杭州快速路、主次干道植物群落降噪功能比较研究

金邑霞，徐丽华，马仁锋*，赵一然，张 悦

（1.宁波大学地理与空间信息技术系，浙江宁波 315211；2.浙江农林大学环境与资源学院，浙江杭州 311300）

随着我国城市建设规模和城市道路密度的不断加大，各类机动车数量迅猛增加，城市道路交通量呈现流状，所产生交通噪声已是噪声污染主要来源，影响着人们日常生活。对于城市交通噪声治理主要治理路径是噪声源防治、切断传播途径和受声点防护[1]，切断传播途径的方法通常采用设置隔音墙/隔音窗、防噪堤和绿化带等。其中，利用植物群落进行降噪具有经济、实用、普及与长久，且有巨大的景观和和生态价值。早在1963年，Empleton就研究了林带的降低噪声功能[2]；随后Kragh提出绿化带可有效降低交通噪声声级[3]； 2003年陆旭蕾测量了街道绿地、公共绿地和特殊绿地的降噪效果，发现街道绿地一般情况下能降噪0.7～3 dB，其中乔、灌、花草搭配的植物配置模式效果最为明显[4]；郑思俊针对不同植物群落利用实地测量和实验室噪声量检测植物的降噪功能做了研究[5]；张万旗发现结构为“乔木＋小乔木＋灌木/绿篱”的植物配置模式的降噪效果最好[6]。总体而言，现有植物噪声衰减作用研究中，以单一树种降噪效果、类型不同植被对噪声衰减效果对比较多，缺乏对不同等级城市道路、不同距离的绿地降噪研究。为此，本文选取杭州市三条不同等级道路进行植物群落降噪效果测量与分析，试图基于降噪效果视角探讨不同道路等级绿化带的植物群落适宜配置模式及绿化带适宜宽度，进而提升城市人居环境质量和规划响应策略。

1 研究区概况、数据采集与分析方法

1.1 研究区概况

杭州市是浙江省会城市，是长江三角洲的中心城市和重要的风景旅游城市。截至2016年底，杭州公路总里程达到16 306.071 km，中心城区路网密度约为7.1km/km2。随着城市道路快速发展，机动车辆数量迅速增长，带来了十分严峻的环境问题，主要表现在尾气排放和噪声污染两个方面，《2016杭州市环境公报》中指出交通和社会生活噪声是杭州市环境噪声的主要来源[7]。

城市绿地是杭州市十分重要的景观要素和旅游休憩场所。杭州市西湖区城市绿地建设系统性较好，同时绿化植物类型组合实现了品种多样化，配置模式也改变了2000年之前的单调性和局部性。西湖区城市绿地布局较为集中，大面积绿地位于西湖风景区和西溪湿地风景区，城区历史悠久、建设用地紧张导致了城区内绿地面积分布不均，主要呈现带状分布。西湖风景区人流密集，对噪声实时测量会产生较大的影响，西溪湿地周边绿地丰富、车流量较多，因此，选取西溪湿地周边路网及其绿地作为研究样区。

1.2 典型城市道路与噪声监测点布设

1.2.1 样路选取与测点设置

基于谷歌影像辨识杭州市西湖区绿地植物群落特征，选取群落结构较为丰富样地进行交通噪声衰减测量。测点设置选择主要考虑在同一个方向上受到噪声的影响，测点后方不会受到其他方向噪声影响[8]。同时，鉴于本文要探讨不同道路等级的绿化植物降噪效果，测点布设时需考虑道路等级且选取测点的绿带大部分有丰富的植物配置，以便反映植物降噪功能。此外，测点区域周边没有其他诸如工业区、建筑工地等大型噪声来源用地。为此，测量道路选取位于杭州市西湖区西溪湿地周边的紫金港路、天目山路和丰潭路，三条道路分别为快速路、主干道和次干道，且具有较为丰富的绿地植物群落，满足研究样地与测点设置标准。

文献分析表明，一般情况下城市绿化林带宽度并不能达到30 m[8]，因此样地宽度选取范围为5～35 m。采集数据时考虑到三类道路绿地宽度不同，本文选取20 m宽绿地作为研究宽度测定绿地植物群落的降噪效果。数据采集时将道路样地边缘设在0 m处，后方测点垂直道路向绿地内延伸，并在0 m、10 m、15 m、20 m处在距地面1.5 m高度处同时测定交通噪声值，各测点同时进行测量，记为1, 2…，噪声测量实验在所布设的每一处绿地布设四个点，分别是0 m、10 m、15 m、20 m，在同一时间测量不同距离的噪声值，结合城市有限绿地空间和人们可接受的噪声值，探讨降噪效果良好且适宜的距离。

