城市主干道交通噪聲預(yù)測評價(jià)與防治措施

劉開國，史本杰， 黃錦樘， 胡喜生，邱榮祖 (.莆田市環(huán)境監(jiān)測中心站，福建 莆田 500；.福建農(nóng)林大學(xué) 交通與土木工程學(xué)院，福建 福州 5000；.溫州市甌海區(qū)交通工程質(zhì)量監(jiān)督站，浙江 溫州 5000)

十二五規(guī)劃期間，隨著機(jī)動(dòng)車數(shù)量與道路車流量的迅速增加，道路交通噪聲面臨嚴(yán)峻的形勢與挑戰(zhàn).交通噪聲作為國家環(huán)保部門聲環(huán)境監(jiān)測的重要指標(biāo)項(xiàng)目，已引起廣泛關(guān)注.噪聲污染與水污染、空氣污染一樣，成為世界性的難題.水污染、空氣污染等污染直接對環(huán)境產(chǎn)生影響，進(jìn)而才會(huì)影響人的生活；噪聲污染作用直接對象是人，嚴(yán)重影響人們正常生活與工作狀態(tài)，長期生活在70 dB以上的高噪聲環(huán)境，人的健康將受到嚴(yán)重威脅與損壞.因此，噪聲污染更需引起相關(guān)監(jiān)測管理部門的強(qiáng)烈關(guān)注.據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)資料顯示，城市噪聲中50%～70%來源于交通噪聲[1]，可見交通產(chǎn)生的噪聲污染頗為嚴(yán)重.

截至2015年，莆田市公路通車?yán)锍?217.83km，較2014年增長2%，其中高速公路通車?yán)锍淘鲩L率為42.6%；機(jī)動(dòng)車保有量21.82萬輛，同比增長15.8%，私人汽車保有量19.42萬輛，同比增長18.3%[2].莆田市普通公路通車?yán)锍淘鲩L較為緩慢，但機(jī)動(dòng)車仍呈現(xiàn)較為快速的增長，這將給交通噪聲造成巨大的壓力.本文以324國道在莆田市路段分布為例，根據(jù)交通噪聲等效聲級(jí)與交通量的變化關(guān)系，建立等效聲級(jí)與交通量的預(yù)測模型，為國道交通噪聲預(yù)測評價(jià)提供參考.

1 324國道在莆田市分布

國道作為國家重要的干線道路，對于全國性的政治活動(dòng)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的意義，承擔(dān)著眾多交通運(yùn)輸活動(dòng)，324國道是福州到昆明的交通路線，全程2715km，途徑多個(gè)省市.為了直觀明了地看出324國道在莆田市具體分布與走向，本研究采用經(jīng)矢量化的2015年福建省交通地圖和福建省縣市級(jí)行政區(qū)劃圖，在ArcGIS軟件的支持下，利用“篩選”命令，提取出莆田市縣級(jí)行政區(qū)劃圖.在此基礎(chǔ)上，利用“裁剪”命令，以福建省交通地圖為輸入要素，以莆田市縣級(jí)行政區(qū)劃圖為裁剪要素，提取出莆田市國道的道路數(shù)據(jù)，并將莆田市的國道數(shù)據(jù)層和莆田市行政區(qū)劃圖層相疊加，生成莆田市國道分布圖(圖1).

圖1 324國道在莆田市區(qū)的分布Fig.1 Distribution of 324 National Road in Putian city

通過324國道在莆田市分布圖可以發(fā)現(xiàn)，324國道由涵江區(qū)進(jìn)入莆田，依次穿越荔城區(qū)、城廂區(qū)主城區(qū)，經(jīng)過仙游縣，與市區(qū)多條主干道相應(yīng)交叉，承載著莆田市大量交通運(yùn)輸，具有重要的交通戰(zhàn)略地位，是莆田市重要的主干道，同時(shí)頻繁過量的運(yùn)輸活動(dòng)會(huì)造成噪聲污染，給道路沿線的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)與人們的正常生活帶來直接或間接的影響.

