高速公路绿化林带降噪效果研究

沈建章+洪文俊+徐彦杰+涂津鹏+张杰

摘要：为研究高速公路绿化林带对交通噪声的衰减效果，对长宜高速公路浙江段路侧代表性绿化林带降噪效果进行了定位测量，并探讨了林带类型、宽度、结构等因素对噪声衰减的影响。结果表明：高速公路绿化林带具有良好的降噪效果，不同林带类型其降噪能力差别较大。随着林带宽度的增加，其降噪能力逐渐减弱。为达到有效的降噪效果，建议高速公路绿化带宽度不宜小于10 m。绿化林带对交通噪声的衰减效果是包括植物特点和林带结构在内的多种因素共同作用的结果，建议在高速公路绿化带建设时优先选分枝点低、分枝多、枝叶细密的植物。

关键词：高速公路；绿化林带；交通噪声；衰减效果

中图分类号：X593

文献标识码：A 文章编号：16749944（2017）22002704

1 引言

改革开放实现了中国经济的大繁荣，同时也带动了交通基础设施建设的大发展。根据交通运输部2016年的统计资料显示，截至2015年底，全国高速公路通车总里程突破12万km，位于世界第一位。高速公路在为国民经济和社会发展做出巨大贡献的同时，由此产生的交通噪声污染也越来越受到人们的关注。目前，治理交通噪声的主要从声源控制、受声点防护和切断传播途径3个方面入手[1，2]。有研究表明，植物不仅可以有效阻挡噪声传播，还具有吸附尘埃、保持水土、美化环境等作用，具有其他降噪措施所无可比拟的生态功能，因而利用绿化带切断噪声的传播途径已经得到广泛的应用[3]。

目前，国内对于高速公路噪声的研究主要是针对危害程度[4，5]、防治措施[6]和模拟预测[3]等三个方面，但对不同植物类型、宽度和植物性状绿化带降噪效果的研究相对较少。本研究以浙江省典型高速公路路侧绿化带作为研究对象，比较不同树种构成绿化带的降噪效果，定量分析交通噪声在水平空间上的衰减规律，同时探讨绿化带结构组成对噪声衰减的影响，研究结果对高速公路两侧绿化带的设计具有一定的指导意义。

2 材料与方法

2.1 研究区域概况

浙江省长兴县位于北纬30°43′～31°11′，东经119°33′～120°06′之间，总面积约1430 km2，地处太湖西南岸，苏浙皖三省交界处，为全国重要的苗木基地。长兴县属亚热带海洋性季风气候，年平均温度为15 ℃，年日照1810.3 h，年均降雨量约1309 mm。浙江长宜高速公路长兴至梅山段，起点为长兴县泗安枢纽，终点为浙江、江苏交界处的葡萄岭，全长约30 km。

2.2 样地设置

根据浙江长宜高速公路有限公司提供的资料，结合实地勘探调查，在长宜高速公路两侧选择具有代表性的6块林带样地，测定林带对交通噪声衰减效果。试验样地分别为毛竹林、水杉林、桃树林、乔木混合林、灌木混合林和乔灌木混合林，地被植物均为野生草本。此外，在研究区域选择裸露空地1处作为空白对照样地，各样地基本情况见表1。

2.3 噪声监测

噪声测定仪器选用杭州爱华仪器有限公司生成的AWA6228型多功能声级计，仪器量程为20～132 dB，测定频率为10～20000 Hz。试验时间在2016年10月，风力小于5 m/s。测量方法参照《声环境质量标准（GB 3096-2008）》和《声屏障声学设计和测量规范（HJ/T 90-2004）》。以连续等效A声级来表示测量结果。在规定的测量时间内，每个监测点监测30 min连续等效A声级（LAeq）。数据采集时将样地路侧林带边缘设为0 m，垂直道路向林带内延伸，分别在0、5、10、15、20、30 m处距离地面1.2 m高度处测定噪声值。

2.4 植物性状指标监测

在进行植物降噪效果监测的同时，对林带树木结构进行调查，包括高度、枝下高和间距等；采用树冠投影法测定各林带郁闭度；采用能见度（即一个物体变得模糊不清的林带距离）作为树林密度的表征[7]；此外，利用LAI-2200C植物冠层分析仪（美国Li-Cor公司）进行叶面积指数测定。

3 结果与讨论

3.1 不同植被类型的降噪效果分析

高速公路路侧各试验点噪声的衰减情况由表2所示。监测结果表明，相比较与裸露的地面（空地），植物对高速公路噪声具有一定的降噪效果，在绿化带内5、10、15、20和30 m处的附加降噪量范围分别为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。绿化带之所以能够有效降低噪声，主要是由于当声波接触到林带时，一部分声能在低频范围内变为树叶和树干固有振动频率，另一部分声能可以被树叶和树干吸收[8]。此外，由树林形成的垂直温度梯度引起的声衍射也能起到消能减噪的作用[9]。