本文选取了三条不同等级道路的绿化带，并根据道路长度、交通网和交通流量进行布设测点（表1和图1）。快速路选取吉鸿路—紫金港路—紫之隧道快速路，是杭州市城西的一条南北向快速通道，对主城起到组织、疏解、分流作用的对外交通，承担城西南北向各区块间和区块内部的交通联系，其中的紫金港路路段位于西溪湿地东侧，拥有丰富的植物配置且东侧是湿地公园，对道路交通噪声测量影响小，符合实验布设测点要求；主干道（天目山路）全长12 km，东起莫干山路，南端接环城北路，西接西溪路，是杭州市交通道路网的骨架之一，且天目山路在空间上存在中心边缘，具有交通流量的差异；次干道选取位于西湖区内的丰潭路路段，道路宽度30 m。道路绿化的植被较为丰富且沿河分布，有着良好的测量环境。

表1 道路选取与测点布设

图1 杭州市西湖区三条不同类型道路噪声监测点设置

对三类城市道路绿化带配置模式采取实地查勘、测量记录完成，在浙江农林大学植物学教师指导下分析绿化林带的配置模式、树种构成等，重点考虑影响降噪功能因子选取植物群落的植物种类、配置模式、植株平均间距、最低枝下高和地表覆盖类型5个因子，通过实地考察得所有测点的植物群落特性，见表2。

表2 各测点植被特性

续表

1.2.2 测量仪器与噪声监测操作

2017年5月4—5日在紫金港路、天目山路和丰潭路开展噪声实地测量，测量同一天中的高峰时期和非高峰时期。采用AWA5636型多功能声级计、测距仪，测量过程选择一面临路、一面空旷或者临水的无噪声环境，以尽可能地降低其他因素对噪声测量造成的影响。在实际过程中，道路交通噪声源比较复杂，它是沿道路不断运动着的多个不同点声源的组合，因此将交通噪声简化为理想模型，就是将行驶车辆作为排列均匀的点声源，交通噪声便是一个声功率均匀分布的线声源[9]。受不同时段交通流的差异，在同一个测点分别进行高峰期和非高峰期两个时间段的噪声测量。鉴于选取样地处于非实验环境，存在一定的实验误差，因此本研究在分析中忽略距离衰减的影响，认为不同道路的距离衰减程度相同，从而进一步进行比较分析。各监测点的噪声监测值见表3。

1.2.3 测量数据处理与分析方法

首先计算每条道路不同距离测点的噪声本底值（Dh本底）（式1），其次探讨植物种类与噪声平均衰减率（yh20）（噪声平均衰减率为测点20m处噪声平均衰减值与原始噪声的比值）的关系（式2），最后分析植物群落所选的特征（平均株距、最低枝下高）与噪声平均衰减率的关系，试图揭示三条所选道路植物群落的降噪程度和效果。

2 杭州市快速路、主干道、次干道的植物群落降噪分析

2.1 不同道路类型的噪声本底差异

不同道路类型在城市交通道路网络中所起的作用不同，交通流量存在差异，而交通噪声主要与车速、车流量、路面宽度有关[10]。本研究测量了三条不同道路等级（快速路、主干道和次干道）19个测点，分别在4个不同距离的噪声值，三条道路类型的不同距离测点噪声平均值见表4。

表3 杭州市西湖区三条不同类型道路噪声监测值

表4 道路噪声平均值

从表4可以看到三条所选道路的交通噪声存在本底差异，主干道（天目山路）的噪声值高于快速路（紫金港路）和次干道（丰潭路），而紫金港路与丰潭路在噪声本底差异上相差不大。

2.2 快速路噪声测量结果与分析

（1）首先分析原始噪声平均值，原始噪声平均值是同一测点在两个时间段所测噪声值的平均，得到图2（a）。A1点的噪声值明显高于其他点，主要由于测点位置A1位于紫金港路与天目山路交叉口，且临近杭州汽车西站，交通流量大，不仅包括车流量，另外行人的流动也更为频繁。

（2）分析测点的植物种类、平均株距和最低枝下高三种植物群落特征得到图2（b），可以看到植物群落的降噪功能与植物种类数并没有直接的关系。对植物群落的平均株距与最低枝下高和噪声平均衰减率进行分析得到图2（c），得出以下结论：

1）比较测点A5与A6，两处的植物配置模式相似，平均株距差别较小，最低枝下高相差较大，反映在噪声平均衰减率上，A5高于A6，说明绿地降噪功能与植物的最低枝下高有关。

2）比较测点A4与A5，会发现两处绿地的最低枝下高和平均株距几乎相等，但是就噪声平均衰减率而言，A4高于A5。A4和A5的植物配置情况为A4（乔木＋灌木＋地被）和A5（乔木＋地被），说明了“乔木＋灌木＋地被”配置模式具有更好的降噪效果。

