Die zweite von uns durchgeführte Umfrage war vom 16. Juli bis 14. August auf unserer Seite aufgeschaltet. Bei dieser Umfrage

ging es um die Frage welche Konzentration ein Ausbreitungsmodell ermittelt:

a) Die mittlere Konzentration von mehreren identischen Freisetzungen.

b) Die vor Ort real gemessene Konzentration.

50% der Teilnehmer wusste keine Antwort. 42% gaben an, dass die mittlere Konzentration von mehreren identischen Freisetzungen korrekt ist und 8%, dass ein Ausbreitungsmodell, die vor Ort real gemessene Konzentration ermittelt.

Die richtige Antwort ist "..die mittlere Konzentration von mehreren identischen Freisetzungen".  Der Grund für diesen auf den ersten Blick erstaunlichen Sachverhalt liegt darin, dass die Windrichtung ein stoachastischer Prozess ist, d.h. die Windrichtung pendelt scheinbar zufällig um die mittlere Windrichtung. Eine vom Wind verfrachtete Gaswolke meandriert deshalb ebenfalls um die mittlere Windrichtung:

Wenn der Abstand des Zentrum der Gaswolke einer schlagartigen Freisetzung zur mittleren Windrichtungsachse aufgetragen wird erhält man folgende Darstellung:

Dieses Bewegung des Gaswolkenzentrums, wie oben dargestellt, kann bei jeder Freisetzung einen anderen Verlauf nehmen. Wird nun diese Konzentrationsverteilung an einem Ort über viele identischen Freisetzungen bestimmt ergibt sich eine aus der Statistik bekannte Gaussverteilung um die mittlere Windrichtung.  

Glücklicherweise tritt bei einem Störfall ein Gasaustritt meistens nur einmal und für kurze Zeit auf. Die von einem Modell berechnete Konzentration, ist aber eine mittlere Konzentration und kann von der effektiv gemessenen Konzentration erheblich abweichen. Dies gilt für 2D oder 3D Lagrange Modelle, Gaussmodelle und auch für MET. Die gemessenen Konzentrationen können beispielsweise aufgrund von diesen atmosphärischen Turbulenzen kurzzeitig 300% höher oder 1/3 der von einem Modell ermittelten Konzentration abweichen [Wilson, 1987]. Je länger die Konzentration in der Praxis gemessen und daraus die mittlere Konzentration abgeleitet wird umso eher kann dieser Wert mit einer Modellrechnung verglichen werden, weil die Fluktationen mit der Zeit ausgemittelt werden. Zur Erfassung aller Einflüsse, die sich in Windgeschwindigkeitsfluktationen auswirken sind eine Messdauer von ca. 10'000 Sekunden (ca. 3 Stunden) nötig [Wilson, 1995]. Diese Zeitdauer ist weit länger als die Gefahrendauer der meisten Störfälle.   

Folgende Darstellung zeigt den gemessene Konzentrationsverlauf an demselben Ort durch eine vom Wind verfrachtete Gaswolke. Beachten Sie 

	in gewissen Zeitabschnitten wird gar keine Konzentration gemessen.
	die Abweichung der mittleren von der gemessenen Spitzenkonzentration.

Folgerungen für kurzzeitige Freisetzungen

	Die aus einer Modellrechnung erhaltenen mittleren Konzentration entspricht nicht einer real gemessenen Konzentration einer kurzzeitigen Freisetzung selbst wenn das Modell Perfekt mit der Wirklichkeit übereinstimmen würde.
	Abweichung der realen Konzentration von 300% oder mehr sind möglich.
	Die Verwendung von gemessenen Konzentration als Stützstellen für eine verbesserte Modellrechnung sind nutzlos.
	Absolute Spitzenkonzentrationen können von einem Modell nicht errechnet werden. Es kann eine maximale Konzentration mit einer gewissen einzutreffenden Wahrscheinlichkeit z.B. 95% der Fälle abgeleitet werden. Allerdings wird in 5% der Fälle die Spitzenkonzentration die vermeintliche "maximale" Konzentration überschritten.
	Die Ableitung der Quellstärke aus einer Konzentrationsmessung abseits der Quelle kann zu erheblichen Fehlern und Falschbeurteilungen führen.

Literatur

Wilson, D.J., Stay Indoors or Evacuate to Avoid Exposure to Toxic Gas? Emergency Preparedness Digest, 1, (1987), S. 19

Wilson,D.J., Concentration Fluctuations and Averaging Time in Vapor Clouds, CCPS New York 1995