沈建章+洪文俊+徐彥杰+涂津鵬+張杰

摘要：為研究高速公路綠化林帶對(duì)交通噪聲的衰減效果，對(duì)長(zhǎng)宜高速公路浙江段路側(cè)代表性綠化林帶降噪效果進(jìn)行了定位測(cè)量，并探討了林帶類型、寬度、結(jié)構(gòu)等因素對(duì)噪聲衰減的影響。結(jié)果表明：高速公路綠化林帶具有良好的降噪效果，不同林帶類型其降噪能力差別較大。隨著林帶寬度的增加，其降噪能力逐漸減弱。為達(dá)到有效的降噪效果，建議高速公路綠化帶寬度不宜小于10 m。綠化林帶對(duì)交通噪聲的衰減效果是包括植物特點(diǎn)和林帶結(jié)構(gòu)在內(nèi)的多種因素共同作用的結(jié)果，建議在高速公路綠化帶建設(shè)時(shí)優(yōu)先選分枝點(diǎn)低、分枝多、枝葉細(xì)密的植物。

關(guān)鍵詞：高速公路；綠化林帶；交通噪聲；衰減效果

中圖分類號(hào)：X593

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：16749944（2017）22002704

1 引言

改革開放實(shí)現(xiàn)了中國(guó)經(jīng)濟(jì)的大繁榮，同時(shí)也帶動(dòng)了交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的大發(fā)展。根據(jù)交通運(yùn)輸部2016年的統(tǒng)計(jì)資料顯示，截至2015年底，全國(guó)高速公路通車總里程突破12萬(wàn)km，位于世界第一位。高速公路在為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展做出巨大貢獻(xiàn)的同時(shí)，由此產(chǎn)生的交通噪聲污染也越來(lái)越受到人們的關(guān)注。目前，治理交通噪聲的主要從聲源控制、受聲點(diǎn)防護(hù)和切斷傳播途徑3個(gè)方面入手[1，2]。有研究表明，植物不僅可以有效阻擋噪聲傳播，還具有吸附塵埃、保持水土、美化環(huán)境等作用，具有其他降噪措施所無(wú)可比擬的生態(tài)功能，因而利用綠化帶切斷噪聲的傳播途徑已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用[3]。

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)于高速公路噪聲的研究主要是針對(duì)危害程度[4，5]、防治措施[6]和模擬預(yù)測(cè)[3]等三個(gè)方面，但對(duì)不同植物類型、寬度和植物性狀綠化帶降噪效果的研究相對(duì)較少。本研究以浙江省典型高速公路路側(cè)綠化帶作為研究對(duì)象，比較不同樹種構(gòu)成綠化帶的降噪效果，定量分析交通噪聲在水平空間上的衰減規(guī)律，同時(shí)探討綠化帶結(jié)構(gòu)組成對(duì)噪聲衰減的影響，研究結(jié)果對(duì)高速公路兩側(cè)綠化帶的設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義。

2 材料與方法

2.1 研究區(qū)域概況

浙江省長(zhǎng)興縣位于北緯30°43′～31°11′，東經(jīng)119°33′～120°06′之間，總面積約1430 km2，地處太湖西南岸，蘇浙皖三省交界處，為全國(guó)重要的苗木基地。長(zhǎng)興縣屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，年平均溫度為15 ℃，年日照1810.3 h，年均降雨量約1309 mm。浙江長(zhǎng)宜高速公路長(zhǎng)興至梅山段，起點(diǎn)為長(zhǎng)興縣泗安樞紐，終點(diǎn)為浙江、江蘇交界處的葡萄嶺，全長(zhǎng)約30 km。

2.2 樣地設(shè)置

根據(jù)浙江長(zhǎng)宜高速公路有限公司提供的資料，結(jié)合實(shí)地勘探調(diào)查，在長(zhǎng)宜高速公路兩側(cè)選擇具有代表性的6塊林帶樣地，測(cè)定林帶對(duì)交通噪聲衰減效果。試驗(yàn)樣地分別為毛竹林、水杉林、桃樹林、喬木混合林、灌木混合林和喬灌木混合林，地被植物均為野生草本。此外，在研究區(qū)域選擇裸露空地1處作為空白對(duì)照樣地，各樣地基本情況見(jiàn)表1。