3）比较A1和A2点，在植物配置模式、平均株距和最低枝下高相当的情况下，A1点的噪声平均衰减率大于A2；同时，A4点的平均株距和最低枝下高均小于A3点，而A3的噪声平均衰减率高于A4。结合实地考察，发现A1和A3测点植物群落地势较高，可知由于地势较高，A1和A3点的噪声平均衰减率分别高于A2和A4，说明了植物群落地势较高会加强降噪效果。

4）进一步对比A1和A3，发现两处的共同点体现在植物群落地势均较道路要高，植物配置模式均为乔木＋灌木＋地被。而在这两处的比较中会发现，A1点的噪声平均衰减率低于A3，然而由于噪声平均衰减率与原始噪声值高低相关，因此需要进一步对噪声衰减值进行比较。由表3可计算得知，就两处的20 m噪声衰减值而言，测点A1高峰和非高峰两个时段分别为11.2 dB和9.4 dB，平均为10.3 dB，而测点A3的20 m噪声衰减值在高峰和非高峰两个时段均为10.1 dB，平均为10.1 dB。可以得出A1点具有更好的降噪效果，此处样地的植物群落为（香樟、桂花）＋（无刺枸骨、红叶石楠）＋麦冬，植物密度更高，长势也更好且植物种植更接近道路。

图2 杭州紫金港路不同距离噪声与绿地群落关系

2.3 主干道噪声测量结果与分析

（1）分析主干道噪声平均值得到图3（a）：测点在20 m处的噪声值基本接近国家现行噪声标准中对于Ⅱ类居住、商业、工业混杂区白天的噪声限值为60 dB，但测点B7偏差较大。这是由于B7点位于天目山路与西溪路之间，实地测量时测点后方的西溪路道路交通噪声的影响不可忽视，因此在选择测点时，需要选择周围其他噪声小、对实验测点影响小的样地，以减少对实验对象的干扰。

（2）同样分析主干道测点植物群落的两个特征（平均株距与最低枝下高）得到图3（b），得出以下结论：

1）测点绿地B1、B2、B6的植物配置模式相同，最低枝下高相差不大，平均株距相差较大，反映在噪声平均衰减率上为B1＞B2＞B6，说明了植物群落的降噪效果与平均株距有关，植物的种植密度直接影响株距，因此植物群落的减噪效果与绿地植物的平均株距有一定的相关性。

2）对比B2与B5样地，可以发现这两处绿地的最低枝下高分别为0.75 m、0.5 m，平均株距分别为1.1 m、1.4 m，均相差不大，但相应的噪声平均衰减率相差较大，分别17.21%和13.16%。分析发现，B2的配置模式为乔木＋灌木＋地被，B5的配置模式为乔木＋地被，说明了B2绿地的植物配置模式更优。

3）通过B3与B5的对比会发现，同为乔木＋地被的配置模式，虽然B3的平均株距和最低枝下高均大于B5，但是噪声平均衰减率高于B5。分析其原因为B3地被的地势较高，纵向上形成了更好的密度，对噪声的阻隔作用更强。测点B8的最低枝下高和平均株距均明显高于其他测点，但是其噪声平均衰减率仅次于B1点，分析其原因为相较于其他7个测点绿地，B8绿化带宽度窄，后方为沿河步道，地势低于道路，对噪声测量产生影响。

2.4 次干道噪声测量结果与分析

同样，对次干道的平均株距和最低枝下高这两个植物群落特征与噪声平均衰减率进行分析得到图4。

（1）比较测点C1和C5，最低枝下高分别为0.9 m和0.85 m，相差比较小；植物整体配置模式也较为接近，均为乔木＋灌木＋地被，从图4中可以看到C1点的噪声平均衰减率低于C5。分析其原因为C1处的植物平均株距较大，因此噪声的降低效果不如C5。类似地的，在C4与C5、C1与C3的比较中会发现平均株距和植物配置模式相似，但噪声平均衰减率上却有着一定的差距，分析其原因为最低枝下高的高低不同。

图3 杭州天目山路不同距离噪声与绿地群落关系

图4 杭州丰潭路不同距离噪声与绿地群落关系

（2）C2处的平均株距与最低枝下高均大于其他测点，但是噪声平均衰减率最高。分析其原因为测点C2处的植物配置模式在灌木上成带状分布，使得虽然乔木的株距和最低枝下高较大，但是整体上C2处灌木成片种植，植物长势好，种植密度更高。

