汪 贇，白 煜，沈 松，趙佳美，溫香彩

1.中國環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，國家環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)質(zhì)量控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012 2.寧波市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，浙江 寧波 315012 3.北京市勞動(dòng)保護(hù)科學(xué)研究所，北京 100054

近年來，我國機(jī)場(chǎng)建設(shè)快速發(fā)展，民用機(jī)場(chǎng)數(shù)量從2006年的142個(gè)增至2016年的218個(gè)，增長了53.5%，機(jī)場(chǎng)噪聲也受到了更多關(guān)注[1-2]。我國機(jī)場(chǎng)周圍飛機(jī)噪聲監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)的2項(xiàng)國家標(biāo)準(zhǔn)《機(jī)場(chǎng)周圍飛機(jī)噪聲環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)》(GB 9660—1988)[3]和《機(jī)場(chǎng)周圍飛機(jī)噪聲測(cè)量方法》(GB 9661—1988)[4]自1988年發(fā)布已使用了30 a，正在進(jìn)行修訂。此次修訂中最重要的修改是噪聲評(píng)價(jià)量由計(jì)權(quán)等效連續(xù)感覺噪聲級(jí)LWECPN改為晝夜等效聲級(jí)Ldn。LWECPN是國際民航組織(ICAO)推薦的飛機(jī)噪聲評(píng)價(jià)量，該評(píng)價(jià)量基于噪度，考慮了純音修正，在監(jiān)測(cè)單次飛機(jī)噪聲時(shí)更符合人的主觀感受。Ldn(或Lden)是目前國際上美國、歐洲等使用的機(jī)場(chǎng)周圍飛機(jī)噪聲評(píng)價(jià)量[5]，該評(píng)價(jià)量基于響度，被認(rèn)為是更適合評(píng)價(jià)多次飛機(jī)經(jīng)過的長期影響。監(jiān)測(cè)方法與評(píng)價(jià)量的更改會(huì)帶來標(biāo)準(zhǔn)限值和監(jiān)測(cè)結(jié)果歷史連續(xù)性的問題[6-7]。為了探討2個(gè)評(píng)價(jià)量LWECPN與Ldn的聯(lián)系與差異，本文通過理論推導(dǎo)和對(duì)典型機(jī)場(chǎng)的實(shí)地監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)2種監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)方法進(jìn)行對(duì)比，以期為后續(xù)工作提供指導(dǎo)。

1 監(jiān)測(cè)概況

1.1 監(jiān)測(cè)機(jī)場(chǎng)

機(jī)場(chǎng)一般分為軍用和民用2類，其中民用機(jī)場(chǎng)中有運(yùn)輸機(jī)場(chǎng)、通用機(jī)場(chǎng)等類型。民用運(yùn)輸機(jī)場(chǎng)為供運(yùn)輸旅客或貨物的民用機(jī)場(chǎng)，因一般與城市距離較近，起降架次較多，噪聲影響較大。本文選擇民用運(yùn)輸機(jī)場(chǎng)中寧波櫟社國際機(jī)場(chǎng)為代表，該機(jī)場(chǎng)位于中國浙江寧波鄞西平原，距市區(qū)僅12 km，為浙江寧波的4E級(jí)民用機(jī)場(chǎng)。該機(jī)場(chǎng)于1990年6月30日正式建成通航，飛行區(qū)跑道長3 200 m，停機(jī)位20個(gè)。2016年，寧波櫟社國際機(jī)場(chǎng)旅客吞吐量779.23萬人次(全國排名34位)，貨郵吞吐量10.70萬t(全國排名24位)，運(yùn)輸起降6.36萬架次(日均起降約174架次，全國排名第42位)。

1.2 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)

寧波櫟社機(jī)場(chǎng)的跑道為“東南-西北”方向。監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)在寧波櫟社機(jī)場(chǎng)航線附近受到飛機(jī)噪聲影響的2個(gè)住宅小區(qū)內(nèi)。1#點(diǎn)位位于機(jī)場(chǎng)東南方向，與機(jī)場(chǎng)距離1.4 km。2#點(diǎn)位位于機(jī)場(chǎng)的西北方向，與機(jī)場(chǎng)距離1.6 km。每個(gè)測(cè)點(diǎn)連續(xù)監(jiān)測(cè)1 d。監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的相關(guān)信息見表1。監(jiān)測(cè)點(diǎn)位與機(jī)場(chǎng)、航線相對(duì)位置圖見圖1。

表1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位相關(guān)信息Table 1 Information of the monitoring points

圖1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位與機(jī)場(chǎng)、航線相對(duì)位置圖Fig.1 Relative location of the monitoring points, the airport and the airlines

