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从上世纪九于年代开始,随着国内经济建设的迅猛发展和人口的迅速膨胀,公路建设逐渐步入了持续、迅速发展的轨道,一种立体纵横、网络棋布的新型道路交通格局正在逐渐形成,据记录,究竟,,位居世界第二,全国公路通车总里程达170多万公里。在公路为国民经济和社会发展做出巨大奉献的同步,公路的修建及交通的运营也给沿线的物理环境及生态环境带来了许多不利的影响,在某些大、中型都市尤为严峻。由图1-1北京市1985年至1996年交通噪声曲线便可略知一斑。道路交通噪声污染现今已逐渐成为国内都市环境的一大公害,严重威胁着人们的正常生活和身心健康。据调查记录,国内大中都市中,%,全国2/3的都市居民生活在噪声超标的环境中。1997年,在都市噪声源中,%,%。,,%。目前都市环境噪声重要以交通噪声和社会生活噪声为主。但交通噪声的比例有逐年上升的趋势,近年来已达到60%以上。据研究测算,中国每年因道路交通噪声污染导致的经济损失约合人民币216亿兀。1995年以来都市居民对噪声的投诉比例占所有环境投诉的62%,这一比例仍有逐年上升的趋势。随着都市规模的不断扩大和交通的口渐繁忙,道路交通噪声问题会逐渐加剧,并成为制约居民生活质量提高的重要因素。交通噪声还会影响到公路沿线的经济发展。例如,受交通噪声影响严重的房地产、工厂、商厦等地方,它们的经济效益和生产效益均有不同限度的下降,噪声还直接影响到公路周边的土地价值。有资料表白:交通噪声每升高1分贝,%-%,%左右。反过来说,将交通噪声水平减少1分贝,,对于土地批租来说,这是一种可观的数值。
国外发达国家非常注重环保问题,对公路环境评价做了相称进一步的研究工作,特别是美国、口本及加拿大等先进国家,不仅从技术角度,目前从立法角度,形成了较为完善的公路环境防护与影响评价的措施体系
在国内,政府管理部门也颁布了《交通建设项目环保管理措施》和《公路建设项目环境影响评价规范》,对公路环境影响评价的措施进行了具体规定。这些规定基本上是借用国外的研究成果,国内目前的研究重要是针对评价参数、指标体系进行校正不调节
在大型公路建设项目建设之前,对建成后的交通状况以及噪声的影响进行预测分析,这种交通噪声预测的理论、模式己经比较成熟。但随着公路项目实际运营、交通量和建设状况与预测有所变化,往往按照预测成果进行施工防噪措施的实际降噪效果并不太抱负。据1999年的初步测算,国内仍有3390万人受到公路噪声的影响,其中2700多万人仍在高于70dB的噪声严重污染的环境中生活[f2l。目前,项目建成后对公路生态环境影响的研究非常单薄,同步过去单方面、单因子的噪声预测模式现今将受到质疑。
因此,防治公路沿线噪声污染的工作已成为公路、交通、环保部门目前急待解决的首要问题。减少交通噪声,对其进行防治,要从振动源、传播途径、受声点二个方面着手。切断噪声传播途径的措施一般有2种,即修建声屏障和种植绿化带,其中修建声屏障造价较高,难于维护,只合用于降噪目的范畴小的区域,布设绿化带则是公认的简便易行的措施。从长期可持续发展保护生态环境的角度考虑,研究的精力应逐渐转移到如何布设绿化林带,生态防噪的方略上来。
2研究的目的和意义
