下沉式綠地降低城市交通噪聲效果研究

劉昌勝，王金耀，李 森，邢國明

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，山西 晉中 030600)

伴隨城市化發(fā)展標(biāo)志——城市人口、城市用地規(guī)模、交通量等的增加，城市交通噪聲成為城市主要污染之一，生態(tài)發(fā)展、綠色規(guī)劃、降低和減少污染也成為城市發(fā)展的基本要求和城市規(guī)劃的重要課題[1]。Meister最早意識到城市交通噪聲并于1932 年記錄，K?sters等1938年開始重視噪聲的測量和評估，意識到城市建設(shè)規(guī)劃應(yīng)該減少噪聲污染[2]。Eyring[3]1946年實驗證實巴拿馬熱帶雨林對噪聲有衰減作用，園林植物寬度、高度、密度、葉面積指數(shù)、地表條件、氣候等是減噪的主要因素[4]。不同尺度建筑模式下噪聲污染與植物配置相關(guān)，微觀尺度下，建筑結(jié)構(gòu)相同，綠化植物配置方式不同噪聲水平不同，對其分析研究成為城市健全規(guī)劃的“先驗”工具[5]。國內(nèi)張敬凱等(1964)較早測量交通噪聲[6]，為減少城市交通噪聲污染，其他人還從城市干、支道間綠地植物配置方式、寬度[7]，路旁帶狀綠地設(shè)計[8]等角度進行了研究并取得了有用成果。近年來，在“海綿城市”理念下，基于沉降式綠地的雨水滲透和雨水量調(diào)蓄作用，城市景觀設(shè)計中出現(xiàn)了大量的沉降式綠地[10]，同時，與沉降式綠地原理相同的下沉式庭院還可以降低噪音，抵御惡劣氣候，降低能耗25.35%[9]。因此，在鮮見沉降式綠地降噪效果研究報道情況下，我們進行了下沉式城市綠地不同植物配置降噪作用研究。

1 方法

1.1 研究對象選取

在對大同市古城墻周邊多個下沉式綠地的地形排查、記錄、數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)上，選取有代表性的大同市平城區(qū)平城街武定門街至御河西路間、長約2 km路段作為研究對象。該路段區(qū)域有完整的沉降式地形與等寬水平地形及已綠化和未綠化的處理方式, 同時道路坡度及與車流距離相同。綠地植物配置模式：有喬—灌—草，喬—灌，灌—草，喬—草等結(jié)構(gòu)。

表1 不同綠地植物配置模式數(shù)據(jù)表

1.2 研究方法

1.2.1 測量儀器及其使用方法 噪聲儀型號VICTOR1350(準(zhǔn)確度2型),性能符合GB3785-83要求；測量儀器和聲校準(zhǔn)器按JJG699、JJG176、JJG778規(guī)定定期鑒定；測量前后使用聲校準(zhǔn)器校準(zhǔn)測量儀器，示值偏差≤0.5 dB。風(fēng)速儀型號為VICTOR816。

噪聲儀按照《城市區(qū)域環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)(GB3096-93)》《汽車定置噪聲限值(GB16170-1996 1997-01-01)》《城市區(qū)域環(huán)境噪聲測量方法(GB/T14623-93)》《聲學(xué) 環(huán)境噪聲測量方法(GB/T 3222-1994)》《汽車加速行駛車外噪聲限值及測量方法(GB1495-2002)》《聲學(xué) 市區(qū)行駛條件下轎車噪聲的測量(GB/T17250-1998)》等方法使用。

1.2.2 試驗設(shè)計 噪聲測量儀設(shè)置在距離樓房等反射物(除地面)至少5 m，離地高度1.2 m，位于車流穩(wěn)定的街旁0、5、10、15、20 m處，測量噪聲值。

綠化地段植物結(jié)構(gòu)配置有喬—灌—草、喬—灌、灌—草、喬—草等4種模式；沉降地段地形為前5～6 m為水平地形，6～20 m依沉降俯角θ下沉，實地測量tanθ=1/9～1/6(圖1)。參照《聲學(xué) 環(huán)境噪聲測量方法》(GB/T 3222-1994)，測量布點最小距離為5 m，實測發(fā)現(xiàn)，垂直沉降對噪聲衰減影響強于水平距離，而水平距離每增加5 m對噪聲衰減不明顯，經(jīng)統(tǒng)計學(xué)處理無顯著性差異(P>0.05)。

圖1 沉降地面示意圖

1.2.3 試驗實施 分別測量水平、沉降式有綠化與無綠化地形，有綠化地形分別在不同植物配置模式地形測量噪聲峰值，雙人同時獨立記錄噪聲儀峰值30～50個，存儲在Excel表格中，并計算標(biāo)準(zhǔn)差，以(±s)表示。因為觀察地段為非實驗室狀態(tài)，車流受交通信號燈指揮，不能形成連續(xù)不斷的車流，每個信號周期形成穩(wěn)定車流的時間約3～5 min，各地段在無車流狀態(tài)下測量的環(huán)境噪聲相同，經(jīng)測定約(58.23±2.13)dB(A)，視為本底噪聲。為了減少觀察誤差，只記錄峰值(A)。

