杭州快速路、主次干道植物群落降噪功能比較研究

金邑霞，徐麗華，馬仁鋒*，趙一然，張 悅

（1.寧波大學(xué)地理與空間信息技術(shù)系，浙江寧波 315211；2.浙江農(nóng)林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，浙江杭州 311300）

隨著我國城市建設(shè)規(guī)模和城市道路密度的不斷加大，各類機(jī)動車數(shù)量迅猛增加，城市道路交通量呈現(xiàn)流狀，所產(chǎn)生交通噪聲已是噪聲污染主要來源，影響著人們?nèi)粘Ｉ?。對于城市交通噪聲治理主要治理路徑是噪聲源防治、切斷傳播途徑和受聲點(diǎn)防護(hù)[1]，切斷傳播途徑的方法通常采用設(shè)置隔音墻/隔音窗、防噪堤和綠化帶等。其中，利用植物群落進(jìn)行降噪具有經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、普及與長久，且有巨大的景觀和和生態(tài)價(jià)值。早在1963年，Empleton就研究了林帶的降低噪聲功能[2]；隨后Kragh提出綠化帶可有效降低交通噪聲聲級[3]； 2003年陸旭蕾測量了街道綠地、公共綠地和特殊綠地的降噪效果，發(fā)現(xiàn)街道綠地一般情況下能降噪0.7～3 dB，其中喬、灌、花草搭配的植物配置模式效果最為明顯[4]；鄭思俊針對不同植物群落利用實(shí)地測量和實(shí)驗(yàn)室噪聲量檢測植物的降噪功能做了研究[5]；張萬旗發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)為“喬木＋小喬木＋灌木/綠籬”的植物配置模式的降噪效果最好[6]?？傮w而言，現(xiàn)有植物噪聲衰減作用研究中，以單一樹種降噪效果、類型不同植被對噪聲衰減效果對比較多，缺乏對不同等級城市道路、不同距離的綠地降噪研究。為此，本文選取杭州市三條不同等級道路進(jìn)行植物群落降噪效果測量與分析，試圖基于降噪效果視角探討不同道路等級綠化帶的植物群落適宜配置模式及綠化帶適宜寬度，進(jìn)而提升城市人居環(huán)境質(zhì)量和規(guī)劃響應(yīng)策略。

1 研究區(qū)概況、數(shù)據(jù)采集與分析方法

1.1 研究區(qū)概況

杭州市是浙江省會城市，是長江三角洲的中心城市和重要的風(fēng)景旅游城市。截至2016年底，杭州公路總里程達(dá)到16 306.071 km，中心城區(qū)路網(wǎng)密度約為7.1km/km2。隨著城市道路快速發(fā)展，機(jī)動車輛數(shù)量迅速增長，帶來了十分嚴(yán)峻的環(huán)境問題，主要表現(xiàn)在尾氣排放和噪聲污染兩個方面，《2016杭州市環(huán)境公報(bào)》中指出交通和社會生活噪聲是杭州市環(huán)境噪聲的主要來源[7]。

城市綠地是杭州市十分重要的景觀要素和旅游休憩場所。杭州市西湖區(qū)城市綠地建設(shè)系統(tǒng)性較好，同時綠化植物類型組合實(shí)現(xiàn)了品種多樣化，配置模式也改變了2000年之前的單調(diào)性和局部性。西湖區(qū)城市綠地布局較為集中，大面積綠地位于西湖風(fēng)景區(qū)和西溪濕地風(fēng)景區(qū)，城區(qū)歷史悠久、建設(shè)用地緊張導(dǎo)致了城區(qū)內(nèi)綠地面積分布不均，主要呈現(xiàn)帶狀分布。西湖風(fēng)景區(qū)人流密集，對噪聲實(shí)時測量會產(chǎn)生較大的影響，西溪濕地周邊綠地豐富、車流量較多，因此，選取西溪濕地周邊路網(wǎng)及其綠地作為研究樣區(qū)。