公路绿化是一门综合性较强的自然科学,它与公路美学、建筑学、生物学、环境学、自然地理学等科学,与水、电、路、桥工程及历史、文学、艺术、心理学均有密切的关系,它是国土绿化的重要构成部分,是公路建设中不可缺少的重要内容。国外在公路交通行业,对于公路沿线生态环境的保护与公路的绿化工作是非常注重的l,公路绿化以往综合考虑生态学功能、美化景观功能、同周边环境协调功能、交通附属设施功能等多功能的完美结合,使公路建设与大自然融为一体。国内交通部门历来都于分注重公路绿化,始终把公路绿化列为公路管理工作的一部分。随着高速公路在国内的大量兴建,公路绿化的模式和建设规模都发生了深刻的变化。从最初的种行道树,到公路边坡绿化,直到高级别公路的中央分隔带、边坡和互通、服务区等全方位、立体式绿化;绿化的设计思想也从单纯的见绿,到GBM绿化工程规定(即“一路两沟四行树,直到进行景观生态绿化模式的设计和营建;绿化的功能也从较单纯的水土保持功能,到规定兼具交通视线诱导功能,直至发展为追求一种融科学、艺术、园林、生态、环保、美学等多功能集成的绿化美化景观工程。公路绿化具有吸取C0,N02,S02等有害气体,滤除灰尘,减少排气污染的作用;调节小气候,改善公路环境;保持水土,维护公路及生态环境;具有美化路容、诱导视线和减轻眼睛疲劳等功能,可以减少交通事故的发生;还具有削弱噪声,拟制噪声的作用。公路绿化根据不同的种植目的,可分为景观种植和功能种植两大类,功能种植是通过绿化来达到某种功能上的效果。
公路绿化防噪林带是指公路两旁人工栽植的成行列分布,以乔木或灌木为主的林带,是减少公路交通噪声的重要手段之一。运用隔声绿化林带降噪的措施来保护生态环境,是长期可持续改善生态环境的降噪措施,对环保的作用于分突出。运用绿化防护等生态保护的措施减少公路噪声是有效、环保的措施之一,在实际的道路建设中,绿化林带的种植方式与噪声的防护效果具有很强的有关性。根据道路建设的状况优化设立绿化林带,可以有效减少噪声污染,为人们的生活提供保障。
3国内外研究概况
国外对绿化降噪的研究起步较早,提出的理论和措施较多,美国对于降噪隔声绿化带的研究由来已久,对隔声植被对噪声的减少效果进行了广泛的测试。、、美国国家C
0necti0ut农业实验站的D0naldAly0r、、、,但研究的成果有很大差别,甚至有互相矛后的地方。,她于1946年在《JungleUngleAc0ustics》一文中觉得:在绿化林中,距声源为xi,x:米的两点之间声波的衰减量可表达为:
文中仅用一种参数。来计算绿化带的附加衰减,虽然相称简便,但对于林带及地面特性等多种因素对衰减系数的影响,显得过于粗糙,且α无法定性和定量。然而Eyring的初期研究对背面学者的研究产生了深远的影响。
《都市建设噪声控制》[51](谢德安译)一书中。对前苏联运用绿化防噪进行了一定的理论分析和总结,并在马伊斯捷而和鲁尔别尔格提出的公式基本上,采用下式计算绿化林带的降噪量:
公式中由于吸声衰减采用了单位声吸取系数β(定义为树林每米纵深的吸声量),使对绿化林带声衰减的计算更加规范和量化,为实际应用打下了基本。萨莫柳克的理论对国内开展的这方面研究产生了很大影响,如国内初期对此进行研究的柳孝图、焦大化和钱德生、郑长聚和洪宗辉等人,都建议采用单位吸取系数
β值(dB/m)与有效林带宽度的乘积来计算绿化林带的附加声衰减,国内铁路部门推荐的绿化降噪计算公式基本与此一致。
美国人Ayl0r于1972年提出了植物是一种天然的降噪材料。1973——1976年间又若干个出名人士对绿化林带降噪设计的原则提出了某些定性的建议,普遍觉得,高篱笆墙和林带可以明显减少交通噪声[fill隔声林带必须具有相称的宽度(横向纵深),才干达到较为明显的降噪效果。
