機場噪聲評價指標及煩惱度影響因素分析

任 爽 陳軻超 姚 琨 高級工程師 張 萌 助理研究員 戶文成 研究員

(北京市科學(xué)技術(shù)研究院城市安全與環(huán)境科學(xué)研究所,北京 100054)

0 引言

噪聲是僅次于空氣污染的第二大環(huán)境影響因素。機場噪聲引起的糾紛已成為航空業(yè)不可回避的問題,噪聲不但影響機場經(jīng)濟有效運行,也嚴重影響機場周圍居民的生活。國內(nèi)外對機場噪聲的投訴屢有發(fā)生,甚至發(fā)生難以忍受機場噪聲的居民闖入機場阻止飛機起降的惡性事件,嚴重影響飛機的飛行安全及社會的和諧穩(wěn)定。2002年歐盟委員會公布“噪聲暴露劑量與影響”研究成果,表明在同等聲級下,飛機噪聲相比于道路噪聲更容易讓人產(chǎn)生煩惱[1]。

對機場周圍噪聲的評價是降低飛機噪聲影響的重要一環(huán),各國針對本國國情和人文地理等特點,采取的單個噪聲事件指標、飛機一天運行時段、運行次數(shù)等參數(shù)各不相同,產(chǎn)生了具有各自特色及側(cè)重點的飛機噪聲評價指標。例如,1961年英國提出噪聲事件指數(shù);1964年澳大利亞提出噪聲暴露預(yù)報等,而如今以A聲級為基礎(chǔ)的噪聲評價指標晝夜等效聲級(Day-night Equivalent Sound Pressure Level,Ldn)被各國廣泛認同。但目前來看各噪聲評價指標與公眾噪聲煩惱度之間的關(guān)系尚不明確,本文通過監(jiān)測機場周邊噪聲值和對公眾進行問卷調(diào)查,分析機場噪聲的煩惱度影響因素并討論各指標的公眾煩惱度閾值,為我國選擇合適的飛機噪聲評價指標提供理論支撐。

1 國內(nèi)機場噪聲評價指標

選用合理的機場噪聲評價指標是管理和控制機場噪聲的重要基礎(chǔ)。我國現(xiàn)行飛機噪聲評價指標采用國際民航組織(International Civil Aviation Organization,ICAO)推薦的計權(quán)等效連續(xù)感覺噪聲級(Weighted Effective Continuous Perceived Noise Level,LWECPN)。而目前在修訂《機場周圍區(qū)域航空噪聲環(huán)境質(zhì)量標準》(二次征求意見稿)中改用了晝夜等效聲級Ldn作為新的機場航空噪聲評價指標。

1.1 計權(quán)等效連續(xù)感覺噪聲級

GB 9660—1988《機場周圍飛機噪聲環(huán)境標準》和GB 9661—1988《機場周圍飛機噪聲測量方法》中對計權(quán)等效連續(xù)感覺噪聲級的定義式為式(1),單位為dB。

(1)

式中:

N1—晝間7∶00～19∶00的飛行架次;

N2—傍晚19∶00～22∶00的飛行架次;

N3—夜間22∶00～7∶00的飛行架次;

LEPN—多次飛行時間的平均等效感覺噪聲級,dB?？捎墒?2)計算得出:

(2)

式中:

LEPNuv—第u跑道第v架次飛行對某預(yù)測點引起的等效感覺噪聲級,dB,u=1,2,3,…;v=1,2,3,…。

LWECPN將一天劃分為7∶00～19∶00、19∶00～22∶00、22∶00～7∶00 3個時段對噪聲影響進行分析,體現(xiàn)了飛機噪聲的特點,對傍晚和夜間飛機噪聲的影響各自進行計權(quán),同時考慮了飛機噪聲純音的修正,具有一定的合理性。但該評價指標缺點也較為明顯,不僅較為生僻不便于公眾理解,而且不能直接測量需要通過復(fù)雜計算才能得到[2]。

1.2 晝夜等效聲級

晝夜等效聲級Ldn基于響度原理,考慮了人們對航空噪聲的晝夜敏感性差異,將夜間航空噪聲增加10dB加權(quán)處理后得到一晝夜等效連續(xù)A聲級,最早由美國聯(lián)邦航空局(Federal Aviation Administration,FAA)提出并使用。2000年FAA再次肯定Ldn作為機場飛機噪聲評價指標的科學(xué)性,歐盟目前正在統(tǒng)一內(nèi)部的機場噪聲評價指標,提出的指標與Ldn的差別只是在于將一天的時間段劃分為白天、傍晚、夜間3段[3]。Ldn計算公式見式(3):

