relevanten Fläche zu geben. Es kann eine Fläche von speziellem umweltrelevantem Interesse sein, die man vor dem visuellen Einfluss zu vieler WEA schützen will oder es kann eine große Fläche sein, in dem die Bereiche der jeweils sichtbaren WEA kenntlich gemacht werden soll. Es kann auch die nähere Umgebung eines Windparks sein, für den eine Sichtbarkeitsstudie verlangt wird. In jedem Fall muss die Fläche in einem Dialog zwischen Planer und Behörden oder Entscheidungsträgern definiert werden.
Auflösung: Eine Rasterweite von 5 oder 10 m kann die richtige Wahl für eine kleinere Fläche (bis zu 5 x 5 km) sein, während für ein größeres Areal auch 100 m oder mehr sinnvoll sein können.
Augenhöhe: Die Höhe von 1,5 m wird im Allgemeinen für die Augenhöhe des Betrachters angenommen. Für spezielle Rahmenbedingungen kann der Wert angepasst werden (z. B. als worst-case-Wert: 2m). Ist die Höhe eines Hindernisses (bzw. Polygons eines Areal-Objekts) höher als die Augenhöhe, so sind WEA von innerhalb des Hindernisses nicht sichtbar.
Gesamthöhe / Nabenhöhe als Bezugshöhe: Wird Gesamthöhe gewählt, gilt eine WEA bereits als sichtbar, wenn nur die obere Flügelspitze hinter einem Hindernis hervorschaut. Ist Nabenhöhe gewählt, so muss mindestens die halbe Rotorkreisfläche sichtbar sein. Stimmen Sie diesen Parameter mit der Genehmigungsbehörde ab.
Verwende Hindernisse: Durch die Möglichkeiten des Areal-Objekts lassen sich Sichthindernisse sehr viel exakter definieren als durch das Hindernis-Objekt. Die Option, Hindernis-Objekte in der ZVI-Berechnung nicht zu verwenden, wird angeboten, da eventuell in Ihrem Projekt Hindernisse vorhanden sein können, die Sie für eine Energieberechnung definiert haben, die aber in der ZVI-Berechnung durch ein Areal-Objekt repräsentiert werden.
Areal-Objekt: Wählen Sie aus der Liste der vorhandenen Areal-Objekte mit Zweck ZVI eines oder mehrere aus, welche die Sichtverschattenden Hindernisse enthalten. Die Höhe der Flächen im Arealobjekt wird auf die Höhe des Geländes aufgetragen, so dass für dahinterliegende Flächen eventuell keine Sichtbarkeit mehr gegeben ist. Weiterhin gilt die Windfarm innerhalb einer Fläche, deren Höhe die Augenhöhe des Betrachters (s.o.) überschreitet als nicht sichtbar, was z.B. in flächig definierten Ortschaften nicht zutrifft. Wenn hier größere Genauigkeit gewünscht ist, muss ggf. jedes Gebäude / Vegetationselement einzeln digitalisiert werden.
Verwende maximale Entfernung: Ab dieser Entfernung von einer WEA gilt diese als nicht mehr sichtbar; dies gilt sowohl für die ZVI eines Einzelwindparks als auch für die Berechnung der Kumulativen Beeinträchtigung.
Die Tabelle im unteren Bereich ermöglicht, unterschiedliche Darstellungsformen der ZVI-Karte auf Berichten und Ergebnislayer zu definieren. Über die Bearb.-Schaltflächen können die Legenden festgelegt und auf Wunsch als Vorlage oder als Länderstandard gespeichert werden.
ZVI – Berechnung
Wenn Sie auf OK klicken erfolgt eine Abfrage, ob Sie die Berechnung sofort starten möchten oder nicht. Dies erlaubt Ihnen, eine Berechnung vorzubereiten und dann z.B. über Nacht laufen zu lassen. Die Berechnung kann je nach Auflösung und Umfang einige Zeit dauern. Da die Berechnung aber im Hintergrund abläuft, können Sie an einem anderen Teil des Projekts weiterarbeiten. Sie können die Berechnung aber auch mit dem Befehl Stopp jederzeit abbrechen. Den Befehl finden Sie, wenn Sie mit der rechten Maustaste auf den Titel der Berechnung klicken.