測量在無雨、雪天，車流以轎車為主、車速40～60 km·h-1、車流穩(wěn)定的14∶00-18∶00進行，風(fēng)速>5 m·s-1時停止。選擇植物生長旺盛期、城市道路車流穩(wěn)定時測量相關(guān)數(shù)據(jù)。

1.2.4 指標(biāo)計算 用噪聲平均衰減率反映對城市車流噪音的降低效果，參照金邑霞[11]方法，計算各水平地形、下沉地形及其不同植物配置模式下10、15、20 m處噪聲平均衰減率，噪聲平均衰減率(Y1)計算公式為：

Y1=(D0-Di)/D0

式中D0為被測地段車流穩(wěn)定時道路旁原始噪聲峰值，Di為被測距離的實際噪聲峰值。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同植被配置與地形的噪聲峰值比較

表2顯示，不論那種地形和那種植被配置方式，都是隨著觀測距離的加大，噪音峰值都逐漸下降，另外實際測量中20～40 m距離乃大于40 m距離的噪聲峰值，基本趨于本底值，噪音傳播規(guī)律吻合；與距離為0 m相比，不同植被配置方式及不同地形達到顯著差異的觀測點距離不盡相同，即空曠水平地在20 m距離處、空曠下沉地在10 m，水平和下沉的喬灌草地以及下沉的喬灌地和喬草地都在10 m，水平灌草地及喬草地都在20 m，喬灌配置下沉地在10 m、水平地在15 m。表明與0 m處相比，下沉地形不論那種植被配置方式從10 m處噪音峰值都顯著降低，水平地形噪音峰值降低達到顯著程度的距離沿著喬灌草(10 m)—喬灌(15 m)—灌草(20 m)—空曠地(20 m)增加。水平地形下，不同植被配置方式之間觀測距離10 m以內(nèi)(包括10 m)噪音峰值差異不顯著；距離15 m時喬灌草與灌草間差異不顯著，但都顯著低于其它3種植被配置方式；距離20 m時，4種植被配置方式之間噪音峰值差異又都不顯著。下沉地形，不同植被配置方式之間觀測距離20 m以內(nèi)(包括15 m)噪音峰值差異不顯著。表明下沉地形降低噪音峰值作用明顯。

表2 不同地段不同距離穩(wěn)定車流點的噪聲峰值 單位：dB(A)

2.2 各地段噪聲平均衰減率比較

2.2.1 水平綠化地及空曠地降噪作用 圖2、表3顯示，水平地形下，在5 m處，空曠地及不同植物配置形式噪聲峰值的衰減率基本相同，之后隨著距離的加大，差值逐步提高，20 m時達到最大，之后又縮??；不同距離點的衰減率都表現(xiàn)為：喬灌草>喬灌>喬草>灌草>空曠地形；喬灌、喬草、灌草結(jié)構(gòu)的綠地在15～20 m間噪聲平均衰減率大于5～15 m區(qū)域，曲線上升更陡，20 m以后各綠地平均噪聲衰減率變緩，而空曠地于20～30 m間平均噪聲衰減率明顯增加，曲線變陡；30 m以后，所有綠化地及空曠地的噪音峰值衰退率縮小到較窄范圍，即不同植被配置模式的噪音峰值衰退率差異變小，且測量發(fā)現(xiàn)，水平地形大于30 m的區(qū)域各植被配置模式的噪聲峰值基本接近無車流的本底噪聲值56～58 dB(A)。說明在一定距離范圍內(nèi)不同植被配置模式噪音峰值降低效果不同，隨著距離的增加不同植被配置模式間的差異表現(xiàn)出小—大—小趨勢，隨著水平距離增加到一定程度后，水平距離將成為降噪的主要因素，且隨著噪音峰值降低到本底值以下，不同模式植被就不可能再有降低噪音峰值的作用了。

圖2 水平地形下不同植物配置及空曠地的噪聲峰值衰減率

表3 各地段噪聲峰值衰減率 單位：%

2.2.2 下沉空曠地與下沉綠化地降噪作用的比較 表2、圖3顯示，下沉地形下，在5 m處(下沉0 m)，空曠地及不同植物配置形式噪聲峰值的衰減率基本相同，之后隨著距離的加大，差值逐步提高，10 m(下沉1 m)時差值幾乎達到最大，且之后也基本維持在較穩(wěn)定的差值水平，也就是說從0 m下沉到1 m時，噪聲衰減幅度較大，按照下沉3 m的總噪聲衰減率，下沉0～1 m間的平均衰減率占60%左右，下沉1～2 m間的衰減幅度變緩，下沉2～3 m間的衰減變緩更為明顯，當(dāng)下沉達到3 m時，綠地噪音平均衰減率接近25%～27.2%，下沉大于3 m以后，綠地噪聲值與本底基本一致，而且與空曠地噪聲衰減率差異更小，實際測量發(fā)現(xiàn)下沉到4～6 m時各綠地模式與空曠地的噪聲基本在56～58 dB(A)范圍；不同距離點4種下沉綠地降噪效果差異減小，即下沉地不同植物配置衰減率與空曠下沉地比較，差別不像水平地形明顯；喬灌草噪聲衰減率的增加快于其它植物配置模式。說明隨著水平距離增加到一定程度后，下沉地水平距離也成為降噪的主要因素，且隨著噪音峰值下降到本底值后，綠地也就不再有降低噪音峰值的作用。

