劉國安,杜 濤,扈正權(quán),伍麗娟,薛京州

(四川省瀘州生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心站,四川 瀘州 616000)

前 言

環(huán)境噪聲污染是環(huán)境污染4大要素之一[1～3]。隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，大眾對聲環(huán)境質(zhì)量逐漸重視[4-5]。根據(jù)聲環(huán)境監(jiān)測相關(guān)要求，筆者所在單位每年均對瀘州市區(qū)域噪聲環(huán)境進行例行監(jiān)測[6]，但“十四五”點位調(diào)整尚未進行優(yōu)化更新，建成區(qū)噪聲分布及強度也發(fā)生了很大變化，而噪聲監(jiān)測數(shù)據(jù)的有效性和監(jiān)測點位的代表性是開展噪聲監(jiān)測工作的重要基礎(chǔ)。

因此，合理、科學布置噪聲監(jiān)測點位對提高噪聲監(jiān)測效率與獲取有效的監(jiān)測數(shù)據(jù)尤為重要[7-8]。

鑒于此，筆者在全面分析2020年瀘州市區(qū)域噪聲分布特征的基礎(chǔ)上，以多元統(tǒng)計分析為手段對瀘州市區(qū)域噪聲點位優(yōu)化進行系統(tǒng)研究，對掌握建成區(qū)聲環(huán)境現(xiàn)狀、提高區(qū)域噪聲監(jiān)測效率、選取噪聲自動監(jiān)測站點位均有較大的現(xiàn)實意義。

1 聲環(huán)境監(jiān)測概況

瀘州市位于四川省東南川滇黔渝四省市結(jié)合部，長江和沱江交匯處，是川滇黔渝結(jié)合部區(qū)域中心城市，是四川東南出川出海和重慶西南出海東南亞必經(jīng)通道。瀘州市建成區(qū)面積由2010年的83km2增加為2019年的172km2，人口由2010年的141萬人增加到2018年的207萬人，因此城市建成區(qū)面積和人口均已大幅增長。

“十三五”期間，瀘州市區(qū)域噪聲點位共布設(shè)146個，2017～2019年瀘州市區(qū)域噪聲晝間等效聲級分別為53.2dB(A)、52.8dB(A)、54.7dB(A)，城市區(qū)域環(huán)境噪聲質(zhì)量維持在較好水平且變化幅度不大，但區(qū)域聲環(huán)境監(jiān)測點位布設(shè)于2010年，密集分布在原建成。

1-1類功能區(qū)；2-2類功能區(qū)；3-3類功能區(qū)；4-監(jiān)測點；5-城北監(jiān)測范圍；6-城西及中心市監(jiān)測范圍；7-城東監(jiān)測范圍；8-城南監(jiān)測范圍圖1 研究區(qū)位置概況及區(qū)域噪聲監(jiān)測點位分布圖Fig.1 Location of the study area and distribution of noise monitoring points

區(qū)內(nèi)，監(jiān)測點同質(zhì)性較高。為了便于對瀘州市區(qū)域噪聲點位進行優(yōu)化研究，本次研究工作重新將整個城市建成區(qū)劃分為152個正方形網(wǎng)格(1000m×1000m，不包括長江、沱江等水域面積大于50%的網(wǎng)格)，布設(shè)152個區(qū)域噪聲優(yōu)化監(jiān)測點位(即2020年瀘州市區(qū)域噪聲監(jiān)測點位)，編號為1～152，其中1類功能區(qū)5個、2類功能區(qū)110個、3類功能區(qū)37個。噪聲監(jiān)測獲取了噪聲Leq、L10、L50、L90、Lmax、Lmin、SD等7個參數(shù)。研究區(qū)位置概況及噪聲監(jiān)測點位分布見圖1。

2 區(qū)域噪聲分布特征

為研究建成區(qū)噪聲空間分布特征以及區(qū)域噪聲監(jiān)測點位相關(guān)信息，獲取2020年瀘州市區(qū)域噪聲晝間數(shù)據(jù)，應用Arcgis軟件[1,9]，以50、55、60dB(A)為步長繪制噪聲晝間等效聲級等值圖見圖2。

