孫 偉， 王瑋璐， 郭小平， 彭海燕

(北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院 水土保持與荒漠化防治教育部重點實驗室， 北京 100083)

交通噪聲是噪聲污染的主要來源，給人們的工作和日常生活帶來了負面影響。交通噪聲治理主要從噪聲源防治、切斷傳播途徑和受聲點防護三個方面入手[1]，其中，切斷傳播途徑的方法主要有設(shè)置隔聲板、防噪堤和綠化帶等。利用綠化帶消減交通噪聲，不僅具有良好的降噪效果，而且能改善公路沿線的生態(tài)環(huán)境，是一種有效、經(jīng)濟及生態(tài)的降噪方法。

綠化帶高度、長度、寬度、密度及排列形式等結(jié)構(gòu)參數(shù)是比植物形態(tài)特征更重要的降噪因子，前者對聲波的擴散作用優(yōu)于后者對聲波的吸收作用[2]；但也有研究者認為植物群落的降噪效果與葉面積、冠幅以及分枝點等植物形態(tài)特征密切相關(guān)[3]。因此，綠化帶的降噪效果主要受樹種及其不同搭配形式、栽植寬度、密度、高度和排列形式等多種因素的共同影響。目前，有關(guān)綠化帶消減交通噪聲的研究主要針對綠化帶結(jié)構(gòu)、季節(jié)變化對噪聲衰減效果的影響等方面[1,4-5]，缺乏對離噪聲源不同距離的等寬林帶降噪效果的研究，也缺乏綠化帶對不同噪聲源衰減效果的橫向比較以及對不同頻率噪聲衰減效果的比較研究。

作者在北京的國道G101順義區(qū)段的公路兩側(cè)以及順義區(qū)、海淀區(qū)、朝陽區(qū)和東城區(qū)選取具有代表性的林帶23個，于2008年至2011年研究了不同林帶對實時或模擬交通噪聲以及白噪聲的衰減效果以及不同林帶對不同頻率噪聲的衰減效果，以期為公路綠化設(shè)計和交通噪聲治理提供理論依據(jù)。

1 研究方法

1.1 樣地選取

根據(jù)資料并結(jié)合實地踏查結(jié)果，選擇國道G101的北京市順義區(qū)段為實時交通噪聲測試樣帶，該區(qū)段是北京城區(qū)通往順義區(qū)的主要道路之一，車流量大。在公路兩側(cè)選取具有代表性的林帶樣地5處，測試這5處林帶對實時交通噪聲的衰減效果。林帶1為刺槐(RobiniapseudoacaciaLinn.)純林，林帶2為油松(PinustabulaeformisCarr.)-刺柏(JuniperusformosanaHayata)混交林；林帶3為構(gòu)樹〔Broussonetiapapyrifera(Linn.) L′Hert.ex Vent.〕-刺槐混交林，林帶4為毛白楊(PopulustomentosaCarr.)純林，林帶5為旱柳(SalixmatsudanaKoidz.)純林，各林帶的樹木種植間距、平均高度、最低分枝高度、平均胸徑和地面覆蓋物等基本特征參見文獻[6]16。

在北京市順義區(qū)順鑫綠色度假村和海淀區(qū)八家郊野公園內(nèi)的遠離交通噪聲處選擇具有代表性的林帶樣地10處，測試這10處林帶對模擬交通噪聲的降噪效果。在順鑫綠色度假村設(shè)置林帶5處：林帶6為國槐(SophorajaponicaLinn.)純林，林帶7為國槐-丁香(SyringavulgarisLinn.)等喬灌混交林，林帶8為圓柏〔Sabinachinensis(Linn.)Ant.〕針葉混交林，林帶9為加楊(Populus×canadensisMoench)-刺柏混交林，林帶10為加楊純林；在八家郊野公園設(shè)置林帶5處：林帶11為刺槐純林，林帶12為刺槐-加楊混交林，林帶13為刺柏-側(cè)柏〔Platycladusorientalis(Linn.) Franco〕混交林，林帶14為旱柳純林，林帶15為旱柳-刺柏-側(cè)柏混交林。各林帶的樹木種植間距、平均高度、最低分枝高度、平均胸徑和地面覆蓋物等基本特征參見文獻[6]17。