2 交通噪聲的預(yù)測與評價(jià)

2.1 預(yù)測模型的建立

國內(nèi)外在交通噪聲方面進(jìn)行了大量的研究.美國聯(lián)邦高速公路局于1978年12月研究發(fā)布FHWA[3]交通噪聲預(yù)測模型，2010年，美國聯(lián)邦高速公路局組織相關(guān)人員對TNM2.5進(jìn)行修正[4]，使其適用于不同的道路等級(jí).英國于1975年發(fā)布CoRTN預(yù)測模型，并于1988年對其進(jìn)行改正成為CRTN88模型[5].德國于1981年發(fā)布了RLS81模型，于1990年對其進(jìn)行改正提出RLS90模型[6]，它包括聲源模型與傳播模型[7].Amir等[8]基于伊朗高速公路的車流量和車速，將車流的擁堵情況考慮在內(nèi)，建立了非線性的交通噪聲預(yù)測模型，為伊朗城市的噪聲評價(jià)提供了重要的價(jià)值.我國對城市環(huán)境噪聲的研究相對較晚，20世紀(jì)90年以來，我國對城市環(huán)境噪聲的研究進(jìn)行了大量的研究.國內(nèi)聲學(xué)界的研究者很多是圍繞FHWA模型進(jìn)行研究.我國現(xiàn)階段交通噪聲預(yù)測采用的模型主要有兩種，一種是2006年國家交通部頒布《公路建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評價(jià)規(guī)范》(JTGB03-2006)的交通噪聲預(yù)測模型[9]；另外一種是國家環(huán)保部2009年頒布實(shí)施的《環(huán)境影響評價(jià)技術(shù)聲導(dǎo)則 聲環(huán)境》(HJ2.4-2009)中的公路交通運(yùn)輸噪聲模型[10].很多研究學(xué)者致力于新模型的研究，邱榮祖等[11]以MapInfo為平臺(tái)開發(fā)出交通噪聲影響分析評價(jià)的支持系統(tǒng)，提高了評價(jià)的效率和實(shí)現(xiàn)可視化.

國內(nèi)外交通噪聲的預(yù)測模型均有其適用范圍，美國的FHWA模型適用于高速公路等車速穩(wěn)定且平直暢通的道路；英國的CRTN88模型適用于順暢的高峰交通流與距離觀察者有一定距離的火車；德國的RLS90模型適用于需要較多修正的路面結(jié)構(gòu)類型路旁隔聲設(shè)施的效果評估；交通部的規(guī)范模型與環(huán)保部的導(dǎo)則模型是以美國的FHWA模型為基礎(chǔ)進(jìn)行修正得到的，與國外交通噪聲預(yù)測模型相比，在預(yù)測國內(nèi)道路精確度更為精確.但是針對特定類型的道路交通噪聲，上述模型預(yù)測精度就可能會(huì)產(chǎn)生較大偏差.本文基于莆田市主干路道路交通噪聲歷史數(shù)據(jù)，對建立主干路道路交通噪聲預(yù)測模型，并對其進(jìn)行評價(jià).

基于324國道莆田市路段交通噪聲的監(jiān)測數(shù)據(jù)，從交通量的角度分析交通噪聲的變化，做出等效聲級(jí)與交通量的散點(diǎn)關(guān)系圖，并根據(jù)變化做出趨勢線，如圖2所示.

圖2 等效聲級(jí)與交通量的散點(diǎn)圖Fig.2 The scatter diagram of the equivalent sound level and traffic volume

通過等效聲級(jí)與交通量的散點(diǎn)關(guān)系圖，隨著車流量的增加，等效聲級(jí)也在增加，可以發(fā)現(xiàn)等效聲級(jí)與交通量存在的某種擬合正相關(guān)，進(jìn)一步探討兩者之間的關(guān)系，需要對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理.在實(shí)際監(jiān)測過程中，由于多種不可控的因素會(huì)存在誤差，通過圖2，只有個(gè)別數(shù)據(jù)偏離數(shù)據(jù)趨勢線較遠(yuǎn)，除去離數(shù)據(jù)趨勢線最遠(yuǎn)的4個(gè)點(diǎn)，繪制等效聲級(jí)與交通量的散點(diǎn)趨勢圖(圖3).

