林带对交通噪声衰减的效果研究及公路防噪林带设计(1).pdf

噪 声 治 理 林带对交通噪声衰减的效果研究及公路防噪林带设计 ＊ 周敬宣 丁亚超 李 恒 李艳萍 华中科技大学环境科学与工程学院, 武汉 430074 摘要 采用一套试验方案, 对 8 处林带降噪效果进行测试, 得出了林带总的衰减、愈量衰减与宽度、能见度的定量关 系, 并对衰减效果进行了频谱分析, 为公路防噪林带的设计提供了依据。 关键词 交通噪声 林带 降噪效果 防噪林带设计 1 介绍 林带被认为是自然降噪物 ,尽管林带不像实体墙 那样能成为隔离空气声传播的有效屏障 ,但树木有浓 密的枝叶, 比粗糙的墙壁吸声能力强, 能够减少声音 的反射。当噪声通过树木时, 树叶表面的气孔和粗糙 的毛 ,吸收一部分声能,尤其能隔离高频的车辆噪声。 又由于树木对声波有散射作用 , 通过枝叶摆动 ,使声 波减弱而逐渐消失 。枝叶吸收声能通过声场中空气 分子动能转化为叶子的振动, 因此, 从声能中分离出 来的振动能一部分因枝叶的摩擦转变为热能而散失。 目前对于林带的降噪效果有很少的定量描述 ,早 期的降噪研究主要是对准落叶林和松叶林,亚热带的 树木会有不同的效果 。此外, 许多早期的研究只是对 准某些树种 ,没有讨论树的种植密度、高度、长度、宽 度、 能见度与林带降噪效果的关系 。因此不同种类的 混和林带在这里得到研究 ,这项工作在多项因子可以 控制的林带进行 ,研究的林带参数包括能见度 ,高度, 宽度 ,长度 ,研究了 8处林带的噪声综合衰减, 通过实 验结果表明降噪量和能见度、宽度的关系 ,对于公路 防噪林带的设计具有一定的指导意义。 2 方法和材料 2. 1 材料 、 林带测量 为了得到林带降噪关系与林带宽度、高度、能见 度等参数的定量关系, 我们对武汉一些地区的林带 华工校园内,瑜珈山下, 珞瑜山下等处 进行了实验 观测 。林带要求长度 50 m ,宽度 40 m 以上, 林带周 边噪声在 482 dB A 。由于林带密度是不容易确 定的, 因此此处采用了能见度, 即一个物体变得模糊 不清的林带距离 ,作为密度的表征。这里确定的能见 度参考 Eyring 和 Embleton 方法。选取的 8 处有代表 性的林带参数见表 1。 表 1 各测量林带处植被特性表 参数地点林带 1林带 2林带3林带 4林带 5林带 6林带7林带 8 各树种植被特点灌木为主灌木为主灌木和乔木灌木和乔木乔木乔木乔木乔木 平均间距 m1. 51 . 51 . 5 1. 221 . 52 1. 82. 51 . 52 22 2. 331. 5 树木高度 m2 . 5～ 132 . 5～ 102 . 5～ 15. 03. 0～ 15 . 03. 0～ 16. 03 . 5～ 15. 03 . 0～ 17. 04. 0～ 20 . 0 最低分支高度 m0. 5～ 3 . 80 . 8～ 4. 51. 2～ 51. 5～ 5. 52～ 6. 52. 3～ 62. 5～ 7. 02. 3～ 8 . 0 胸径 cm3. 0～ 12. 52. 0～ 14. 04. 4～ 226. 0～ 324. 0～ 26. 54. 5～ 285. 0～ 358. 5～ 37 冠幅 m1. 9～ 3. 32. 0～ 4. 52. 0～ 5. 52. 5～ 5. 03. 0～ 6. 52. 5～ 5. 53. 0～ 7. 03. 5～ 8. 5 地面主要覆盖物杂草覆盖杂草覆盖杂草覆盖杂草覆盖落叶覆盖落叶覆盖落叶覆盖落叶覆盖 水平能见度 m117152227303540 ＊湖北省孝襄高速公路指挥部资助项目 2. 2 声源制作 将交通噪声录下来并且进行编辑作为试验的声 源。于 2004 年4 月 12 日记录珞瑜路关山口附近高 峰期交通声源, 录下来作为没有编辑噪声 。从中间找 出5 s 声压级波动很小的一段, 并且将这段录音反复 用专用录音设备录下来 ,反复录 60 min, 作为编辑噪 48 环 境 工 程 2005年 4 月第23 卷第2 期 声源 。对声音频段与声压级关系进行分析,记录声源 50 W 扬声器 外 5 m 处各个频带的声压级 ,见图 1, 等效声压级 73. 7 dB A , 频率分布主要在 250 Hz, 500 Hz ,1 kHz,2 kHz ,4 kHz 5 个频段 。由于编辑的声 源波动小,平均稳定声压级获得时间短 ,在声源 1 m 外进行多次测量求平均值 , 找到声压稳定的次数为 10 次, 有效消除了声源误差 。 图 1 编辑声源5 m 外各频带声压级曲线 2. 3 实验方案 在每个林带处测量时, 声级计放在中心线两边 2. 5 m 横断线上 , 在每条横断线上 , 测点间距 5 m, 从 边界开始, 依次标注 5、 10、15 m 。5 m 处的声压 级由中心线对称的两个点平均求得。