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        瀘州市2020年區(qū)域噪聲分布特征及其監(jiān)測點(diǎn)位優(yōu)化分析

        2021-07-07 08:28:20劉國安扈正權(quán)伍麗娟薛京州
        四川環(huán)境 2021年3期
        關(guān)鍵詞:聲級建成區(qū)瀘州市

        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(jì)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(jìn)行例行監(jiān)測[6],但“十四五”點(diǎn)位調(diào)整尚未進(jìn)行優(yōu)化更新,建成區(qū)噪聲分布及強(qiáng)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(diǎn)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(xué)布置噪聲監(jiān)測點(diǎn)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(jì)分析為手段對瀘州市區(qū)域噪聲點(diǎn)位優(yōu)化進(jìn)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(diǎn)位均有較大的現(xiàn)實(shí)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(diǎn)位共布設(shè)146個(gè),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(diǎn)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(diǎn);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(diǎn)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(diǎn)同質(zhì)性較高。為了便于對瀘州市區(qū)域噪聲點(diǎn)位進(jìn)行優(yōu)化研究,本次研究工作重新將整個(gè)城市建成區(qū)劃分為152個(gè)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(gè)區(qū)域噪聲優(yōu)化監(jiān)測點(diǎn)位(即2020年瀘州市區(qū)域噪聲監(jiān)測點(diǎn)位),編號為1~152,其中1類功能區(qū)5個(gè)、2類功能區(qū)110個(gè)、3類功能區(qū)37個(gè)。噪聲監(jiān)測獲取了噪聲Leq、L10、L50、L90、Lmax、Lmin、SD等7個(gè)參數(shù)。研究區(qū)位置概況及噪聲監(jiān)測點(diǎn)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(diǎn)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(yīng)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(shí)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(shí)地勘查,小市地段為商業(yè)、集市以及交通運(yùn)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(dǎo)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(dǎo)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(diǎn)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(diǎn)位優(yōu)化

        由圖2可知,同一噪聲等效聲級等值均由多個(gè)監(jiān)測數(shù)據(jù)控制,說明這些區(qū)域噪聲監(jiān)測點(diǎn)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(shí)段內(nèi)有10%、50%、90%的時(shí)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(diǎn)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(diǎn)位顯然不盡合理,有必要對區(qū)域噪聲多參數(shù)進(jìn)行多元統(tǒng)計(jì)聚類分析和相關(guān)分析。

        多元統(tǒng)計(jì)分析是從經(jīng)典統(tǒng)計(jì)學(xué)中發(fā)展起來的一個(gè)分支,研究客觀事物中多個(gè)變量之間相互依賴的統(tǒng)計(jì)規(guī)律性[10~12],從多個(gè)變量(或多個(gè)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(jìn)行聚類分析和相關(guān)分析,聚類分析和相關(guān)分析均應(yīng)用IBM公司開發(fā)的SPSS(Statistical Product and Service Solutions)軟件進(jìn)行[13]。

        3.1 監(jiān)測點(diǎn)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(jìn)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(gè)監(jiān)測點(diǎn)位看作為一類,計(jì)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(jì)算新的類間的距離;如此重復(fù)直到所有監(jiān)測點(diǎn)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(jìn)行系統(tǒng)聚類,以歐式距離2.5為閾值,把152個(gè)監(jiān)測點(diǎn)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(diǎn)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(gè)監(jiān)測點(diǎn)位大致分為16個(gè)類別,而同一類別中的監(jiān)測點(diǎn)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(diǎn)位聚類分析分類表Tab.1 Classification of monitoring points by cluster analysis

        3.2 監(jiān)測點(diǎn)位相關(guān)分析

        為了進(jìn)一步驗(yàn)證監(jiān)測點(diǎn)位之間的相似關(guān)系,以Leq、L10、L50、L90、Lmax、Lmin、SD參數(shù)為變量進(jìn)行相關(guān)分析。相關(guān)分析對多個(gè)具備相關(guān)性的變量進(jìn)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(dāng)rp=0時(shí),兩個(gè)監(jiān)測點(diǎn)位不存在線性相關(guān),但不意味著二者無任何關(guān)系;當(dāng)0<│rp│≤0.3時(shí),兩個(gè)監(jiān)測點(diǎn)位微弱相關(guān);當(dāng)0.3<│rp│≤0.5時(shí),兩個(gè)監(jiān)測點(diǎn)位低度相關(guān);當(dāng)0.5<│rp│≤0.8時(shí),兩個(gè)監(jiān)測點(diǎn)位顯著相關(guān);當(dāng)0.8<│rp│<1時(shí),兩個(gè)監(jiān)測點(diǎn)位高度相關(guān);當(dāng)│rp│=1時(shí),兩個(gè)監(jiān)測點(diǎn)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(diǎn)位的相關(guān)系數(shù)見表2,囿于篇幅,其余14類中監(jiān)測點(diǎn)位相關(guān)系數(shù)均未列出。

        表2 第1類、第2類監(jiān)測點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)顯著相關(guān)或高度相關(guān);第2類監(jiān)測點(diǎn)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(diǎn)相關(guān)性顯著。其余14類中監(jiān)測點(diǎn)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(diǎn)位歐式距離短,分為一個(gè)類別,同時(shí)相關(guān)性系數(shù)大,相關(guān)性顯著。綜合監(jiān)測點(diǎn)聚類和相關(guān)分析結(jié)果、監(jiān)測點(diǎn)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(diǎn)位中優(yōu)選了22個(gè)監(jiān)測點(diǎn)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(diǎn)位;另外,61號監(jiān)測點(diǎn)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(diǎn)作為區(qū)域噪聲監(jiān)測點(diǎn)位。優(yōu)化前152個(gè)監(jiān)測點(diǎn)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(gè)監(jiān)測點(diǎn)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(diǎn)位優(yōu)化,區(qū)域噪聲晝間等效聲級(Leq)有所降低,監(jiān)測點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)位選取為噪聲自動監(jiān)測站監(jiān)測點(diǎn)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(diǎn)位從152個(gè)優(yōu)化為22個(gè)。監(jiān)測點(diǎn)位優(yōu)化后,以22個(gè)噪聲監(jiān)測點(diǎn)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(shí)也為噪聲自動監(jiān)測站監(jiān)測點(diǎn)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(diǎn)位等效聲級水平。結(jié)合多元統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果和噪聲異常分布特征同時(shí)考慮了區(qū)域噪聲分布情況、噪聲數(shù)理特征和監(jiān)測點(diǎn)內(nèi)在關(guān)聯(lián)關(guān)系。充分結(jié)合多元統(tǒng)計(jì)分析成果和噪聲異常分布特征是合理、科學(xué)優(yōu)化監(jiān)測點(diǎn)位的有效方法。

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