集中頻段交通噪聲垂直分布特性研究

喬 躍，袁嘉澤，張陽偉，盧振生，王迎輝，羅 毅

(綏化學(xué)院，黑龍江 綏化 152061)

0 引言

道路交通的發(fā)展和汽車數(shù)量的急劇增加導(dǎo)致了道路交通噪聲污染日益嚴(yán)重，交通噪聲成為四大污染物之一，是一個(gè)嚴(yán)重的社會(huì)公害問題[1]，嚴(yán)重影響了人們的生活和健康。所以為了更有效減少交通噪聲的困擾，研究交通噪聲的分布特性顯得尤為重要。交通噪聲縱向傳播規(guī)律的研究是確定道路交通污染范圍和污染區(qū)域界定的基礎(chǔ)[2]。然而，迄今為止，關(guān)于交通噪聲縱向傳播規(guī)律的研究較少。交通噪聲的垂直分布也嚴(yán)重影響城市居民生活狀況，尤其城市對(duì)于聲屏障的建立，需要以交通噪聲垂直分布特性為參考依據(jù)進(jìn)行設(shè)置[3]。本文以齊齊哈爾市內(nèi)交通噪聲污染嚴(yán)重路段兩側(cè)建筑物為研究對(duì)象，進(jìn)行距地面垂直高度的交通噪聲數(shù)據(jù)采集，依據(jù)聲能量計(jì)算方法，找出此路段噪聲能量占比嚴(yán)重的頻段，再運(yùn)用spss進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，找出交通噪聲垂直分布特性。為高層的每層樓提出具體的防治措施；也可為聲屏障的設(shè)置與設(shè)計(jì)提供參考，對(duì)于搞好噪聲功能區(qū)規(guī)劃、噪聲污染防治及創(chuàng)造良好的城市環(huán)境具有重要意義。

1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與分析

1.1 試驗(yàn)條件

實(shí)驗(yàn)儀器：噪聲頻譜測(cè)量儀采用HS6288B型。定期進(jìn)行了性能檢驗(yàn)。

氣象條件：風(fēng)向保持不變，測(cè)量時(shí)風(fēng)速不超過5 m/s。避免在濕的路面情況下進(jìn)行測(cè)量。

測(cè)量時(shí)間：工作日車流量較大的高峰時(shí)段(07:30～8:30和16:30～18:30)

實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：采集縱向衰減規(guī)律所需要的數(shù)據(jù)時(shí)，所選擇的測(cè)量地點(diǎn)是齊齊哈爾市車流量較大的新瑪特附近卜奎大街兩側(cè)居民樓，全樓有十六層(每層樓的樓高3.3 m)。此樓符合縱向衰減研究的測(cè)量要求。

1.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集方法

數(shù)據(jù)采集方法：測(cè)量高層建筑交通噪聲時(shí)，將HS6288B型頻譜噪聲儀放置在離任何反射物(即居民樓墻壁)2 m外，在早晚高峰進(jìn)行測(cè)量，相隔10 min測(cè)量一次，每次測(cè)量15 min。測(cè)量時(shí)使用風(fēng)罩。每次測(cè)量前后，都使用聲校準(zhǔn)器進(jìn)行了校準(zhǔn)。

2 交通噪聲數(shù)據(jù)分析

由于不同道路車道寬度、車流量、行車速度以及汽車鳴笛情況的不同，其交通噪聲的分布也不盡相同，為了探究某一特定道路交通噪聲在垂直方向的分布特性，本文選取齊齊哈爾市車流量較大的卜奎大街新瑪特附近兩側(cè)居民樓為研究對(duì)象。測(cè)量時(shí)，將靠近新瑪特其中一側(cè)的居民樓所有樓層窗戶都打開，把儀器伸出窗外2 m，每層樓中各設(shè)多個(gè)測(cè)量點(diǎn)，一層接著一層的進(jìn)行測(cè)量，每個(gè)測(cè)量點(diǎn)測(cè)量15 min，多次測(cè)量然后取平均值，之后統(tǒng)計(jì)15 min內(nèi)交通噪聲的等效聲級(jí)(Leq(A))。測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T14623—1993《城市區(qū)域環(huán)境噪聲測(cè)量方法》的交通噪聲測(cè)量辦法。數(shù)據(jù)測(cè)量并整理結(jié)果見表1。