用同样方法测 得空旷场地噪声 ,从而可求得林带的愈量衰减 。实验 方案见图 2、 图 3。 试验在2004年 5～ 6 月进行, 声源 扬声器50 W 放在林带 1 m 外 1. 2 m 高的断 面线上。 声级计 AWA6270噪声频谱分析仪 放在1. 2 m 高的测点上。 待声源扬声器工作稳定后测量 ,每个测点测 10 组数 据 , 参数为LeqA和各中心频率处声压级 。 用总的衰 减、 愈量衰减描述,并对林带降噪效果进行频谱分析。 图 2 测量方案平面图 图 3 测量方案剖面图 虽然气象影响声波的传播速度 ,一般认为分子吸 收是微小的 ,当天气状况相似的条件下 , 气象影响是 可以忽略的 。因此试验在天气状况基本相同的条件 下进行从而消除气候影响 。为了增加试验精度,观测 在风速 2 m s 和晴天进行。 3 实验数据及结果 按照上述布点测试方案, 8 处林带总的衰减情况 见表 2。 表 2 8处林带每 5 m总的噪音衰减表 测点位置 声音衰减 dB A 林带 1林带 2林带3林带 4林带 5林带 6林带7林带 8 林带边缘处 m0. 0 74. 30. 0 740. 0 73. 2 0. 0 74. 50. 0 74. 70. 0 74. 20. 0 73. 90. 0 74. 4 51. 90. 421. 80. 421. 6 0. 341. 30. 261. 40. 391. 60. 471. 2 0. 351. 50. 39 103. 60. 813. 40. 803. 5 0. 843. 20. 643. 00. 542. 80. 542. 7 0. 492. 80. 68 156. 51. 036. 71. 015. 9 0. 945. 00. 784. 10. 583. 90. 793. 5 0. 744. 20. 78 208. 11. 078. 01. 047. 7 0. 986. 90. 855. 20. 755. 10. 814. 8 0. 846. 10. 82 2510. 31. 1110. 1 1. 0710. 21. 048. 70. 947. 10. 846. 70. 836. 1 0. 977. 30. 94 3012. 11. 1612. 3 1. 1211. 61. 1410. 41. 038. 70. 988. 30. 847. 8 1. 048. 51. 01 3514. 61. 2114. 7 1. 1813. 41. 1712. 21. 0411. 81. 0310. 6 0. 938. 7 0. 4410. 21. 12 4017. 41. 2518. 0 1. 2815. 41. 2114. 41. 1813. 11. 1612. 4 1. 1210. 21. 4611. 61. 20 采用相同的测试布点方案 ,在没有林带处进行对 比观测 ,得出相应数据 , 从而求出仅有林带而产生的 愈量衰减, 每 10 m 林带产生的愈量衰减见表 3。 49 环 境 工 程 2005年 4 月第23 卷第2 期 表 3 8 处林带每 10 m的愈量衰减表 各个测点 每10 m 宽绿化带的愈量衰减 dB A 林带 1林带 2林带3林带 4林带 5林带 6林带7林带 8 10 m1. 01. 10. 90. 71. 00. 60. 60. 7 20 m2. 32. 41. 91. 51. 91. 41. 21. 1 30 m3. 23. 43. 02. 72. 42. 11. 92. 0 40 m4. 44. 73. 93. 63. 23. 02. 42. 6 4 实验分析及对公路防噪林带的设计指导 4. 1 实验数据分析 声波衰减通过正常衰减和愈量衰减 ,正常衰减通 过声波的球形脱离和前进中与空气分子摩擦 ,又称为 距离作用 ,随距离增加而衰减 。此外, 由于声源与接 收者间障碍物而产生反射、折射、散射 、 吸收作用, 产 生愈量衰减。 由表 3 数据可把衰减效果分为 3 个区 1 有效降 噪区 愈量衰减超过 1. 1 dB A , 林带由低于 11 m 能 见度的浓密灌木组成; 2 次级有效降噪区 愈量衰减 为0. 8～ 1 dB A ,由乔木和灌木组成,能见度 15 m 以 上; 3 无效降噪区 愈量衰减少于 0. 8 dB A , 主要是 稀少乔木,能见度超过 27 m。8 处林带 40 m 总的衰 减变化范围为 10. 2～ 18 dB A ,愈量衰减变化范围为 2. 4～ 4. 7 dB A 。 结合其它测量处数据, 描绘出林带衰减与宽度、 能见度关系图, 见图 4。区域 A 是稠密灌木, 有最好 的防噪效果,实验发现只要接收者高度比稠密的枝叶 和树干顶部低 , 即能产生大量的声衰减。