減噪綠化帶理論研究

劉悅

中冶南方城市建設(shè)工程技術(shù)有限公司 湖北 武漢 430000

近年來，由于經(jīng)濟(jì)和汽車工業(yè)的發(fā)展，我國機(jī)動(dòng)車數(shù)量呈現(xiàn)快速增長的態(tài)勢。隨著道路里程、車流量和行駛速度的增加，道路交通噪聲污染加劇，周邊城市居民的正常生活、工作、學(xué)習(xí)和休息環(huán)境受到了嚴(yán)重干擾，其程度和范圍正在不斷擴(kuò)大，成為我國城市環(huán)境的一大公害。目前，盡管全球在降噪方面采取的典型措施是沿路邊設(shè)置隔音屏障，但在一定綠化寬度下，植物的降噪作用在城市環(huán)境改善中效果顯著，因此種植綠化帶降噪是一種相對便宜且更為美觀的替代選擇。綜上所述，有必要對城市市區(qū)交通噪聲進(jìn)行研究，建立合理的綠化降噪配置模型，并在市政工程項(xiàng)目中逐步推廣。

1 研究方法

1.1 測量儀器與測點(diǎn)選擇

研究采用HT-8352噪音計(jì)以多組對照的方式進(jìn)行實(shí)地測量，科學(xué)設(shè)計(jì)試驗(yàn)過程及并對結(jié)果進(jìn)行定性與定量的分析。

依據(jù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，綠化帶噪音削減量受其寬度影響較大，其中具有明顯削減效果的一般為10m及以上，然而城市道路空間多較局促，難以留出理想的綠化距離。由于本研究側(cè)重于一定寬度綠化帶條件下，不同植物配置的減噪水平，因此綜合權(quán)衡武漢市現(xiàn)有綠化水平、我司已建成市政綠化項(xiàng)目及現(xiàn)有研究中綠化帶降噪水平，在前期研究中，經(jīng)多次實(shí)地踏勘與現(xiàn)場調(diào)研，選取滿足條件且環(huán)境變化處于可控范圍內(nèi)的測點(diǎn)共10組。道路等級為包含城市快速路、區(qū)域性主干路和次干路三種。

要求所有測點(diǎn)道路平直，具備一定交通流量與噪聲等級，交通工具形式多樣，包括普通轎車，公共汽車，貨運(yùn)卡車等在內(nèi)的多種噪聲源。綠化帶寬度為20m及以上，基本植物配置都包含喬-灌-草三個(gè)層次。

表1 測量選點(diǎn)一覽表（表格來源：作者自繪）

1.2 測量過程

1）試驗(yàn)時(shí)間

由于風(fēng)力及空氣相對濕度等因子會(huì)對噪聲衰減效果產(chǎn)生影響，分別在2021年秋季至2023年夏季選擇風(fēng)速小于5m·s-1且無雨雪的晴朗白天進(jìn)行多次測試。此外，道路交通噪聲與車流量相關(guān)，因此測量要避開節(jié)假日。

2）試驗(yàn)流程

在每組距離道路10m和20m兩個(gè)測點(diǎn)分別進(jìn)行試驗(yàn)，同時(shí)與未經(jīng)綠化帶過濾的機(jī)動(dòng)車道邊緣測點(diǎn)組合共形成20組對照試驗(yàn)。測量時(shí)，將儀器安裝在三腳架上，位于各測點(diǎn)位置地面以上1.5m的高度，位置靠近綠化帶植物。

在每個(gè)測點(diǎn)，交通噪聲測量以每秒觀察一次的采樣頻率連續(xù)進(jìn)行30min。每次觀察期間，儀器都會(huì)記錄不同1/3倍頻程（40 Hz至20000 Hz范圍內(nèi)）的噪音量（線性模式）以及A加權(quán)平均噪音量。即錄制的時(shí)間序列由1800個(gè)1/3倍頻程的噪音量以及A加權(quán)平均噪音值組成。 兩個(gè)設(shè)備的時(shí)鐘同步，以便它們記錄相同的聲音信號(hào)。 使用RS 232電纜下載每個(gè)站點(diǎn)記錄的數(shù)據(jù)，并使用SVANPC接口軟件進(jìn)行分析。