在北京市東城區(qū)的天壇公園和朝陽區(qū)的東壩郊野公園內(nèi)選擇林帶樣地8處，測試這8處林帶對白噪聲和不同頻率單頻噪聲的降噪效果。其中，在天壇公園設(shè)置林帶4處：林帶16為油松純林，林帶17為圓柏純林，林帶18為側(cè)柏純林，林帶19為銀杏(GinkgobilobaLinn.)-圓柏混交林；在東壩郊野公園設(shè)置林帶4處：林帶20為旱柳純林，林帶21為銀杏純林，林帶22為國槐純林，林帶23為加楊-毛白楊混交林。各林帶的樹木種植間距、平均高度、最低分枝高度、平均胸徑和地面覆蓋物等基本特征參見文獻[7]17。

1.2 方法

以50 W揚聲器為發(fā)聲器、愛華AWA6218B+型噪聲統(tǒng)計分析儀(杭州愛華儀器有限公司)為接收器，采用A計權(quán)聲壓級，儀器量程35～130 dB，可測試頻率范圍31.5～8 000.0 Hz。測試過程中設(shè)定儀器采樣間隔0.1 s，由儀器統(tǒng)計輸出等效連續(xù)聲級(Leq)數(shù)據(jù)。每一處林帶重復(fù)測試3次并計算平均值。由于風(fēng)力及空氣相對濕度等因子會對噪聲衰減效果產(chǎn)生影響，分別在2008年、2009年和2011年的夏季和冬季選擇風(fēng)速小于5 m·s-1且無雨雪的晴朗白天進行多次測試。

1.2.1 實時交通噪聲和模擬交通噪聲測試 在2008至2009年夏季和冬季測試林帶對實時交通噪聲和模擬交通噪聲的降噪效應(yīng)。因?qū)挾?0 m以上的綠化帶才有較好的降噪效果[1,5]，因此本研究各測試林帶的寬度均劃定為30 m。各林帶的路側(cè)邊溝外緣(路緣)即為0 m測點，在林帶內(nèi)沿公路垂直方向在同一直線上分別設(shè)置10、20和30 m測點，在各測點距離地面1.2 m高處放置接收器，用噪聲統(tǒng)計分析儀分別測試噪聲值。為使每個初始噪聲都能夠被對應(yīng)的各個測點捕獲，每個測點的測試人員均依口令同時測試并持續(xù)60 s。路側(cè)測試結(jié)果即為綠化帶對實時交通噪聲(線聲源噪聲)的衰減效果。

同時，從錄制的實時交通噪聲中找出聲壓級波動較小且長度約為5 s的音頻段落，經(jīng)反復(fù)錄制后制成長度10 min的音頻，即為模擬交通噪聲源。模擬實驗中發(fā)聲器、接收器、測點位置、測試時間、測試方法均與路側(cè)實驗相同，其中，模擬噪聲源置于林帶0 m測點外側(cè)離地面1.2 m處，其噪聲值與路側(cè)實驗相同。模擬測試結(jié)果即為綠化帶對點聲源噪聲的衰減效果。

計算0 m測點與10、20和30 m測點的噪聲值差值，分別記為10、20和30 m寬度林帶的降噪值；20 m寬林帶降噪值與10 m寬林帶降噪值的差值即為距離噪聲源10 m處的10 m寬林帶的降噪值，30 m寬林帶降噪值與20 m寬林帶降噪值的差值即為距離噪聲源20 m處的10 m寬林帶的降噪值；同樣，10 m寬林帶的降噪值即為距離噪聲源0 m處的10 m寬林帶的降噪值。

1.2.2 白噪聲和不同頻率模擬噪聲測試 在2011年的夏季和冬季進行白噪聲和單頻噪聲實驗。利用Audition 2.0軟件制作時長為100 s的白噪聲以及125、 250、 500、 1 000、 2 000、 4 000、 5 000、 6 300和 8 000 Hz頻段的單頻噪聲；測試過程中使用的發(fā)聲器、接收器、測點位置、測試時間、測試方法以及各測點降噪值的計算方法均與前述一致。測試結(jié)果即為不同林帶對白噪聲和不同頻率噪聲的衰減效果。