（3）次干道植物群落降噪效果中C2处降噪效果最好，C5次之。综合5处绿地的配置模式和降噪效果，可知植物配置模式为乔木＋灌木＋地被的降噪效果最佳，且在布局方面，植物种植有一定的密度，如C2绿地的灌木成片种植，有良好的隔声效果，且灌木的高度与乔木的最低枝下高相当，即在竖向上形成一个对噪声抑制的阻隔层。

结合实地调查，可以发现所选次干道的绿地宽度并不大，主要是街旁绿地，植物配置上均较丰富，层次较为清晰。20 m处噪声值处于58.4～62.1 dB，降噪率处于11.35%～17.15%，降噪效果较好。

2.5 不同道路类型不同距离植物群落降噪测量结果分析

单位距离噪声强度减低率为某一距离的噪声衰减值与距离的比值，表示单位距离的降噪效果，一定程度上反映了该测点的植物群落降噪功能。由表5可知，总体单位距离噪声强度减低率，15 m处和20 m处相差不大且明显大于10 m，说明当绿化带宽度达到15 m时，植物群落才开始产生有效的降噪效果。其中，在对快速路（紫金港路路段）与次干道（丰潭路路段）的分析中发现，15 m处的单位距离噪声强度减低率最大，说明了所选快速路与次干道的测点植物群落在15 m处的降噪效果是最佳的；在主干道（天目山路）的单位距离噪声强度减低率分析呈现20 m＞15 m＞10 m的降噪效果，但是无法确定是否20 m是天目山路所选测点绿地降噪效果的最佳距离。因此，就噪声衰减来看，绿地植物群落宽度越大越好，但结合实际可知城市道路的绿地范围有限[11]，尤其在城市开发较早的城区，道路绿地一般较少且范围不大。因此，本研究所选取的三条道路及绿地宽度，其降低噪声均合适。

表5 单位距离噪声强度减低率 单位：（dB/m）

3 结论与讨论

3.1 结论

通过噪声实地监测及其对植物群落的衰减率分析杭州市三条不同类型城市道路绿化植物群落降噪效果，研究发现：①不同距离噪声测量值显示，距离道路越远，噪声值越低。本文所选道路路段的噪声平均衰减率分别为紫金港路为13.50%、天目山路为15.44%、丰潭路为14.30%，反映了三条道路所布设测点绿地的降噪效果为天目山路＞丰潭路＞紫金港路。②三条道路测点绿地在20 m处的噪声值，分别是紫金港路60.0～63.5 dB、天目山路59.5～65.0 dB、丰潭路58.4～62.1 dB，符合《中华人民共和国环境噪声污染防治法》中四类标准的要求。③所选取快速路和次干道路段的植物群落降噪测量值变化显示这两类道路绿化带宽度达到15 m时，植物群落的降噪效果最佳。④三类城市道路研究显示植物种类数与植物群落降噪功能没有直接关系，植物的枝下高和株距均会对植物降噪产生影响，配置模式较佳的为乔木＋灌木＋地被。⑤在宽度相同、种植密度相近的绿地中，乔木、灌木、地被相结合的配置模式的降噪效果较好，并且将乔木和灌木交错的种植形式在降噪效果上优于灌木在前、乔木在后的排列式种植。配置上，若灌木的高度在高于乔木的最低分支高时降噪效果更好，能够在高度上有较高的密度。因此，绿地植物群落在配置上要有多层次的立体空间分布，在最低分支处密实结合因而在中层密集的种植形式对噪声有更好的抑制作用。

研究发现，杭州道路绿地植物配置模式选择乔木＋灌木＋地被的类型能够更好地达到降噪效果，且植物群落地势可以较道路高，这样不仅能有更好的降噪效果，且植物群落有丰富层次感；乔木的选择可以参照快速路（紫金港路）1号测地的香樟＋桂花类型进行配置种植，种植灌木可以更好地借鉴次干道（丰潭路）上2号测点绿地的带状种植模式。

3.2 讨论

本文基于已有植物降噪研究选取杭州市西湖区三条不同等级道路的绿地植物群落，并进行四个距离（0 m、10 m、15 m和20 m）的噪声值测量，比较了植物群落不同距离的降噪效果。在文献分析和实地测量噪声过程中，本文认识到植物降噪功能是一个涉及多因子，又易受环境影响的研究议题。但是，受实验条件的影响和限制，本文在道路的植物群落特征的影响因子方面考虑不够全面，对具体植物种类配置研究欠缺，未能解析出不同道路等级最适的植物搭配模式。

今后研究可以围绕杭州市天目山路植物群落的降噪效果进一步研究分析，探讨植物种类搭配存在差异时对不同等级道路的降噪效果比较，进而将噪声研究结果更多地与城市路网绿化和居住区设计相结合，解析噪声对人们无危害影响下的道路红线与建筑物后退距离的合理性。