高速公路绿化带对交通噪声的衰减效果研究

'杜振宇等：高速公路绿化带对交通噪声的衰减效果研究35高速公路绿化带对交通噪声的衰减效果研究杜振宇，邢尚军，宋玉民，张建峰，段春华山东省林业科学研究院，山东济南250014摘要：公路绿化带可对交通噪声产生一定衰减作用，这对于减轻路域环境噪声污染具有重要意义。然而，针对高速公路绿化带种植树种、种植密度、林带宽度等多种因素对降噪效果影响的研究尚属空白。该研究采用选取试验点进行原位调查的方法，研究了山东省3条主要高速公路路侧绿化带对交通噪声的衰减效果，并探讨了林带宽度和郁闭度对噪声衰减的影响。研究结果表明，高速公路绿化带对交通噪声有一定的减轻作用，但在不同的绿化模式下，衰减效果存在较大差别。交通噪声的绿化衰减同林带宽度有很大关系，对于较宽林带，靠近声源前半部分的林带对噪声有较好的减轻作用，但后半部分的减噪效果较小。林带的对噪声的绿化衰减与林带宽度以及宽度和郁闭度的乘积均呈极显著的线性关系。关键词：高速公路；绿化带；噪声；衰减中图分类号：U418.9；X839.1文献标识码：A文章编号：1672-2175（2007）01-0031-05杜振宇等：高速公路绿化带对交通噪声的衰减效果研究35高速公路近几年在我国得到迅速发展，很大程度上促进了社会经济的发展。但是它在给人们带来方便快捷交通的同时，车辆产生的噪音也对日常生活有着很大的影响。对于交通噪声的治理，主要从声源防治、切断传播途径和受声点防护三个方面入手[1]。在降噪目标量不大的情况下，发展绿化带来减少周围环境大气和噪声污染是公认最经济实惠的方法。绿化带之所以能降低噪声，是由于当声波碰到林带时，部分声能被吸收和反射。其具体方式有3条途径：（1）当声波入射到树叶和树干表面时，一部分声能在低频范围内变为树叶和树干的固有振动频率，另一部分声能被树叶和树皮吸收；（2）由于地面或草皮的反射和吸声引起的声衰减；（3）由于树林形成的垂直温度梯度引起的声衍射[2-3]。利用绿化带降低噪声，其效果取决于地区、树种及不同树种的搭配（林带结构）、种植宽度、树冠高度、种植密度以及季节、气象变化等[4]。关于绿化带对噪声的影响，国内外已有一些研究报道[5-7]，但是针对高速公路绿化带的研究还非常少见[8]，特别是关于高速公路绿化带种植树种、种植密度、林带宽度等多种因素对降噪效果影响作用的研究尚属空白。本研究以山东省主要高速公路路侧绿化带为对象，主要研究了绿化带宽度和郁闭度对交通噪声衰减的效果，研究结果对于高速公路绿化林带的设计具有一定指导意义。1材料与方法1.1试验点概况试验点设在山东省3条主要高速公路：济青高速（济南—青岛）、京福高速山东段（德州—枣庄峄城）和京沪高速山东段（德州—临沂郯城）。选取高速公路两侧9种典型绿化林带为研究对象，各试验点具体位置和基本情况如下：试验点1：位于济青高速公路43km处（自济南始），绿化带内侧距公路外缘12m，绿化模式由4层绿化林带组成，由内向外依次为：桧柏（JuniperuschinensisL.)，株行距2m×2m，绿化带宽4m；云杉（PiceaaspoerataMast.）与紫叶李（Prunuscerasiferacv.Pissardii.）混交，株行距3m×4m，绿化带宽8m；最外层为I107杨（PopulusLinn.），株行距3m×4m，绿化带宽56m。试验点2：位于济青高速公路85km处（自济南始），绿化带内侧距公路外缘12m，绿化模式由2层绿化林带组成，内层为桧柏，株行距2m×2m，绿化带宽20m；外层为I107杨，株行距3m×4m，绿化带宽25m。试验点3：位于济青高速公路131km处（自济南始），绿化带内侧距公路外缘12m，绿化模式由2层绿化林带组成，内层为单行毛白杨（PopulustomentosaCarr.），株距2m，绿化带宽5m；外层为I107杨，株行距2m×3m，绿化带宽90m。试验点4：位于济青高速公路309km处（自济南始），绿化带内侧距公路外缘12m，绿化模式由2层绿化林带组成，内层为百日红（LagerstroemiaindicaL.）、雪松（Cedrusdeodara(Roxb.)Loud.）、龙柏（Sabinachinensiscv.’Kaizuca’）和紫叶李混交而成，株行距2m×2m，绿化带宽20m；外层为I107杨，株行距3m×4m，绿化带宽75m。 杜振宇等：高速公路绿化带对交通噪声的衰减效果研究35试验点5：位于京福高速公路103km处（自德州始），绿化带内侧距公路外缘12m，绿化模式由2层绿化林带组成，内层为毛白杨，株行距3m×3m，绿化带宽15m；外层为I107杨，株行距2.5m×3m，绿化带宽120m。