圖3 等效聲級(jí)與交通量處理散點(diǎn)圖Fig.3 The scatter diagram of the equivalent sound level and traffic volume

通過圖3，可以更加直觀看出等效聲級(jí)與交通量存著特殊的擬合關(guān)系，可以據(jù)此分析建立國道等效聲級(jí)與交通量的預(yù)測模型.預(yù)留5組監(jiān)測數(shù)據(jù)，用于檢驗(yàn)預(yù)測模型的精確度，其他數(shù)據(jù)用于模型構(gòu)建.運(yùn)用SPSS軟件對等效聲級(jí)與交通量進(jìn)行曲線擬合回歸分析，通過結(jié)果可知，擬合度R2和F檢驗(yàn)值都比較高是指數(shù)型S模型與逆模型.

借助S模型的建模原理及基本公式：

y=ea+b/x

(1)

運(yùn)用SPSS軟件分析建模，得到等效聲級(jí)與交通量的S模型擬合度R2為0.931，F(xiàn)檢驗(yàn)值為276.13，F(xiàn)檢驗(yàn)值的概率值為0，a為4.623，b值為-1253.746，得到等效聲級(jí)Leq與交通量q的指數(shù)關(guān)系的S型的預(yù)測模型為：

Leq=e4.623-1253.746/q

(2)

該模型預(yù)測值與實(shí)測值的平均誤差為0.61 dB，擬合度比較好，較接近實(shí)際值.為了進(jìn)一步驗(yàn)證模型預(yù)測的精確度，將保留的5組數(shù)據(jù)的交通量帶入預(yù)測模型中，進(jìn)行預(yù)測值與實(shí)測值的誤差檢驗(yàn).

通過5組數(shù)據(jù)的實(shí)測值與預(yù)測值誤差對比發(fā)現(xiàn)，最大誤差為1.3 dB，平均誤差為1.06 dB；平均相對誤差為1.53%.在實(shí)際預(yù)測時(shí)，這個(gè)誤差精度可以達(dá)到預(yù)測要求.

表1 S模型實(shí)測值、預(yù)測值、誤差及相對誤差分布
Tab. 1 The measured value, prediction value, error and relative error distribution of the S model

數(shù)據(jù)驗(yàn)證組實(shí)測值預(yù)測值誤差相對誤差/%173．172．4-0．70．96267．468．51．11．63369．370．51．21．73470．071．01．01．43567．968．61．31．92

結(jié)合逆模型的建模原理，進(jìn)行預(yù)測模型的構(gòu)建，得到擬合度R2為0.932，F(xiàn)檢驗(yàn)值為261.10，F(xiàn)檢驗(yàn)值的概率值為0，等效聲級(jí)Leq與交通量q的逆模型的具體預(yù)測模型為：

(3)

將預(yù)測值與實(shí)測值進(jìn)行對比，得到平均誤差為 0.61 dB，與上述模型一致，擬合度比較理想.同樣用預(yù)留的5組數(shù)據(jù)進(jìn)行精確度檢驗(yàn).

表2 逆模型實(shí)測值、預(yù)測值、誤差及相對誤差分布
Tab. 2 The measured value, prediction value, error and relative error distribution of the inverse model

數(shù)據(jù)驗(yàn)證組實(shí)測值預(yù)測值誤差相對誤差/%173．172．3-0．81．09267．468．61．21．78369．370．41．11．58470．071．01．01．43567．968．70．81．18

逆模型對5組數(shù)據(jù)預(yù)測對比可知，平均誤差為0.98 dB，平均相對誤差為1.41%.通過兩種預(yù)測模型的誤差、相對誤差對比，可知兩種預(yù)測模型的預(yù)測精度非常接近，逆模型的精度略高于S模型.綜合國內(nèi)外交通噪聲預(yù)測模型，國內(nèi)外交通噪聲預(yù)測模型的預(yù)測精度大多高于1 dB，平均誤差低于1 dB的預(yù)測精度屬于較高的預(yù)測水平。

基于 GB 3096—2008聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[12]，道路交通噪聲的標(biāo)準(zhǔn)屬于4a標(biāo)準(zhǔn)，晝間等效聲級(jí)極限值為70 dB.根據(jù)兩種預(yù)測模型，當(dāng)國道交通量達(dá)到3350 pcu/h，等效聲級(jí)就可以達(dá)到70 dB.按照近年來交通量變化趨勢，目前已有部分監(jiān)測點(diǎn)位的交通量超過3350 pcu/h，未來幾年交通量也會(huì)繼續(xù)有所增長，交通噪聲也將面臨超標(biāo)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn).