1.2 典型城市道路與噪聲監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)

1.2.1 樣路選取與測點(diǎn)設(shè)置

基于谷歌影像辨識杭州市西湖區(qū)綠地植物群落特征，選取群落結(jié)構(gòu)較為豐富樣地進(jìn)行交通噪聲衰減測量。測點(diǎn)設(shè)置選擇主要考慮在同一個方向上受到噪聲的影響，測點(diǎn)后方不會受到其他方向噪聲影響[8]。同時，鑒于本文要探討不同道路等級的綠化植物降噪效果，測點(diǎn)布設(shè)時需考慮道路等級且選取測點(diǎn)的綠帶大部分有豐富的植物配置，以便反映植物降噪功能。此外，測點(diǎn)區(qū)域周邊沒有其他諸如工業(yè)區(qū)、建筑工地等大型噪聲來源用地。為此，測量道路選取位于杭州市西湖區(qū)西溪濕地周邊的紫金港路、天目山路和豐潭路，三條道路分別為快速路、主干道和次干道，且具有較為豐富的綠地植物群落，滿足研究樣地與測點(diǎn)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)。

文獻(xiàn)分析表明，一般情況下城市綠化林帶寬度并不能達(dá)到30 m[8]，因此樣地寬度選取范圍為5～35 m。采集數(shù)據(jù)時考慮到三類道路綠地寬度不同，本文選取20 m寬綠地作為研究寬度測定綠地植物群落的降噪效果。數(shù)據(jù)采集時將道路樣地邊緣設(shè)在0 m處，后方測點(diǎn)垂直道路向綠地內(nèi)延伸，并在0 m、10 m、15 m、20 m處在距地面1.5 m高度處同時測定交通噪聲值，各測點(diǎn)同時進(jìn)行測量，記為1, 2…，噪聲測量實(shí)驗(yàn)在所布設(shè)的每一處綠地布設(shè)四個點(diǎn)，分別是0 m、10 m、15 m、20 m，在同一時間測量不同距離的噪聲值，結(jié)合城市有限綠地空間和人們可接受的噪聲值，探討降噪效果良好且適宜的距離。

本文選取了三條不同等級道路的綠化帶，并根據(jù)道路長度、交通網(wǎng)和交通流量進(jìn)行布設(shè)測點(diǎn)（表1和圖1）。快速路選取吉鴻路—紫金港路—紫之隧道快速路，是杭州市城西的一條南北向快速通道，對主城起到組織、疏解、分流作用的對外交通，承擔(dān)城西南北向各區(qū)塊間和區(qū)塊內(nèi)部的交通聯(lián)系，其中的紫金港路路段位于西溪濕地東側(cè)，擁有豐富的植物配置且東側(cè)是濕地公園，對道路交通噪聲測量影響小，符合實(shí)驗(yàn)布設(shè)測點(diǎn)要求；主干道（天目山路）全長12 km，東起莫干山路，南端接環(huán)城北路，西接西溪路，是杭州市交通道路網(wǎng)的骨架之一，且天目山路在空間上存在中心邊緣，具有交通流量的差異；次干道選取位于西湖區(qū)內(nèi)的豐潭路路段，道路寬度30 m。道路綠化的植被較為豐富且沿河分布，有著良好的測量環(huán)境。

表1 道路選取與測點(diǎn)布設(shè)

圖1 杭州市西湖區(qū)三條不同類型道路噪聲監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置

對三類城市道路綠化帶配置模式采取實(shí)地查勘、測量記錄完成，在浙江農(nóng)林大學(xué)植物學(xué)教師指導(dǎo)下分析綠化林帶的配置模式、樹種構(gòu)成等，重點(diǎn)考慮影響降噪功能因子選取植物群落的植物種類、配置模式、植株平均間距、最低枝下高和地表覆蓋類型5個因子，通過實(shí)地考察得所有測點(diǎn)的植物群落特性，見表2。

