不同綠化配置對交通噪聲的衰減效果比較

聶蕾

（安徽省化工研究院，安徽 合肥230041）

隨著城市化的快速發(fā)展，城市環(huán)境污染不斷加劇，其中噪聲污染（主要為交通噪聲）因其普遍性和廣泛性而特別突出[1]。交通噪聲是噪聲污染的主要來源，多由汽車發(fā)動機噪聲、輪胎與路面摩擦噪聲和車體與空氣摩擦產(chǎn)生的噪聲組成，同時，低頻率交通噪聲的污染較為嚴重[2]。交通噪聲的治理主要從噪聲源防治、切斷傳播途徑和受聲點防護三個方面入手[3]，其中，切斷傳播途徑的方法主要有設置隔聲板、防噪堤和綠化帶等。

研究表明，公路交通噪聲擾民的閾值為66.3 dB，超過這個值會使人心煩意亂，精神疲憊，嚴重影響人的各項生理狀況[4]，因此防治噪聲污染受到道路設計者和使用者的廣泛重視。早在1963 年，Empleton 的研究就表明林帶具有降低噪聲的功能。植物降噪主要是由于葉片振動消耗長波聲能，同時對短波聲能產(chǎn)生衍射的結(jié)果，其中不同形態(tài)植物的降噪效果差異很大[5]，植物群落的降噪能力差異更大，不僅和組成植物形態(tài)有關，更是復雜的群落內(nèi)部結(jié)構(gòu)影響的結(jié)果。

國內(nèi)外已經(jīng)有一些學者對植物降噪領域開展了研究，以往研究報道比較注重植物枝下高、高度、冠幅、寬度、能見度等結(jié)構(gòu)特征因子對交通噪聲的降噪效果，并且目前也對綠化帶有了一定的研究，其中綠化帶高度、長度、寬度、密度以及排列形式等結(jié)構(gòu)參數(shù)是比植物形態(tài)特征更為重要的降噪因子，前者對聲波的擴散作用優(yōu)于后者對聲波的吸收作用[6]；但也有學者認為植物群落的降噪效果與葉面積、冠幅以及分枝點等植物的形態(tài)特征密切相關[7]。目前有關綠化帶消減交通噪聲的研究主要針對綠化帶結(jié)構(gòu)對噪聲衰減方面的影響[8],缺乏對噪聲源不同距離的減噪效果的研究以及對季節(jié)性變化的減噪效果的研究。

作者在昆明市東三環(huán)的綠化帶以及周邊的森林選取具有代表性的林帶13 個，于2014 年一年中的1 月、3月、7 月以及10 月進行采樣，以期獲得為公路綠化設計和交通噪聲治理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況和實驗材料

實驗地點位于昆明市東三環(huán)周邊，北緯N25°03′23.90″，東經(jīng)E102°46′0.46″。采樣區(qū)海拔高度2050～2200 m，實驗對象為該地區(qū)分布最廣和最典型的云南松林、華山松林、常綠闊葉林和灌木叢。昆明市東三環(huán)市連接城區(qū)與市郊的交通干道車流量大，也是城市建筑垃圾以及渣土外運的主要道路之一，所以交通噪聲很大，對人的影響很大。

昆明市東三環(huán)邊坡上的城市森林主要是人工林，主要林分為常綠闊葉林、灌木叢、云南松林、華山松林。其中城市森林的林齡為15～25 年，常綠闊葉林的郁閉度為0.85，灌木叢的郁閉度為0.70，云南松林的郁閉度為0.85，華山松林的郁閉度為0.85。

1.2 采樣方法

1.2.1 噪聲采樣點的布設

根據(jù)資料并結(jié)合實際情況，選擇昆明市東三環(huán)為交通噪聲的測試樣帶，該區(qū)域是昆明市主要的交通主干道，交通流量大。根據(jù)道路以及周邊城市森林的綠化狀況，綠地類型分為地被-灌木、地被-灌木-喬木（闊葉）、灌木-喬木（闊葉）、喬木（闊葉）-喬木（針葉）、純喬木（針葉）和地被-喬木（闊葉）六種類型，每個樣帶的長度設置為20m，寬度為5m。樣帶的地理位置與植被類型見表1。