高速公路路侧绿化林带对交通噪声的衰减效果存在较大的变异性，在不同的绿化模式下有很大的差别。

在不同结构的绿化林带中，30 m宽的乔灌木混合林降噪效果最佳，噪声衰减量达到了30.0 dB，而相同宽度的水杉林和混合乔木林降噪效果最弱，分别只有13.7和14.7 dB。此外，由灌木组成的植物声屏障相比较与乔木更为有效。这主要是由于它们稠密的枝干和叶片产生的散射有利于降噪，但由于灌木较为低矮，降噪的效果也会受到限制；而有一定高度的乔木会对声波具有更好的扩散和吸收作用，但树木的分枝点高度下树干和叶片相对稀少，不能形成有效的声屏障[10]。因此，乔木和灌木的合理搭配组合，形成多层结构的降噪面，可使得植物声屏障产生最优的降噪效果。

3.2 绿化带宽度与降噪效果的关系

林带宽度是重要的降噪因子，这其中既有距离产生的噪声衰减，也有绿化带的降噪作用，随着宽度的增加，树木枝叶对声波的吸收和扩散作用也会随之加大[11]。根據附加降噪量与衰减距离的散点图关系，发现噪声衰减量与测点离绿化带前沿的垂直距离成对数衰减，可用公式（1）模拟不同类型绿化带的附加降噪量：endprint

绿化带各距离段的附加降噪量结果如图1所示，结果表明，附加衰减与绿化带宽度呈正比规律的趋势，噪声量会随着绿化带宽度的增加而减小，并且这种趋势会逐渐变缓。郭小平等[12]研究发现，绿化林带降噪效果随着林带宽度的增大而增大，但在30 m宽度内随着林带宽度增加，噪声的降低速率有所下降，这与本研究结果相似。总体而言，绿化带在0～10 m部分的降噪效果最好，可以达到30 m处附加降噪值总量的50%～61%，这与张志永等的研究结果相似[13]；宽度超过20 m后，降噪效果相对较弱。

通过调查发现，浙江省高速公路两侧的绿化带除种植乔木和灌木等植被以外，毛竹林也比较多见。毛竹林的附加衰减效果与其他类型植物有着明显的区别（图1）。在绿化带内0～10 m部分，竹林相比較与乔木林和灌木林，具有相对较好的降噪效果。而在绿化带内15 m之后部分，其附加降噪量会明显降低，噪声衰减趋势趋于缓和。目前对竹林降噪效果的报道相对较少，范昕婷[14]研究发现竹林的交通噪声的衰减效果要优于落叶针叶林和落叶灌木林，但劣于长绿阔叶林和落叶阔叶林。

3.3 绿化林带群落结构特征对噪声衰减的影响

植物的降噪效果除了受树种类型和栽植宽度影响以外，还受到栽植密度、高度等多种因素的共同影响，不同形态植物具有较大差异的降噪效果[15]。本研究中，随着绿化林带能见度降低，树木枝叶对声波的吸收和扩散作用随之增加，即林带对交通噪声的衰减作用随着其能见度的降低而增大，该结果与以往的研究结论相一致[5，12]。林带的降噪效果还受到树木本身特性（如枝下高）的影响[16]。水杉林和混合乔木林的平均枝下高分别为2.4 m和2.2 m，在测定噪声值高度处，植物叶片对噪声的衰减作用微乎其微；相比较而言，桃树林的评价枝下高较低，为1.3 m，且枝杈较多、叶片密集，因而降噪效果要优于水杉林。此外，植物叶面积指数和郁闭度越高，林带的降噪效果越明显。例如降噪效果最显著的林带6叶面积指数和郁闭度分别为2.39和0.97；降噪效果次之的林带5分别为2.20和0.86：而降噪效果最差的林带2则分别为1.90和0.75。叶面积指数和郁闭度代表植物枝叶生物量，这与植物降噪主要是叶片对声能的吸收和反射结论相一致[17]。

4 结论

（1）高速公路绿化林带对交通噪声具有一定的衰减效果，林带内的噪声衰减远大于其在空气中的自然衰减。不同的绿化模式下，噪声的衰减效果存在较大的差别。合理的植物配置，对林带的降噪效果至关重要。

（2）交通噪声的衰减与林带宽度有显著的关系，靠近声源前半部分林带对噪声的衰减效果较好，而远离声源的后半部分的减噪效果较小。因此，在营造高速公路两侧绿化林带时，若仅考虑植物的降噪效果，林带没有必要设计过宽。

（3）研究结果显示，枝繁叶茂的植物对交通噪声的吸收和反射效果较好，能起到有效的降噪作用，建议高速公路绿化带建设应采用冠幅较大且枝叶浓密的植物。

参考文献：

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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