下沉式绿地降低城市交通噪声效果研究

刘昌胜，王金耀，李 森，邢国明

(山西农业大学园艺学院，山西 晋中 030600)

伴随城市化发展标志——城市人口、城市用地规模、交通量等的增加，城市交通噪声成为城市主要污染之一，生态发展、绿色规划、降低和减少污染也成为城市发展的基本要求和城市规划的重要课题[1]。Meister最早意识到城市交通噪声并于1932 年记录，Kösters等1938年开始重视噪声的测量和评估，意识到城市建设规划应该减少噪声污染[2]。Eyring[3]1946年实验证实巴拿马热带雨林对噪声有衰减作用，园林植物宽度、高度、密度、叶面积指数、地表条件、气候等是减噪的主要因素[4]。不同尺度建筑模式下噪声污染与植物配置相关，微观尺度下，建筑结构相同，绿化植物配置方式不同噪声水平不同，对其分析研究成为城市健全规划的“先验”工具[5]。国内张敬凯等(1964)较早测量交通噪声[6]，为减少城市交通噪声污染，其他人还从城市干、支道间绿地植物配置方式、宽度[7]，路旁带状绿地设计[8]等角度进行了研究并取得了有用成果。近年来，在“海绵城市”理念下，基于沉降式绿地的雨水渗透和雨水量调蓄作用，城市景观设计中出现了大量的沉降式绿地[10]，同时，与沉降式绿地原理相同的下沉式庭院还可以降低噪音，抵御恶劣气候，降低能耗25.35%[9]。因此，在鲜见沉降式绿地降噪效果研究报道情况下，我们进行了下沉式城市绿地不同植物配置降噪作用研究。

1 方法

1.1 研究对象选取

在对大同市古城墙周边多个下沉式绿地的地形排查、记录、数据分析基础上，选取有代表性的大同市平城区平城街武定门街至御河西路间、长约2 km路段作为研究对象。该路段区域有完整的沉降式地形与等宽水平地形及已绿化和未绿化的处理方式, 同时道路坡度及与车流距离相同。绿地植物配置模式：有乔—灌—草，乔—灌，灌—草，乔—草等结构。

表1 不同绿地植物配置模式数据表

1.2 研究方法

1.2.1 测量仪器及其使用方法 噪声仪型号VICTOR1350(准确度2型),性能符合GB3785-83要求；测量仪器和声校准器按JJG699、JJG176、JJG778规定定期鉴定；测量前后使用声校准器校准测量仪器，示值偏差≤0.5 dB。风速仪型号为VICTOR816。

噪声仪按照《城市区域环境噪声标准(GB3096-93)》《汽车定置噪声限值(GB16170-1996 1997-01-01)》《城市区域环境噪声测量方法(GB/T14623-93)》《声学 环境噪声测量方法(GB/T 3222-1994)》《汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法(GB1495-2002)》《声学 市区行驶条件下轿车噪声的测量(GB/T17250-1998)》等方法使用。

1.2.2 试验设计 噪声测量仪设置在距离楼房等反射物(除地面)至少5 m，离地高度1.2 m，位于车流稳定的街旁0、5、10、15、20 m处，测量噪声值。

绿化地段植物结构配置有乔—灌—草、乔—灌、灌—草、乔—草等4种模式；沉降地段地形为前5～6 m为水平地形，6～20 m依沉降俯角θ下沉，实地测量tanθ=1/9～1/6(图1)。参照《声学 环境噪声测量方法》(GB/T 3222-1994)，测量布点最小距离为5 m，实测发现，垂直沉降对噪声衰减影响强于水平距离，而水平距离每增加5 m对噪声衰减不明显，经统计学处理无显著性差异(P>0.05)。

图1 沉降地面示意图

1.2.3 试验实施 分别测量水平、沉降式有绿化与无绿化地形，有绿化地形分别在不同植物配置模式地形测量噪声峰值，双人同时独立记录噪声仪峰值30～50个，存储在Excel表格中，并计算标准差，以(±s)表示。因为观察地段为非实验室状态，车流受交通信号灯指挥，不能形成连续不断的车流，每个信号周期形成稳定车流的时间约3～5 min，各地段在无车流状态下测量的环境噪声相同，经测定约(58.23±2.13)dB(A)，视为本底噪声。为了减少观察误差，只记录峰值(A)。

测量在无雨、雪天，车流以轿车为主、车速40～60 km·h-1、车流稳定的14∶00-18∶00进行，风速>5 m·s-1时停止。选择植物生长旺盛期、城市道路车流稳定时测量相关数据。