1.3 監(jiān)測(cè)方法

機(jī)場(chǎng)噪聲監(jiān)測(cè)是采用噪聲事件監(jiān)測(cè)法，即把每次飛機(jī)經(jīng)過時(shí)的噪聲作為一噪聲事件。噪聲事件具有持續(xù)時(shí)間短和聲級(jí)較高的特點(diǎn)，僅監(jiān)測(cè)噪聲事件期間的聲級(jí)，排除了其他時(shí)間段環(huán)境噪聲干擾，根據(jù)一段時(shí)間內(nèi)總的噪聲事件次數(shù)，把噪聲事件聲能量平均到整段時(shí)間內(nèi)得到這段時(shí)間的等效聲級(jí)。因此機(jī)場(chǎng)周圍飛機(jī)噪聲監(jiān)測(cè)被分為單次飛機(jī)噪聲事件的監(jiān)測(cè)和一段時(shí)間內(nèi)等效聲級(jí)的測(cè)量。

同步采用現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)和修訂標(biāo)準(zhǔn)中的監(jiān)測(cè)方法開展監(jiān)測(cè)，2種監(jiān)測(cè)方法主要的區(qū)別：①單次飛機(jī)噪聲的監(jiān)測(cè)量不同，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中監(jiān)測(cè)量為有效感覺噪聲級(jí)LEPN(使用簡(jiǎn)易法監(jiān)測(cè)時(shí)實(shí)際監(jiān)測(cè)量為最大聲級(jí)LAmax和持續(xù)時(shí)間td)，修訂標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測(cè)量為暴露聲級(jí)LAE和最大聲級(jí)LAmax；②計(jì)算一晝夜等效聲級(jí)的時(shí)段劃分方式和計(jì)權(quán)不同，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中把一晝夜劃分為晝間、傍晚、夜間3個(gè)時(shí)間段，修訂標(biāo)準(zhǔn)中僅劃分晝間和夜間2個(gè)時(shí)間段。

分別分析單次飛機(jī)噪聲事件和一晝夜等效聲級(jí)測(cè)量中2種測(cè)量方法的區(qū)別對(duì)評(píng)價(jià)量LWECPN與Ldn的影響。

2 單次飛機(jī)噪聲事件

2.1 LEPN與LAE的定義與測(cè)量方法

單次飛機(jī)噪聲是指單次飛機(jī)經(jīng)過期間內(nèi)的噪聲。有效測(cè)量時(shí)間為單次飛機(jī)噪聲事件最大聲級(jí)(Lmax)以下10 dB(A)的起始(t1)到終止(t2)的持續(xù)時(shí)間td(s)，td=t2-t1?，F(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中單次飛機(jī)噪聲的監(jiān)測(cè)量是有效感覺噪聲級(jí)LEPN，其計(jì)算公式：

(1)

式中：LTPNi為第i個(gè)飛機(jī)噪聲事件的經(jīng)純音修正的感覺噪聲級(jí)；T0為計(jì)算LEPN的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，10 s；n為實(shí)際持續(xù)時(shí)間td內(nèi)的采樣數(shù)。

在實(shí)際監(jiān)測(cè)時(shí)一般采用簡(jiǎn)易法，即用每次飛機(jī)經(jīng)過期間的最大A聲級(jí)LAmax和持續(xù)時(shí)間td近似計(jì)算LEPN，其計(jì)算公式：

LEPN=LAmax+10lg(0.5td/T0)+13=

LAmax+10lg(0.5td)+3

(2)

修訂標(biāo)準(zhǔn)中單次飛機(jī)噪聲事件用暴露聲級(jí)LAE表示，計(jì)算公式[8-10]：

(3)

式中：LAE為單次飛機(jī)噪聲事件的暴露聲級(jí)，dB(A)；T1為計(jì)算LAE的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，1 s。

2.2 LEPN與LAE差值的理論推導(dǎo)

為比較單次飛機(jī)噪聲監(jiān)測(cè)量LEPN與LAE的差值，假設(shè)在測(cè)量過程中飛機(jī)勻速直線運(yùn)動(dòng)，用理論推導(dǎo)的方法，從式(2)和式(3)推導(dǎo)兩者差異。

假設(shè)飛機(jī)在td時(shí)間內(nèi)勻速直線通過監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，速度為v0，與監(jiān)測(cè)點(diǎn)位最短距離為d，與監(jiān)測(cè)點(diǎn)位直線距離為r，與監(jiān)測(cè)點(diǎn)位水平距離為x，如圖2所示。

圖2 飛機(jī)與監(jiān)測(cè)點(diǎn)位相對(duì)位置圖Fig.2 Relative location of the airplane and the monitoring point

飛機(jī)可近似為點(diǎn)聲源，測(cè)點(diǎn)處飛機(jī)噪聲聲級(jí)隨飛機(jī)與測(cè)點(diǎn)距離變化為

L(x)=LAmax-20lg(r/d)