试验点6：位于京福高速公路189km处（自德州始），绿化带内侧距公路外缘12m，绿化模式由2层绿化林带组成，内层为雪松，株行距6m×5m，绿化带宽20m；外层为I107杨，株行距4m×2m，绿化带宽30m。试验点7位于京福高速公路257km处（自德州始），绿化带内侧距公路外缘12m，绿化模式由2层绿化林带组成，内层为5年生I107杨，株行距4m×4m，绿化带宽25m；外层为3年生I107杨，株行距4m×4m，绿化带宽40m。试验点8：位于京沪高速公路8km处（自泰安始，德州—泰安段与京福高速重叠），绿化带内侧距公路外缘5m，绿化模式由2层绿化林带组成，内层为垂柳（SalixbabylonicaL.）与桧柏混交，单行，株距5m，绿化带宽5m；外层为I107杨，株行距3m×4m，绿化带宽110m。试验点9：位于京沪高速公路76km处（自泰安始），绿化带内侧距公路外缘10m，绿化模式由2层绿化林带组成，内层为单行刺槐（RobiniapseudoacaciaL.），株距4m，绿化带宽10m；外层为I107杨，株行距2.5m×4m，绿化带宽100m。1.2试验方法试验于2005年10—11月进行，采用树冠投影法测定各层绿化林带的郁闭度[9]，噪声测定仪器采用AWA5610P型积分声级计（杭州爱华仪器有限公司产）。利用声级计调查了公路边缘、绿化带不同绿化层前后的噪音状况，从每天上午9：00到下午6：00间同时连续观测。一般认为，道路旁绿化带对交通噪声有一定的衰减作用，声级衰减分为两项，第一项为距离产生的衰减，第二项为绿化带引起的衰减，在本研究中分别定义为距离衰减和绿化衰减。为了计算不同绿化带对噪声的衰减量，需要先求得绿化带前后的距离衰减。由于实际的交通噪声不是单个固定的点源，而是沿道路分布的运动着的点源组，可以把道路车辆流视为声功率均匀分布的线声源，参照有关文献[7,10]，噪声的距离衰减可按以下公式进行计算：式中r1为绿化带前缘距声源的距离；r2为绿化带后缘距声源的距离。高速路面的双向车辆均会对公路某一侧产生噪声，在计算r1时应考虑到路面上车辆距公路边缘的距离，这是个难以确定的变化值，为了计算方便并尽可能接近实际，在本研究中将这个距离统一定为10m。2结果与分析2.1高速路路侧绿化带对交通噪声的衰减路侧各试验点噪声的测定结果见表1。试验点7的绿化衰减出现了负值，这是由于绿化带内外的噪声之差（总衰减）比距离衰减的理论值还要小的原因，可能是由于绿化带外环境背景噪声较高所致，然而，这并不能说明此绿化模式对交通噪声没有衰减效果。本研究所测噪声为一段时间内的等效声级，车辆通过时会产生较高dB的瞬间噪声，这时路侧绿化带可能会对噪声表现出一定减轻作用。表1高速公路各试验点路侧绿化带的减噪效果Table1Noiseattenuationbygreenbeltsalongexpresswayatdifferentsites试验点编号所属路段绿化带内侧噪声/dB绿化带外侧噪声/dB噪声衰减值/dB总衰减距离衰减绿化衰减1济青69.958.511.46.45.02济青69.8636.84.82.03济青72.960.412.57.35.24济青70.357.213.17.35.85京福京沪69.656.313.38.54.86京福74.567.57.05.11.97京福64.660.24.46.0-1.68京沪74.858.915.911.14.89京沪73.259.014.210.86.4监测结果表明，3条高速路段路侧绿化带总体上对车辆产生的噪声均有一定程度的减轻作用，绿化衰减的平均值为3.99dB（试验点7的绿化衰减以0计算），标准差为2.15。绿化衰减的最大值为6.4dB，最小值则为0，说明高速公路绿化带对交通噪声的衰减效果存在较大变异 杜振宇等：高速公路绿化带对交通噪声的衰减效果研究35，在不同公路的不同绿化模式下有很大差别。绿化衰减与车流量和绿化带本身特征均有一定关系。2.2高速路路侧杨树林带宽度与减噪效果的关系研究通过调查发现，山东省高速公路两侧的绿化带主要以杨树为主，而且百米左右的林带也比较多见，为了研究林带中不同距离处噪声的变化，以试验点5为例进行了研究。该绿化模式由内向外依次为15m宽的毛白杨和120m宽的I107杨林带，毛白杨的树龄为5a，株行距3m×3m，株高9.5m，郁闭度0.9；I107杨树龄为3a，株行距2.5×3m，株高9.7m，郁闭度为0.8，二者比较接近，本研究将其视为分布一致的杨树林带。