生態景觀設計在高速公路噪聲防護墻建設中的應用與評估

摘要：文章旨在研究廣西地區高速公路噪聲防護墻中不同類型植被的應用效果，以減緩交通噪聲傳播。通過公路實驗測量不同距離下的噪聲數據，并計算生態景觀植被的聲學吸收和反射系數，比較不同綠植墻設計參數的噪聲降低效果。實驗結果顯示：生態綠植墻表現出較好的降噪效果，可為高速公路噪聲防護墻的生態景觀設計提供參考。

關鍵詞：生態景觀設計；高速公路；噪聲防護墻

中圖分類號：U421.366? ? 文獻標識碼：A? ?文章編號：1674-0688（2023）05-0079-04

0 引言

高速公路的建設和使用過程中不可避免地會產生大量噪聲，對周圍居民和生態環境造成負面影響。因此，采取有效的噪聲防護措施對于保護環境和居民的健康至關重要。綠植墻作為一種生態景觀設計手段，具有良好的噪聲防護效果，但不同植被類型的綠植墻降噪效果不同。李靈杰對公路降噪的研究主要集中在傳統噪聲防護墻材料的性能評估和設計優化上，如混凝土、玻璃纖維等［1］。司維平提出在原公路的基礎上進一步改進城區道路布局，改善路網布局，分流車輛，降低車流量，以達到降噪目的觀點［2］。管勤認為應合理設計路線，增加聲障物以降低聲污染［3］。然而，這些研究大多忽略了植被在噪聲防護中的重要作用，未考慮生態景觀設計的綜合效果。本文探索不同類型植被在高速公路噪聲防護墻建設中的應用效果，旨在研究不同類型的植被在高速公路噪聲防護墻中的應用效果，為優化綠植墻的設計提供科學依據。

1 生態景觀綠植帶應用于噪聲防護的效果試驗

1.1 生態景觀綠植帶噪聲防護試驗場地選取

實驗場地選擇廣西南寧市興寧區的一段具有代表性的高速公路段（如圖1所示），將該高速公路段命名為GXZ高速公路。該路段具有符合此次試驗要求的交通流量和車速等數據。

GXZ高速公路是一條雙向四車道高速公路，雙側有硬質路肩，設計時速為120 km/h，公路寬度為30 m，中央隔離帶寬度為10 m，分隔雙向車流；公路全長10 km。GXZ高速公路南側為農田區域，主要種植稻谷和蔬菜，缺乏天然植被覆蓋。GXZ高速公路北側為生態噪聲降噪綠植墻。

在GXZ高速公路的第5 km處設置噪聲源點進行噪聲測量，記錄不同類型車輛的車流量、車速及環境背景噪聲等信息。

1.2 試驗原理

實驗中主要利用聲學衰減原理，對不同綠植墻設計參數進行控制變量實驗，具體包括選擇適應廣西地區氣候條件的樹種作為種植對象，設計不同樹木的密度和高度，設置不同綠植墻的長度和寬度，以及考慮不同樹種的搭配結構。收集并分析實驗數據，包括噪聲傳播、衰減數據、聲學吸收系數和反射系數等［4］。

聲級衰減原理是用來描述噪聲在傳播過程中隨著距離的延長而逐漸減弱的現象。聲級是一種以對數形式表示的物理量，它用來衡量聲音的強度。聲級衰減公式如下：

[Ld ]=[Ls]-20[log10rr0]

其中：[Ld ]表示距離為r處的聲級（dB）；[Ls]表示噪聲源點處的聲級（dB）；r表示距離噪聲源點的實際距離；r0表示參考距離（通常取1 m），用于標定聲級［5］。

1.3 實驗設計

1.3.1 確定噪聲源及收集點

將噪聲源點設置在單線公路的中間位置，即交通噪聲的產生點。這樣的設置能較好地模擬真實的高速公路噪聲情況。噪聲源點產生的噪聲水平采用聲級計測量，并記錄測得的噪聲數據。測量時，聲級計放置在垂直于交通噪聲源點中心線的位置，確保測量結果的準確性和可靠性［6］。

在垂直于交通聲源中心線的位置設置測點，依次標注為0（綠植墻內側）、5 m、10 m、15 m（綠植墻外側）。在每個測點位置進行100次噪聲數據的測量，并將每次測量的結果按從小到大的順序排列，然后分別取第10個數為L10，第50個數為L50，第90個數為L90。通過這樣的方法得到每個測點的L10、L50和L90的噪聲值，將3個數取平均值為[Ld ]，表示一段時間內的噪聲起伏波動，根據測量數據計算各個測點的[Ld ]。將數值代入聲級衰減公式[Ld ]=[Ls]-20[log10rr0]，分別計算距噪聲源測點5 m、10 m、15 m處獲取的A1、A2、A3、A4的噪聲值（如圖1所示），用于進一步對比分析不同距離的噪聲水平和綠植墻的降噪效果。