表2 各測點(diǎn)植被特性

續(xù)表

1.2.2 測量儀器與噪聲監(jiān)測操作

2017年5月4—5日在紫金港路、天目山路和豐潭路開展噪聲實(shí)地測量，測量同一天中的高峰時期和非高峰時期。采用AWA5636型多功能聲級計(jì)、測距儀，測量過程選擇一面臨路、一面空曠或者臨水的無噪聲環(huán)境，以盡可能地降低其他因素對噪聲測量造成的影響。在實(shí)際過程中，道路交通噪聲源比較復(fù)雜，它是沿道路不斷運(yùn)動著的多個不同點(diǎn)聲源的組合，因此將交通噪聲簡化為理想模型，就是將行駛車輛作為排列均勻的點(diǎn)聲源，交通噪聲便是一個聲功率均勻分布的線聲源[9]。受不同時段交通流的差異，在同一個測點(diǎn)分別進(jìn)行高峰期和非高峰期兩個時間段的噪聲測量。鑒于選取樣地處于非實(shí)驗(yàn)環(huán)境，存在一定的實(shí)驗(yàn)誤差，因此本研究在分析中忽略距離衰減的影響，認(rèn)為不同道路的距離衰減程度相同，從而進(jìn)一步進(jìn)行比較分析。各監(jiān)測點(diǎn)的噪聲監(jiān)測值見表3。

1.2.3 測量數(shù)據(jù)處理與分析方法

首先計(jì)算每條道路不同距離測點(diǎn)的噪聲本底值（Dh本底）（式1），其次探討植物種類與噪聲平均衰減率（yh20）（噪聲平均衰減率為測點(diǎn)20m處噪聲平均衰減值與原始噪聲的比值）的關(guān)系（式2），最后分析植物群落所選的特征（平均株距、最低枝下高）與噪聲平均衰減率的關(guān)系，試圖揭示三條所選道路植物群落的降噪程度和效果。

2 杭州市快速路、主干道、次干道的植物群落降噪分析

2.1 不同道路類型的噪聲本底差異

不同道路類型在城市交通道路網(wǎng)絡(luò)中所起的作用不同，交通流量存在差異，而交通噪聲主要與車速、車流量、路面寬度有關(guān)[10]。本研究測量了三條不同道路等級（快速路、主干道和次干道）19個測點(diǎn)，分別在4個不同距離的噪聲值，三條道路類型的不同距離測點(diǎn)噪聲平均值見表4。

表3 杭州市西湖區(qū)三條不同類型道路噪聲監(jiān)測值

表4 道路噪聲平均值

從表4可以看到三條所選道路的交通噪聲存在本底差異，主干道（天目山路）的噪聲值高于快速路（紫金港路）和次干道（豐潭路），而紫金港路與豐潭路在噪聲本底差異上相差不大。

2.2 快速路噪聲測量結(jié)果與分析

（1）首先分析原始噪聲平均值，原始噪聲平均值是同一測點(diǎn)在兩個時間段所測噪聲值的平均，得到圖2（a）。A1點(diǎn)的噪聲值明顯高于其他點(diǎn)，主要由于測點(diǎn)位置A1位于紫金港路與天目山路交叉口，且臨近杭州汽車西站，交通流量大，不僅包括車流量，另外行人的流動也更為頻繁。

（2）分析測點(diǎn)的植物種類、平均株距和最低枝下高三種植物群落特征得到圖2（b），可以看到植物群落的降噪功能與植物種類數(shù)并沒有直接的關(guān)系。對植物群落的平均株距與最低枝下高和噪聲平均衰減率進(jìn)行分析得到圖2（c），得出以下結(jié)論：

1）比較測點(diǎn)A5與A6，兩處的植物配置模式相似，平均株距差別較小，最低枝下高相差較大，反映在噪聲平均衰減率上，A5高于A6，說明綠地降噪功能與植物的最低枝下高有關(guān)。