分别测定了隔离栅处（A），毛白杨与I107杨连接处（B），I107杨向外30m（C）、60m（D）、90m（E）和120m（F，林带外缘）处的噪声情况（如图1所示）。ABCDEF路面边沟毛白杨I107杨12m15m120m图1各噪声测定点分布图Fig.1Theplotofmeasurementspots表2杨树林带中不同距离处的噪声衰减Table2Noiseattenuationbythepoplarbeltatdifferentspots距隔离栅距离/m噪声值/dB林带噪声衰减值/dB总衰减距离衰减绿化衰减069.61565.8A—B3.82.31.54560.1B—C5.72.53.27556.8C—D3.31.61.710555.9D—E0.91.3-0.413556.3E—F-0.40.9-1.3表3试验点3和试验点9杨树林带的减噪效果Table3NoiseattenuationbypoplarbeltsatNo.3andNo.9experimentalsites试验点林带宽度/m内侧噪声/dB外侧噪声/dB噪声衰减值/dB总衰减距离衰减绿化衰减30~4571.763.08.74.24.545~9063.060.42.62.20.490~5070.762.18.64.83.850~10062.159.03.13.00.1从杨树林带内缘向外，噪声逐渐减弱，这里面既有距离的因素，也有绿化带的减噪作用（表2）。由林带各距离段的绿化衰减可以看出，杨树林带15~45m部分的减噪效果最好，达3.2dB；而在75m以远的林带对降低噪声则失去了效果。试验点3和试验点9的绿化模式中也有比较宽的杨树林带，我们在这两个绿化模式内的杨树林带中间也取点测定了噪声情况。由测定结果（见表3）可以明显看出，同一试验点的内外两半杨树林带虽然宽度相同，但绿化衰减存在很大差异，靠近声源前半部分林带对噪声有较好的减轻作用，但后半部分的减噪效果非常小，接近于零，这和表2的结果是比较一致的。由此可见，在营造高速公路绿化林时，如果从单纯减噪考虑，林带没有必要设计过宽，以不超过70m为宜。2.3不同宽度外侧林带绿化衰减与林带宽度、郁闭度的关系在调查过程中发现，高速路两侧绿化带的宽度和郁闭度存在较大的差异，这与不同地段当地管理部门对高速路的绿化时间和林带种植模式不同有关。为了探讨林带减噪效果与林带宽度、郁闭度之间的关系，以杨树林带为对象进行了研究。为了减少分析误差，根据2.2的研究结果，对于类似试验点3和10的宽林带只取前半部分进行研究。研究对象的基本数据归纳于表4。回归分析结果表明，林带对噪声的绿化衰减（Y）与林带宽度（X1）成极显著的线性关系，拟合方程如下：Y=0.0675+0.122X1，R=0.8037，P<0.01噪声的绿化衰减与郁闭度（X2）没有显著相关性，但与林带宽度与郁闭度的乘积有线性关系，方程为：Y=-0.215+0.112X1X2，R=0.8452 杜振宇等：高速公路绿化带对交通噪声的衰减效果研究35**，方程达极显著水平(P<0.01)。以上结果说明，杨树林带的宽度和疏密程度共同决定了其减噪效果。3讨论高速公路交通噪声的衰减主要通过距离和绿化带两者共同发挥作用，距离衰减主要是由于声波的球形发散和声波传播过程中空气分子间的磨擦造成。随着距离增加，衰减效应加大。在高速公路栽植绿化林带，可以吸收、反射、衍射部分声波，产生绿化衰减，从而加剧噪声的减轻[11]。本研究通过对山东省三条主要高速公路路侧绿化带降噪效果的测试，发现高速公路绿化带对交通噪声有一定的减轻作用，但在不同的绿化模式下，衰减效果存在较大差别。利用绿化带降低噪声，其效果取决于树种、能见度、种植密度、树冠高度、枝叶密度以及季节变化等多种因素。林带越宽，对声波的吸收和反射效果也越好[12]。本研究实地研究了高速公路绿化带的宽度和郁闭度对噪声衰减的影响，研究表明，交通噪声的绿化衰减同林带宽度有很大关系，对于较宽林带，靠近声源前半部分林带对噪声有较好的减轻作用，但后半部分的减噪效果较小。由此可见，在营造高速公路绿化林时，如果从单纯减噪考虑，林带没有必要设计过宽，以不超过70m为宜。Reethof[13]的研究表明，林带宽度至少要达到30m宽，才能对噪声产生较好的绿化衰减，在与他人的研究中，他们建议绿化林带应该超过60m[14]，同本研究结果类似。丁亚超等[1]研究了林带能见度对降噪效果的影响。