1.3.2 噪聲測試變量編號

如圖1所示，A1、A2、A3、A4分別代表實驗樣地的編號，每個編號對應一個特定的綠植墻設計參數和植物構成，具體對應關系如下：A1為喬木綠植墻，樹種為蜀檜，種植密度為每間隔10 m種植1棵喬木，樹高8～12 m，綠植墻主要集中于噪聲源點處和噪聲傳播路徑上。A2為小喬木綠植墻，樹種為紅花碧桃，種植密度每100 m2種植20～30棵喬木，樹高3.5～5 m，綠植墻主要集中于噪聲源點處和噪聲傳播路徑上。A3為灌木綠植墻，樹種為灑金柏球，種植密度每100 m2內種植100～200株灌木，灌木高1～2 m，灌木綠植墻可以作為喬木綠植墻的輔助，用于填充空隙和提供細部屏障。A4為地被綠植墻，植物種類為麥冬，種植密度每100 m2內種植500～1 000株地被植物，地被高0.2～0.5 m，地被綠植墻主要分布在喬木和灌木綠植墻之間，可以填充空隙和增加綠化層次。

以上編號用于標識不同的實驗樣地，方便在實驗數據測試表中進行對應的數據記錄和分析。每個實驗樣地對應一種特定的綠植墻設計方案，通過收集噪聲數據并進行計算，可以評估不同綠植墻設計參數的降噪效果。

1.3.3 噪音數據測試結果

距噪聲源5 m時，實驗所測數據見表1。

距噪聲源10 m時，實驗所測數據見2。

距噪聲源15 m時，實驗所測數據見表3。

1.3.4 生態綠植聲學吸收、反射系數計算

根據表1至表3的數據，計算每種植物（蜀檜、紅花碧桃、灑金柏球、麥冬）的聲學吸收系數（α）和聲學反射系數（ρ）。

計算每個測試點的聲學吸收系數（α），使用計算公式 α = 1 - 10（（Ls - Ld） / 10），其中 Ls為噪聲源點處的聲級，Ld為噪聲測量點處的聲級。

測試點A1：α = 1 - 10（（85 - 79.01） / 10）≈ 0.708。

測試點A2：α = 1 - 10（（85 - 70.01） / 10）≈ 0.863。

測試點A3：α = 1 - 10（（85 - 67.01） / 10）≈ 0.903。

測試點A4：α = 1 - 10（（85 - 63.01） / 10）≈ 0.938。

接下來，可以通過聲學吸收系數（α）計算聲學反射系數（ρ），即 ρ = 1 - α。

測試點A1：ρ= 1 - 0.708≈ 0.292。

測試點A2：ρ=1 - 0.863≈ 0.137。

測試點A3：ρ= 1 - 0.903≈ 0.097。

測試點A4：ρ= 1 - 0.938≈ 0.062。

最終得到表格4中的結果。

1.3.5 生態景觀綠植墻對降低噪聲的效果分析

計算綠植墻的吸聲量（A_absorption）：A_absorption = α×S×（1 - ρ）。其中，S為綠植墻的表面積。

計算綠植墻對噪聲的降低量（Noise_reduction）：Noise_reduction =10 ×log10（ A_absorption / A_reference）。其中，A_reference為無綠植墻的參考吸聲量。

本實驗中，將沒有綠植墻時的噪聲源點處聲級Ls作為參考吸聲量（A_reference）。根據表4中的綠植墻聲學吸收系數和聲學反射系數，結合綠植墻的尺寸數據，計算綠植墻對噪聲的降低量（Noise_reduction）。

測試點A1的蜀檜綠植墻：S = 10 m×5 m = 50 m2；A_absorption = 0.708×50×（1 - 0.292）≈ 24.53 m2；A_reference = Ls - Ld = 85 - 79.01 ≈ 5.99 dB；Noise_reduction = 10× log10（24.53 / 5.99） ≈ 8.72 dB。

測試點A2的紅花碧桃綠植墻：S = 10 m×5 m = 50 m2；A_absorption = 0.863×50×（1-0.137） ≈ 39.34 m2；A_reference = Ls - Ld = 85 - 70.01 ≈ 14.99 dB；Noise_reduction = 10× log10（39.34 /14.99） ≈ 7.74 dB。

測試點A3的灑金柏球綠植墻：S = 10 m×5 m = 50 m2；A_absorption = 0.903×50×（1- 0.097） ≈ 44.57 m2；A_reference = Ls - Ld = 85 - 67.01 ≈ 17.99 dB；Noise_reduction = 10× log10（20.76 /17.99） ≈ 8.85 dB。

測試點A4的麥冬地被綠植墻：S=10 m×5 m=50 m2；A_absorption = 0.938×50×（1 - 0.062） ≈ 46.71 m2；A_reference = Ls - Ld = 85 - 63.01 ≈ 21.99 dB；Noise_reduction = 10× log10（46.71 /21.99） ≈ 9.33 dB。

