不同類型綠化帶對(duì)交通噪聲的衰減效果比較

孫 偉， 王瑋璐， 郭小平， 彭海燕

(北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院 水土保持與荒漠化防治教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100083)

交通噪聲是噪聲污染的主要來(lái)源，給人們的工作和日常生活帶來(lái)了負(fù)面影響。交通噪聲治理主要從噪聲源防治、切斷傳播途徑和受聲點(diǎn)防護(hù)三個(gè)方面入手[1]，其中，切斷傳播途徑的方法主要有設(shè)置隔聲板、防噪堤和綠化帶等。利用綠化帶消減交通噪聲，不僅具有良好的降噪效果，而且能改善公路沿線的生態(tài)環(huán)境，是一種有效、經(jīng)濟(jì)及生態(tài)的降噪方法。

綠化帶高度、長(zhǎng)度、寬度、密度及排列形式等結(jié)構(gòu)參數(shù)是比植物形態(tài)特征更重要的降噪因子，前者對(duì)聲波的擴(kuò)散作用優(yōu)于后者對(duì)聲波的吸收作用[2]；但也有研究者認(rèn)為植物群落的降噪效果與葉面積、冠幅以及分枝點(diǎn)等植物形態(tài)特征密切相關(guān)[3]。因此，綠化帶的降噪效果主要受樹(shù)種及其不同搭配形式、栽植寬度、密度、高度和排列形式等多種因素的共同影響。目前，有關(guān)綠化帶消減交通噪聲的研究主要針對(duì)綠化帶結(jié)構(gòu)、季節(jié)變化對(duì)噪聲衰減效果的影響等方面[1,4-5]，缺乏對(duì)離噪聲源不同距離的等寬林帶降噪效果的研究，也缺乏綠化帶對(duì)不同噪聲源衰減效果的橫向比較以及對(duì)不同頻率噪聲衰減效果的比較研究。

作者在北京的國(guó)道G101順義區(qū)段的公路兩側(cè)以及順義區(qū)、海淀區(qū)、朝陽(yáng)區(qū)和東城區(qū)選取具有代表性的林帶23個(gè)，于2008年至2011年研究了不同林帶對(duì)實(shí)時(shí)或模擬交通噪聲以及白噪聲的衰減效果以及不同林帶對(duì)不同頻率噪聲的衰減效果，以期為公路綠化設(shè)計(jì)和交通噪聲治理提供理論依據(jù)。

1 研究方法

1.1 樣地選取

根據(jù)資料并結(jié)合實(shí)地踏查結(jié)果，選擇國(guó)道G101的北京市順義區(qū)段為實(shí)時(shí)交通噪聲測(cè)試樣帶，該區(qū)段是北京城區(qū)通往順義區(qū)的主要道路之一，車流量大。在公路兩側(cè)選取具有代表性的林帶樣地5處，測(cè)試這5處林帶對(duì)實(shí)時(shí)交通噪聲的衰減效果。林帶1為刺槐(RobiniapseudoacaciaLinn.)純林，林帶2為油松(PinustabulaeformisCarr.)-刺柏(JuniperusformosanaHayata)混交林；林帶3為構(gòu)樹(shù)〔Broussonetiapapyrifera(Linn.) L′Hert.ex Vent.〕-刺槐混交林，林帶4為毛白楊(PopulustomentosaCarr.)純林，林帶5為旱柳(SalixmatsudanaKoidz.)純林，各林帶的樹(shù)木種植間距、平均高度、最低分枝高度、平均胸徑和地面覆蓋物等基本特征參見(jiàn)文獻(xiàn)[6]16。

在北京市順義區(qū)順鑫綠色度假村和海淀區(qū)八家郊野公園內(nèi)的遠(yuǎn)離交通噪聲處選擇具有代表性的林帶樣地10處，測(cè)試這10處林帶對(duì)模擬交通噪聲的降噪效果。在順鑫綠色度假村設(shè)置林帶5處：林帶6為國(guó)槐(SophorajaponicaLinn.)純林，林帶7為國(guó)槐-丁香(SyringavulgarisLinn.)等喬灌混交林，林帶8為圓柏〔Sabinachinensis(Linn.)Ant.〕針葉混交林，林帶9為加楊(Populus×canadensisMoench)-刺柏混交林，林帶10為加楊純林；在八家郊野公園設(shè)置林帶5處：林帶11為刺槐純林，林帶12為刺槐-加楊混交林，林帶13為刺柏-側(cè)柏〔Platycladusorientalis(Linn.) Franco〕混交林，林帶14為旱柳純林，林帶15為旱柳-刺柏-側(cè)柏混交林。各林帶的樹(shù)木種植間距、平均高度、最低分枝高度、平均胸徑和地面覆蓋物等基本特征參見(jiàn)文獻(xiàn)[6]17。