(4)

因此，飛機(jī)噪聲較LAmax衰減10 dB時(shí)，即LAmax-L(x)=10，對(duì)應(yīng)飛機(jī)與監(jiān)測(cè)點(diǎn)位距離r1為

r1=100.5d

(5)

相應(yīng)的飛機(jī)與測(cè)點(diǎn)水平距離為

(6)

飛機(jī)與測(cè)點(diǎn)水平距離3d以內(nèi)時(shí)為單次飛機(jī)事件噪聲值的主要貢獻(xiàn)，距離3d以上時(shí)飛機(jī)噪聲衰減達(dá)10 dB以上，影響較小。

由于v0td=6d，可計(jì)算此過程內(nèi)飛機(jī)噪聲暴露聲級(jí)：

LAmax+10lg(0.42td)≈LAmax+10lg(0.5td)-0.75

(7)

比較式(2)與式(7)，LEPN與LAE的關(guān)系可近似為LEPN-LAE≈3.75。

2.3 LEPN與LAE差值的測(cè)量結(jié)果

在對(duì)寧波機(jī)場(chǎng)周圍飛機(jī)噪聲測(cè)量期間，起飛方向共經(jīng)過了飛機(jī)91架次，降落方向共經(jīng)過了飛機(jī)96架次。對(duì)每次飛機(jī)噪聲事件，分別按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中簡(jiǎn)易法和修訂標(biāo)準(zhǔn)中監(jiān)測(cè)方法測(cè)量了LAmax、LEPN和LAE。測(cè)量結(jié)果見表2。

表2 單次飛機(jī)噪聲測(cè)量結(jié)果Table 2 Noise monitoring results of the flights

比較不同機(jī)型的飛機(jī)噪聲，此次監(jiān)測(cè)中，在起飛方向空客321噪聲值最高，與空客320相比，LAmax高2.7 dB,LEPN和LAE均高2.4 dB；與波音737相比，LAmax高0.8 dB,LEPN高1.0 dB，LAE高1.2 dB。在降落方向波音737噪聲值最高，與空客320相比，LAmax高1.4 dB,LEPN和LAE均高0.9 dB；與空客321相比，LAmax高0.9 dB,LEPN和LAE均高0.6 dB。

統(tǒng)計(jì)各次飛行事件飛機(jī)噪聲的LAmax、LEPN和LAE四分位分布情況(見圖3)。雖然測(cè)點(diǎn)1與機(jī)場(chǎng)距離更近，但由于測(cè)點(diǎn)1與航跡距離較遠(yuǎn)且測(cè)點(diǎn)1處飛機(jī)高度較高，噪聲值較低。

圖3 LAmax、LEPN和LAE的四分位分布Fig.3 The interquartile range of LAmax, LEPN and LAE

計(jì)算每次飛機(jī)噪聲事件的LEPN和LAE的差值，如圖4所示。與理論推導(dǎo)相比，實(shí)際測(cè)量時(shí)每次飛機(jī)噪聲事件的LEPN和LAE的差值不同，范圍2.1～5.5 dB。

圖4 LEPN和LAE的差值分布情況Fig.4 The distribution of the difference between LEPN and LAE

不同測(cè)點(diǎn)、機(jī)型的單次飛機(jī)噪聲LEPN和LAE差值的統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3和表4。

表3 單次飛機(jī)噪聲LEPN和LAE的差值Table 3 The difference value between LEPN andLAE of every flight

從統(tǒng)計(jì)結(jié)果可見，此次監(jiān)測(cè)中起飛方向和降落方向2個(gè)測(cè)點(diǎn)的LEPN和LAE的差值有顯著差異，起飛方向低于降落方向；不同機(jī)型間的LEPN和LAE的差值無顯著差異。

表4 顯著性檢驗(yàn)Table 4 Significance test

分析理論推導(dǎo)和實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果存在不一致的原因：LEPN簡(jiǎn)易測(cè)量法采用最大A聲級(jí)LAmax和持續(xù)時(shí)間td計(jì)算，LAmax是單一時(shí)刻的瞬時(shí)值，td由噪聲事件起始點(diǎn)和終止點(diǎn)確定，因此LEPN只由噪聲事件聲級(jí)時(shí)序曲線中的3點(diǎn)即可確定；而LAE是對(duì)飛機(jī)噪聲事件全過程的聲級(jí)積分，過程中所有噪聲變化都計(jì)入在內(nèi)。根據(jù)理論推導(dǎo)，飛機(jī)勻速直線飛行時(shí)2個(gè)監(jiān)測(cè)量約相差3.75 dB，但實(shí)際上每個(gè)飛機(jī)噪聲事件因飛機(jī)飛行程序、航跡、周圍傳播環(huán)境等存在區(qū)別，LEPN與LAE的差值并不相同。若最大聲級(jí)LAmax受到其他聲源干擾、測(cè)量點(diǎn)附近有較大遮擋物(如山體、建筑等)、監(jiān)測(cè)期間飛機(jī)航跡變化較大(如飛機(jī)轉(zhuǎn)彎、升高降低或加速等)，則LEPN與LAE的差值與3.75 dB相差較大，如測(cè)點(diǎn)1#處于飛機(jī)轉(zhuǎn)彎位置，不同機(jī)型LEPN與LAE的差值分別為2.6 dB和2.7 dB。