表1 新瑪特附近居民樓高峰時(shí)段不同頻率縱向交通噪聲值

根據(jù)噪聲頻率調(diào)查結(jié)果，依據(jù)ISO226-1987噪聲頻段劃分中的規(guī)定及聲能量計(jì)算公式，求出各個(gè)頻段的聲能量分布，找到研究路段交通噪聲最主要的影響頻段，計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 新瑪特附近居民樓各層交通噪聲聲能量分布

聲能量計(jì)算公式為

(1)

(2)

(3)

式中ηI——各頻段聲能量占總噪聲能量的比值；

EI——各頻段聲能量/J；

EA——總聲能量/J；

PI——各頻段聲壓/Pa；

PA——總聲壓/Pa；

LI——各頻段聲壓/Pa；

LA——總聲壓/Pa；

LIi——各頻段各倍頻程聲壓級(jí)/dB。

由表1和表2可知，新瑪特附近居民樓各樓層噪聲均為中頻能量占比較大，隨著樓層的增加中頻占比更突顯，說明隨著樓層的增加，交通噪聲主要影響頻段在250～1 000 Hz范圍內(nèi)。低頻能量分布在樓層低的時(shí)候占比和中頻能量占比相接近，交通噪聲高頻段在每層的占比都較小，影響不顯著。

研究城市道路交通噪聲在空間的垂直分布，其主要目的是研究噪聲對(duì)道路兩旁高層住宅的影響。不同的樓層其噪聲值不同，對(duì)居民生活的影響程度也是不一樣的。交通噪聲縱向傳播規(guī)律的研究是確定道路交通污染范圍和污染區(qū)域界定的基礎(chǔ)。由上述分析得到新瑪特附近居民樓受交通噪聲中頻段影響較大，所以找到在中頻段(250 Hz、500 Hz、1 000 Hz)高度與交通噪聲存在的對(duì)應(yīng)關(guān)系，使城市降噪、創(chuàng)造良好居住環(huán)境更有針對(duì)性，能夠可靠有效的降噪，減少其他次要因素干擾。

3 建立交通噪聲垂直分布關(guān)系模型

由表1可知，頻率在250 Hz、500 Hz、1 000 Hz時(shí)，在中間樓層出現(xiàn)了噪音最高點(diǎn)，噪聲分布與高度的關(guān)系總體趨勢(shì)大致相同，都呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)。所以可以選擇主要影響特定路段的頻段(250 Hz、500 Hz、1 000 Hz)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)來推測(cè)出交通噪聲與高度是否存在數(shù)學(xué)關(guān)系。交通噪聲值的衰減狀態(tài)與垂直高度的關(guān)系可通過以下方法求得：將數(shù)據(jù)導(dǎo)入SPSS數(shù)據(jù)分析軟件中，選中可能形成的曲線模型(線性、二次、三次、指數(shù)方程)，最后得到擬合結(jié)果。

由圖1和表3可知，線性曲線及指數(shù)的顯著值都大于等于0.8，說明兩個(gè)模型均不顯著，擬合效果差，線性曲線與指數(shù)曲線均不適合來描述樣本。二次曲線模型與三次曲線模型統(tǒng)計(jì)量的顯著值都等于0.000，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于0.01，說明兩個(gè)模型都顯著，并且都具備常數(shù)項(xiàng),分別為：64.133和61.917。二次曲線模型的擬合度”低于“三次曲線模型擬合度”(0.801<0.811)，所以交通噪聲垂直分布特性更符合一元三次曲線模型。根據(jù)表3曲線估計(jì)結(jié)果，得到三次曲線方程為：噪聲值=0.008×樓層數(shù)3-0.43樓層數(shù)2+1.789樓層數(shù)+61.917。

