王恭興，張麒麟，廖彬秀

（中國(guó)電建集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，長(zhǎng)沙410014）

1 引言

隨著城市的發(fā)展，景觀壩被越來(lái)越多地應(yīng)用到城市河道中，景觀壩運(yùn)行過(guò)程中，在產(chǎn)生良好的景觀效益的同時(shí)，由于跌水水流產(chǎn)生的噪聲對(duì)城市河道周邊居民的生活帶來(lái)了一定的影響。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)景觀壩跌水噪聲研究及實(shí)際整治工程案例較少，據(jù)此，本文針對(duì)景觀壩跌水噪聲形成原因進(jìn)行分析，結(jié)合景觀壩實(shí)際運(yùn)行情況，在不影響發(fā)揮景觀壩的景觀效益下，提出了降低景觀壩跌水噪聲影響的具體整治方案。

2 工程概況

城市河道某景觀壩其設(shè)計(jì)方案立面如圖1所示，該景觀壩為C25混凝土溢流壩，壩軸線為直線，壩頂寬2.0m，壩底寬6.0m，為營(yíng)造跌水水花景觀，分5級(jí)階梯跌水處理，每級(jí)寬1.0m，高0.5m，下游護(hù)坦設(shè)荷花造型過(guò)河步蹲，壩體內(nèi)設(shè)放空洞。在運(yùn)行過(guò)程中河水自壩體上游堰頂逐級(jí)跌落至下游河道，產(chǎn)生一定的水花和撞擊噪聲，周邊居民反映，雨季及夜間跌水噪聲過(guò)大，噪聲對(duì)兩岸民居生活造成影響。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地環(huán)境進(jìn)行噪聲監(jiān)測(cè)，晝間景觀壩溢流壩段堰頂水位高約10cm時(shí)，荷花造型汀步位置測(cè)得噪聲70～75dB（A），噪聲特性趨于中高頻，屬于典型的跌水噪聲。夜間居民小區(qū)實(shí)測(cè)噪聲值在60～63dB（A）。居民區(qū)聲環(huán)境夜間噪聲值超過(guò)GB 3096—2008《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》2類(lèi)區(qū)聲環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，故需要采取措施對(duì)景觀跌水噪聲進(jìn)行治理【1】。

3 跌水噪聲形成原因分析

跌水噪聲是落下來(lái)的水流沖擊低水位水面而產(chǎn)生的。本工程跌水噪聲是水流繞過(guò)跌水平臺(tái)邊緣，再經(jīng)自由落體對(duì)低水位水面產(chǎn)生沖擊形成的噪聲。噪聲的大小受跌水高度、流速和水流量的影響。其表現(xiàn)在，水流在重力勢(shì)能的作用之下，轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，水體落在低位水面上，撞擊水面，產(chǎn)生噪聲。這時(shí)部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為聲能，予以四散傳遞。這種聲波大小，密切關(guān)涉落水的高差、設(shè)定好的降落高度；這些參數(shù)與噪聲大小凸顯了正比關(guān)系，即跌水高差越大，流速越快，水流量越大，產(chǎn)生的噪聲越大。除此之外，水滴撞擊低位水面所產(chǎn)生氣泡的體積脈動(dòng)，也會(huì)輻射比較尖銳的噪聲。另外，景觀壩的壩型、幾何形態(tài)和周邊地形等也會(huì)對(duì)跌水噪聲產(chǎn)生疊加和集中的效果。通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)，在不同流量下，水流自上游跌落產(chǎn)生的噪聲大小不一。目前，國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有系統(tǒng)地研究如何徹底消除自然水流跌落撞擊噪聲，但可通過(guò)工程措施適當(dāng)降低跌水噪聲對(duì)兩岸居民生活帶來(lái)的影響【2】。

圖1 某景觀壩設(shè)計(jì)方案立面

4 跌水噪聲處理對(duì)策及措施

景觀壩上方居民小區(qū)是受跌水噪聲影響最大的區(qū)域，噪聲源主要是河流水體擊打水面產(chǎn)生的音量。其特性是音量持續(xù)、頻譜寬、聲源級(jí)高，因而治理難度高、工程復(fù)雜。

在治理方案設(shè)計(jì)中人們根據(jù)噪聲聲源產(chǎn)生和傳播的特點(diǎn)進(jìn)行噪聲超標(biāo)量分析，做出相應(yīng)的治理措施。

1）噪聲源治理。采取改變水體擊打的受體或減緩水體與水面的接觸能量來(lái)做到降低聲源的效果。

2）噪聲傳播途徑治理。采取吸聲材料、生態(tài)植被阻隔、傳播途徑屏障等方法來(lái)減弱噪聲的傳播能量。

5 跌水噪聲治理方案

5.1 治理工況分析

1）非溢流工況。放空閘門(mén)開(kāi)啟或者上游來(lái)水較少，景觀壩未形成溢流。此種工況下，不會(huì)產(chǎn)生跌水噪聲。

2）正常運(yùn)行工況。景觀壩上游水面高于溢流壩段，但低于非溢流壩段。此種工況下，景觀壩跌水形成，是景觀壩運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的工況，是本次工程研究處理的工況。

3）洪水工況。景觀壩上游水面高于非溢流壩段。此種工況下，上游來(lái)流較大，淹沒(méi)非溢流壩段，水流翻壩進(jìn)入下游，本工況一般發(fā)生在汛期，且持續(xù)時(shí)間較短，不作為本次工程研究處理工況。