2.3 噪聲監(jiān)測(cè)

噪聲測(cè)定儀器選用杭州愛(ài)華儀器有限公司生成的AWA6228型多功能聲級(jí)計(jì)，儀器量程為20～132 dB，測(cè)定頻率為10～20000 Hz。試驗(yàn)時(shí)間在2016年10月，風(fēng)力小于5 m/s。測(cè)量方法參照《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 3096-2008）》和《聲屏障聲學(xué)設(shè)計(jì)和測(cè)量規(guī)范（HJ/T 90-2004）》。以連續(xù)等效A聲級(jí)來(lái)表示測(cè)量結(jié)果。在規(guī)定的測(cè)量時(shí)間內(nèi)，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)30 min連續(xù)等效A聲級(jí)（LAeq）。數(shù)據(jù)采集時(shí)將樣地路側(cè)林帶邊緣設(shè)為0 m，垂直道路向林帶內(nèi)延伸，分別在0、5、10、15、20、30 m處距離地面1.2 m高度處測(cè)定噪聲值。

2.4 植物性狀指標(biāo)監(jiān)測(cè)

在進(jìn)行植物降噪效果監(jiān)測(cè)的同時(shí)，對(duì)林帶樹木結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)查，包括高度、枝下高和間距等；采用樹冠投影法測(cè)定各林帶郁閉度；采用能見(jiàn)度（即一個(gè)物體變得模糊不清的林帶距離）作為樹林密度的表征[7]；此外，利用LAI-2200C植物冠層分析儀（美國(guó)Li-Cor公司）進(jìn)行葉面積指數(shù)測(cè)定。

3 結(jié)果與討論

3.1 不同植被類型的降噪效果分析

高速公路路側(cè)各試驗(yàn)點(diǎn)噪聲的衰減情況由表2所示。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，相比較與裸露的地面（空地），植物對(duì)高速公路噪聲具有一定的降噪效果，在綠化帶內(nèi)5、10、15、20和30 m處的附加降噪量范圍分別為4.4～13 dB、8.0～17.6 dB、10.0～23.9 dB、12.0～27.0 dB和13.7～30.0 dB。綠化帶之所以能夠有效降低噪聲，主要是由于當(dāng)聲波接觸到林帶時(shí)，一部分聲能在低頻范圍內(nèi)變?yōu)闃淙~和樹干固有振動(dòng)頻率，另一部分聲能可以被樹葉和樹干吸收[8]。此外，由樹林形成的垂直溫度梯度引起的聲衍射也能起到消能減噪的作用[9]。

高速公路路側(cè)綠化林帶對(duì)交通噪聲的衰減效果存在較大的變異性，在不同的綠化模式下有很大的差別。

在不同結(jié)構(gòu)的綠化林帶中，30 m寬的喬灌木混合林降噪效果最佳，噪聲衰減量達(dá)到了30.0 dB，而相同寬度的水杉林和混合喬木林降噪效果最弱，分別只有13.7和14.7 dB。此外，由灌木組成的植物聲屏障相比較與喬木更為有效。這主要是由于它們稠密的枝干和葉片產(chǎn)生的散射有利于降噪，但由于灌木較為低矮，降噪的效果也會(huì)受到限制；而有一定高度的喬木會(huì)對(duì)聲波具有更好的擴(kuò)散和吸收作用，但樹木的分枝點(diǎn)高度下樹干和葉片相對(duì)稀少，不能形成有效的聲屏障[10]。因此，喬木和灌木的合理搭配組合，形成多層結(jié)構(gòu)的降噪面，可使得植物聲屏障產(chǎn)生最優(yōu)的降噪效果。

3.2 綠化帶寬度與降噪效果的關(guān)系

林帶寬度是重要的降噪因子，這其中既有距離產(chǎn)生的噪聲衰減，也有綠化帶的降噪作用，隨著寬度的增加，樹木枝葉對(duì)聲波的吸收和擴(kuò)散作用也會(huì)隨之加大[11]。根據(jù)附加降噪量與衰減距離的散點(diǎn)圖關(guān)系，發(fā)現(xiàn)噪聲衰減量與測(cè)點(diǎn)離綠化帶前沿的垂直距離成對(duì)數(shù)衰減，可用公式（1）模擬不同類型綠化帶的附加降噪量：endprint