ZVI – Voransicht und Ausdruck von Ergebnissen
Nach Abschluss der Berechnung erscheint die Gliederung der Ergebnisse im Fenster des Projektmanagers:
[[image:|627x373px]]
Es sind bei der Normalen ZVI-Berechnung (Sichtbarkeit eines Windparks) zwei Teilergebnisse verfügbar:
Zusammenfassung: Tabellarische Liste der betroffenen Flächen, aufgeteilt nach Anzahl der sichtbaren WEA. Diese Information ist wertvoll für Bewertung der Sichtbarkeiten verschiedener Aufstellungsvarianten. Zur besseren Übersichtlichkeit ist ein Tortendiagramm der Werte aufgeführt.
Karte: Karte mit der Position der WEA und einer Rastergrafik der Sichtbarkeitsbereiche, die den Einfluss der WEA sowie die Flächen getrennt nach Anzahl der sichtbaren WEA darstellt.
Durch einen Doppelklick auf den Titel eines Einzelergebnisses erscheint dieses auf dem Bildschirm. Zur Ansicht, zum Druck sowie zu den allgemeinen Darstellungsoptionen siehe Kapitel 2 Basis. Besondere Darstellungsoptionen bei den Ergebnissen der ZVI-Berechnung sind:
Karte
[[image:|434x376px]]
Die Definition der Farben für die Darstellung der visuell betroffenen Flächen erfolgt über die Darstellungsoptionen der Karte rechts unten, Zeilen ZVI-Karte, Raster sowie ZVI-Karte, Linien.
Durch die Lupen-Schaltflächen neben jeder Zeile sind die Legendenoptionen zugänglich (siehe auch Kapitel 2.11.2.3)
4.3.3.4 Sichtbarkeitsbereiche im Ergebnis-Layer
Wenn Sie in den Berechnungseinstellungen der ZVI-Berechnung die entsprechende Option gewählt haben, wird nach der Berechnung im Kartenfester ein Ergebnis-Layer mit den Sichtbarkeitsbereichen erzeugt.
'4.3.4 ZVI – Kumulative Einwirkung mehrerer Windfarmen
Die Berechnung der kumulativen Sichtbarkeit wird verwendet, um den visuellen Einflussbereich mehrerer Windfarmen, die sich im gleichen Gebiet befinden, darzustellen. Dies kann z.B. relevant sein, wenn ein neues Projekt in der Nähe einer bestehenden Windfarm geplant ist, wenn der zusätzliche Bereich dargestellt werden soll, von dem eine Windfarm nach einer Erweiterung sichtbar sein wird oder wenn mehrere Projekte im selben Gebiet konkurrieren.
Die Berechnung der Kumulativen Sichtbarkeit wird für die Windfarm als Einheit ausgeführt, nicht für die individuellen WEA.
4.3.4.1 Eingangsdaten
WEA, die auf einem Layer liegen, werden in Bezug auf die Berechnung der Kumulativen Einwirkung als eine Windfarm betrachtet. Obgleich es möglich ist, die Berechnung für eine große Zahl Windfarmen durchzuführen und dies auch in speziellen Situationen angebracht sein kann (siehe letzter Absatz), sind die Ergebniskarten in der Regel besser interpretierbar, wenn nicht mehr als drei verschiedene Windfarmen betrachtet werden.
In den ZVI-Berechnungseinstellungen muss die Option Kumulativ: Welche Windfarmen sind sichtbar? ausgewählt werden
4.3.4.2 Berechnungsergebnisse
Die Berechnungsergebnisse sind zum einen eine Aufstellung der Flächenanteile, von denen aus die unterschiedlichen möglichen Kombinationen von Windfarmen sichtbar sind, zum anderen eine Karte mit den Sichtbarkeitsflächen:
Im Gegensatz zu den Ergebnissen einer Standard-ZVI-Berechnung, bei der lediglich die Anzahl der sichtbaren WEA angezeigt wird, ist hier der Karte zu entnehmen, welche Windfarmen sichtbar sind, also z.B. Bereiche, in denen nur Windfarm A sichtbar ist, Bereiche, in denen Windfarm A und B, A und C etc. sichtbar sind. Die Legendenkategorien geben alle möglichen Kombinationen der unterschiedlichen Windfarmen wieder. Für n Windfarmen ist die Anzahl der möglichen Kombinationen 2n, d.h. für vier Windfarmen gibt es 16 Legendenkategorien.
Die Kartendarstellung kann durch das Ändern von Farben der Legendeneinträge angepasst werden. Wenn Sie z.B. nur die Flächen sehen möchten, bei denen Windfarm A und mindestens eine weitere Windfarm sichtbar sind, können sie alle anderen Legendeneinträge auf die Farbe Weiß setzen.