在北京市東城區(qū)的天壇公園和朝陽(yáng)區(qū)的東壩郊野公園內(nèi)選擇林帶樣地8處，測(cè)試這8處林帶對(duì)白噪聲和不同頻率單頻噪聲的降噪效果。其中，在天壇公園設(shè)置林帶4處：林帶16為油松純林，林帶17為圓柏純林，林帶18為側(cè)柏純林，林帶19為銀杏(GinkgobilobaLinn.)-圓柏混交林；在東壩郊野公園設(shè)置林帶4處：林帶20為旱柳純林，林帶21為銀杏純林，林帶22為國(guó)槐純林，林帶23為加楊-毛白楊混交林。各林帶的樹(shù)木種植間距、平均高度、最低分枝高度、平均胸徑和地面覆蓋物等基本特征參見(jiàn)文獻(xiàn)[7]17。

1.2 方法

以50 W揚(yáng)聲器為發(fā)聲器、愛(ài)華AWA6218B+型噪聲統(tǒng)計(jì)分析儀(杭州愛(ài)華儀器有限公司)為接收器，采用A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)，儀器量程35～130 dB，可測(cè)試頻率范圍31.5～8 000.0 Hz。測(cè)試過(guò)程中設(shè)定儀器采樣間隔0.1 s，由儀器統(tǒng)計(jì)輸出等效連續(xù)聲級(jí)(Leq)數(shù)據(jù)。每一處林帶重復(fù)測(cè)試3次并計(jì)算平均值。由于風(fēng)力及空氣相對(duì)濕度等因子會(huì)對(duì)噪聲衰減效果產(chǎn)生影響，分別在2008年、2009年和2011年的夏季和冬季選擇風(fēng)速小于5 m·s-1且無(wú)雨雪的晴朗白天進(jìn)行多次測(cè)試。

1.2.1 實(shí)時(shí)交通噪聲和模擬交通噪聲測(cè)試 在2008至2009年夏季和冬季測(cè)試林帶對(duì)實(shí)時(shí)交通噪聲和模擬交通噪聲的降噪效應(yīng)。因?qū)挾?0 m以上的綠化帶才有較好的降噪效果[1,5]，因此本研究各測(cè)試林帶的寬度均劃定為30 m。各林帶的路側(cè)邊溝外緣(路緣)即為0 m測(cè)點(diǎn)，在林帶內(nèi)沿公路垂直方向在同一直線上分別設(shè)置10、20和30 m測(cè)點(diǎn)，在各測(cè)點(diǎn)距離地面1.2 m高處放置接收器，用噪聲統(tǒng)計(jì)分析儀分別測(cè)試噪聲值。為使每個(gè)初始噪聲都能夠被對(duì)應(yīng)的各個(gè)測(cè)點(diǎn)捕獲，每個(gè)測(cè)點(diǎn)的測(cè)試人員均依口令同時(shí)測(cè)試并持續(xù)60 s。路側(cè)測(cè)試結(jié)果即為綠化帶對(duì)實(shí)時(shí)交通噪聲(線聲源噪聲)的衰減效果。

同時(shí)，從錄制的實(shí)時(shí)交通噪聲中找出聲壓級(jí)波動(dòng)較小且長(zhǎng)度約為5 s的音頻段落，經(jīng)反復(fù)錄制后制成長(zhǎng)度10 min的音頻，即為模擬交通噪聲源。模擬實(shí)驗(yàn)中發(fā)聲器、接收器、測(cè)點(diǎn)位置、測(cè)試時(shí)間、測(cè)試方法均與路側(cè)實(shí)驗(yàn)相同，其中，模擬噪聲源置于林帶0 m測(cè)點(diǎn)外側(cè)離地面1.2 m處，其噪聲值與路側(cè)實(shí)驗(yàn)相同。模擬測(cè)試結(jié)果即為綠化帶對(duì)點(diǎn)聲源噪聲的衰減效果。