表1 路測不同類型林帶

1.2.2 噪聲數(shù)據(jù)測定

昆明市東三環(huán)市連接城區(qū)與市郊的交通干道，車流量大，也是城市建筑垃圾以及渣土外運的主要道路之一，所以主要的噪聲源為道路交通噪聲。由于風力以及空氣相對濕度等因子會對噪聲衰減效果產(chǎn)生影響，分別于2014 年1 月、3 月、7 月和10 月選擇風速小于5 m/s且無風雨的晴朗白天進行多次測定，同時為了保證科學的隨機化原則，每組林帶的3 組實驗均涵蓋一個周末和2 個工作日的數(shù)據(jù)。在每個林帶，用TES-1353 積分式聲級計測定，測定時長為30 s，3 次重復,每一次重復間隔5 min。

1.3 噪聲衰減以及環(huán)境噪聲標準（表2）

減噪率[9]（R）為：

式中：S0和Si分別為無植物對照地和第i 群落某時段的聲級，dB。

噪聲衰減公式：

其中，當r2=2r1時，△L=-6 dB，由于本實驗設置的林帶都是等長的，所以每個林帶的噪聲衰減值為6 dB。

表2 城市區(qū)域環(huán)境噪聲標準[10]（GB3096-93）

其中0 類標準適用于療養(yǎng)區(qū)、高級別墅區(qū)、高級賓館區(qū)等特別需要安靜的區(qū)域；1 類標準適用于以居住、文教、機關為主的區(qū)域；2 類標準適用于居住、商業(yè)、工業(yè)混雜區(qū)；3 類標準適用于工業(yè)區(qū)；4 類標準適用于城市道路交通干線道路兩側(cè)區(qū)域。依據(jù)上述標準判定昆明市主干道東三環(huán)城市交通噪聲的現(xiàn)狀。

2 結(jié)果與分析

2.1 環(huán)境噪聲標準評價

于2014 年1 月、3 月、7 月和10 月選擇風速小于5 m/s 且無風雨的晴朗白天進行多次測定，得到昆明市東三環(huán)以及道路綠化配置的噪聲值（dB），見表3。

表3 路側(cè)不同類型林帶的噪聲平均值（dB）

將表3 中各個林帶的噪聲值與表2 城市區(qū)域環(huán)境噪聲標準進行比較，可以得到，昆明市東三環(huán)的噪聲值超出國家標準的4 類標準，林帶3、林帶4、林帶5、林帶6、林帶9 以及林帶10 的噪聲值均達到國家標準的3 類標準，而林帶2、林帶7 和林帶8 的噪聲值只達到國家標準的4 類標準。

2.2 綠化帶寬度對降噪效果的影響

隨著昆明市主干道綠化帶寬度的增加，噪聲強度均表現(xiàn)出顯著降低的趨勢，即從噪聲源到綠化帶，植物發(fā)揮顯著的降噪效應。噪聲隨距離的減噪效應見圖1。

圖1 綠化帶寬度對降噪效果的影響

由圖1 可知，當綠化帶的寬度超過30 m 之后，降噪的效果反而上升，所以綠化帶的寬度最好不要超過30 m，其中從噪聲源到20 m 之前，降噪效果比較明顯，到達20 m 之后，降噪效果就不是十分明顯。從研究結(jié)果來看，盡管綠化帶能導致聲波在傳播途徑上被綠化植物吸收，但是隨著綠化帶寬度的增加，綠化帶的降噪效果開始減弱，即靠近聲源的前半部分的綠化帶對噪聲有較好的衰減作用，遠離的后半部分的降噪效果較弱，并不是綠化帶越寬越好。同時研究表明，在距離道路20 m 范圍內(nèi)，噪聲值呈現(xiàn)最快的遞減方式，所以綠化帶的寬度選擇20 m。

2.3 植物種類對降噪效果的影響

不同種類的植物對綠化帶降噪的影響不同，大部分植物降噪的效果差異明顯，因此將不同植物按類別分類，來監(jiān)測不同種類植物對噪聲的降噪效果，見表4。

表4 綠化帶不同植物類型對降噪效果的影響

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，喬木的降噪值最大，是因為喬木枝繁葉茂，對聲波有良好的反射和吸收效果；其中香樟和石楠的降噪聲最大，均達到4.9 dB，而圓柏、華山松和云南松的降噪聲稍微低一點，原因是因為香樟和石楠的葉片比華山松等針葉植物的葉片面積大，能夠更好地反射和吸收噪聲。而灌木和草本植物沒有喬木的降噪效果好，原因是灌木和草本植物沒有喬木的冠幅大，也沒有喬木的植株高，所以對聲波的吸收能力有限，沒有喬木的降噪效果好。