Entsprechend können Sie, wenn Sie nur die Flächen sehen möchten, von denen aus alle Windfarmen sichtbar sind, alle anderen Legendeneinträge auf Weiß setzen. In diesem Zusammenhang kann es auch sinnvoll sein, für mehr als die oben vorgeschlagenen 3 Windfarmen zu berechnen.
''''4.3.5 Radar ZVI
Es können zwei Arten von Radar-ZVI-Berechnungen durchgeführt werden. Bei der Layout-Prüfung wird berechnet, ob die WEA von einer oder mehreren definierten Radarstationen aus sichtbar sind. Dabei wird auch der (vertikale) Abstand zum Radar berechnet, was die Entfernung zwischen der oberen Blattspitze der WEA und dem Suchstrahl des Radars ist (Negative Werte bedeuten, dass die WEA für das Radar sichtbar ist; siehe Abbildung unten).
Die zweite Option, Planungskarte, berechnet eine Karte der Bereiche, in denen WEA einer bestimmten Abmessung für definierte Radarstationen nicht sichtbar wären. Dort, wo die WEA für das Radar sichtbar wären, wird angegeben, wie viel der WEA in den Suchstrahl fällt.
4.3.5.1 Radar ZVI – Einstellungen
Einstellungen der Layoutprüfung
Auf dem Register Hauptteil muss die Option Layout-Prüfung: Wäre Layout für Radar sichtbar? ausgewählt sein.
Zur Eingabe der WEA und der Radarstationen siehe Abschnitt 4.3.2.
Für die Berechnung ist es notwendig, dass das digitale Geländemodell in ein Rasterformat umgewandelt wird, das geschieht mit der auf dem Register ZVI eingestellten Schrittweite (Rasterweite).
Auf dem Register Radar können zum einen die zu verwendenden Radar-Objekte sowie die Refraktionskonstante ausgewählt werden.
Die Refraktionskonstante k steht für die Beugung der Radarstrahlen in der Atmosphäre. Durch diese Beugung können Radarstrahlen weiter reichen als der sichtbare Horizont. Rechnerisch wird die Refraktion in der Regel so umgesetzt, dass eine geringere Erdkrümmung angenommen wird, so dass die Radarstrahlen wie gerade Linien behandelt werden können. Um zu dieser geringeren Erdkrümmung zu kommen, wird der tatsächliche Erdradius mit der Refraktionskonstante k multipliziert. Der Standardwert hierfür ist 1,33 (4/3). In den USA werden Werte zwischen 1,25 und 1,9 verwendet.
[[image:|585x488px]]
Berechnung einer Planungskarte
Auf dem Register Hauptteil der ZVI-Berechnung sollte Planungskarte: Wo wären WEA für Radar sichtbar? ausgewählt sein.
Zur Eingabe der WEA und der Radarstationen siehe Abschnitt 4.3.2.
Auf dem Register ZVI kann über die Weltkugel-Schaltfläche der Bereich definiert werden, für den die Berechnung gemacht werden soll (alternativ: über Angabe von Mittelpunktkoordinaten / Abmessungen).
Über Schrittweite wird einerseits die Rasterweite des digitalen Geländemodells definiert (siehe Layout-Prüfung), andererseits ist dies auch die Rasterweite der resultierenden Karte.
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Weiterhin werden im unteren Bereich dieses Registers die Darstellungsparameter für die Karte festgelegt.
Der WEA-Typ, für den die Karte berechnet wird, wird auf dem Register Radar ausgewählt. Wird dort eine WEA-Höhe von 0 m angegeben, entspricht der auf der Karte angegebene (vertikale) Abstand zum Radar der maximalen Höhe, die eine WEA haben darf, damit sie für das Radar nicht sichtbar ist.
[[image:|585x488px]]
4.3.5.2 Radar-ZVI – Berichte
Layout-Prüfung:
In einer Tabelle wird der (vertikale) Abstand der oberen Blattspitze der WEA zum Radarstrahl angegeben. Ein negativer Wert bedeutet, dass ein Teil der WEA für das Radar sichtbar ist.
''''Planungskarte:
Das Kartenergebnis zeigt eine Karte der vertikalen Abstände zwischen oberer WEA-Blattspitze und Radarstrahl unter der Annahme, dass in der Mitte der jeweiligen Rasterzelle eine WEA der definierten Größe stünde. Negative Werte bedeuten, dass ein entsprechend großer Teil der WEA für das Radar sichtbar ist.