2 結(jié)果和分析

2.1 不同類型林帶降噪效果的比較

不同類型林帶對實時交通噪聲、模擬交通噪聲和白噪聲的降噪值分別見表1、表2和表3。

由表1可知：30 m寬刺槐純林(林帶1)和油松-刺柏混交林(林帶2)的平均降噪效果較好，降噪值分別為9.9和9.8 dB；構(gòu)樹-刺槐混交林(林帶3)、毛白楊純林(林帶4)和旱柳純林(林帶5)對實時交通噪聲的平均衰減效果接近，其中，旱柳純林的降噪效果最弱，降噪值僅為6.4 dB。降噪效果最佳的林帶與降噪效果最弱的林帶的平均降噪值差值約為3.5 dB。

由表2可知：對模擬交通噪聲衰減效果較好的是刺柏-側(cè)柏混交林(林帶13)、國槐純林(林帶6)和旱柳-刺柏-側(cè)柏混交林(林帶15)，降噪值分別為14.3、13.7 和13.3 dB；降噪效果較弱的是旱柳純林(林帶14)和加楊純林(林帶10)，降噪值分別為9.9 和9.7 dB；其他林帶的降噪效果接近，降噪值約為12 dB。降噪效果最佳的林帶與降噪效果最弱的林帶的平均降噪值差值約為4.6 dB。

表1 路側(cè)不同類型林帶對實時交通噪聲的降噪值

表2 不同類型林帶對模擬交通噪聲的降噪值

表3 不同類型林帶對白噪聲的降噪值

由表3可知：油松純林(林帶16)對白噪聲的衰減效果較好，降噪值達到12.6 dB；降噪效果較弱的是銀杏-圓柏混交林(林帶19)，降噪值僅為9.1 dB；其他林帶的降噪值在10.6 dB左右。

綜合分析結(jié)果顯示：不同類型林帶對點聲源(模擬交通噪聲和白噪聲)的降噪效果優(yōu)于對線聲源(實時交通噪聲)的降噪效果。

2.2 不同季節(jié)不同類型林帶降噪效果的比較

夏、冬季節(jié)樹木的外部形態(tài)差異明顯，同一綠化帶在夏、冬季節(jié)對交通噪聲的衰減效果也存在差別。在冬季和夏季不同類型林帶對實時交通噪聲、模擬交通噪聲和白噪聲的降噪值分別見表4、表5和表6。

由表4可知：冬季路側(cè)林帶對實時交通噪聲的衰減效果均小于夏季。其中，油松-刺柏混交林(林帶2)在夏、冬季的降噪效果接近，其他闊葉樹純林和闊葉混交林的冬季降噪效果約為夏季的75%～78%。

由表5可知：冬季各林帶對模擬交通噪聲的降噪效果也均小于夏季。夏、冬季降噪效果比較接近的是針葉混交林及針闊葉混交林(林帶8、9、13和15)，冬季降噪值約為夏季降噪值的92%～96%；落葉的喬灌混交林、闊葉純林及闊葉混交林在夏、冬季的降噪效果則存在一定差異，冬季降噪值約為夏季降噪值的76%～80%。

表4 路側(cè)不同類型林帶在不同季節(jié)對實時交通噪聲的降噪值

表5 不同類型林帶在不同季節(jié)對模擬交通噪聲的降噪值

由表6可知：冬季多數(shù)林帶對白噪聲的降噪效果總體上也均小于夏季。針葉純林(林帶16、17和18)在夏、冬季對白噪聲的降噪效果接近，其中，油松純林(林帶16)和圓柏純林(林帶17)在冬季對白噪聲的降噪值略大于夏季；針闊葉混交林、闊葉純林和闊葉混交林在夏、冬季對白噪聲的降噪效果差異明顯，冬季降噪值僅為夏季降噪值的39%～58%。