区域 B 为 第二有效降噪区 ,这组树木差别虽比较大 ,但是稠密 的树叶和枝干仍然抵抗声波, 可以发现低分支的灌木 和乔木有更好的降噪效果 。区域 C 也有一定的降噪 效果, 因为枝干比较高 , 基本没有什么障碍物吸收声 音。区域 D 降噪效果较差。 图4 林带宽度、 能见度与愈量衰减关系图 林带密度、宽度 、 高度 、 长度是比枝叶大小和枝干 特性更有效的降噪因子。密度 、 宽度、 高度、 长度因子 扩散声音, 枝叶尺寸和树干特性引起共振吸收, 扩散 作用大于吸收作用 ,因此 ,林木的种植形式是林带降 噪的最明显因素。能见度越低 , 密度越大 ,更多枝叶 来降低噪声 ,散射作用也越大 。在这个研究中, 能见 度是最突出的降噪因子, 它与愈量衰减成反比关系 。 宽度是另一个重要的降噪因子 ,更宽的距离导致 声波传播路径上有更多的树木 ,产生了更大的吸收和 扩散 。同时 ,林带的结构和树叶可以分散声源附近集 中的声波, 但随着距离增加散射作用减小 ,距离与衰 减成正比 , 一般认为至少 30 m 绿化带才有较好的降 噪效果。 林带的高度和长度在这里没有作为主要因子 ,愈 高的林带提供了更大的表面, 因此有更多的散射和吸 收的机会, 这在研究中得到了证实 。当林带越长, 声 波受阻产生的衍射现象更高, 降噪效果更好 ,一般至 少60 m 长的绿化带才能提供最大的衰减。 在所有观测的林带中, 灌木降噪是最有效的, 因 为它们稠密的树叶和树干产生的散射,而有一定高度 的树木 乔木 会对声波有更好的扩散和吸收作用。 可是, 大多数灌木较低 , 而树木在分枝高度下有较少 的树叶和树干。因此, 灌木和乔木同时利用 ,即灌木 种植在乔木下, 使得林带产生最好的降噪效果 。 对频谱进行分析 ,发现林带对高频的降噪效果优 于低频 ,有腐殖质的地面对中低频衰减较好 ,而树干 树枝的散射和树叶的散射和吸收对高频效果较好。 林带的屏障作用 ,点声源衰减比线声源好 ,但是衰减 倾向二者是相似的。这里虽然引用了点声源 ,可推断 林带对线声源降噪效果基本与此相似。 4. 2 林带的降噪效果对公路防噪林带设计的指导 1 公路沿线各噪声敏感点防噪林设计内容包括 边坡地带和隔离带外的防噪林带两部分 。边坡绿化 包括路肩、挖方边坡和填方边坡地绿化 , 边坡和平台 用草皮覆盖间隔种植冠木或低矮乔木,达到降噪及美 观效果。在路肩树种的选择上 ,多选用低矮成球状的 树种 。 50 环 境 工 程 2005年 4 月第23 卷第2 期 为保证降噪绿化效果 ,防噪林带采取沿公路两旁 先低后高分层次种植 。选择几种植物混种,以便取长 补短 ,在车道近旁可栽种灌木 ,稍远处可以种植草地, 再远处可栽种乔木林带, 并探索出不同的地方用不同 的植物配置原则 。树木一定要求速生且高大 ,能很快 超过路堤高度形成自然屏障; 防噪林的效果会因声波 频率 、 树林的密度和宽度而异 ,所以林带要种得密 、 相 当宽 ,而且要根据土壤选用树冠矮 、 分枝低、 枝叶茂密 的灌木与乔木搭配构成防噪林带, 且阔叶的树木比针 叶树木的单位吸声量大; 2 林带的降噪作用不仅与种植参数有关 ,而且 与声源及接收者离地高度有关。对实验进行频率分 析,发现在 2 000 Hz 以上的高频 ,其波长往往比树叶 小,故树叶只有遮挡视线和高频声的作用 ,而对中低 频的吸收较好; 3 林带位置应尽量靠近公路 , 其间距离宜在 6 ～ 15 m 之间, 林带宽度一般不 30 m ; 林带高度宜在 10 m 以上,灌木高度不宜 3 m ; 长度应大于受保护 点的长度 。 4 注意树的株行距 ,保证树木得到充足的生活 空间、 水分、养分、光 。以 72 杨 、 69 杨为例 , 一般 1 ～ 2 a生幼树树冠在 2～ 3 m ,2～ 3 a 生可达 4～ 5 m ,3 行 以上的成片 、 速生丰产林行间距为 3 m 3 m。对防 噪林的采伐要严加控制, 在经济林成熟以后 ,采伐宜 分期分批进行, 采伐后要及时补种新树 ; 5 保证一年四季都有降噪效果, 耐寒树木不可 少,可选用蜀桧柏和独木女贞等常见的耐寒树种; 为 了提高抗病虫害的能力, 树种应有多样性,错落有致, 形成一个良好的生态群落 , 也有利于树木成活与降 噪,减少管理和维护 ; 考虑林木色彩搭配合理 ,避免单 调呆板,增加色彩与美观 。 5 结论 林带衰减与宽度成正比, 与能见度成反比, 树带 要有一定的高度和长度才有降噪效果, 每 10 m 林带 总的噪声衰减在 3 dB A 左右 ,愈量衰减在 1 dB A 左右 。枝叶和有腐殖质的地面对中低频衰减较好 ,而 树干对高频衰减较明显 。不同地面影响的重要之处 在于低流阻多孔腐殖质地面的形成 ,地面作用的愈量 衰减在500 Hz 以下 , ≥ 1 000 Hz的愈量衰减主要为树 干树枝的散射和树叶的散射和吸收 。 