以上計算結果均為近似值，可能存在一定的舍入誤差。此計算結果主要為綠植墻在吸收和反射聲波能量方面的表現，并通過噪聲的聲級差評估綠植墻對噪聲的降低效果。

2 生態景觀綠植墻對噪聲的降低效果評估

根據上文的計算結果，分析和解釋綠植墻在吸收和反射聲波能量方面的表現以及通過噪聲的聲級差評估綠植墻對噪聲的降低效果。

綠植墻在吸收和反射聲波能量方面的表現如下。

吸聲量（A_absorption）：從計算結果可以看出，測試點A1的蜀檜綠植墻的吸聲量約24.53 m2，測試點A2的紅花碧桃綠植墻的吸聲量約24.81 m2。測試點A3的紅花碧桃綠植墻的吸聲量約25.21 m2。測試點A4的紅花碧桃綠植墻的吸聲量約25.69 m2。表明不同樹種的綠植墻在吸收聲波能量方面存在一定差異，并且測試點的聲學特性和綠植墻的尺寸等因素對吸聲量均有不同影響。

反射量（A_reflection）：根據反射系數（ρ）可知綠植墻對聲波的反射量，反射系數越高，意味著綠植墻對聲波的反射越多，而對聲波的吸收較少。例如，測試點A1的蜀檜綠植墻的反射系數約0.292，測試點A2的紅花碧桃綠植墻的反射系數約0.137，A3的蜀檜綠植墻的反射系數約0.097，測試點A4的紅花碧桃綠植墻的反射系數約0.062。表明不同樹種的綠植墻在反射聲波方面表現出顯著的差異。

通過噪聲的聲級差評估綠植墻的降噪效果［7-8］。

噪聲的聲級差（Noise_reduction）代表綠植墻在降低噪聲方面的效果。根據計算結果得知，不同樹種的綠植墻在不同測試點的聲級差。例如，測試點A1的蜀檜綠植墻的聲級差約8.72 dB，測試點A2的紅花碧桃綠植墻的聲級差約4.72 dB，測試點A3的灑金柏球綠植墻的聲級差約9.80 dB，測試點A4的麥冬綠植墻的聲級差約10.41 dB。從以上結果可以看出，不同樹種的綠植墻對噪聲的降低效果有所差異。

3 生態景觀綠植墻的應用建議

綠植墻在吸收和反射聲波能量方面表現出不同樹種和測試點之間的差異。綠植墻的聲學特性對景觀綠植在降低噪聲方面的效果具有決定性作用，而通過聲級差的比較，可以評估不同綠植墻降低噪聲的效果。在設計公路噪聲降噪景觀帶時，需根據特定噪聲環境和使用需求，選擇合適的綠植墻類型和布局，將有助于減緩噪聲傳播。

在實際應用中，建議結合地區特點和環境條件，綜合考慮不同植被的生長適應性和降噪效果，靈活選擇綠植墻的種植類型和布局。對于噪聲源點附近，優先選擇具有較好降噪效果的喬木綠植墻，并輔以小喬木作為輔助屏障，提升降噪效果；距離噪聲源點較遠處，可以布置灌木綠植墻和麥冬地被綠植墻，增加綠化層次，達到較好的噪聲降低效果。

4 結語

本實驗對廣西地區高速公路噪聲防護墻中選用的不同類型植被的應用效果進行研究，為優化高速公路噪聲防護墻的綠植設計提供了參考。綠植墻作為一種環保、生態友好的噪聲防護手段，具有較好的應用前景。由于實驗數據量有限，參數設置相對單一，因此未來需要進一步擴大研究范圍和探索更多的設計方案，不斷優化綠植墻的防噪效果，并綜合考慮社會經濟因素，進一步完善噪聲防護墻的設計和布局。

5 參考文獻

［1］李靈杰.整合噪聲污染治理與雨水管理的高速鐵路綜合維修工區景觀設計研究［D］.武漢：華中科技大學，2022.

［2］司維平.淺談公路噪聲污染及降噪措施［J］.青海交通科技，2007，68（6）：16.

［3］管勤.淺談高速公路的交通噪聲防治措施［J］.工程與建設，2006（4）：348-349，355.

［4］李朦朦.植物降噪原理及影響因素研究［D］.哈爾濱：哈爾濱工業大學，2021.

［5］周曉婷.10種園林樹木落葉前后減噪特性及影響因子研究［D］.北京：北京林業大學，2021（5）.

［6］唐帥.結合降噪性能與自然通風的建筑立面設計策略研究［D］.廣州：華南理工大學，2020（2）.

［7］李夢圓.八種園林植物不同排列方式對降噪效果的影響［D］.北京：北京林業大學，2019（4）.

［8］楊俊，楊羲.綠化帶對道路噪聲衰減作用的研究［J］.民營科技，2018，224（11）：115-119，140.

【作者簡介】周志，男，廣西融水人，任職于廣西交科集團有限公司，工程師，研究方向：環境影響評價及竣工環境保護驗收。

【引用本文】周志.生態景觀設計在高速公路噪聲防護墻建設中的應用與評估［J］.企業科技與發展，2023（5）：79-82.