(3)

式中:

a—晝間航空事件個數(shù),a=1,2,3,…;

b—夜間航空事件個數(shù),b=1,2,3,…;

Nd—晝間6∶00～22∶00的飛行架次;

Nn—夜間22∶00～6∶00的飛行架次;

LAEa—晝間第a次航空噪聲事件的暴露聲級,dB;

LAEb—夜間第b次航空噪聲事件的暴露聲級,dB。

2 機場噪聲監(jiān)測及主觀煩惱度調(diào)查

2.1 噪聲監(jiān)測

參照GB 9661—1988《機場周圍飛機噪聲測量方法》,在國內(nèi)某機場附近進行機場噪聲監(jiān)測,監(jiān)測后經(jīng)計算得到一晝夜飛機噪聲LWECPN和Ldn數(shù)據(jù)。監(jiān)測儀器為01dB DUO噪聲分析儀,滿足Ⅰ型儀器要求,本次監(jiān)測所采用儀器中飛機噪聲模塊具備自動測量功能,可自動采集數(shù)據(jù)并提供如下數(shù)據(jù):每架飛機經(jīng)過測點時的起始時間、結(jié)束時間、持續(xù)時間、最大值時刻、最大A聲級、單次飛行事件計權(quán)等效連續(xù)感覺噪聲級、單次飛行事件暴露聲級、1/3倍頻程等。飛機噪聲監(jiān)測氣象條件為無雨雪、無雷電天氣,風速不大于5m/s。聲級計需架設(shè)于地面1.2m以上,監(jiān)測地點的背景噪聲低于單次飛機噪聲時間的最大聲級20dB以上[4]。經(jīng)現(xiàn)場踏勘確定15個監(jiān)測點位,位于國內(nèi)某機場3條飛機跑道起飛端或降落端航跡兩側(cè),將監(jiān)測儀器牢固布設(shè),校準后開啟飛機噪聲監(jiān)測儀,滿足監(jiān)測條件的監(jiān)測周期后,停止監(jiān)測并進行檢測后校準。

由于長時間監(jiān)測可能出現(xiàn)降雨、非飛機聲源等因素,自動監(jiān)測過程中可能會記錄非飛機聲源,需對采集的數(shù)據(jù)進行分析,剔除降雨、非飛機聲源影響后,統(tǒng)計一天各時段內(nèi)的飛行次數(shù)、一系列相繼飛行事件的噪聲級和各次飛機噪聲事件的暴露聲級,最終根據(jù)公式(1)、(2)計算得出各點位監(jiān)測數(shù)據(jù),見表1。由于監(jiān)測點距離飛機起降航跡的遠近不同,各點位的噪聲數(shù)值也會隨之發(fā)生變化,各監(jiān)測點計算得到LWECPN值在66～81dB、Ldn值在54～67dB。

表1 機場周圍各點位監(jiān)測數(shù)據(jù)Tab.1 Monitoring data of various points around the airport 單位:dB

2.2 主觀煩惱度調(diào)查

此次進行主觀煩惱度問卷調(diào)查的目標之一是研究不同噪聲指標對機場噪聲評價的差異。研究人員在噪聲監(jiān)測點位200m范圍內(nèi)調(diào)查公眾對飛機噪聲的主觀反映情況。問卷內(nèi)容包括被調(diào)查者的年齡、職業(yè)、居住/工作時長、對機場噪聲的煩惱程度,以及機場噪聲會對公眾造成哪些影響、公眾因機場噪聲感到煩惱的原因等。題型設(shè)計為單項選擇、排序及開放式題目,采用線上和線下2種問卷填寫形式。問卷數(shù)據(jù)統(tǒng)計完成后,對本次結(jié)果進行內(nèi)在信度分析,采用SPSS分析軟件分析、評價調(diào)查問卷的內(nèi)在一致性,得到總體指標信度系數(shù)為0.723。

經(jīng)過實際走訪,向每個測點發(fā)放20份問卷共計300份,其中4份問卷數(shù)據(jù)填寫不完整,有效問卷296份,包括線上問卷122份、線下問卷174份,將各測點調(diào)查的煩惱程度按照語義細分法進行數(shù)理統(tǒng)計,具體調(diào)查結(jié)果,見表2。

表2 各測點煩惱度調(diào)查結(jié)果Tab.2 Results of annoyance survey at each measuring point