依據(jù)綠化帶兩側(cè)噪聲量的時(shí)間序列圖評估每個(gè)測點(diǎn)的噪聲量，繪制出綠化帶兩側(cè)加權(quán)水平噪聲量的典型時(shí)間序列圖，并以此可以初步得出綠化帶兩側(cè)的噪聲衰減量。在個(gè)別時(shí)刻，綠化帶內(nèi)側(cè)行人呼喊、非機(jī)動(dòng)車通行、鳥鳴、建筑施工噪聲等可能被綠化帶內(nèi)側(cè)儀器收錄，造成衰減量測試不準(zhǔn)確，應(yīng)提前對其進(jìn)行識(shí)別，并在該噪聲事件發(fā)生時(shí)刻，并從綠化帶后側(cè)的加權(quán)平均噪聲量相應(yīng)總量重減去，得到更為精確的綠化帶噪聲的總體衰減量。

圖1 設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)（圖片來源：作者實(shí)時(shí)監(jiān)測截圖）

3）數(shù)據(jù)采集

空氣濕度、風(fēng)力、溫度等氣象因子在一定程度上影響噪聲聲波的傳播與衰減，因此，本試驗(yàn)在兩年內(nèi)選定不同的時(shí)間進(jìn)行多次測定，盡量選在天氣晴朗、溫度相近、風(fēng)力小于5m·s-1的白天進(jìn)行,在測定噪聲衰減的同時(shí)測定當(dāng)時(shí)的溫度、濕度、風(fēng)速等氣象因子,每個(gè)樣地每次測定的時(shí)間段盡量相同，模擬試驗(yàn)中不同類型林帶降噪效果中噪聲發(fā)射儀器朝向要求相同。此外，為便于將綠化林帶對實(shí)時(shí)交通噪聲的衰減效果與林帶對模擬交通噪聲的衰減效果進(jìn)行比較，路側(cè)實(shí)驗(yàn)與模擬實(shí)驗(yàn)盡量選擇相同或相似的天氣情況下進(jìn)行，林帶對實(shí)時(shí)交通噪聲衰減試驗(yàn)中測定處噪聲值在上下浮動(dòng)，因此，在模擬試驗(yàn)中盡量保證處噪聲值與實(shí)時(shí)噪聲測定中相同或相近。在室外進(jìn)行多次測量之后室內(nèi)對數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選分析，將溫度、濕度及風(fēng)向風(fēng)速等相同或相近的試驗(yàn)組數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析，從而研究林帶對交通噪聲的衰減效果。

試驗(yàn)中數(shù)據(jù)測定方法參照《城市環(huán)境噪聲測量方法》,測量中將儀器的采樣間隔設(shè)定為,每個(gè)測點(diǎn)連續(xù)測量,采樣后由儀器統(tǒng)計(jì)輸出。

1.3 數(shù)據(jù)整理

各測點(diǎn)噪聲數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如下表所示：

表2 測點(diǎn)噪聲數(shù)據(jù)實(shí)測表（表格來源：作者自繪）

其中，車城大道04組、沌陽大道05組、光谷二路09組和大學(xué)園路10組20m測點(diǎn)處存在較大干擾，車城大道綠化帶中聚集有大量鳥類，鳴叫聲此起彼伏，引起監(jiān)測數(shù)據(jù)波動(dòng)性變化，沌陽大道和光谷二路路側(cè)地塊正在進(jìn)行建筑施工，有持續(xù)性噪聲。此外，大學(xué)園路10組因有軌電車建設(shè)，道路斷面發(fā)生了較大變化，并伴隨有持續(xù)的建筑噪聲干擾，對上述4處測點(diǎn)進(jìn)行單獨(dú)多次測試分析以調(diào)校試驗(yàn)結(jié)果，最終將沌陽大道與大學(xué)園路測點(diǎn)替換為高新四路，其他測點(diǎn)經(jīng)多次復(fù)測，排除干擾校核后結(jié)果如下表所示：