2）比較測點(diǎn)A4與A5，會發(fā)現(xiàn)兩處綠地的最低枝下高和平均株距幾乎相等，但是就噪聲平均衰減率而言，A4高于A5。A4和A5的植物配置情況為A4（喬木＋灌木＋地被）和A5（喬木＋地被），說明了“喬木＋灌木＋地被”配置模式具有更好的降噪效果。

3）比較A1和A2點(diǎn)，在植物配置模式、平均株距和最低枝下高相當(dāng)?shù)那闆r下，A1點(diǎn)的噪聲平均衰減率大于A2；同時，A4點(diǎn)的平均株距和最低枝下高均小于A3點(diǎn)，而A3的噪聲平均衰減率高于A4。結(jié)合實(shí)地考察，發(fā)現(xiàn)A1和A3測點(diǎn)植物群落地勢較高，可知由于地勢較高，A1和A3點(diǎn)的噪聲平均衰減率分別高于A2和A4，說明了植物群落地勢較高會加強(qiáng)降噪效果。

4）進(jìn)一步對比A1和A3，發(fā)現(xiàn)兩處的共同點(diǎn)體現(xiàn)在植物群落地勢均較道路要高，植物配置模式均為喬木＋灌木＋地被。而在這兩處的比較中會發(fā)現(xiàn)，A1點(diǎn)的噪聲平均衰減率低于A3，然而由于噪聲平均衰減率與原始噪聲值高低相關(guān)，因此需要進(jìn)一步對噪聲衰減值進(jìn)行比較。由表3可計(jì)算得知，就兩處的20 m噪聲衰減值而言，測點(diǎn)A1高峰和非高峰兩個時段分別為11.2 dB和9.4 dB，平均為10.3 dB，而測點(diǎn)A3的20 m噪聲衰減值在高峰和非高峰兩個時段均為10.1 dB，平均為10.1 dB?？梢缘贸鯝1點(diǎn)具有更好的降噪效果，此處樣地的植物群落為（香樟、桂花）＋（無刺枸骨、紅葉石楠）＋麥冬，植物密度更高，長勢也更好且植物種植更接近道路。

圖2 杭州紫金港路不同距離噪聲與綠地群落關(guān)系

2.3 主干道噪聲測量結(jié)果與分析

（1）分析主干道噪聲平均值得到圖3（a）：測點(diǎn)在20 m處的噪聲值基本接近國家現(xiàn)行噪聲標(biāo)準(zhǔn)中對于Ⅱ類居住、商業(yè)、工業(yè)混雜區(qū)白天的噪聲限值為60 dB，但測點(diǎn)B7偏差較大。這是由于B7點(diǎn)位于天目山路與西溪路之間，實(shí)地測量時測點(diǎn)后方的西溪路道路交通噪聲的影響不可忽視，因此在選擇測點(diǎn)時，需要選擇周圍其他噪聲小、對實(shí)驗(yàn)測點(diǎn)影響小的樣地，以減少對實(shí)驗(yàn)對象的干擾。

（2）同樣分析主干道測點(diǎn)植物群落的兩個特征（平均株距與最低枝下高）得到圖3（b），得出以下結(jié)論：

1）測點(diǎn)綠地B1、B2、B6的植物配置模式相同，最低枝下高相差不大，平均株距相差較大，反映在噪聲平均衰減率上為B1＞B2＞B6，說明了植物群落的降噪效果與平均株距有關(guān)，植物的種植密度直接影響株距，因此植物群落的減噪效果與綠地植物的平均株距有一定的相關(guān)性。

2）對比B2與B5樣地，可以發(fā)現(xiàn)這兩處綠地的最低枝下高分別為0.75 m、0.5 m，平均株距分別為1.1 m、1.4 m，均相差不大，但相應(yīng)的噪聲平均衰減率相差較大，分別17.21%和13.16%。分析發(fā)現(xiàn)，B2的配置模式為喬木＋灌木＋地被，B5的配置模式為喬木＋地被，說明了B2綠地的植物配置模式更優(yōu)。

