減噪綠化帶理論研究

劉悅

中冶南方城市建設工程技術有限公司 湖北 武漢 430000

近年來，由于經濟和汽車工業的發展，我國機動車數量呈現快速增長的態勢。隨著道路里程、車流量和行駛速度的增加，道路交通噪聲污染加劇，周邊城市居民的正常生活、工作、學習和休息環境受到了嚴重干擾，其程度和范圍正在不斷擴大，成為我國城市環境的一大公害。目前，盡管全球在降噪方面采取的典型措施是沿路邊設置隔音屏障，但在一定綠化寬度下，植物的降噪作用在城市環境改善中效果顯著，因此種植綠化帶降噪是一種相對便宜且更為美觀的替代選擇。綜上所述，有必要對城市市區交通噪聲進行研究，建立合理的綠化降噪配置模型，并在市政工程項目中逐步推廣。

1 研究方法

1.1 測量儀器與測點選擇

研究采用HT-8352噪音計以多組對照的方式進行實地測量，科學設計試驗過程及并對結果進行定性與定量的分析。

依據國內外研究現狀，綠化帶噪音削減量受其寬度影響較大，其中具有明顯削減效果的一般為10m及以上，然而城市道路空間多較局促，難以留出理想的綠化距離。由于本研究側重于一定寬度綠化帶條件下，不同植物配置的減噪水平，因此綜合權衡武漢市現有綠化水平、我司已建成市政綠化項目及現有研究中綠化帶降噪水平，在前期研究中，經多次實地踏勘與現場調研，選取滿足條件且環境變化處于可控范圍內的測點共10組。道路等級為包含城市快速路、區域性主干路和次干路三種。

要求所有測點道路平直，具備一定交通流量與噪聲等級，交通工具形式多樣，包括普通轎車，公共汽車，貨運卡車等在內的多種噪聲源。綠化帶寬度為20m及以上，基本植物配置都包含喬-灌-草三個層次。

表1 測量選點一覽表（表格來源：作者自繪）

1.2 測量過程

1）試驗時間

由于風力及空氣相對濕度等因子會對噪聲衰減效果產生影響，分別在2021年秋季至2023年夏季選擇風速小于5m·s-1且無雨雪的晴朗白天進行多次測試。此外，道路交通噪聲與車流量相關，因此測量要避開節假日。

2）試驗流程

在每組距離道路10m和20m兩個測點分別進行試驗，同時與未經綠化帶過濾的機動車道邊緣測點組合共形成20組對照試驗。測量時，將儀器安裝在三腳架上，位于各測點位置地面以上1.5m的高度，位置靠近綠化帶植物。

在每個測點，交通噪聲測量以每秒觀察一次的采樣頻率連續進行30min。每次觀察期間，儀器都會記錄不同1/3倍頻程（40 Hz至20000 Hz范圍內）的噪音量（線性模式）以及A加權平均噪音量。即錄制的時間序列由1800個1/3倍頻程的噪音量以及A加權平均噪音值組成。 兩個設備的時鐘同步，以便它們記錄相同的聲音信號。 使用RS 232電纜下載每個站點記錄的數據，并使用SVANPC接口軟件進行分析。

依據綠化帶兩側噪聲量的時間序列圖評估每個測點的噪聲量，繪制出綠化帶兩側加權水平噪聲量的典型時間序列圖，并以此可以初步得出綠化帶兩側的噪聲衰減量。在個別時刻，綠化帶內側行人呼喊、非機動車通行、鳥鳴、建筑施工噪聲等可能被綠化帶內側儀器收錄，造成衰減量測試不準確，應提前對其進行識別，并在該噪聲事件發生時刻，并從綠化帶后側的加權平均噪聲量相應總量重減去，得到更為精確的綠化帶噪聲的總體衰減量。

圖1 設備實時監測數據（圖片來源：作者實時監測截圖）

3）數據采集

空氣濕度、風力、溫度等氣象因子在一定程度上影響噪聲聲波的傳播與衰減，因此，本試驗在兩年內選定不同的時間進行多次測定，盡量選在天氣晴朗、溫度相近、風力小于5m·s-1的白天進行,在測定噪聲衰減的同時測定當時的溫度、濕度、風速等氣象因子,每個樣地每次測定的時間段盡量相同，模擬試驗中不同類型林帶降噪效果中噪聲發射儀器朝向要求相同。此外，為便于將綠化林帶對實時交通噪聲的衰減效果與林帶對模擬交通噪聲的衰減效果進行比較，路側實驗與模擬實驗盡量選擇相同或相似的天氣情況下進行，林帶對實時交通噪聲衰減試驗中測定處噪聲值在上下浮動，因此，在模擬試驗中盡量保證處噪聲值與實時噪聲測定中相同或相近。在室外進行多次測量之后室內對數據進行篩選分析，將溫度、濕度及風向風速等相同或相近的試驗組數據進行處理、分析，從而研究林帶對交通噪聲的衰減效果。