表3 測點(diǎn)噪聲數(shù)據(jù)整理表（表格來源：作者自繪）

2 結(jié)果分析

1）同測點(diǎn)效果縱向?qū)Ρ确治?/p>

對同一測點(diǎn)不同距離位置進(jìn)行噪聲對照分析，其主要目的是分析在相同植物配置條件下，綠化帶寬度對其降噪效果的影響。

在縱向?qū)Ρ妊芯恐校肼暤钠琳闲?yīng)是通過相對衰減來進(jìn)行測量的。臺(tái)灣的一項(xiàng)研究使用了35個(gè)不同寬度植被帶的多元回歸模型證明距離對相對衰減有很大影響[1]。噪聲的相對衰減開始時(shí)隨距離上升而緩慢下降，但在達(dá)到距離轉(zhuǎn)折點(diǎn)后進(jìn)入迅速下降階段；一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)位于約40m的距離。因此，綠化帶寬度超過50m時(shí)，反而對降噪效果沒有影響。有效的綠化帶寬度在小于25m的范圍內(nèi)[2]；另一項(xiàng)土耳其的研究表明，在距離分別為25-50m和50-75m的情況下，距離0-25m的降噪效果為后者的6倍。由此可以得出結(jié)論，綠化帶降噪的有效寬度小于25m。因此，如果市民距離噪聲源50m以上，那么在城市中設(shè)計(jì)超寬的綠化帶對周邊環(huán)境中的噪聲降低并沒有顯著作用。減少交通噪聲對周邊居民干擾的有效方法是在緊鄰車行道處進(jìn)行合理的綠化帶種植。因此，本研究中使用的距離參數(shù)一方面來源于上述研究所證明的有效距離，另一方面也結(jié)合城市用地經(jīng)濟(jì)節(jié)約的現(xiàn)實(shí)。

研究測量了10個(gè)測點(diǎn)10m和20m兩種距離的噪聲值，并選取了緊鄰道路邊界的測點(diǎn)作為參照，扣除距離本身造成的噪聲衰減，用于比較不同距離下的綠化帶對噪聲產(chǎn)生的相對衰減量。測量結(jié)果以折線圖的形式表示每個(gè)距離中不同測點(diǎn)的平均插入損失。由圖可知，10m范圍內(nèi)噪聲的插入損失量0.01-7.49dB，平均可達(dá)3.49dB，總降噪率1.8%-15.3%，20m范圍內(nèi)噪聲的插入損失量2.43-10.75dB，平均可達(dá)5.79dB，總降噪率8.1%-22.9%不等。由此可知，在20m范圍內(nèi)的噪聲衰減中，10m處已經(jīng)完成衰減總量的60.3%，10-20m范圍僅完成衰減效果的39.7%。該結(jié)果與先前Fang,C.F.的研究結(jié)論相匹配。

由圖可見，神龍大道02和光谷二路08兩個(gè)測點(diǎn)10-20m范圍內(nèi)綠化帶幾乎沒有造成插入損失，分析平面圖可知，上述兩個(gè)測點(diǎn)路段綠化帶喬灌木主要集中于朝向車行道一側(cè)，后部以地被為主，且多被踩禿，裸露出下方泥土，因此難以發(fā)揮降噪作用。

2）各測點(diǎn)效果橫向?qū)Ρ确治?/p>

對全部10個(gè)測點(diǎn)進(jìn)行噪聲對照分析，其主要目的是研究在綠化帶寬度相同的情況下，不同高度、密度、形狀與材質(zhì)的植物對其降噪作用的影響。一般植物的密度難以用定量的方式測量，因此研究依據(jù)植物學(xué)常識(shí)，對不同植物枝葉密度做出了能見度的界定。

在所研究的相同寬度的10個(gè)綠化帶測點(diǎn)中，對其減噪效果進(jìn)行排序，可得到圖2、3，以降噪率為參照，按其效果由高到低分類，形成三個(gè)實(shí)驗(yàn)對照組，第1組包含車城東路01、車城大道04和創(chuàng)業(yè)路05共3個(gè)測點(diǎn)，降噪率總19.56%-22.85%；第2組包含神龍大道02、東風(fēng)大道03、光谷二路08和高新四路09共4個(gè)測點(diǎn)，降噪率12.18%-14.76%；第3組包含測點(diǎn)高新大道07、光谷三路07和高新四路10共3個(gè)測點(diǎn)，降噪率8.09%-10.11%。由圖可見，密集灌木組成的第1組具有最佳的降噪效果。 過去，有研究認(rèn)為低矮灌木對減少噪音無用[3]，后經(jīng)研究證實(shí)，這是由于測點(diǎn)灌木植物頂部低于測量儀器的緣故。此外，國內(nèi)多項(xiàng)研究表明，防風(fēng)林式的綠化帶減噪效果十分突出。第1組綠化帶中，采用的喬木有南酸棗、垂絲海棠、香樟、法國梧桐、雪松、櫻花等，灌木有紅葉李、法國冬青、紅葉石楠、海桐、桂花等，地被有麥冬、婆婆納、假儉草、早熟禾等，搭配形式見附件圖紙。喬木高大，枝葉茂密，有效減弱了測量儀器水平高度的噪聲。此外，高于測量儀器的密集灌木能起到最大的降噪效果。第2組的降噪效果則僅次于第1組，在這一組中，運(yùn)用的植物種類有較大區(qū)別，包含喬木南酸棗、櫻花、香樟、法國梧桐、石榴、龍柏等，灌木有紅葉李、火棘、紅花檵木、蚊母、法國冬青等，地被有花葉蔓長春、假儉草、麥冬、紅花酢漿草。其共同點(diǎn)是仍然具有茂密的枝葉，足以減弱聲波。將第1組與第2組植物品種與降噪效果進(jìn)行對照，可知較高的灌木和低分枝的喬木更利于降低噪聲。相比之下，第3組對噪音的影響較小，各測點(diǎn)的共同點(diǎn)是其運(yùn)用的大部分植物品種分支點(diǎn)都較高或整體較為低矮，因此以上測點(diǎn)植物相對于前兩組所能吸收的噪聲量較少。