飛機噪聲煩惱度的數(shù)據(jù)處理采取基于高斯隸屬度函數(shù)的模糊數(shù)學(xué)方法,公眾對于評價飛機噪聲“一點不煩惱”和“非常煩惱”時高度自信,由此將其自信度定為1,而選擇其他煩惱度度量單位時自信較小,故將其余煩惱描述語言對應(yīng)的數(shù)值采取逐級估量法進行標度[5]。公眾對機場周圍噪聲主觀煩惱度隸屬度函數(shù)為:

(4)

式(4)中,“f1”“f2”“f3”“f4”“f5”分別表示模糊語言“一點不煩惱”“較不煩惱”“一般煩惱”“較煩惱”“非常煩惱”,對應(yīng)的煩惱程度分別為0%、30%、60%、80%、100%[5]。

居民對機場環(huán)境噪聲的主觀反映信息中不僅包含模糊性,還包含隨機性。而這種模糊性和隨機性是可以相互滲透的[6]。各噪聲聲級下的煩惱率即模糊事件的概率,可由下式計算:

(5)

式中:

Pi—第i個聲級的煩惱概率,i=1,2,3,…,15;

mij—第i個聲級下第j個評價等級出現(xiàn)的頻數(shù),j=1,2,3,4,5;

μj—第j個評價等級煩惱度量的隸屬度。將煩惱度調(diào)查數(shù)據(jù)代入公式(5)得出結(jié)果,見表3。

表3 各測點煩惱概率Tab.3 Annoyance probability of each measuring point

煩惱概率包含了某聲級范圍段內(nèi)被調(diào)查者主觀心理反應(yīng)的所有信息,煩惱度閾值EL可以全面反映這些信息[7]。煩惱度閾值計算公式如下:

(6)

將測點的LWECPN和Ldn數(shù)值及它們對應(yīng)的煩惱概率分別代入式(6)中,可以得出結(jié)論:國內(nèi)某機場周圍LWECPN的EL為75.36dB,Ldn的EL為62.5dB。

3 機場噪聲對公眾煩惱度的影響因素分析

本次調(diào)查問卷中機場噪聲對公眾產(chǎn)生煩惱的客觀原因包含聲學(xué)因素與非聲學(xué)因素,聲學(xué)因素即飛機噪聲的大小和頻率,非聲學(xué)因素包括飛機噪聲發(fā)生時間段(晝間、夜間)和公眾所處的區(qū)域類型(住宅區(qū)、學(xué)校、工廠等)。參與本次調(diào)查的296名居民中有7人對飛機噪聲“一點不煩惱”故無需分析其煩惱度影響因素,其余289名被調(diào)查者按照3個原因因素對噪聲煩惱的影響權(quán)重大小進行排序,影響權(quán)重越大排序越小,共有6種組合,見表4。

表4 各因素對機場噪聲煩惱度影響權(quán)重排序結(jié)果Tab.4 Weighted ranking results of the influence of various factors on airport noise annoyance

對排序結(jié)果進行Friedman檢驗,檢驗各因素在影響公眾煩惱程度上的差異。Friedman檢驗公式如下:

(7)

式中:

k—相關(guān)樣本數(shù)量;

h—個案數(shù);

Rq—序號為q的樣本秩次和。

將調(diào)查結(jié)果數(shù)據(jù)代入公式(7)得出X2=30.467。查閱Friedman檢驗臨界值表可知F0.01[289,3]=3.850,該值小于計算的統(tǒng)計量,在統(tǒng)計學(xué)中α=0.01顯著性水平條件下拒絕檢驗的原假設(shè),因此可認為3種原因因素對居民煩惱度影響權(quán)重具有統(tǒng)計學(xué)顯著差異,驗證了統(tǒng)計結(jié)果的合理性。

本次檢驗中飛機噪聲的大小和頻率平均秩次為2.20,飛機噪聲發(fā)生時間段平均秩次為1.75,公眾所處的區(qū)域類型平均秩次為2.05。由于各因素對煩惱度的影響權(quán)重越大平均秩次越小,可以得出結(jié)論:飛機噪聲發(fā)生的時間段是影響公眾正常生活的最主要因素,調(diào)查中相當一部分居民認為夜間產(chǎn)生的飛機噪聲嚴重影響其睡眠質(zhì)量,最能使人產(chǎn)生煩惱;公眾所處的區(qū)域類型為次要因素,機場周邊不同土地利用類型內(nèi)人們開展的日常活動各不相同,例如,工廠中背景噪聲較大,飛機噪聲對工人煩惱度的影響程度并不高,學(xué)校中的學(xué)生則會因為飛機噪聲干擾難以集中精力聽課學(xué)習(xí),在相同飛機噪聲水平下整體煩惱度會高于工廠;飛機噪聲大小相對其他2個因素來說對居民煩惱度的影響較小,這也是由于飛機噪聲獨有的間斷性沖擊特點所造成的。