研究表明，能達到降噪值可能與植物樹冠和枝下高度比其他類型的植物矮而密有關，同時有證據(jù)表明，樹種的吸聲量與樹木單位吸聲量有很大的關系[11],所以植物濃密的枝葉有助于提高植被的總吸聲量，降噪效果能力更強。因此選擇生長良好，枝繁葉茂的植物，冠幅大且枝葉濃密對聲波的反射和吸收效果好，能起到較好的降噪效果。

2.4 不同綠化帶對降噪效果的影響

不同類型的林帶對噪聲的降噪效果不盡相同，將各個林帶的降噪值進行對比，確定降噪效果最佳的林帶，以期為城市降噪、公路綠化設計和交通噪聲治理提供理論依據(jù)。

表5 路側(cè)不同類型林帶對交通噪聲的平均降噪值

由表5 可知，地被-灌木-喬木（闊葉）林帶3 和林帶9 的平均降噪效果最佳，降噪效果分別達到13.1 dB和13.3 dB；而灌木-喬木（林帶4）、純喬木（闊葉）（林帶5）與喬木（闊葉）-喬木（針葉）（林帶6）的降噪效果接近；純喬木（針葉）（林帶7）與喬木（闊葉）-地被（林帶10）的降噪效果相似，降噪效果分別為8.8 dB 和8.7 dB；而地被-灌木（林帶2 和林帶8）的降噪效果最低，平均值僅為6.3 dB。其中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7.1 dB。

研究結(jié)果表明：喬灌草的這種綠化配置對噪聲的降噪效果最為明顯，因為喬灌草的有序緊密結(jié)合，形成了高中低三個冠層相結(jié)合的屏障，降噪效果顯著高于其他組的草本喬木型、喬灌型以及喬木型。雖然公路綠化林帶可以吸收、反射和衍射部分聲波，產(chǎn)生綠化衰減，但在不同的綠化林帶的模式下，其降噪效果并不相同。因為綠化帶降噪和植物的配置有關系，所以合理地進行綠化配置，對綠化帶的降噪效果至關重要。從研究結(jié)果來看，綠化帶的配置應被植物覆蓋，避免裸露，分枝小而密[12]，并采用喬灌草的配置，從而達到最好的降噪效果。

2.5 降雨量對降噪效果的影響

由于昆明市的特殊性，其四季并不分明，而雨季和旱季則差異明顯，所以研究降雨量對昆明市交通主干道東三環(huán)的降噪影響是十分有意義的，其中在采樣的2014 年，昆明市雨季和旱季的平均降雨量為719 mm 和107.4 mm。

表6 路側(cè)降雨量對不同綠化配置的降噪值的影響（dB）

由表6 可知，降雨量對植物的降噪效應是有影響的，旱季各林帶對噪聲的降噪效應要低于雨季。原因是因為雨季大量的降雨使植物快速生長，使得枝葉更加茂盛，同時植物葉片的氣孔全部打開，所以植物對噪聲的吸收作用更加明顯；而旱季，由于降雨量減少，同時植物為了保持體內(nèi)的水分減少蒸騰作用，植物葉片的氣孔盡量關閉，所以植物對噪聲的吸收將減少。研究結(jié)果表明，降雨量對植物的降噪值是有影響的。

3 結(jié)論

（1）在無植被馬路上的噪聲值超過國家的4 類標準，而在綠化帶的馬路上噪聲值明顯降低，達到國家的4 類和3 類標準，說明綠化帶配置對噪聲具有明顯的降噪作用。

（2）綠化帶要有足夠的寬度，才能保證在最佳降噪范圍內(nèi)種植更多有效降噪的植物。研究表明，在距離道路20 m 范圍內(nèi)，噪聲值呈現(xiàn)最快的遞減方式，所以綠化帶的寬度選擇20 m。在合理的配置下，達到公路降噪效益最大化。

（3）不同植物對噪聲的降噪效果不相同，其中降噪效果喬木＞降噪效果灌木＞降噪效果草本。

（4）采用喬灌草相結(jié)合的復層搭配，能夠保證綠化帶整體的冠幅能在不同高度、不同層次上形成遮擋，從而達到降噪的效益最大化。

（5）降雨量對植物的降噪效應有影響，旱季各林帶對噪聲的降噪效應要低于雨季。