他们采用的能见度指标，是指一个物体变得模糊不清的林带距离，作为密度的表征。研究表明，林带的能见度与林带宽度成反比关系。由于能见度测定时比较繁琐，而且主观性较强，本研究采用郁闭度这一指标研究了林带疏密对噪声的影响，测定结果没有发现林带郁闭度与声音的绿化衰减有显著线性，可能是由于实地调查的高速公路林带宽度不一，且野外测定误差较大的原因。然而，研究结果表明，林带宽度与郁闭度的乘积之间存在极显著的线性关系，说明杨树林带的宽度和疏密程度共同决定了其减噪效果。本研究由于研究条件所限，没有能够对高速公路林带高度、种植密度、季节变化等多种因子对噪声衰减的影响作全面的研究，有待在以后的研究中进行完善。参考文献：[1]丁亚超，周敬宣，李恒，等.绿化带对公路交通噪声衰减的效果研究[J].公路，2004（12）：204-208.DINGYachao,ZHOUJingxuan.,LIHeng,etal.Studyontrafficnoiseattenuationbygreenbeltsinhighway[J].Highway,2004(12):204-208.[2]MARTENSMJM.Noiseabatementinplantmonoculturesandplantcommunites[J].AppliedAcoustics,1981,14：167-189.表4林带的宽度、郁闭度及噪声情况Table4Treebeltwidth,canopydensityandnoiseatdifferentexperimentalsites试验点树种林带宽度/m郁闭度噪声/dB林带内侧林带外侧距离衰减绿化衰减1I107杨560.666.458.53.64.32I107杨250.866.763.02.01.73毛白杨50.872.971.70.90.33I107杨450.771.763.04.24.54I107杨750.667.257.24.55.55毛白杨150.969.665.82.31.55I107杨600.865.856.84.14.96I107杨300.772.067.52.32.27I107杨250.664.659.83.31.58I107杨550.667.961.35.70.99I107杨500.770.762.14.83.8[3]MARTENSMJM,VANHUETJAM,LINSKENSHF.Laserinterferomenterscanningofplantleavessoundfields[C]//AKADEMICvanWETENSCHAPPEN,SERIESC.ProceedingsofKoninklijkeNederlandse,1982,85,287-292.[4]罗海霞，丁建生.复合式绿化林带在港区边界噪声防治中的应用[J].交通环保，2003，24（4）：46-47.LUOHaixia,DINGJiansheng.Applicationofthecompoundwoodsonpreventingandreducingnoiseattheboundaryoftheport[J].EnvironmentalProtectioninTransportation,2003,24(4):46-47.[5]AYLORDE.Noisereductionbyvegetationandground[J].JournaloftheAcousticalSocietyofAmerica,1972,51:197-205.[6]KRAGHJ.Roadtrafficnoiseattenuationbybeltsoftrees[J].J.SoundVibration,1981,74(2):235-241.[7]解宝灵.绿化带对交通噪声的影响[J].山西科技，2003（4）：31-32.XIEBaoling.Theinfluenceofgreenbeltontrafficnoise[J].ShanxiSienceandTechnology,2003(4):31-32.[8]姚成，许志鸿.沪杭高速公路上海段降噪绿化带的设计和应用[J].华东公路，1999（5）：70-72.YAOCheng,XUZhihong.DesignandApplicationofgreenbeltfor 杜振宇等：高速公路绿化带对交通噪声的衰减效果研究35noisereductioninShanghaisectionofHuhangexpressway[J].EastChinaHighway,1999(5):70-72.