1.2.4 指标计算 用噪声平均衰减率反映对城市车流噪音的降低效果，参照金邑霞[11]方法，计算各水平地形、下沉地形及其不同植物配置模式下10、15、20 m处噪声平均衰减率，噪声平均衰减率(Y1)计算公式为：

Y1=(D0-Di)/D0

式中D0为被测地段车流稳定时道路旁原始噪声峰值，Di为被测距离的实际噪声峰值。

2 结果与分析

2.1 不同植被配置与地形的噪声峰值比较

表2显示，不论那种地形和那种植被配置方式，都是随着观测距离的加大，噪音峰值都逐渐下降，另外实际测量中20～40 m距离乃大于40 m距离的噪声峰值，基本趋于本底值，噪音传播规律吻合；与距离为0 m相比，不同植被配置方式及不同地形达到显著差异的观测点距离不尽相同，即空旷水平地在20 m距离处、空旷下沉地在10 m，水平和下沉的乔灌草地以及下沉的乔灌地和乔草地都在10 m，水平灌草地及乔草地都在20 m，乔灌配置下沉地在10 m、水平地在15 m。表明与0 m处相比，下沉地形不论那种植被配置方式从10 m处噪音峰值都显著降低，水平地形噪音峰值降低达到显著程度的距离沿着乔灌草(10 m)—乔灌(15 m)—灌草(20 m)—空旷地(20 m)增加。水平地形下，不同植被配置方式之间观测距离10 m以内(包括10 m)噪音峰值差异不显著；距离15 m时乔灌草与灌草间差异不显著，但都显著低于其它3种植被配置方式；距离20 m时，4种植被配置方式之间噪音峰值差异又都不显著。下沉地形，不同植被配置方式之间观测距离20 m以内(包括15 m)噪音峰值差异不显著。表明下沉地形降低噪音峰值作用明显。

表2 不同地段不同距离稳定车流点的噪声峰值 单位：dB(A)

2.2 各地段噪声平均衰减率比较

2.2.1 水平绿化地及空旷地降噪作用 图2、表3显示，水平地形下，在5 m处，空旷地及不同植物配置形式噪声峰值的衰减率基本相同，之后随着距离的加大，差值逐步提高，20 m时达到最大，之后又缩小；不同距离点的衰减率都表现为：乔灌草>乔灌>乔草>灌草>空旷地形；乔灌、乔草、灌草结构的绿地在15～20 m间噪声平均衰减率大于5～15 m区域，曲线上升更陡，20 m以后各绿地平均噪声衰减率变缓，而空旷地于20～30 m间平均噪声衰减率明显增加，曲线变陡；30 m以后，所有绿化地及空旷地的噪音峰值衰退率缩小到较窄范围，即不同植被配置模式的噪音峰值衰退率差异变小，且测量发现，水平地形大于30 m的区域各植被配置模式的噪声峰值基本接近无车流的本底噪声值56～58 dB(A)。说明在一定距离范围内不同植被配置模式噪音峰值降低效果不同，随着距离的增加不同植被配置模式间的差异表现出小—大—小趋势，随着水平距离增加到一定程度后，水平距离将成为降噪的主要因素，且随着噪音峰值降低到本底值以下，不同模式植被就不可能再有降低噪音峰值的作用了。

图2 水平地形下不同植物配置及空旷地的噪声峰值衰减率

表3 各地段噪声峰值衰减率 单位：%

2.2.2 下沉空旷地与下沉绿化地降噪作用的比较 表2、图3显示，下沉地形下，在5 m处(下沉0 m)，空旷地及不同植物配置形式噪声峰值的衰减率基本相同，之后随着距离的加大，差值逐步提高，10 m(下沉1 m)时差值几乎达到最大，且之后也基本维持在较稳定的差值水平，也就是说从0 m下沉到1 m时，噪声衰减幅度较大，按照下沉3 m的总噪声衰减率，下沉0～1 m间的平均衰减率占60%左右，下沉1～2 m间的衰减幅度变缓，下沉2～3 m间的衰减变缓更为明显，当下沉达到3 m时，绿地噪音平均衰减率接近25%～27.2%，下沉大于3 m以后，绿地噪声值与本底基本一致，而且与空旷地噪声衰减率差异更小，实际测量发现下沉到4～6 m时各绿地模式与空旷地的噪声基本在56～58 dB(A)范围；不同距离点4种下沉绿地降噪效果差异减小，即下沉地不同植物配置衰减率与空旷下沉地比较，差别不像水平地形明显；乔灌草噪声衰减率的增加快于其它植物配置模式。说明随着水平距离增加到一定程度后，下沉地水平距离也成为降噪的主要因素，且随着噪音峰值下降到本底值后，绿地也就不再有降低噪音峰值的作用。