表3 模型匯總和參數(shù)估計(jì)值(因變量:頻率250)

圖1 250 Hz時(shí)曲線估計(jì)擬合圖

由圖2和表4可知，線性曲線及指數(shù)的顯著值分別為0.136和0.128，遠(yuǎn)大于0.01，說明兩個(gè)模型均不顯著，擬合效果差。二次曲線模型與三次曲線模型統(tǒng)計(jì)量的顯著值都等于0.000，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于0.01，說明兩個(gè)模型都顯著，并且都具備常數(shù)項(xiàng),分別為：73.366和74.866。二次曲線模型的擬合度低于“三次曲線模型擬合度”(0.952<0.960)，所以交通噪聲垂直分布特性更符合三次函數(shù)方程。根據(jù)表4曲線估計(jì)結(jié)果，則三次函數(shù)曲線方程為：噪聲值=-0.005×樓層數(shù)3-0.006樓層數(shù)2+0.633樓層數(shù)+74.866。

表4 模型匯總和參數(shù)估計(jì)值(因變量:頻率500)

圖2 500 Hz時(shí)曲線估計(jì)擬合圖

由圖3和表5可知，線性曲線及指數(shù)的顯著值分別為0.728和0.763，遠(yuǎn)大于0.01，說明線性曲線與指數(shù)曲線均不適合來描述樣本。二次曲線模型顯著值為0.002>0.01也不顯著，擬合效果差，三次曲線模型統(tǒng)計(jì)量的顯著值等于0.000，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于0.01，說明顯著，具備常數(shù)項(xiàng)：72.604。三次曲線模型擬合度為0.866，所以交通噪聲垂直分布特性更符合一元三次曲線方程。根據(jù)圖3曲線估計(jì)結(jié)果，三次曲線方程為：噪聲值=-0.02×樓層數(shù)3+0.43樓層數(shù)2-0.493樓層數(shù)+72.604。

表5 模型匯總和參數(shù)估計(jì)值(因變量:頻率1 000)

圖3 1 000 Hz時(shí)曲線估計(jì)擬合圖

4 結(jié)論

本文選取交通噪聲污染嚴(yán)重的路段(齊齊哈爾市新瑪特附近居民樓)為研究對(duì)象，采集了距地面不同垂直高度所對(duì)應(yīng)的噪聲數(shù)據(jù)，進(jìn)行整理分析后得到：

(1)所測(cè)路段(齊齊哈爾市新瑪特附近居民樓)交通噪聲主要來源為中頻段噪聲。

(2)頻率在250 Hz時(shí)，垂直高度與對(duì)應(yīng)噪聲值的關(guān)系：噪聲值=0.008×樓層數(shù)3-0.43樓層數(shù)2+1.789樓層數(shù)+61.917。

(3)頻率在500 Hz時(shí)，垂直高度與對(duì)應(yīng)噪聲值的關(guān)系：噪聲值=-0.005×樓層數(shù)3-0.006樓層數(shù)2+0.633樓層數(shù)+74.866。

(4)頻率在1 000 Hz時(shí)，垂直高度與對(duì)應(yīng)噪聲值的關(guān)系：噪聲值=-0.02×樓層數(shù)3+0.43樓層數(shù)2-0.493樓層數(shù)+72.604。噪聲值與垂直距離之間呈三次曲線模型分布。

掌握交通噪聲垂直方向上的分布規(guī)律可以來防治道路交通噪聲對(duì)高樓居民生活的影響，針對(duì)高層樓的每層樓提出具體的防治措施；尤其對(duì)于需要設(shè)置聲屏障的路段，可作為聲屏障的設(shè)置與設(shè)計(jì)參考依據(jù)，對(duì)于搞好噪聲功能區(qū)規(guī)劃、噪聲污染防治及創(chuàng)造良好的城市環(huán)境具有重要意義，為營造城市良好的聲環(huán)境提供理論支撐。