[9]孟宪宇.测树学[M].2版.北京：中国林业出版社，1996：133-296.MENGXianyu.ForestMensuration[M].2nded.Beijing:ChinaForestryPublishingPress,1996:133-296.[10]周国强.环境影响评价[M].武汉：武汉理工大学出版社,2003：85-253.ZHOUGuoqiang.EnvironmentalImpactAssessment[M].Wuhan:PublishingHouseofWuhanUniversityofTechnology,2003:85-253.[11]HERRINGTONLP.Effectofvegetationonthepropagationofnoiseintheout-of-doors[R].USDAForestServiceGeneralTechnicalReport,USRockyMountainForestRangeExperimentalStation,No.25,1976:229-233.[12]COOKDI,HAVERBEKEDFV.Treesandshrubsfornoiseabatement[C]//UniversityofNebraskaCollegeofAgriculturalExperimentalStationBulletin,RB246,1974:35-162.[13]REETHOFG.Effectofplantingsonradiationofhighwaynoise[J].JournaloftheAirPollutionControlAssociation,1973,23(3),185-189.[14]REETHOFG,HEISLERGM.Treesandforestfornoiseabatementandvisualscreening[R].USDAForestServiceGeneralTechnicalReport,NE022,1976:39-48.杜振宇等：高速公路绿化带对交通噪声的衰减效果研究35StudyontrafficnoiseattenuationbygreenbeltsalongexpresswayDUZhenyu,XINGShangjun,SONGYumin,ZHANGJianfeng,DUANChunhuaShandongAcademyofForestry,Jinan250014,ChinaAbstract:Thegreenbeltalongroadcandecreasetrafficnoise,whichisimportanttoreducenoisepollutioninroadenvironment.However,noreportisavailableabouttheeffectsoftreeparametersontrafficnoiseattenuationofexpressway.Thetrafficnoiseattenuationbygreenbeltsalongexpresswayandtheeffectsofbeltwidthandcanopydensityonnoiseattenuationwerestudiedbyin-situinvestigationinthispaper.Theresultsindicatedthatgreenbeltscouldreducethetrafficnoisefromexpressway.However,theeffectsdifferedgreatlyamongdifferentgreeningpatterns.Greeningattenuationofnoisewasaffectedlargelybybeltwidth.Forwidertreebelt,theinnerhalfclosetonoisesourcehadmoresignificanteffecttoreducetrafficnoisethantheouterhalf.Therewasahighlysignificantlinearrelationshipbetweengreeningattenuationofnoiseandbeltwidthorthemultiplicationofbeltwidthandcanopydensity.Keywords:expressway;greenbelt;noise;reduction'