3 一晝夜的等效聲級(jí)的測(cè)量及計(jì)算

3.1 LWECPN與Ldn的定義與計(jì)算方法

機(jī)場(chǎng)噪聲評(píng)價(jià)以一晝夜為基本時(shí)間單位，對(duì)一晝夜內(nèi)所有飛機(jī)噪聲事件的噪聲級(jí)，經(jīng)能量平均后等效為一晝夜的等效聲級(jí)。因夜間時(shí)段應(yīng)該保證更安靜的聲環(huán)境，因此不同時(shí)段的飛機(jī)噪聲權(quán)重不同。

(8)

(9)

3.2 LWECPN與Ldn差值的理論推導(dǎo)

根據(jù)LWECPN和Ldn的定義公式比較兩者區(qū)別，兩者差值：

(10)

3.2.1 傍晚航班對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的最小影響

若傍晚時(shí)間段無航班，即N2=0，2種計(jì)權(quán)方法中一天內(nèi)總飛行次數(shù)沒有差別：

(11)

3.2.2 傍晚航班對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的最大影響

若全部航班都在傍晚，即N1=N3=0，則2種計(jì)權(quán)方法的一天內(nèi)總飛行次數(shù)相差3倍：

(12)

3.2.3 一般情況下傍晚航班對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響

一般情況民用運(yùn)輸機(jī)場(chǎng)全天除夜間00:00—05：00無航班起降或數(shù)量極少，其余每小時(shí)航班數(shù)量較均勻，即N1∶N2∶N3=13∶3∶3，則：

(13)

因此，傍晚航班引起的LWECPN與Ldn的差值變化范圍為0～4.8 dB，一般情況下約為0.8 dB。

3.3 LWECPN與Ldn的實(shí)測(cè)結(jié)果

此次寧波機(jī)場(chǎng)噪聲監(jiān)測(cè)中，起飛和降落方向全天不同時(shí)段飛行次數(shù)監(jiān)測(cè)結(jié)果見表5。測(cè)點(diǎn)1處傍晚航班數(shù)量為10次，占全天航班次數(shù)的6.1%，測(cè)點(diǎn)2處傍晚航班數(shù)量為19次，占全天航班次數(shù)的11.8%。根據(jù)晝間、傍晚和夜間時(shí)段各自的飛行次數(shù)，采用2種計(jì)權(quán)計(jì)算了一晝夜總飛行次數(shù)。

表5 不同時(shí)段飛行次數(shù)Table 5 The number of flights during differenttime periods of the day

表6 一晝夜Ldn和LWECPNTable 6 Ldn and LWECPN during a day and night dB

4 結(jié)論

本文通過理論推導(dǎo)和實(shí)地監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，深入分析了機(jī)場(chǎng)噪聲現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)與修訂標(biāo)準(zhǔn)中2種監(jiān)測(cè)方法的區(qū)別：

1)單次飛機(jī)噪聲監(jiān)測(cè)量不同，分別是LEPN和LAE。LEPN的簡(jiǎn)易測(cè)量法采用LAmax和td計(jì)算，LAmax是單一時(shí)刻的瞬時(shí)值。LAE則是對(duì)飛行時(shí)間全過程積分。在飛機(jī)勻速直線經(jīng)過時(shí)兩者差值約為3.75 dB。實(shí)際上LEPN和LAE的差值與飛行航跡、飛機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、噪聲傳播環(huán)境、突發(fā)噪聲干擾等因素相關(guān)，本次監(jiān)測(cè)的187次飛機(jī)LEPN和LAE的差值為2.1～5.5 dB。

2)對(duì)一晝夜時(shí)間段劃分方式和計(jì)權(quán)不同?，F(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)把全天劃分為晝間、傍晚和夜間3段，修訂標(biāo)準(zhǔn)只劃分為晝間和夜間2段。傍晚飛行次數(shù)引起的評(píng)價(jià)結(jié)果差異為0～4.8 dB，一般情況下為0.8 dB。

因此，在飛機(jī)近似勻速直線經(jīng)過測(cè)點(diǎn)且全天起降架次較均勻(除夜間00:00—05:00無航班)的情況下，LWECPN與Ldn的差值約為14.55 dB。