5.2 景觀壩跌水噪聲治理

5.2.1 工程措施

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，噪聲來(lái)源除了雨季水流較大之外，另一主要原因在于設(shè)計(jì)之初考慮水流效果，營(yíng)造跌水水花景觀，各級(jí)臺(tái)階設(shè)置較窄，上級(jí)水流下瀉后急速轉(zhuǎn)向下級(jí)，加之水流下瀉時(shí)為垂直跌落撞擊跌水臺(tái)階，水花四濺，水聲隨之加大【3】。

為控制水流噪聲，保留原有跌水景觀，仍按5級(jí)跌水處理，將原跌水臺(tái)階加寬，通過(guò)適當(dāng)?shù)拿媪飨埽档拖蛳录?jí)臺(tái)階泄流的流速。上游水流自溢流堰下瀉時(shí)采用四分之一圓形斜坡從左右兩側(cè)跌落至R=1.5m半圓盤(pán)內(nèi)，中間采用R=5.0m半圓加寬溢流堰頂。同時(shí)減少跌落高差，中間跌水高差1.0m，兩側(cè)各級(jí)跌水高差0.5m，依次跌落至下游190.00m水位高程河道，形成“大珠小珠落玉盤(pán)”的水景觀效果。保留每級(jí)跌水臺(tái)階親水效果，在臺(tái)階邊緣設(shè)跌水鼻坎。在高程191.00m跌水臺(tái)增設(shè)跌水豎井控制跌水臺(tái)階的面流流量，為保障小流量時(shí)段水流從跌水臺(tái)階逐級(jí)下瀉，豎井口設(shè)150mm高鼻坎，豎井口跌水鼻坎高出臺(tái)階邊緣鼻坎50mm，豎井為立模現(xiàn)澆混凝土，上口直徑D=2.0m，底部直徑D=1.5m。豎井下接長(zhǎng)×寬=1.0m×1.0m方形涵管，采用淹沒(méi)出流形式流至下游。

跌水臺(tái)階向下游延伸，為控制下瀉水流不飛濺至兩側(cè)過(guò)河臺(tái)階，新建C25鋼筋混凝土導(dǎo)墻，長(zhǎng)3.9m，高0.7m，加長(zhǎng)高程190.30m過(guò)河景觀平臺(tái)長(zhǎng)5.0m。對(duì)原有左右兩側(cè)混凝土臺(tái)階進(jìn)行M10水泥砂漿抹面處理。下游護(hù)坦仍保持原狀。拆除原有汀步，在下游處新建過(guò)河汀步。治理方案如圖2、圖3所示。

圖2 景觀壩噪聲治理平面圖

圖3 景觀壩噪聲治理剖面圖

5.2.2 物理措施

物理措施為設(shè)置聲屏障。在景觀壩兩岸沿河道設(shè)置透明弧形聲屏障，阻止直達(dá)聲的傳播，并使繞射聲有足夠的衰減，從而達(dá)到降噪目的【4】。

5.2.3 生態(tài)措施

生態(tài)措施為生態(tài)混凝土貼面綠化吸聲。景觀壩左岸有較高漿砌石擋墻，為減少跌水噪聲反射影響，將此處現(xiàn)有高擋墻進(jìn)行生態(tài)改造，改造措施為生態(tài)混凝土+生態(tài)袋種草，利用生態(tài)措施將發(fā)散到擋墻墻面的跌水噪聲吸收降噪。

5.2.4 管理措施

1）改變夜間水流方式，降低噪聲影響?，F(xiàn)階段跌水噪聲產(chǎn)生的主要原因是河水從壩頂向下游各級(jí)臺(tái)階逐級(jí)跌落時(shí)形成，夜間對(duì)周邊居民影響較大。為不影響夜間景觀壩亮化燈光水幕效果，綜合考慮亮化燈光管理運(yùn)行時(shí)段，每晚23：00～次日7：00根據(jù)上游來(lái)水量開(kāi)啟壩體放空洞放水，放空洞為淹沒(méi)式出流，無(wú)水流噪聲。

2）減少晝間跌落水量降低噪聲影響。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，水流量減少50%，可以降低水流噪聲3dB（A）以上。控制放空洞閥體開(kāi)度減少上部跌落水量，保證落水噪聲在可以接受的范圍【5】。

6 結(jié)語(yǔ)

1）對(duì)景觀壩以采用跌水臺(tái)階加寬的工程治理措施為主，以設(shè)置弧形聲屏障的物理措施及加強(qiáng)后期運(yùn)營(yíng)管理措施為輔。跌水臺(tái)階增加豎井泄水效果，根據(jù)國(guó)內(nèi)已建項(xiàng)目，其跌水景觀效果非常理想。聲屏障為透明材質(zhì)，不影響沿河既有景觀，同時(shí)對(duì)本項(xiàng)目的噪聲治理起到輔助作用，其噪聲治理方案是可行的。

2）河道兩岸空間、壩型、水流和流速大小及流態(tài)等邊界條件非常復(fù)雜，對(duì)噪聲產(chǎn)生、傳遞和擴(kuò)散均有不同影響。通過(guò)本治理方案，噪聲治理能滿足2類(lèi)區(qū)晝間60dB，夜間50dB的聲環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)及景觀美化的目標(biāo)。