對城市環(huán)境噪聲污染進行有效的控制與治理,保持城市良好的聲環(huán)境是世界各國都在關(guān)心的環(huán)境問題[8]。我國為保證居民的工作和生活不受噪聲干擾而制定的GB 3096—2008《聲環(huán)境質(zhì)量標準》中,1類聲環(huán)境功能區(qū)是指以居民住宅、醫(yī)療衛(wèi)生、文化教育、科研設(shè)計、行政辦公為主要功能,需要保持安靜的區(qū)域;2類聲環(huán)境功能區(qū)是指以商業(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;3類聲環(huán)境功能區(qū)是指以工業(yè)生產(chǎn)、倉儲物流為主要功能,需要防止工業(yè)噪聲對周圍環(huán)境產(chǎn)生嚴重影響的區(qū)域;4類聲環(huán)境功能區(qū)是指交通干線兩側(cè)一定距離之內(nèi),需要防止交通噪聲對周圍環(huán)境產(chǎn)生嚴重影響的區(qū)域,包括4a類和4b類2種類型[9]。本次調(diào)查所得LWECPN煩惱度閾值75.36dB,高于各類聲環(huán)境區(qū)域限值,且由于其基于平均等效感覺噪聲級,無法直觀與基于等效連續(xù)A聲級的城市聲環(huán)境質(zhì)量指標進行等效評價。城市聲環(huán)境質(zhì)量評價規(guī)定的指標為晝間等效聲級Ld和夜間等效聲級Ln,晝夜等效聲級Ldn與前兩者基于同樣的原理可以有效銜接城市和機場區(qū)域的聲環(huán)境評價。3類聲環(huán)境功能區(qū)以工業(yè)生產(chǎn)、倉儲物流用地為主,導(dǎo)致該區(qū)域的背景噪聲較大,晝間限值為65dB,略高于本次調(diào)查所得Ldn煩惱度閾值62.5dB,這也表明公眾處于3類和4類聲環(huán)境功能區(qū)時可能會受到區(qū)域內(nèi)一些工業(yè)噪聲或公路噪聲的影響,對飛機噪聲產(chǎn)生煩惱的幾率較低。而2類及以上聲環(huán)境功能區(qū)的晝間和夜間限值均低于該煩惱度閾值,當飛機經(jīng)過時,處于1類或2類聲環(huán)境功能區(qū)的居民會更清晰地感受到飛機噪聲,有很大可能產(chǎn)生煩惱。

4 結(jié)論

本文通過對某機場周邊進行噪聲監(jiān)測和主觀煩惱度調(diào)查,分析調(diào)查所得的主觀煩惱度閾值和煩惱度影響因素,得出了以下結(jié)論:

(1)確定了我國新舊噪聲評價指標的公眾煩惱度閾值,公眾的煩惱程度是一種主觀體驗,而飛機噪聲則是客觀存在的,煩惱度閾值以數(shù)值形式將人們主觀心理和客觀影響聯(lián)系起來,有利于分析飛機噪聲對公眾身心健康的影響。根據(jù)Ldn的煩惱度閾值與城市聲環(huán)境質(zhì)量的限值比較得出:1類和2類聲環(huán)境功能區(qū)內(nèi)的人們會更易受到飛機噪聲影響,3類和4類聲環(huán)境功能區(qū)由于本身背景噪聲偏大,受飛機噪聲影響的可能性偏低。

(2)國內(nèi)外對于飛機噪聲主觀煩惱度的研究往往僅限于確定煩惱度閾值,本文在確定閾值的基礎(chǔ)上進一步考慮了煩惱度的影響因素,分析飛機噪聲產(chǎn)生煩惱的形式,由于調(diào)查點位所處區(qū)域類型的多樣化,故調(diào)查結(jié)果具有一定的普適性。有關(guān)煩惱度較為重要的2個影響因素中,無論是噪聲發(fā)生時間段還是公眾所處的區(qū)域類型都與城市聲環(huán)境質(zhì)量評價息息相關(guān)。研究機場周邊聲環(huán)境質(zhì)量時,Ldn被美國聯(lián)邦城市噪聲聯(lián)合委員會認為是最好的噪聲評價指標,能合理評價各種室外環(huán)境條件下土地利用的相容性。在機場噪聲評價和與我國城市聲環(huán)境標準的聯(lián)系方面,Ldn比LWECPN更直觀地表現(xiàn)出區(qū)域聲環(huán)境和飛機噪聲之間的關(guān)系,成為更符合中國當前發(fā)展的機場噪聲評價指標。