3）通過B3與B5的對比會發(fā)現(xiàn)，同為喬木＋地被的配置模式，雖然B3的平均株距和最低枝下高均大于B5，但是噪聲平均衰減率高于B5。分析其原因?yàn)锽3地被的地勢較高，縱向上形成了更好的密度，對噪聲的阻隔作用更強(qiáng)。測點(diǎn)B8的最低枝下高和平均株距均明顯高于其他測點(diǎn)，但是其噪聲平均衰減率僅次于B1點(diǎn)，分析其原因?yàn)橄噍^于其他7個測點(diǎn)綠地，B8綠化帶寬度窄，后方為沿河步道，地勢低于道路，對噪聲測量產(chǎn)生影響。

2.4 次干道噪聲測量結(jié)果與分析

同樣，對次干道的平均株距和最低枝下高這兩個植物群落特征與噪聲平均衰減率進(jìn)行分析得到圖4。

（1）比較測點(diǎn)C1和C5，最低枝下高分別為0.9 m和0.85 m，相差比較小；植物整體配置模式也較為接近，均為喬木＋灌木＋地被，從圖4中可以看到C1點(diǎn)的噪聲平均衰減率低于C5。分析其原因?yàn)镃1處的植物平均株距較大，因此噪聲的降低效果不如C5。類似地的，在C4與C5、C1與C3的比較中會發(fā)現(xiàn)平均株距和植物配置模式相似，但噪聲平均衰減率上卻有著一定的差距，分析其原因?yàn)樽畹椭ο赂叩母叩筒煌?/p>

圖3 杭州天目山路不同距離噪聲與綠地群落關(guān)系

圖4 杭州豐潭路不同距離噪聲與綠地群落關(guān)系

（2）C2處的平均株距與最低枝下高均大于其他測點(diǎn)，但是噪聲平均衰減率最高。分析其原因?yàn)闇y點(diǎn)C2處的植物配置模式在灌木上成帶狀分布，使得雖然喬木的株距和最低枝下高較大，但是整體上C2處灌木成片種植，植物長勢好，種植密度更高。

（3）次干道植物群落降噪效果中C2處降噪效果最好，C5次之。綜合5處綠地的配置模式和降噪效果，可知植物配置模式為喬木＋灌木＋地被的降噪效果最佳，且在布局方面，植物種植有一定的密度，如C2綠地的灌木成片種植，有良好的隔聲效果，且灌木的高度與喬木的最低枝下高相當(dāng)，即在豎向上形成一個對噪聲抑制的阻隔層。

結(jié)合實(shí)地調(diào)查，可以發(fā)現(xiàn)所選次干道的綠地寬度并不大，主要是街旁綠地，植物配置上均較豐富，層次較為清晰。20 m處噪聲值處于58.4～62.1 dB，降噪率處于11.35%～17.15%，降噪效果較好。

2.5 不同道路類型不同距離植物群落降噪測量結(jié)果分析

單位距離噪聲強(qiáng)度減低率為某一距離的噪聲衰減值與距離的比值，表示單位距離的降噪效果，一定程度上反映了該測點(diǎn)的植物群落降噪功能。由表5可知，總體單位距離噪聲強(qiáng)度減低率，15 m處和20 m處相差不大且明顯大于10 m，說明當(dāng)綠化帶寬度達(dá)到15 m時，植物群落才開始產(chǎn)生有效的降噪效果。其中，在對快速路（紫金港路路段）與次干道（豐潭路路段）的分析中發(fā)現(xiàn)，15 m處的單位距離噪聲強(qiáng)度減低率最大，說明了所選快速路與次干道的測點(diǎn)植物群落在15 m處的降噪效果是最佳的；在主干道（天目山路）的單位距離噪聲強(qiáng)度減低率分析呈現(xiàn)20 m＞15 m＞10 m的降噪效果，但是無法確定是否20 m是天目山路所選測點(diǎn)綠地降噪效果的最佳距離。因此，就噪聲衰減來看，綠地植物群落寬度越大越好，但結(jié)合實(shí)際可知城市道路的綠地范圍有限[11]，尤其在城市開發(fā)較早的城區(qū)，道路綠地一般較少且范圍不大。因此，本研究所選取的三條道路及綠地寬度，其降低噪聲均合適。