2.3 距噪聲源不同距離的等寬林帶降噪效果的比較

分別在距離噪聲源0、10、20及30 m處布置測點，測試距噪聲源0、10和20 m的10 m寬林帶的降噪效果，結(jié)果見表7、表8和表9。結(jié)果顯示：隨距噪聲源距離的不同，10 m寬林帶的降噪效果有明顯差異。在0～10 m處林帶的降噪效果大多優(yōu)于10～20及20～30 m處林帶的降噪效果，0～10 m處林帶的降噪值占30 m寬林帶總降噪值的37%～86%。此外，除4處林帶(林帶3、16、17和19)外，其他19處林帶(約占林帶總數(shù)的82.6%)在10～20 m處的降噪效果均優(yōu)于在20～30 m處的降噪效果。

表6 不同類型林帶在不同季節(jié)對白噪聲的降噪值

表7 距路側(cè)噪聲源不同距離的等寬林帶對實時交通噪聲的降噪值

2.4 不同類型林帶對不同頻率單頻噪聲降噪效果的比較

不同頻率的聲波具有不同的聲學(xué)特征，因此，不同綠化帶對不同頻率噪聲也會有不同的降噪效果。不同類型林帶對125～8 000 Hz頻段單頻噪聲的降噪值見表10。由表10可以看出：不同類型林帶對2 000 Hz以下中低頻率噪聲的降噪值大多在9 dB以上，整體降噪效果優(yōu)于對高頻噪聲的降噪效果。多數(shù)林帶對500 Hz噪聲的降噪值最大，平均降噪值達到12.4 dB。 在高頻噪聲中， 各林帶對5 000和8 000 Hz噪聲的衰減效果最弱，平均降噪值分別僅為5.4和5.5 dB，但對6 300 Hz噪聲的衰減效果較好，平均降噪值達到11.3 dB。

表8 距噪聲源不同距離的等寬林帶對模擬交通噪聲的降噪值

表9 距噪聲源不同距離的等寬林帶對白噪聲的降噪值

表10 不同類型林帶對不同頻率模擬噪聲的降噪值

3 討論和結(jié)論

當(dāng)交通噪聲傳播到綠化帶時，高度較低的分枝能更多地反射水平方向的噪聲并減少噪聲的透過率。當(dāng)噪聲在綠化帶內(nèi)部傳播時，多分枝及小而密集的葉片可更多地吸收和反射噪聲，增加噪聲傳播的附加聲程，從而加速噪聲在綠化帶內(nèi)的衰減。油松、刺柏及側(cè)柏的最低分枝高度一般較低、分枝多、葉片小而密集，且均為常綠樹種，故這些樹種的降噪效果較好；刺槐純林和國槐純林的最低分枝高度也較低，分別為2.6 和2.2 m，其分枝多且葉片小而密集，降噪效果也較好，此結(jié)果與王慧等[8]的研究結(jié)果相符。另外，刺柏-側(cè)柏混交林(林帶13)、國槐純林(林帶6)、旱柳-刺柏-側(cè)柏混交林(林帶15)的種植密度較大，也是重要的降噪因素之一；毛白楊純林(林帶4)由于分枝較高且密度小，故其降噪效果不明顯；在路側(cè)和模擬實驗中，旱柳純林的降噪效果均較差，很可能與其葉片細長和葉量較少有關(guān)；銀杏-圓柏混交林(林帶19)對白噪聲的衰減效果較弱，可能也是種植密度較小所致。綜上可知，針葉混交林、國槐純林和刺槐純林可更有效地衰減交通噪聲，因而，在綠化帶建植中應(yīng)選擇針葉樹、國槐和刺槐等低分枝、葉片小而密集的樹種，可具有良好的減噪效果。另外，由于屬于線聲源的實時交通噪聲源不斷運動，其噪聲入射綠化帶的角度也在不斷變化且又具有間隔性，故綠化帶對模擬交通噪聲和白噪聲等點聲源的衰減效果優(yōu)于對線聲源的衰減效果。

綠化帶的降噪效果隨季節(jié)變化而改變。冬季時，在落葉闊葉林內(nèi)由于葉片枯落使得聲波被反射和吸收的程度降低，導(dǎo)致冬季的降噪效果弱于夏季，賈鵬等[9]也得出了類似的研究結(jié)果。在夏、冬季針葉純林和針葉混交林的降噪值接近，說明有些綠化帶冬季的降噪量并不一定小于夏季；而落葉的喬灌混交林、闊葉純林及闊葉混交林的冬季降噪值約為夏季降噪值的50%～80%。因此，為了能夠在全年均有穩(wěn)定的降噪效果，在公路綠化帶設(shè)計中應(yīng)盡量選擇針葉混交林。