利用林带降低噪声, 其效果取决于树种、能见度、 种植宽度、树冠高度 、 枝叶密度以及季节变化等,其中 能见度和宽度是最重要的两个因子 。在噪声源与建 筑物之间, 要合理配置由常绿 或落叶期短 乔木和灌 木组成的绿化带 ,且靠近噪声源植树比靠近防护对象 植树效果要好。林带最好是稠密的高树, 分枝点低, 枝叶茂密, 垂直分布 ,并高矮搭配。 应该指出,栽植防噪林带可以降低噪声, 但作用 有限, 因为树木即使有浓密得树叶, 它的空隙仍然很 大,声波容易穿透,遮挡引起的声衰减作用较小,至于 草皮与松土只对靠近地面传播有作用。 参考文献 1 Chih -Fang Fang, Der -Lin Ling . 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Denitrification of NO is preferable to the biological nitrification of NO. Keywords aged refuse, nitrogen oxides, nitric oxide, biofiltration and denitrification TREATINGVOLATILE ORGANIC COMPOUNDS-BEARINGEXHAUSTGAS IN PACKING PRINTING HOUSEQiaoHuixian et al 42 Abstract The paper introduced that VOCs exhaust gas in packing printing house was treated by FCJ organic gas purification equipment, which is based on adsorption and catalytic combustion principle. The technical process and detecting result on treating VOCs exhaust gas were described in detail. The results showed that it is efficient to treating VOCs exhaust gas in packing printing house by FCJ technique and equipment. The treating result meets the second-order of the national emission standard. Keywords printing, VOCs, adsorption, catalytic combustion and treatment of exhaust gas NEW EXPLORATION OF CLEANING TECHNIQUE FOR CATERING OIL FUME Zhang Jinping et al 45 Abstract On the basis of comparing conclusionof various cooking oil fume decontaminationtechnology, a new cleaning technique combined an atomization wet witha filtration adsorptionisdeveloped and a cooking fume decontamination is searchedaccording to cooking oil fume constituents and contamination characteristics of catering. The results in the laboratory showed that the removing efficiency of oil fume by the new cleaning technique is above 92. The released cooking fume consistency by the technique can meet the national standard. The new technique is suited to medium and small restaurants. Keywords oil fume cleaning, atomization wet , filtration adsorption and removal efficiency INVESTIGATION OF TRAFFIC NOISE ATTENUATION PROVIDED BY GREEN BELTS Zhou