試驗中數據測定方法參照《城市環境噪聲測量方法》,測量中將儀器的采樣間隔設定為,每個測點連續測量,采樣后由儀器統計輸出。

1.3 數據整理

各測點噪聲數據統計如下表所示：

表2 測點噪聲數據實測表（表格來源：作者自繪）

其中，車城大道04組、沌陽大道05組、光谷二路09組和大學園路10組20m測點處存在較大干擾，車城大道綠化帶中聚集有大量鳥類，鳴叫聲此起彼伏，引起監測數據波動性變化，沌陽大道和光谷二路路側地塊正在進行建筑施工，有持續性噪聲。此外，大學園路10組因有軌電車建設，道路斷面發生了較大變化，并伴隨有持續的建筑噪聲干擾，對上述4處測點進行單獨多次測試分析以調校試驗結果，最終將沌陽大道與大學園路測點替換為高新四路，其他測點經多次復測，排除干擾校核后結果如下表所示：

表3 測點噪聲數據整理表（表格來源：作者自繪）

2 結果分析

1）同測點效果縱向對比分析

對同一測點不同距離位置進行噪聲對照分析，其主要目的是分析在相同植物配置條件下，綠化帶寬度對其降噪效果的影響。

在縱向對比研究中，噪聲的屏障效應是通過相對衰減來進行測量的。臺灣的一項研究使用了35個不同寬度植被帶的多元回歸模型證明距離對相對衰減有很大影響[1]。噪聲的相對衰減開始時隨距離上升而緩慢下降，但在達到距離轉折點后進入迅速下降階段；一個轉折點位于約40m的距離。因此，綠化帶寬度超過50m時，反而對降噪效果沒有影響。有效的綠化帶寬度在小于25m的范圍內[2]；另一項土耳其的研究表明，在距離分別為25-50m和50-75m的情況下，距離0-25m的降噪效果為后者的6倍。由此可以得出結論，綠化帶降噪的有效寬度小于25m。因此，如果市民距離噪聲源50m以上，那么在城市中設計超寬的綠化帶對周邊環境中的噪聲降低并沒有顯著作用。減少交通噪聲對周邊居民干擾的有效方法是在緊鄰車行道處進行合理的綠化帶種植。因此，本研究中使用的距離參數一方面來源于上述研究所證明的有效距離，另一方面也結合城市用地經濟節約的現實。

研究測量了10個測點10m和20m兩種距離的噪聲值，并選取了緊鄰道路邊界的測點作為參照，扣除距離本身造成的噪聲衰減，用于比較不同距離下的綠化帶對噪聲產生的相對衰減量。測量結果以折線圖的形式表示每個距離中不同測點的平均插入損失。由圖可知，10m范圍內噪聲的插入損失量0.01-7.49dB，平均可達3.49dB，總降噪率1.8%-15.3%，20m范圍內噪聲的插入損失量2.43-10.75dB，平均可達5.79dB，總降噪率8.1%-22.9%不等。由此可知，在20m范圍內的噪聲衰減中，10m處已經完成衰減總量的60.3%，10-20m范圍僅完成衰減效果的39.7%。該結果與先前Fang,C.F.的研究結論相匹配。

由圖可見，神龍大道02和光谷二路08兩個測點10-20m范圍內綠化帶幾乎沒有造成插入損失，分析平面圖可知，上述兩個測點路段綠化帶喬灌木主要集中于朝向車行道一側，后部以地被為主，且多被踩禿，裸露出下方泥土，因此難以發揮降噪作用。

2）各測點效果橫向對比分析

對全部10個測點進行噪聲對照分析，其主要目的是研究在綠化帶寬度相同的情況下，不同高度、密度、形狀與材質的植物對其降噪作用的影響。一般植物的密度難以用定量的方式測量，因此研究依據植物學常識，對不同植物枝葉密度做出了能見度的界定。