由圖2可知，城南和城東噪聲水平整體較低，等效聲級低于1類聲環(huán)境功能區(qū)的噪聲限值，部分地段甚至低于0類聲環(huán)境功能區(qū)噪聲限值；中心市噪聲水平整體低于1類聲環(huán)境功能區(qū)的噪聲限值，但尚有水井溝步行街等商業(yè)金融、集市貿(mào)易地段噪聲水平在2類聲環(huán)境功能區(qū)噪聲限值范圍內(nèi)；城西噪聲水平整體偏高，越往西噪聲水平越高，城西片區(qū)西部地段等效聲級甚至大于60dB(A)，經(jīng)實地勘查，城西西部地段處于城市建設(shè)施工中，萬象匯地段是商業(yè)金融區(qū)；城北噪聲水平分布不均，大部分地段處于較低水平，但小市、臨港和安寧地段均有較大面積的較高噪聲水平分布，經(jīng)實地勘查，小市地段為商業(yè)、集市以及交通運輸區(qū)域，臨港地段目前為城市建設(shè)施工區(qū)域，安寧地段則是倉儲物流區(qū)域。

區(qū)域噪聲分布特征表明：瀘州市建成區(qū)整體噪聲水平較低，聲環(huán)境質(zhì)量較好；中心市商業(yè)金融、集市貿(mào)易地段對噪聲水平稍有影響；城西西段城市建設(shè)、商業(yè)金融導致該區(qū)局部噪聲水平偏高；城北小市、臨港和安寧地段商業(yè)、集市以及倉儲物流同樣導致了該區(qū)局部噪聲水平偏高。

1-Leq≤50 dB(A)；2- 50 dB(A)60dB(A)； 5～20：監(jiān)測點位聚類分析第1～16類；21-城北監(jiān)測范圍；22-城西及中心市監(jiān)測范圍；23-城東監(jiān)測范圍；24-城南監(jiān)測范圍圖2 工作區(qū)聲環(huán)境晝間等效聲級等值圖Fig.2 Equivalent sound level contour map of sound environment in working area

3 監(jiān)測點位優(yōu)化

由圖2可知，同一噪聲等效聲級等值均由多個監(jiān)測數(shù)據(jù)控制，說明這些區(qū)域噪聲監(jiān)測點位的等效聲級處于同一水平，但一組完整的噪聲監(jiān)測數(shù)據(jù)還包括L10、L50、L90、Lmax、Lmin、SD(在測量時段內(nèi)有10%、50%、90%的時間等效聲級超過的值，噪聲等效聲級的最大值、最小值以及方差)，而這些參數(shù)從不同角度反映了監(jiān)測點位的噪聲特性信息。因此若僅以等效聲級來優(yōu)選區(qū)域噪聲監(jiān)測點位顯然不盡合理，有必要對區(qū)域噪聲多參數(shù)進行多元統(tǒng)計聚類分析和相關(guān)分析。

多元統(tǒng)計分析是從經(jīng)典統(tǒng)計學中發(fā)展起來的一個分支，研究客觀事物中多個變量之間相互依賴的統(tǒng)計規(guī)律性[10～12]，從多個變量(或多個因素)中提取出隱含于其中的某些重要信息[12]。本次研究工作對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行聚類分析和相關(guān)分析，聚類分析和相關(guān)分析均應用IBM公司開發(fā)的SPSS(Statistical Product and Service Solutions)軟件進行[13]。

3.1 監(jiān)測點位聚類分析

聚類分析是按照“物以類聚”的思想對樣品或變量進行分類[14]。把相似程度大的并成一類，而把相似程度小的分為不同的類[12]。系統(tǒng)聚類法的基本步驟為：先把每個監(jiān)測點位看作為一類，計算各類之間的歐式距離；然后把歐式距離最小的兩類合并為一類；再計算新的類間的距離；如此重復直到所有監(jiān)測點位合并為一類為止[15-16]。

以Leq、L10、L50、L90、Lmax、Lmin、SD參數(shù)為變量進行系統(tǒng)聚類，以歐式距離2.5為閾值，把152個監(jiān)測點位分為16類見圖2，第1類、第2類聚類樹狀圖見圖3(囿于篇幅，其余14類未列出)，監(jiān)測點位聚類分類表見表1。根據(jù)聚類分析結(jié)果，歐式距離越小，相似程度越大，因此可把152個監(jiān)測點位大致分為16個類別，而同一類別中的監(jiān)測點位相似程度則較大。

圖3 第1類、第2類聚類分析樹狀圖Fig.3 The cluster analysis phenograms of the first and second category

表1 監(jiān)測點位聚類分析分類表Tab.1 Classification of monitoring points by cluster analysis

