變電站噪聲地圖的研究與應用
——以某220kV變電站為例

嚴 青，丁少華，陳 迪，張 一

(四川電力設計咨詢有限責任公司，成都 610041)

前 言

我國超高壓變電站所產(chǎn)生的主要環(huán)境影響有工頻電場、工頻磁場及噪聲等，其中工頻電場、工頻磁場基本能滿足《電磁環(huán)境控制限值》(GB8702-2014)中的公眾曝露控制限值要求，但噪聲卻常出現(xiàn)超標現(xiàn)象，超標現(xiàn)象包括站界噪聲超標和站外環(huán)境噪聲超標。為防止變電站站界噪聲超標，可在設計階段采取BOX-IN、聲屏障[1]等降噪技術。但變電站在設計階段往往無法判斷變電站建成后周圍的辦公、住宅等敏感建筑物的建設情況(位置、使用性質(zhì)、規(guī)模及樓層高度等)，同時變電站多為分期建設，終期規(guī)模時變電站的外環(huán)境關系與初期規(guī)模時相比可能會發(fā)生變化。上述外環(huán)境關系發(fā)生變化，可能會導致站外敏感區(qū)域噪聲超標，反過來則會引起變電站的降噪措施發(fā)生變化，增加額外的投資。

為解決以上問題，本文提出從變電站初期規(guī)模設計階段開始，建立變電站的噪聲地圖，即根據(jù)變電站的初期、終期建設規(guī)模，建立變電站噪聲預測模型，同時結合當前變電站外環(huán)境關系分布情況與聲環(huán)境功能區(qū)劃，預測變電站對周圍環(huán)境不同高度層的噪聲影響情況，形成水平和垂直方向上的噪聲分布圖。為實現(xiàn)區(qū)域噪聲達標、環(huán)境噪聲管理、優(yōu)化城市規(guī)劃等提供科學依據(jù)。

1 噪聲地圖

“噪聲地圖”這一說法于2002年起源于歐洲，其含義為反映某區(qū)域噪聲現(xiàn)狀或預測該區(qū)域噪聲分布情況的地圖，可分為城市區(qū)域噪聲地圖、道路交通噪聲地圖、工業(yè)噪聲地圖、航空噪聲地圖、居住區(qū)域噪聲地圖等[2]。通過噪聲地圖，可從空間和時間維度上，對噪聲影響進行預測、分析、評價，一方面有利于實現(xiàn)區(qū)域噪聲達標，另一方面也為區(qū)域環(huán)境噪聲管理、城市整體規(guī)劃、城市健康發(fā)展等提供科學依據(jù)[3]。

噪聲地圖的繪制包含以下幾個步驟：資料收集(包括噪聲源強、背景監(jiān)測、外環(huán)境調(diào)查等)、噪聲貢獻值模擬預測、噪聲貢獻值與背景值疊加、插值法構建等聲級線、噪聲值的可視化表達、區(qū)域噪聲狀況分析與評價、制定噪聲防治措施[4]。其中進行噪聲模擬的軟件通常有Cadna/A、SoundPlan等，均具有模型建立、噪聲預測、數(shù)據(jù)可視化等功能。

2 變電站噪聲地圖繪制

2.1 變電站概況

以某220kV變電站為例，其總平面布置見圖1，變電站主要噪聲源為主變壓器，初期規(guī)模為2×240MVA，終期規(guī)模為3×240MVA，主變壓器之間均有防火墻隔開，防火墻高度為7m；站內(nèi)初期將建成主控樓和配電室各1座；站外為農(nóng)村環(huán)境，距變電站東側站界約20m處分布有一處三層高建筑物(居民住宅)，其余側200m范圍內(nèi)均無建筑物分布。

圖1 220kV變電站總平面布置圖Fig.1 General layout of 220kV substation

2.2 資料收集

2.2.1 聲功能區(qū)劃及噪聲執(zhí)行標準

根據(jù)區(qū)域聲功能區(qū)劃，該區(qū)域為2類聲環(huán)境功能區(qū)，即指以商業(yè)金融、集市貿(mào)易為主要功能，或者居住、商業(yè)、工業(yè)混雜，需要維護住宅安靜的區(qū)域，其環(huán)境噪聲限值為晝間60dB(A)、夜間50dB(A)。

2.2.2 聲源源強大小

根據(jù)主變壓器廠家提供的資料，變電站擬采用的主變壓器源強為：距主變壓器2m處聲壓級70dB(A)。

2.2 .3 背景噪聲值

該區(qū)域環(huán)境狀況單一，無其他明顯噪聲源，根據(jù)監(jiān)測結果，區(qū)域背景噪聲值為晝間44dB(A)、夜間40dB(A)，背景噪聲滿足2類聲環(huán)境功能區(qū)標準。

2.2.4 區(qū)域建筑物特性

根據(jù)調(diào)查，變電站附近區(qū)域建筑物多為居民住宅，樓層為1～3層，每樓層高約3m。

2.3 噪聲預測

本次采用Cadna/A軟件對變電站初期、終期規(guī)模產(chǎn)生的噪聲情況進行預測，預測范圍為變電站外200m以內(nèi)的區(qū)域，預測高度分別為距地面1.2m(一層)、4.2m(二層)、7.2m(三層)。

2.4 噪聲預測結果及分析

根據(jù)變電站初期、終期規(guī)模噪聲貢獻值，變電站站界噪聲分布情況見圖2，疊加區(qū)域背景值后，不同高度處的噪聲預測結果(平面噪聲地圖)見圖3～圖5，變電站外建筑物各層的噪聲預測結果(垂直噪聲地圖)見圖6。