計(jì)算0 m測(cè)點(diǎn)與10、20和30 m測(cè)點(diǎn)的噪聲值差值，分別記為10、20和30 m寬度林帶的降噪值；20 m寬林帶降噪值與10 m寬林帶降噪值的差值即為距離噪聲源10 m處的10 m寬林帶的降噪值，30 m寬林帶降噪值與20 m寬林帶降噪值的差值即為距離噪聲源20 m處的10 m寬林帶的降噪值；同樣，10 m寬林帶的降噪值即為距離噪聲源0 m處的10 m寬林帶的降噪值。

1.2.2 白噪聲和不同頻率模擬噪聲測(cè)試 在2011年的夏季和冬季進(jìn)行白噪聲和單頻噪聲實(shí)驗(yàn)。利用Audition 2.0軟件制作時(shí)長(zhǎng)為100 s的白噪聲以及125、 250、 500、 1 000、 2 000、 4 000、 5 000、 6 300和 8 000 Hz頻段的單頻噪聲；測(cè)試過(guò)程中使用的發(fā)聲器、接收器、測(cè)點(diǎn)位置、測(cè)試時(shí)間、測(cè)試方法以及各測(cè)點(diǎn)降噪值的計(jì)算方法均與前述一致。測(cè)試結(jié)果即為不同林帶對(duì)白噪聲和不同頻率噪聲的衰減效果。

2 結(jié)果和分析

2.1 不同類型林帶降噪效果的比較

不同類型林帶對(duì)實(shí)時(shí)交通噪聲、模擬交通噪聲和白噪聲的降噪值分別見(jiàn)表1、表2和表3。

由表1可知：30 m寬刺槐純林(林帶1)和油松-刺柏混交林(林帶2)的平均降噪效果較好，降噪值分別為9.9和9.8 dB；構(gòu)樹(shù)-刺槐混交林(林帶3)、毛白楊純林(林帶4)和旱柳純林(林帶5)對(duì)實(shí)時(shí)交通噪聲的平均衰減效果接近，其中，旱柳純林的降噪效果最弱，降噪值僅為6.4 dB。降噪效果最佳的林帶與降噪效果最弱的林帶的平均降噪值差值約為3.5 dB。

由表2可知：對(duì)模擬交通噪聲衰減效果較好的是刺柏-側(cè)柏混交林(林帶13)、國(guó)槐純林(林帶6)和旱柳-刺柏-側(cè)柏混交林(林帶15)，降噪值分別為14.3、13.7 和13.3 dB；降噪效果較弱的是旱柳純林(林帶14)和加楊純林(林帶10)，降噪值分別為9.9 和9.7 dB；其他林帶的降噪效果接近，降噪值約為12 dB。降噪效果最佳的林帶與降噪效果最弱的林帶的平均降噪值差值約為4.6 dB。

表1 路側(cè)不同類型林帶對(duì)實(shí)時(shí)交通噪聲的降噪值

表2 不同類型林帶對(duì)模擬交通噪聲的降噪值

表3 不同類型林帶對(duì)白噪聲的降噪值

由表3可知：油松純林(林帶16)對(duì)白噪聲的衰減效果較好，降噪值達(dá)到12.6 dB；降噪效果較弱的是銀杏-圓柏混交林(林帶19)，降噪值僅為9.1 dB；其他林帶的降噪值在10.6 dB左右。

綜合分析結(jié)果顯示：不同類型林帶對(duì)點(diǎn)聲源(模擬交通噪聲和白噪聲)的降噪效果優(yōu)于對(duì)線聲源(實(shí)時(shí)交通噪聲)的降噪效果。

2.2 不同季節(jié)不同類型林帶降噪效果的比較

夏、冬季節(jié)樹(shù)木的外部形態(tài)差異明顯，同一綠化帶在夏、冬季節(jié)對(duì)交通噪聲的衰減效果也存在差別。在冬季和夏季不同類型林帶對(duì)實(shí)時(shí)交通噪聲、模擬交通噪聲和白噪聲的降噪值分別見(jiàn)表4、表5和表6。

由表4可知：冬季路側(cè)林帶對(duì)實(shí)時(shí)交通噪聲的衰減效果均小于夏季。其中，油松-刺柏混交林(林帶2)在夏、冬季的降噪效果接近，其他闊葉樹(shù)純林和闊葉混交林的冬季降噪效果約為夏季的75%～78%。