3.2 監(jiān)測點位相關(guān)分析

為了進一步驗證監(jiān)測點位之間的相似關(guān)系，以Leq、L10、L50、L90、Lmax、Lmin、SD參數(shù)為變量進行相關(guān)分析。相關(guān)分析對多個具備相關(guān)性的變量進行分析，從而衡量變量因素的相關(guān)密切程度[17]。根據(jù)皮爾遜(Pearson)相關(guān)系數(shù)(rp)，當rp=0時，兩個監(jiān)測點位不存在線性相關(guān)，但不意味著二者無任何關(guān)系；當0<│rp│≤0.3時，兩個監(jiān)測點位微弱相關(guān)；當0.3<│rp│≤0.5時，兩個監(jiān)測點位低度相關(guān)；當0.5<│rp│≤0.8時，兩個監(jiān)測點位顯著相關(guān)；當0.8<│rp│<1時，兩個監(jiān)測點位高度相關(guān)；當│rp│=1時，兩個監(jiān)測點位完全線性相關(guān)[18～20]。聚類分析中第1類、第2類中監(jiān)測點位的相關(guān)系數(shù)見表2，囿于篇幅，其余14類中監(jiān)測點位相關(guān)系數(shù)均未列出。

表2 第1類、第2類監(jiān)測點位相關(guān)系數(shù)一覽表Tab.2 List of correlation coefficients of the first and second category monitoring points

由表2可知，第1類監(jiān)測點之間(16、106、11、10、138、146)的相關(guān)系數(shù)均大于0.50，說明同一類中監(jiān)測點顯著相關(guān)或高度相關(guān)；第2類監(jiān)測點之間(18、149、126、88、133、116、139、43、135、136、147、150)的相關(guān)系數(shù)大部分大于0.50(僅126與133的相關(guān)系數(shù)為0.46)，說明同一類監(jiān)測點相關(guān)性顯著。其余14類中監(jiān)測點相關(guān)性也呈相似特征。

4 優(yōu)化結(jié)果

聚類分析和相關(guān)分析結(jié)果表明，具有相似特性的監(jiān)測點位歐式距離短，分為一個類別，同時相關(guān)性系數(shù)大，相關(guān)性顯著。綜合監(jiān)測點聚類和相關(guān)分析結(jié)果、監(jiān)測點位分布情況、區(qū)域噪聲等效聲級(Leq)等值圖以及區(qū)域噪聲分布特征，在16類監(jiān)測點位中優(yōu)選了22個監(jiān)測點位(編號為：7、15、21、43、49、56、59、65、67、70、76、78、91、93、96、99、108、118、121、131、136、147)作為區(qū)域噪聲監(jiān)測點位；另外，61號監(jiān)測點位于城西西段城市建設(shè)施工區(qū)域，待該區(qū)域施工完畢后也可將該監(jiān)測點作為區(qū)域噪聲監(jiān)測點位。優(yōu)化前152個監(jiān)測點位構(gòu)成的區(qū)域噪聲晝間等效聲級(Leq)平均值為53.5 dB(A)，優(yōu)化后22個監(jiān)測點位構(gòu)成的區(qū)域噪聲晝間等效聲級(Leq)平均值為52.9 dB(A)。

經(jīng)區(qū)域噪聲監(jiān)測點位優(yōu)化，區(qū)域噪聲晝間等效聲級(Leq)有所降低，監(jiān)測點位合理地分布在各噪聲功能區(qū)域內(nèi)，以較少的監(jiān)測點位即可掌握全區(qū)區(qū)域噪聲水平及其變化情況。監(jiān)測點位優(yōu)化后不僅提高了噪聲監(jiān)測效率，還可將優(yōu)化后的區(qū)域噪聲監(jiān)測點位選取為噪聲自動監(jiān)測站監(jiān)測點位。

5 結(jié) 論

根據(jù)區(qū)域噪聲等效聲級(Leq)等值圖、區(qū)域噪聲分布特征、聚類分析結(jié)果和相關(guān)分析結(jié)果，將瀘州市建成區(qū)區(qū)域噪聲監(jiān)測點位從152個優(yōu)化為22個。監(jiān)測點位優(yōu)化后，以22個噪聲監(jiān)測點位即可掌握區(qū)域噪聲水平及其變化情況，提高了噪聲監(jiān)測效率，同時也為噪聲自動監(jiān)測站監(jiān)測點位的選取提供了技術(shù)支撐。

區(qū)域噪聲分布特征及等效聲級等值圖顯示了瀘州市建成區(qū)區(qū)域噪聲分布狀況，也顯示了監(jiān)測點位等效聲級水平。結(jié)合多元統(tǒng)計分析結(jié)果和噪聲異常分布特征同時考慮了區(qū)域噪聲分布情況、噪聲數(shù)理特征和監(jiān)測點內(nèi)在關(guān)聯(lián)關(guān)系。充分結(jié)合多元統(tǒng)計分析成果和噪聲異常分布特征是合理、科學優(yōu)化監(jiān)測點位的有效方法。