綠化帶各距離段的附加降噪量結(jié)果如圖1所示，結(jié)果表明，附加衰減與綠化帶寬度呈正比規(guī)律的趨勢(shì)，噪聲量會(huì)隨著綠化帶寬度的增加而減小，并且這種趨勢(shì)會(huì)逐漸變緩。郭小平等[12]研究發(fā)現(xiàn)，綠化林帶降噪效果隨著林帶寬度的增大而增大，但在30 m寬度內(nèi)隨著林帶寬度增加，噪聲的降低速率有所下降，這與本研究結(jié)果相似?？傮w而言，綠化帶在0～10 m部分的降噪效果最好，可以達(dá)到30 m處附加降噪值總量的50%～61%，這與張志永等的研究結(jié)果相似[13]；寬度超過(guò)20 m后，降噪效果相對(duì)較弱。

通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，浙江省高速公路兩側(cè)的綠化帶除種植喬木和灌木等植被以外，毛竹林也比較多見(jiàn)。毛竹林的附加衰減效果與其他類型植物有著明顯的區(qū)別（圖1）。在綠化帶內(nèi)0～10 m部分，竹林相比較與喬木林和灌木林，具有相對(duì)較好的降噪效果。而在綠化帶內(nèi)15 m之后部分，其附加降噪量會(huì)明顯降低，噪聲衰減趨勢(shì)趨于緩和。目前對(duì)竹林降噪效果的報(bào)道相對(duì)較少，范昕婷[14]研究發(fā)現(xiàn)竹林的交通噪聲的衰減效果要優(yōu)于落葉針葉林和落葉灌木林，但劣于長(zhǎng)綠闊葉林和落葉闊葉林。

3.3 綠化林帶群落結(jié)構(gòu)特征對(duì)噪聲衰減的影響

植物的降噪效果除了受樹種類型和栽植寬度影響以外，還受到栽植密度、高度等多種因素的共同影響，不同形態(tài)植物具有較大差異的降噪效果[15]。本研究中，隨著綠化林帶能見(jiàn)度降低，樹木枝葉對(duì)聲波的吸收和擴(kuò)散作用隨之增加，即林帶對(duì)交通噪聲的衰減作用隨著其能見(jiàn)度的降低而增大，該結(jié)果與以往的研究結(jié)論相一致[5，12]。林帶的降噪效果還受到樹木本身特性（如枝下高）的影響[16]。水杉林和混合喬木林的平均枝下高分別為2.4 m和2.2 m，在測(cè)定噪聲值高度處，植物葉片對(duì)噪聲的衰減作用微乎其微；相比較而言，桃樹林的評(píng)價(jià)枝下高較低，為1.3 m，且枝杈較多、葉片密集，因而降噪效果要優(yōu)于水杉林。此外，植物葉面積指數(shù)和郁閉度越高，林帶的降噪效果越明顯。例如降噪效果最顯著的林帶6葉面積指數(shù)和郁閉度分別為2.39和0.97；降噪效果次之的林帶5分別為2.20和0.86：而降噪效果最差的林帶2則分別為1.90和0.75。葉面積指數(shù)和郁閉度代表植物枝葉生物量，這與植物降噪主要是葉片對(duì)聲能的吸收和反射結(jié)論相一致[17]。

4 結(jié)論

（1）高速公路綠化林帶對(duì)交通噪聲具有一定的衰減效果，林帶內(nèi)的噪聲衰減遠(yuǎn)大于其在空氣中的自然衰減。不同的綠化模式下，噪聲的衰減效果存在較大的差別。合理的植物配置，對(duì)林帶的降噪效果至關(guān)重要。

（2）交通噪聲的衰減與林帶寬度有顯著的關(guān)系，靠近聲源前半部分林帶對(duì)噪聲的衰減效果較好，而遠(yuǎn)離聲源的后半部分的減噪效果較小。因此，在營(yíng)造高速公路兩側(cè)綠化林帶時(shí)，若僅考慮植物的降噪效果，林帶沒(méi)有必要設(shè)計(jì)過(guò)寬。

（3）研究結(jié)果顯示，枝繁葉茂的植物對(duì)交通噪聲的吸收和反射效果較好，能起到有效的降噪作用，建議高速公路綠化帶建設(shè)應(yīng)采用冠幅較大且枝葉濃密的植物。

參考文獻(xiàn)：

[1]杜振宇，邢尚軍，宋玉民，等. 高速公路綠化帶對(duì)交通噪聲的衰減效果研究[J]. 生態(tài)環(huán)境，2007，16（1）：31～35.