注：鑒于變電站東側分布有居民，故東側站界計算高度為圍墻上方0.5m，即距地面2.8m，其余側站界計算高度為距地面1.2m。圖2 變電站站界噪聲分布情況Fig.2 Noise distribution at substation station boundary

注：圖上均顯示的為夜間噪聲分布情況。圖3 1.2m處站外平面噪聲地圖Fig.3 Noise map 1.2m outside the station

注：圖上均顯示的為夜間噪聲分布情況。圖4 4.2m處站外平面噪聲地圖Fig.4 Noise map 4.2m outside the station

注：圖上均顯示的為夜間噪聲分布情況。圖5 7.2m處站外平面噪聲地圖Fig.5 Noise map 7.2m outside the station

注：圖上均顯示的為夜間噪聲分布情況。圖6 建筑物各層的垂直噪聲地圖Fig.6 Vertical noise map of each floor of building

由圖2可知，變電站本期、終期規(guī)模投運后站界噪聲最大值分別為47.6dB(A)、49.2dB(A)，均滿足《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標準》(GB12348-2008)2類功能區(qū)標準(晝間60dB(A)、夜間50dB(A))，不需采取降噪措施。

由圖3～圖5可知，當計算高度為距地面1.2m處時，站外均無超標，隨著計算高度增加，變電站噪聲影響范圍逐漸增大。從4.2m開始，北側站外開始出現(xiàn)超標現(xiàn)象，且隨著高度增加超標范圍逐漸擴大。鑒于站外建筑物的規(guī)劃和建設情況無法獲知，因此無法從變電站著手采取針對性的降噪措施?？紤]到變電站終期規(guī)模時4.2m、7.2m高處北側站外噪聲超標范圍分別約為10m、20m，可建議向當?shù)匾?guī)劃部門請示，在變電站北側站外10m范圍內(nèi)禁止修建兩層建筑物，在20m范圍內(nèi)禁止修建三層建筑物。

由圖6可知，變電站東側現(xiàn)有建筑物各層噪聲均能滿足《聲環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3096-2008)2類功能區(qū)標準，變電站初期、終期規(guī)模投運后噪聲最大值分別為47dB(A)、48dB(A)，均出現(xiàn)在第三層。

由于該區(qū)域環(huán)境狀況單一，除本變電站外，無其他明顯噪聲源，故圖3～圖5為本變電站建成后的區(qū)域水平噪聲地圖，圖6為本變電站建成后的區(qū)域垂直噪聲地圖，通過上述噪聲地圖，可得到以下啟示：

(1)當變電站初期工程建成投運后，需對變電站站外敏感建筑物處的噪聲進行實測，同時結合站外建筑物分布，建立站外現(xiàn)狀噪聲地圖，并對噪聲地圖進行動態(tài)管理，當區(qū)域噪聲源、建筑物分布情況及聲功能區(qū)劃等發(fā)生變化時進行噪聲地圖實時更新；

(2)根據(jù)繪制的噪聲地圖，判斷站外現(xiàn)狀噪聲或規(guī)劃工程實施后噪聲是否超標，若已有敏感建筑物處現(xiàn)狀噪聲超標，則需采取相應的降噪整改措施；若規(guī)劃工程實施后已有敏感建筑物處噪聲超標，則需在設計階段采取相應的降噪措施；若規(guī)劃工程實施后站外規(guī)劃區(qū)域部分超標，則需協(xié)同規(guī)劃部門對超標區(qū)域進行合理規(guī)劃，避免相關敏感建筑物建成后出現(xiàn)噪聲超標現(xiàn)象，最大限度地實現(xiàn)噪聲預先控制。

(3)新建工程設計階段應首先收集區(qū)域的噪聲地圖，掌握區(qū)域的噪聲現(xiàn)狀，結合新建工程的噪聲影響優(yōu)化工程環(huán)保設計。

3 結 論

為進一步改善區(qū)域噪聲環(huán)境，可采用噪聲地圖的方式，掌握區(qū)域噪聲現(xiàn)狀，同時獲得新建工程建成后的噪聲影響狀況。本文通過繪制變電站建成后的噪聲地圖，明確了變電站噪聲對區(qū)域的影響狀況，當變電站終期規(guī)模建成后，東側現(xiàn)有建筑物各層噪聲值均能達標，但變電站北側站外4.2m、7.2m高處均會出現(xiàn)噪聲超標，其超標范圍分別約為10m、20m，鑒于站外規(guī)劃的不確定性，可向當?shù)匾?guī)劃部門請示，結合噪聲地圖分布情況，進行站外區(qū)域的合理規(guī)劃，如可建議在變電站北側站外10m范圍內(nèi)禁止修建兩層建筑物，在20m范圍內(nèi)禁止修建三層建筑物，實現(xiàn)區(qū)域噪聲環(huán)境達標。

此外，對于某些城市區(qū)域，城市發(fā)展較快，城市功能較多，各項設施分布比較密集，聲環(huán)境功能區(qū)劃分也較復雜，則需要利用現(xiàn)狀監(jiān)測數(shù)據(jù)，結合軟件模擬預測，構建區(qū)域現(xiàn)狀噪聲地圖，并根據(jù)工程和城市設施建設情況進行不斷更新，實現(xiàn)動態(tài)管理，為區(qū)域新建工程降低噪聲影響提供強有力的技術支撐和指導，同時有利于優(yōu)化區(qū)域環(huán)境噪聲管理及城市規(guī)劃。