公路綠化帶與公路的距離對降噪效果也有一定影響。由于噪聲源的初始噪聲值較大，聲波具有較大的可衰減空間[6]，并且靠近噪聲源的等寬林帶對繞射聲波的阻隔作用較大，故其降噪效果較好。因此，在綠化用地空間狹窄的地段，將靠近公路的綠化帶寬度設(shè)置為10 m也可獲得可觀的降噪量。如果再選擇分枝較低的針葉樹種并采用合理的排列模式和密度栽植，則可產(chǎn)生相當(dāng)于更寬綠化帶的降噪效果。

綠化帶對不同頻率噪聲的衰減效果已有較多的研究。Martínez-Sala等[10]的研究結(jié)果表明：規(guī)則排列的綠化帶對低頻(500 Hz以下)噪聲的衰減效應(yīng)比非規(guī)則排列的綠化帶更大，并且降噪量的大小取決于林木的栽植密度和噪聲入射綠化帶的角度。本研究中，各綠化帶均為規(guī)則栽植并具有確定的排列方式，滿足Martínez-Sala等研究結(jié)論中提出的條件。因而，在公路綠化帶設(shè)計中，在規(guī)則排列和保證林木正常生長的基礎(chǔ)上，適當(dāng)密植能更有效地降低來自公路噪聲中的低頻噪聲。另外，綠化帶對中頻噪聲的衰減峰值高于對低頻噪聲和高頻噪聲的衰減峰值，這也與以往的研究結(jié)論[11]相似。

研究結(jié)果表明：規(guī)則栽植的綠化帶對2 000 Hz以下中低頻率噪聲的衰減效果優(yōu)于對高頻噪聲的衰減效果，其中對500 Hz噪聲的衰減效果最好。在設(shè)計公路綠化帶時可優(yōu)先考慮選用針葉混交林，如刺柏-側(cè)柏混交林，而且應(yīng)盡量將綠化帶靠近公路并規(guī)則栽植且有序排列，以使其降噪效果更顯著。另外，在綠化空間不足時設(shè)置10 m寬的林帶也可獲得明顯的降噪效果。

參考文獻：

[1] 丁亞超, 周敬宣, 李 恒， 等. 綠化帶對公路交通噪聲衰減的效果研究[J]. 公路, 2004(12): 204-208.

[2] COOL D L, Van HAVERBEKE D F. Trees and Shrubs for Noise Abatement[M]. Lincoln: University of Nebraska, 1971: 35-162.

[3] 張慶費, 鄭思俊, 夏 檑， 等. 上海城市綠地植物群落降噪功能及其影響因子[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2007, 18(10): 2295-2300.

[4] 袁 玲, 王選倉, 武彥林, 等. 夏冬季公路林帶降噪效果研究[J]. 公路, 2009(7): 355-358.

[5] 袁秀湘. 公路綠化林帶對交通噪聲的衰減效應(yīng)分析[J]. 公路與汽運, 2009(2): 114-116.

[6] 彭海燕. 北京平原公路綠化帶降噪效果及配置模式研究[D]. 北京: 北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院, 2010.

[7] 王瑋璐. 北京城市綠化林帶降噪效果的四季變化研究[D]. 北京: 北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院, 2012.

[8] 王 慧, 郭晉平, 張蕓香, 等. 公路綠化帶降噪效應(yīng)及其影響因素研究[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報, 2010, 26(6): 1403-1408.

[9] 賈 鵬, 鄭 洲. 高速公路綠化林帶降噪效果調(diào)查與分析[J]. 現(xiàn)代交通技術(shù), 2010, 7(3): 92-96.

[11] CARLSON DE, MCDANIEL O H, REETHOF G. Noise Control by Forest[C]. Zurich: Internoise International Conference on Noise Control Engineering, 1977: 567-586.