Jingxuan et al 48 Abstract This study investigates the noise attenuation of 8 green belts, and a quantitative relationship between the total noise attenuation, excess attenuation, width and visibility is obtained. The spectrum analysis of the noise attenuation is also done, which provides a basis for the design of forest belts of highway for noise reduction. Keywords traffic noise, green belts, effect of noise attenuation and design of forest belts RESEARCH ON ACOUSTIC DESIGN AND CALCULATION OF RESISTANCE LOSS OF NOISE CONTROL FOR COLLIERY AIR SHAFTZhang Chi 52 Abstract Due to a high air flow rate and a strong moise radiation in a colliery air shaft, it is the key to controlling noise successfully that the right and reasonable acoustic design for muffler and the calculation of resistance loss. Keywords colliery air shaft, centrifugal fan, noise control, acoustic design and resistance loss CHARACTERIZATION OFRIVER DREDGING SILTAND ITS FEASIBILITY STUDYAS COVERING MATERIALS FOR REFUSE LANDFILLZhao Aihua et al 56 Abstract It is studied systematically that various parameters, such as penetration coefficient, leaching toxicity and the content of heavy metals etc of river dredging silt, aswell as its feasibility of a covering material for refuse landfill. The results show that it possesses of better slope stability when used as a covering material for refuse landfill, which can basically meet the technical requirements of the covering material. There is no extra burden to the treatment of the leachate. So this sort of use can not only solve the problem of lackings of soil for a plain type landfill, but also make a way out for the dredging silt. Keywords dredging silt, covering material and research EXPERIMENTALSTUDYONPRODUCINGMASONRYCEMENTBYFLY-ASHOF CIRCULATING FLUIDIZED BED BOILERZhao Ming et al 59 Abstract Because circulating fluidized bed combustion CFBis the advanced technology of combustion, it is developing widely at home 4 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 23, No. 2,Apr. ,2005