在所研究的相同寬度的10個綠化帶測點中，對其減噪效果進行排序，可得到圖2、3，以降噪率為參照，按其效果由高到低分類，形成三個實驗對照組，第1組包含車城東路01、車城大道04和創業路05共3個測點，降噪率總19.56%-22.85%；第2組包含神龍大道02、東風大道03、光谷二路08和高新四路09共4個測點，降噪率12.18%-14.76%；第3組包含測點高新大道07、光谷三路07和高新四路10共3個測點，降噪率8.09%-10.11%。由圖可見，密集灌木組成的第1組具有最佳的降噪效果。 過去，有研究認為低矮灌木對減少噪音無用[3]，后經研究證實，這是由于測點灌木植物頂部低于測量儀器的緣故。此外，國內多項研究表明，防風林式的綠化帶減噪效果十分突出。第1組綠化帶中，采用的喬木有南酸棗、垂絲海棠、香樟、法國梧桐、雪松、櫻花等，灌木有紅葉李、法國冬青、紅葉石楠、海桐、桂花等，地被有麥冬、婆婆納、假儉草、早熟禾等，搭配形式見附件圖紙。喬木高大，枝葉茂密，有效減弱了測量儀器水平高度的噪聲。此外，高于測量儀器的密集灌木能起到最大的降噪效果。第2組的降噪效果則僅次于第1組，在這一組中，運用的植物種類有較大區別，包含喬木南酸棗、櫻花、香樟、法國梧桐、石榴、龍柏等，灌木有紅葉李、火棘、紅花檵木、蚊母、法國冬青等，地被有花葉蔓長春、假儉草、麥冬、紅花酢漿草。其共同點是仍然具有茂密的枝葉，足以減弱聲波。將第1組與第2組植物品種與降噪效果進行對照，可知較高的灌木和低分枝的喬木更利于降低噪聲。相比之下，第3組對噪音的影響較小，各測點的共同點是其運用的大部分植物品種分支點都較高或整體較為低矮，因此以上測點植物相對于前兩組所能吸收的噪聲量較少。

圖2 10m與20m處插入損失效果對比圖（圖片來源：作者自繪）

圖3 10m與20m處降噪效果排列圖（依總降噪額降序）（圖片來源：作者自繪）

圖4 10m與20m處降噪率排列圖（依總降噪率降序）（圖片來源：作者自繪）

通過對比測點東風大道03與測點光谷三路07，兩點采用的喬木與地被相類似，但前者采用的灌木為超過人體高度且密植的法國冬青綠籬，后者采用的是低矮的火棘，由此可知，在類似的植物結構（均為自然式種植）與相同綠化帶寬度下（均為20m），植物高度愈高，其與噪聲聲波接觸表面積愈大，則可以吸收更多的噪聲。而隨著密集植被的延續長度增加，所產生的聲波干擾衍射現象隨之加劇，有研究表明，密植植被長度達到60m，能達到最大減噪量。

在各類植物群落中，灌木由于具有茂密的枝葉，能夠有效散射道路噪聲，減噪效果最佳；而具有一定高度的喬木能夠更好地擴散與吸收噪聲。然而，灌木一般較為低矮，而喬木枝干部分葉片較少，特別是在人耳高度即1.6m左右高度一般都為獨干。因此，必須利用喬木與灌木相結合的形式，以灌木遮擋喬木下方的空隙，綠化帶方能達到最佳降噪效果。

3 研究結論

在城市生態系統中，道路寬度足夠的情況下利用綠化帶削減噪聲是非常重要的。 成功建立理想綠化帶種植模式原則可以概括如下：

(1)綠化帶最低寬度不宜低于5m，30m左右是效果最佳，但綜合考慮城市用地經濟成本，10-20m寬度較為理想。

(2)使用的植物應選自當地鄉土樹種或經多年試驗在當地適應良好的品種。

(3)應主要使用常綠品種。

(4)植物應在噪聲聲源方向適度集中。

(5)植物應盡可能密植，同時，兩株植物之間的距離應適合生長要求。

(6)應優先選擇高大、枝葉密集、質地堅硬且分支點較低乃至接近地面的品種。

(7)應選用不同高度的喬木、灌木和地被組成植物群落。

(8)較高的植物應種植到較矮的植物的背后，并且植物之間的前后間距應盡可能地增加。研究表明，灌木在前針葉喬木在后的植物群落，且兩者前后間距超過5m時，阻擋噪音效果最佳。

(9)綠化帶中植物靠近噪聲源位置，并且遠離保護隔離區域時，降噪效果更好。

(10)植物與微地形或擋土墻相結合的方式降噪效果更好[4]。

4 結語

相比于傳統的聲屏障，綠化帶不僅僅能達到減噪的效果，而且其更加簡便、易行和可持續。大量研究表明，即使僅僅配置少量植物，甚至是建設綠色屋頂設施，都可以從不同程度達到物理層面降噪結果。經過精心配置的喬灌木相結合的道路綠化帶一方面能夠抑制噪聲，降低噪聲污染，另一方面還可以美化環境、增加城市綠化率、改善局部氣候。同時減噪的效果還會隨著植物的生長逐漸增強。綠化帶的建設一次投入，能達到多種功能，賞心悅目，具有更好的經濟和社會效益。既美觀、又能減噪的綠化帶具有廣泛的市場需求和應用前景，在景觀道路建設中應該更多推廣并總結相關經驗。