2.2 交通噪聲評價(jià)

道路交通噪聲具有時(shí)間性、不持久、不積累的特點(diǎn)，且與車流行駛狀態(tài)與流量關(guān)系密切，車流越大，噪聲往往也越大，但是噪聲對周圍環(huán)境并沒造成惡劣影響，主要對人類的影響較大，因此需要結(jié)合噪聲的頻率特性和時(shí)間特性與人的直接感受才能對噪聲進(jìn)行合理地評價(jià).國際比較常用的評價(jià)指標(biāo)有等效聲級(jí)、累積百分聲級(jí)、噪聲污染指數(shù)、交通噪聲指數(shù)、噪聲污染級(jí)，本文主要采用等效聲級(jí)與噪聲污染指數(shù)，結(jié)合國家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評價(jià).

噪聲污染指數(shù)PN以道路干線兩側(cè)適用區(qū)域的國家標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，描述道路噪聲本身的能量水平和達(dá)標(biāo)狀況，算式為：

PN=Leq/Lb

(4)

其中，Leq為噪聲等效聲級(jí)，Lb為國家標(biāo)準(zhǔn)的極限值，取70 dB.

通過對交通噪聲的監(jiān)測數(shù)據(jù)整理，得到等效聲級(jí)交通噪聲的最大值為73.1 dB，超過70 dB有5組數(shù)據(jù)，平均值為68.2 dB.結(jié)合等效聲級(jí)進(jìn)行污染指數(shù)分析，最高值為1.04，噪聲平均污染指數(shù)為0.97.基于 GB 3096—2008聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，從所監(jiān)測的數(shù)據(jù)來看，324國道莆田路段交通噪聲總體狀況良好，達(dá)標(biāo)率為83.3%.

依據(jù)HJ640-2012《環(huán)境噪聲監(jiān)測技術(shù)規(guī)范-城市聲環(huán)境常規(guī)監(jiān)測》[13]道路交通噪聲強(qiáng)度等級(jí)劃分與評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(表3)，所選取道路監(jiān)測數(shù)據(jù)位于一般級(jí)以上的評價(jià)占據(jù)90%，一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)占有43.3%，屬于好的評價(jià)，位于二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)有40%，屬于較好評價(jià)，三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)有6.7%；屬于較差評價(jià)的占據(jù)10%；沒有超過五級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù).

表3 道路交通噪聲晝間強(qiáng)度等級(jí)劃分
Tab. 3 Daytime road traffic noise intensity grading

等級(jí)一級(jí)二級(jí)三級(jí)四級(jí)五級(jí)晝間平均等效聲級(jí)( Ld)≤68．068．1～70．070．1～72．072．1～74．0>74．0相應(yīng)評價(jià)好較好一般較差差

324國道莆田路段交通噪聲狀況良好，只有個(gè)別監(jiān)測數(shù)據(jù)有超過標(biāo)準(zhǔn)極限值.由于324國道穿越莆田3個(gè)市區(qū)，交通地位顯著，交通量高于其他道路，以致324國道莆田路段的噪聲等級(jí)大多高于莆田市其他道路的噪聲等級(jí)，由此可以判斷莆田市道路交通噪聲整體狀況良好，大多均低于國家標(biāo)準(zhǔn)的極限值.

3 防治措施

交通噪聲主要從噪聲源、傳播途徑、噪聲受音體三方面進(jìn)行防治保護(hù).在噪聲源方面，國內(nèi)外主要從改善路面材料、定期養(yǎng)護(hù)路面、優(yōu)化輪胎花紋、改良汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能、合理設(shè)計(jì)道路結(jié)構(gòu)等工程措施方面進(jìn)行防治研究，楊磊[14]提出增大路面孔隙、增加路面材料的彈性與阻尼、改善路面紋理等方面削弱噪聲.在傳播途徑方面，建設(shè)聲屏障與種植綠化林帶是主要的措施.胡喜生等[15]基于實(shí)測數(shù)據(jù)運(yùn)用Photoshop軟件研究不同行道樹綠化帶疏透度的減噪的效果，具有重要的實(shí)際參考意義.在噪聲受音體方面，主要是安裝隔音窗，建設(shè)防噪走廊等措施.