[2]王瑋璐，郭小平，汪明勇，等. 綠化帶對(duì)交通噪音衰減效果的研究進(jìn)展[J]. 西北林學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，28（1）：240～244.

[3]扈 軍，葛 堅(jiān). 城市綠化帶對(duì)交通噪聲衰減效果與模擬分析[J]. 城市環(huán)境與城市生態(tài)，2013，26（5）：33～36.

[4]毛 冉，李曉倩. 高速公路綠化降噪效果的心理感受調(diào)查與分析[J]. 現(xiàn)代交通技術(shù)，2010，7（4）：107～110.

[5]黃 婧，郭 斌，郭新彪. 交通噪聲對(duì)人群健康影響的研究進(jìn)展[J]. 北京大學(xué)學(xué)報(bào)（醫(yī)學(xué)版），2015，47（3）：555～558.

[6]薛 芳. 植物降噪技術(shù)在高速公路沿線噪聲防治中的應(yīng)用研究[D]. 重慶：重慶交通大學(xué)，2007.

[7]袁秀湘. 公路綠化林帶對(duì)交通噪聲的衰減效應(yīng)分析[J]. 公路與汽運(yùn)，2009（2）：114～116.

[8]TYAGI V，KUMAR K，JAIN V K. A study of the spectral characteristics of traffic noise attenuation by vegetation belts in Delhi [J]. Applied Acoustics，2006，67（9）：926～935.

[9]丁真真，趙劍強(qiáng)，陳 瑩. 綠化帶對(duì)公路交通噪聲吸收消減的頻譜特性試驗(yàn)研究[J]. 安全與環(huán)境學(xué)報(bào)，2014，14（5）：211～213.

[10]周敬宣，丁亞超，李 恒，等. 林帶對(duì)交通噪聲衰減的效果研究及公路防噪林帶設(shè)計(jì)[J]. 環(huán)境工程，2005，23（2）：48～51.

[11]王慧，郭晉平，張蕓香等. 公路綠化帶降噪效應(yīng)及其影響因素研究[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2010，19（6）：1403～1408.

[12]郭小平，彭海燕，王 亮. 綠化林帶隊(duì)交通噪聲的衰減效果[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2009，29（12）：2567～2571.

[13]張志永，李全明，南海龍等. 北京平原地區(qū)公路典型綠化帶降噪功能初探[J]. 林業(yè)科學(xué)研究，2017，30（2）：329～334.

[14]范昕婷. 上海市外環(huán)綠帶不同植物群落生態(tài)功能研究[D]. 上海：華東師范大學(xué)，2013.

[15]孫 偉，王瑋璐，郭小平等. 不同類型綠化帶對(duì)交通噪聲的衰減效果比較[J]. 植物資源與環(huán)境學(xué)報(bào)，2014，23（2）：87～93.

[16]耿博聞，唐韻智，吳 斌，等. 高速公路兩側(cè)綠化配置對(duì)降噪效果的影響[J]. 湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013（23）：112～116.endprint

[17]張慶費(fèi)，鄭思俊，夏 檑，等. 上海城市綠地植物群落降噪功能及其影響因子[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2007，18（2）：2295～2300.

Abstract： In order to study the decay effect of highway green belt on traffic noise， the noise reduction effect of representative greenbelts on the side of Zhejiang section of Changyi Expressway was measured.Besides， the study discussed the effect of typse， width， and community structure of green belts on traffic noise attenuation. The results showed that the disposition of detected green belts had obvious noise reduction effects and the effects differed inthe types of green belts. The ability of noise reduction gradually declines when width increasing. Thus， in order to achieve an effective noise reduction， it suggests that the width of green belt should not be less than 10 m. The effects of traffic noise attenuation by green belts are the results of various factors， including the plant characteristics and belt structure.It is suggested thatthe species with low branching points， more branches and dense are preferred in the construction of highway green belt.

Key words： highway； green belts； traffic noise； noise attenuationendprint