图3 不同下沉深度下不同植被模式的噪声衰减率

2.2.3 水平地段与下沉地段噪声平均衰减率的比较 图4、图5显示，在水平距离为10 m(下沉深度1 m)、15 m(下沉深度1.5m)时，相同植物配置模式水平地形与下沉地形噪声平均衰减率差异较大，之后随着下沉深度或水平距离增加，至图6差异逐渐减小，相同植物配置模式不同地形下的噪声平均衰减率差异逐步减小(图6)，当下沉深度达到3 m或水平距离增加到30 m时，相同植物配置模式不同地形下的噪声平均衰减率差异逐步减小到几乎相等(图7)。说明在相同的植物配置模式下水平地形与下沉地形，随着水平距离的延长，差异逐渐变小最后趋于一致。为验证这个结论，我们还测定了下沉深度大于3 m以后的噪音衰减，结果显示无论是下沉地形还是水平地形，也不管是何种绿化模式，当水平距离超过30 m以上后，交通噪声将衰减至本底值，水平距离成为降噪的主要因素。

图4 不同植被模式水平地形与下沉地形噪声衰减率

2.3 绿地郁闭度与平均噪声衰减率的关系

2.3.1 下沉地形郁闭度与噪声平均衰减率的相关关系 从下沉地形不同植被模式噪声衰减率最大点即下沉1 m(水平距离10 m)时的观测数据(表4)可看出，试验的3种包含乔木的植物配置模式郁闭度(X)与噪声平均衰减率(Y1)呈线性关系，Y1=13.231X-169.42(R=0.85),也就是说随着植被郁闭度上升，噪音衰减率提高，增加植被郁闭度可有效降低噪音。

表4 不同植物配置模式噪声衰减率与郁闭度的关系

2.3.2 水平地形噪声衰减率与郁闭度的相关性分析 水平地形不同植被模式噪声衰减率最大点即水平距离15 m时的观测数据(表4)显示，试验的3种包含乔木的植物配置模式郁闭度(X)与噪声平均衰减率(Y1)呈线性关系，Y1=6.228 4X-6.074 1(R=0.63),也就是说随着植被郁闭度上升，噪音衰减率提高，水平地形增加植被郁闭度也可有效降低噪音，但效果小于下沉地形。

3 结论与讨论

本试验研究结果为，水平地、下沉地的乔灌草、乔灌、乔草、灌草等4种植被配置方式和空旷地，都是随着与声源距离的加大，噪音峰值逐渐下降；降低噪音峰值作用下沉地形强于水平地形；明显与声源点相比噪音峰值达到显著差异的距离，不同植被配置方式及不同地形间不尽相同，降低噪音峰值的效果乔灌草>乔灌>乔草>灌草>空旷地，水平和下沉的乔灌草地以及下沉的乔灌地和乔草地都在10 m；下沉地形和水平地形下，噪声峰值的衰减率都是乔灌草>乔灌>乔草>灌草>空旷地，在距声源5 m处，不同植物配置形式绿地及空旷地噪声峰值的衰减率基本相同，之后随着距离的加大，差值逐步提高，水平地20 m时达到最大，下沉地距离10 m(下沉1 m)时差值达到最大，之后又缩小。

在一定水平距离范围内即<30 m内,虽然下沉地形降噪效果强于水平地形，特别是垂直首次下降1 m时，但不论是否绿化及不同植被模式，下沉到3 m(水平距离30 m)即可降到接近本底水平即(58.23±2.13)dB(A)，1～3 m内，下沉到1 m时噪声下降约60%左右，2～3 m间约占40%。在试验现场现实感受也是，达到这个距离时感受不到来自道路连续不断的噪声“浪潮”，心理感受明显改善[12]。当水平距离大于30 m后，噪声衰减率只因水平距离的增加而增大，与地形、植物配置模式无关。

大同市为了减少汽车噪音对生活、生产的干扰并尽可能节约用地，在营建绿地时应优先选择下沉地形和乔灌草配置方式，按tanθ=1/6～1/9营建下沉地并栽植乔灌草时，绿地边缘与道路边沿的距离可设置为10～15 m，水平地形一般需设置为20 m，不管是下沉地还是水平地，也不论哪种植物配置方式一般都不应超过30 m。