由表5可知：冬季各林帶對(duì)模擬交通噪聲的降噪效果也均小于夏季。夏、冬季降噪效果比較接近的是針葉混交林及針闊葉混交林(林帶8、9、13和15)，冬季降噪值約為夏季降噪值的92%～96%；落葉的喬灌混交林、闊葉純林及闊葉混交林在夏、冬季的降噪效果則存在一定差異，冬季降噪值約為夏季降噪值的76%～80%。

表4 路側(cè)不同類型林帶在不同季節(jié)對(duì)實(shí)時(shí)交通噪聲的降噪值

表5 不同類型林帶在不同季節(jié)對(duì)模擬交通噪聲的降噪值

由表6可知：冬季多數(shù)林帶對(duì)白噪聲的降噪效果總體上也均小于夏季。針葉純林(林帶16、17和18)在夏、冬季對(duì)白噪聲的降噪效果接近，其中，油松純林(林帶16)和圓柏純林(林帶17)在冬季對(duì)白噪聲的降噪值略大于夏季；針闊葉混交林、闊葉純林和闊葉混交林在夏、冬季對(duì)白噪聲的降噪效果差異明顯，冬季降噪值僅為夏季降噪值的39%～58%。

2.3 距噪聲源不同距離的等寬林帶降噪效果的比較

分別在距離噪聲源0、10、20及30 m處布置測(cè)點(diǎn)，測(cè)試距噪聲源0、10和20 m的10 m寬林帶的降噪效果，結(jié)果見(jiàn)表7、表8和表9。結(jié)果顯示：隨距噪聲源距離的不同，10 m寬林帶的降噪效果有明顯差異。在0～10 m處林帶的降噪效果大多優(yōu)于10～20及20～30 m處林帶的降噪效果，0～10 m處林帶的降噪值占30 m寬林帶總降噪值的37%～86%。此外，除4處林帶(林帶3、16、17和19)外，其他19處林帶(約占林帶總數(shù)的82.6%)在10～20 m處的降噪效果均優(yōu)于在20～30 m處的降噪效果。

表6 不同類型林帶在不同季節(jié)對(duì)白噪聲的降噪值

表7 距路側(cè)噪聲源不同距離的等寬林帶對(duì)實(shí)時(shí)交通噪聲的降噪值

2.4 不同類型林帶對(duì)不同頻率單頻噪聲降噪效果的比較

不同頻率的聲波具有不同的聲學(xué)特征，因此，不同綠化帶對(duì)不同頻率噪聲也會(huì)有不同的降噪效果。不同類型林帶對(duì)125～8 000 Hz頻段單頻噪聲的降噪值見(jiàn)表10。由表10可以看出：不同類型林帶對(duì)2 000 Hz以下中低頻率噪聲的降噪值大多在9 dB以上，整體降噪效果優(yōu)于對(duì)高頻噪聲的降噪效果。多數(shù)林帶對(duì)500 Hz噪聲的降噪值最大，平均降噪值達(dá)到12.4 dB。 在高頻噪聲中， 各林帶對(duì)5 000和8 000 Hz噪聲的衰減效果最弱，平均降噪值分別僅為5.4和5.5 dB，但對(duì)6 300 Hz噪聲的衰減效果較好，平均降噪值達(dá)到11.3 dB。