圖2 10m與20m處插入損失效果對比圖（圖片來源：作者自繪）

圖3 10m與20m處降噪效果排列圖（依總降噪額降序）（圖片來源：作者自繪）

圖4 10m與20m處降噪率排列圖（依總降噪率降序）（圖片來源：作者自繪）

通過對比測點(diǎn)東風(fēng)大道03與測點(diǎn)光谷三路07，兩點(diǎn)采用的喬木與地被相類似，但前者采用的灌木為超過人體高度且密植的法國冬青綠籬，后者采用的是低矮的火棘，由此可知，在類似的植物結(jié)構(gòu)（均為自然式種植）與相同綠化帶寬度下（均為20m），植物高度愈高，其與噪聲聲波接觸表面積愈大，則可以吸收更多的噪聲。而隨著密集植被的延續(xù)長度增加，所產(chǎn)生的聲波干擾衍射現(xiàn)象隨之加劇，有研究表明，密植植被長度達(dá)到60m，能達(dá)到最大減噪量。

在各類植物群落中，灌木由于具有茂密的枝葉，能夠有效散射道路噪聲，減噪效果最佳；而具有一定高度的喬木能夠更好地?cái)U(kuò)散與吸收噪聲。然而，灌木一般較為低矮，而喬木枝干部分葉片較少，特別是在人耳高度即1.6m左右高度一般都為獨(dú)干。因此，必須利用喬木與灌木相結(jié)合的形式，以灌木遮擋喬木下方的空隙，綠化帶方能達(dá)到最佳降噪效果。

3 研究結(jié)論

在城市生態(tài)系統(tǒng)中，道路寬度足夠的情況下利用綠化帶削減噪聲是非常重要的。 成功建立理想綠化帶種植模式原則可以概括如下：

(1)綠化帶最低寬度不宜低于5m，30m左右是效果最佳，但綜合考慮城市用地經(jīng)濟(jì)成本，10-20m寬度較為理想。

(2)使用的植物應(yīng)選自當(dāng)?shù)剜l(xiāng)土樹種或經(jīng)多年試驗(yàn)在當(dāng)?shù)剡m應(yīng)良好的品種。

(3)應(yīng)主要使用常綠品種。

(4)植物應(yīng)在噪聲聲源方向適度集中。

(5)植物應(yīng)盡可能密植，同時(shí)，兩株植物之間的距離應(yīng)適合生長要求。

(6)應(yīng)優(yōu)先選擇高大、枝葉密集、質(zhì)地堅(jiān)硬且分支點(diǎn)較低乃至接近地面的品種。

(7)應(yīng)選用不同高度的喬木、灌木和地被組成植物群落。

(8)較高的植物應(yīng)種植到較矮的植物的背后，并且植物之間的前后間距應(yīng)盡可能地增加。研究表明，灌木在前針葉喬木在后的植物群落，且兩者前后間距超過5m時(shí)，阻擋噪音效果最佳。

(9)綠化帶中植物靠近噪聲源位置，并且遠(yuǎn)離保護(hù)隔離區(qū)域時(shí)，降噪效果更好。

(10)植物與微地形或擋土墻相結(jié)合的方式降噪效果更好[4]。

4 結(jié)語

相比于傳統(tǒng)的聲屏障，綠化帶不僅僅能達(dá)到減噪的效果，而且其更加簡便、易行和可持續(xù)。大量研究表明，即使僅僅配置少量植物，甚至是建設(shè)綠色屋頂設(shè)施，都可以從不同程度達(dá)到物理層面降噪結(jié)果。經(jīng)過精心配置的喬灌木相結(jié)合的道路綠化帶一方面能夠抑制噪聲，降低噪聲污染，另一方面還可以美化環(huán)境、增加城市綠化率、改善局部氣候。同時(shí)減噪的效果還會(huì)隨著植物的生長逐漸增強(qiáng)。綠化帶的建設(shè)一次投入，能達(dá)到多種功能，賞心悅目，具有更好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。既美觀、又能減噪的綠化帶具有廣泛的市場需求和應(yīng)用前景，在景觀道路建設(shè)中應(yīng)該更多推廣并總結(jié)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。