在噪聲源方面控制措施大多還處于理論研究階段，具體實(shí)施還有難度；聲屏障與種植綠化林需要結(jié)合道路交通周邊的環(huán)境，未必有空間與余地；家裝隔音窗需要結(jié)合住戶的意愿，具體實(shí)施較為復(fù)雜.本文根據(jù)莆田市實(shí)際發(fā)展?fàn)顩r與道路交通周圍環(huán)境，主要從規(guī)劃設(shè)計(jì)、交通管制方面提出噪聲防治措施.

3.1 合理規(guī)劃布局

莆田市是一個(gè)在不斷發(fā)展壯大的中小型城市，許多道路還需規(guī)劃與擴(kuò)建，在公路網(wǎng)選線規(guī)劃時(shí)，以工程技術(shù)為依托，盡可能的遠(yuǎn)離噪聲敏感區(qū).在進(jìn)行建筑物的規(guī)劃建設(shè)時(shí)，明確功能區(qū)的分類標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格按照國家噪聲標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)劃建設(shè).對于噪聲敏感建筑物應(yīng)注意做好防護(hù)措施，與城市道路保持安全距離.一般認(rèn)為，學(xué)校、醫(yī)院與住宅區(qū)等一級(jí)功能區(qū)周圍50 m的范圍內(nèi)，避免建設(shè)地面交通道路.合理的城市道路規(guī)劃對于噪聲的防治具有重要的意義與價(jià)值.

3.2 交通管制

交通量、車速、車型對交通噪聲具有重要的影響，車流量增加一倍，交通噪聲增加3 dB，車速增加一倍，交通噪聲增加6～7 dB[16].通過合理控制交通流，對交通流進(jìn)行積極引導(dǎo)，盡量避免重型車、大型車經(jīng)過敏感點(diǎn)區(qū)域；大力發(fā)展公共交通，發(fā)展新型能源的公交車.現(xiàn)在很多大型市正在試著使用以天然氣、二甲醚等主要燃料或發(fā)展電力公交車，電力公交車較傳統(tǒng)燃料的公交車可以平均降噪5 dB.開辟公交車行駛專用道，完善公交線路的覆蓋范圍，體現(xiàn)公交優(yōu)先原則，減少機(jī)動(dòng)車等私家車的通行量.設(shè)置非機(jī)動(dòng)車車道，將機(jī)動(dòng)車與非機(jī)動(dòng)車進(jìn)行分離，減少由于其相互影響而導(dǎo)致頻繁加速、減速.與在城市的主要交通道路設(shè)置限速標(biāo)志，可以有效地降低噪聲水平，對控制交通噪聲具有積極的意義.建立健全交通管理與法制法規(guī)，市區(qū)禁止鳴笛，淘汰超齡汽車等.鳴笛是交通噪聲非常嚴(yán)重的污染源，莆田市道路交通的鳴笛現(xiàn)象較為嚴(yán)重.據(jù)研究發(fā)現(xiàn)[17]，鳴笛會(huì)增加噪聲10～15 dB.將禁鳴落實(shí)到實(shí)處，加強(qiáng)監(jiān)控與監(jiān)管措施.

4 結(jié)束語

借助ArcGIS軟件，分析324國道在莆田市區(qū)具體分布，明確其在莆田市區(qū)主干道的地位.基于324國道在莆田路段的噪聲監(jiān)測數(shù)據(jù)，作出等效聲級(jí)與交通量的預(yù)測模型，精確度可以達(dá)到噪聲預(yù)測的要求.按照噪聲評價(jià)指標(biāo)與國家道路噪聲的相關(guān)規(guī)范進(jìn)行評價(jià)，得出噪聲的總體狀況良好.結(jié)合莆田市實(shí)際狀況提出噪聲的防治措施，對進(jìn)一步提升莆田市交通噪聲等級(jí)具有重要的參考意義與價(jià)值.

交通噪聲的預(yù)測與評價(jià)，正在得到不斷的完善與規(guī)劃，將與現(xiàn)代信息技術(shù)相結(jié)合，朝著數(shù)據(jù)化、精確化、科技化、人性化的方向發(fā)展.

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