表5 單位距離噪聲強(qiáng)度減低率 單位：（dB/m）

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

通過噪聲實(shí)地監(jiān)測及其對植物群落的衰減率分析杭州市三條不同類型城市道路綠化植物群落降噪效果，研究發(fā)現(xiàn)：①不同距離噪聲測量值顯示，距離道路越遠(yuǎn)，噪聲值越低。本文所選道路路段的噪聲平均衰減率分別為紫金港路為13.50%、天目山路為15.44%、豐潭路為14.30%，反映了三條道路所布設(shè)測點(diǎn)綠地的降噪效果為天目山路＞豐潭路＞紫金港路。②三條道路測點(diǎn)綠地在20 m處的噪聲值，分別是紫金港路60.0～63.5 dB、天目山路59.5～65.0 dB、豐潭路58.4～62.1 dB，符合《中華人民共和國環(huán)境噪聲污染防治法》中四類標(biāo)準(zhǔn)的要求。③所選取快速路和次干道路段的植物群落降噪測量值變化顯示這兩類道路綠化帶寬度達(dá)到15 m時，植物群落的降噪效果最佳。④三類城市道路研究顯示植物種類數(shù)與植物群落降噪功能沒有直接關(guān)系，植物的枝下高和株距均會對植物降噪產(chǎn)生影響，配置模式較佳的為喬木＋灌木＋地被。⑤在寬度相同、種植密度相近的綠地中，喬木、灌木、地被相結(jié)合的配置模式的降噪效果較好，并且將喬木和灌木交錯的種植形式在降噪效果上優(yōu)于灌木在前、喬木在后的排列式種植。配置上，若灌木的高度在高于喬木的最低分支高時降噪效果更好，能夠在高度上有較高的密度。因此，綠地植物群落在配置上要有多層次的立體空間分布，在最低分支處密實(shí)結(jié)合因而在中層密集的種植形式對噪聲有更好的抑制作用。

研究發(fā)現(xiàn)，杭州道路綠地植物配置模式選擇喬木＋灌木＋地被的類型能夠更好地達(dá)到降噪效果，且植物群落地勢可以較道路高，這樣不僅能有更好的降噪效果，且植物群落有豐富層次感；喬木的選擇可以參照快速路（紫金港路）1號測地的香樟＋桂花類型進(jìn)行配置種植，種植灌木可以更好地借鑒次干道（豐潭路）上2號測點(diǎn)綠地的帶狀種植模式。

3.2 討論

本文基于已有植物降噪研究選取杭州市西湖區(qū)三條不同等級道路的綠地植物群落，并進(jìn)行四個距離（0 m、10 m、15 m和20 m）的噪聲值測量，比較了植物群落不同距離的降噪效果。在文獻(xiàn)分析和實(shí)地測量噪聲過程中，本文認(rèn)識到植物降噪功能是一個涉及多因子，又易受環(huán)境影響的研究議題。但是，受實(shí)驗(yàn)條件的影響和限制，本文在道路的植物群落特征的影響因子方面考慮不夠全面，對具體植物種類配置研究欠缺，未能解析出不同道路等級最適的植物搭配模式。

今后研究可以圍繞杭州市天目山路植物群落的降噪效果進(jìn)一步研究分析，探討植物種類搭配存在差異時對不同等級道路的降噪效果比較，進(jìn)而將噪聲研究結(jié)果更多地與城市路網(wǎng)綠化和居住區(qū)設(shè)計(jì)相結(jié)合，解析噪聲對人們無危害影響下的道路紅線與建筑物后退距離的合理性。