圖3 不同下沉深度下不同植被模式的噪聲衰減率

2.2.3 水平地段與下沉地段噪聲平均衰減率的比較 圖4、圖5顯示，在水平距離為10 m(下沉深度1 m)、15 m(下沉深度1.5m)時，相同植物配置模式水平地形與下沉地形噪聲平均衰減率差異較大，之后隨著下沉深度或水平距離增加，至圖6差異逐漸減小，相同植物配置模式不同地形下的噪聲平均衰減率差異逐步減小(圖6)，當(dāng)下沉深度達到3 m或水平距離增加到30 m時，相同植物配置模式不同地形下的噪聲平均衰減率差異逐步減小到幾乎相等(圖7)。說明在相同的植物配置模式下水平地形與下沉地形，隨著水平距離的延長，差異逐漸變小最后趨于一致。為驗證這個結(jié)論，我們還測定了下沉深度大于3 m以后的噪音衰減，結(jié)果顯示無論是下沉地形還是水平地形，也不管是何種綠化模式，當(dāng)水平距離超過30 m以上后，交通噪聲將衰減至本底值，水平距離成為降噪的主要因素。

圖4 不同植被模式水平地形與下沉地形噪聲衰減率

2.3 綠地郁閉度與平均噪聲衰減率的關(guān)系

2.3.1 下沉地形郁閉度與噪聲平均衰減率的相關(guān)關(guān)系 從下沉地形不同植被模式噪聲衰減率最大點即下沉1 m(水平距離10 m)時的觀測數(shù)據(jù)(表4)可看出，試驗的3種包含喬木的植物配置模式郁閉度(X)與噪聲平均衰減率(Y1)呈線性關(guān)系，Y1=13.231X-169.42(R=0.85),也就是說隨著植被郁閉度上升，噪音衰減率提高，增加植被郁閉度可有效降低噪音。

表4 不同植物配置模式噪聲衰減率與郁閉度的關(guān)系

2.3.2 水平地形噪聲衰減率與郁閉度的相關(guān)性分析 水平地形不同植被模式噪聲衰減率最大點即水平距離15 m時的觀測數(shù)據(jù)(表4)顯示，試驗的3種包含喬木的植物配置模式郁閉度(X)與噪聲平均衰減率(Y1)呈線性關(guān)系，Y1=6.228 4X-6.074 1(R=0.63),也就是說隨著植被郁閉度上升，噪音衰減率提高，水平地形增加植被郁閉度也可有效降低噪音，但效果小于下沉地形。

3 結(jié)論與討論

本試驗研究結(jié)果為，水平地、下沉地的喬灌草、喬灌、喬草、灌草等4種植被配置方式和空曠地，都是隨著與聲源距離的加大，噪音峰值逐漸下降；降低噪音峰值作用下沉地形強于水平地形；明顯與聲源點相比噪音峰值達到顯著差異的距離，不同植被配置方式及不同地形間不盡相同，降低噪音峰值的效果喬灌草>喬灌>喬草>灌草>空曠地，水平和下沉的喬灌草地以及下沉的喬灌地和喬草地都在10 m；下沉地形和水平地形下，噪聲峰值的衰減率都是喬灌草>喬灌>喬草>灌草>空曠地，在距聲源5 m處，不同植物配置形式綠地及空曠地噪聲峰值的衰減率基本相同，之后隨著距離的加大，差值逐步提高，水平地20 m時達到最大，下沉地距離10 m(下沉1 m)時差值達到最大，之后又縮小。

在一定水平距離范圍內(nèi)即<30 m內(nèi),雖然下沉地形降噪效果強于水平地形，特別是垂直首次下降1 m時，但不論是否綠化及不同植被模式，下沉到3 m(水平距離30 m)即可降到接近本底水平即(58.23±2.13)dB(A)，1～3 m內(nèi)，下沉到1 m時噪聲下降約60%左右，2～3 m間約占40%。在試驗現(xiàn)場現(xiàn)實感受也是，達到這個距離時感受不到來自道路連續(xù)不斷的噪聲“浪潮”，心理感受明顯改善[12]。當(dāng)水平距離大于30 m后，噪聲衰減率只因水平距離的增加而增大，與地形、植物配置模式無關(guān)。

大同市為了減少汽車噪音對生活、生產(chǎn)的干擾并盡可能節(jié)約用地，在營建綠地時應(yīng)優(yōu)先選擇下沉地形和喬灌草配置方式，按tanθ=1/6～1/9營建下沉地并栽植喬灌草時，綠地邊緣與道路邊沿的距離可設(shè)置為10～15 m，水平地形一般需設(shè)置為20 m，不管是下沉地還是水平地，也不論哪種植物配置方式一般都不應(yīng)超過30 m。