表8 距噪聲源不同距離的等寬林帶對(duì)模擬交通噪聲的降噪值

表9 距噪聲源不同距離的等寬林帶對(duì)白噪聲的降噪值

表10 不同類型林帶對(duì)不同頻率模擬噪聲的降噪值

3 討論和結(jié)論

當(dāng)交通噪聲傳播到綠化帶時(shí)，高度較低的分枝能更多地反射水平方向的噪聲并減少噪聲的透過(guò)率。當(dāng)噪聲在綠化帶內(nèi)部傳播時(shí)，多分枝及小而密集的葉片可更多地吸收和反射噪聲，增加噪聲傳播的附加聲程，從而加速噪聲在綠化帶內(nèi)的衰減。油松、刺柏及側(cè)柏的最低分枝高度一般較低、分枝多、葉片小而密集，且均為常綠樹(shù)種，故這些樹(shù)種的降噪效果較好；刺槐純林和國(guó)槐純林的最低分枝高度也較低，分別為2.6 和2.2 m，其分枝多且葉片小而密集，降噪效果也較好，此結(jié)果與王慧等[8]的研究結(jié)果相符。另外，刺柏-側(cè)柏混交林(林帶13)、國(guó)槐純林(林帶6)、旱柳-刺柏-側(cè)柏混交林(林帶15)的種植密度較大，也是重要的降噪因素之一；毛白楊純林(林帶4)由于分枝較高且密度小，故其降噪效果不明顯；在路側(cè)和模擬實(shí)驗(yàn)中，旱柳純林的降噪效果均較差，很可能與其葉片細(xì)長(zhǎng)和葉量較少有關(guān)；銀杏-圓柏混交林(林帶19)對(duì)白噪聲的衰減效果較弱，可能也是種植密度較小所致。綜上可知，針葉混交林、國(guó)槐純林和刺槐純林可更有效地衰減交通噪聲，因而，在綠化帶建植中應(yīng)選擇針葉樹(shù)、國(guó)槐和刺槐等低分枝、葉片小而密集的樹(shù)種，可具有良好的減噪效果。另外，由于屬于線聲源的實(shí)時(shí)交通噪聲源不斷運(yùn)動(dòng)，其噪聲入射綠化帶的角度也在不斷變化且又具有間隔性，故綠化帶對(duì)模擬交通噪聲和白噪聲等點(diǎn)聲源的衰減效果優(yōu)于對(duì)線聲源的衰減效果。

綠化帶的降噪效果隨季節(jié)變化而改變。冬季時(shí)，在落葉闊葉林內(nèi)由于葉片枯落使得聲波被反射和吸收的程度降低，導(dǎo)致冬季的降噪效果弱于夏季，賈鵬等[9]也得出了類似的研究結(jié)果。在夏、冬季針葉純林和針葉混交林的降噪值接近，說(shuō)明有些綠化帶冬季的降噪量并不一定小于夏季；而落葉的喬灌混交林、闊葉純林及闊葉混交林的冬季降噪值約為夏季降噪值的50%～80%。因此，為了能夠在全年均有穩(wěn)定的降噪效果，在公路綠化帶設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量選擇針葉混交林。

公路綠化帶與公路的距離對(duì)降噪效果也有一定影響。由于噪聲源的初始噪聲值較大，聲波具有較大的可衰減空間[6]，并且靠近噪聲源的等寬林帶對(duì)繞射聲波的阻隔作用較大，故其降噪效果較好。因此，在綠化用地空間狹窄的地段，將靠近公路的綠化帶寬度設(shè)置為10 m也可獲得可觀的降噪量。如果再選擇分枝較低的針葉樹(shù)種并采用合理的排列模式和密度栽植，則可產(chǎn)生相當(dāng)于更寬綠化帶的降噪效果。

綠化帶對(duì)不同頻率噪聲的衰減效果已有較多的研究。Martínez-Sala等[10]的研究結(jié)果表明：規(guī)則排列的綠化帶對(duì)低頻(500 Hz以下)噪聲的衰減效應(yīng)比非規(guī)則排列的綠化帶更大，并且降噪量的大小取決于林木的栽植密度和噪聲入射綠化帶的角度。本研究中，各綠化帶均為規(guī)則栽植并具有確定的排列方式，滿足Martínez-Sala等研究結(jié)論中提出的條件。因而，在公路綠化帶設(shè)計(jì)中，在規(guī)則排列和保證林木正常生長(zhǎng)的基礎(chǔ)上，適當(dāng)密植能更有效地降低來(lái)自公路噪聲中的低頻噪聲。另外，綠化帶對(duì)中頻噪聲的衰減峰值高于對(duì)低頻噪聲和高頻噪聲的衰減峰值，這也與以往的研究結(jié)論[11]相似。

研究結(jié)果表明：規(guī)則栽植的綠化帶對(duì)2 000 Hz以下中低頻率噪聲的衰減效果優(yōu)于對(duì)高頻噪聲的衰減效果，其中對(duì)500 Hz噪聲的衰減效果最好。在設(shè)計(jì)公路綠化帶時(shí)可優(yōu)先考慮選用針葉混交林，如刺柏-側(cè)柏混交林，而且應(yīng)盡量將綠化帶靠近公路并規(guī)則栽植且有序排列，以使其降噪效果更顯著。另外，在綠化空間不足時(shí)設(shè)置10 m寬的林帶也可獲得明顯的降噪效果。

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