Huddart等人通过实验种植一条30m宽的草地隔声林带可以减少交通噪声4-8dB(A)。在Perfate的研究中,居民住宅的高篱笆墙对噪声也有着明显的减少效果,并且篱笆墙离道路越近效果越明显。美国公众也形成了意识,规定在道路旁边种植降噪绿化植物,有的人甚至自发在住宅周边种上高大的篱笆墙或者树木。
在口本,对于新建公路,当其通过居民区时,一般设计有20m宽的绿化带。
德国、芬兰等也研究了运用绿化林带来控制交通噪声。芬兰的公路绿化是环境政策的一部分。芬兰公路局注重环保,做了大量的工作。通过努力,目前全芬兰只有32万受噪声影响人口,重要的减噪目的80处。芬兰公路绿化有较完善的管理体制。形成了先种树,再修路的模式,因而绿化设计与国内先修路、再种树时采用的规划式绿化形式有很大的不同。由于它们采用的大多数是自然式绿化设计,树木生长更加茂盛,因此有效避免了噪声污染。
英国的声屏障检测实验室CNBTF)也曾经研究过绿化林带对模仿的交通噪声的影响。并且测试了不同稠密度的松树、金属篱笆墙和柳树等绿化声屏障对噪声减少效果。其中柳树降噪带的效果比较好,15m宽3m高的柳树隔声带可以比不用隔声带减少7dB。
在国内,虽然公路绿化应用相称普遍,但对公路绿化减噪效果的研究相对较少。公路规划院翟志涛的研究觉得,树术可以减少噪音,是由于树术可以将投射到树叶上的噪声反射到各个方向上,树叶的轻微震动使得噪声能量消耗而削弱,据测定,快车道的汽车噪声,在穿过12m宽的林带后可以减少噪声3-SdB,穿过40m宽的防护林带时,噪声会l泽低10-15dB。
绿化降噪研究成为上海科技攻关项目,究竟,上海市已建成首个减噪绿地。研究人员推荐了15种减噪效果良好的植物,10类可减小噪声4-10分贝的植物群落。这阐明不同的植物对噪声的削弱效果是不尽相似的。
同济大学的姚成等通过对沪嘉公路降噪效果的测试和公路绿化减少交通噪声理伦的分析,,。她们还对沪杭高速公路上海段的降噪绿化带进行了设计,并在两个路段进行了工程实行。
上海港环保中心的罗海霞,丁建生通过理论及实际研究复合式绿化林带降噪效果,设想通过在港区边界种植复合式绿化林带来解决港区噪声超标的问题。
肖荣波等以316国道鄂州段枫杨的单行绿带和其双行绿带为研究对象,同步侧公路绿带旁不同距离的噪声值,分析计算出不同绿带后公路噪声传播的最佳模型。
陈振兴等人对不同构造形式的绿篱减噪效果的测试证明,以高中低不同层次的灌木、乔木构成的密集绿篱,其减噪效果最佳。
丁业超等人对武汉市多处林带的研究表白,运用绿化林带减少噪声,其效果重要取决于林带的能见度和宽度两个因子。
张邦俊等在研究道路旁绿化带对交通噪声的影响时,发现它在很大限度上是心理上的,对于同样的噪声,有绿化带环境下的烦恼概率均比无绿化带的环境低,这阐明绿化带对环境噪声引起的烦恼有心理上的改善作用。
有关绿化带降噪的若干研究中草坪降噪效果研究很少,本文将以此为出发点,对草坪降噪规律进行研究;针对西北地区绿化林带的构造形式、林带密度、树种与降噪量的关系,林带在垂直空间的降噪效果、林带周年降噪规律及林带对不同频率噪声的衰减效果将在本文中得到进一步研究。
第二章声音的特性分析
众所周知,声音源于物体的振动,这个振动的物体就称之为声源。声波是一种能量,传播时要通过一定的介质。声波是依托介质分子振动向外传播能量一一声能的,介质的分子只是振动而不移动,因此声音是一种波动。介质分子的振动传播到人的耳朵,从而引起人耳鼓膜的振动,通过听觉构造的“翻译”,并发出信号,刺激听觉神经产生声音的感觉。声音具有如下特性
、波长与声速
振动的声源完毕一次振动所经历的时间称为周期,记作T,单位是秒(s)一秒钟内振动的次数称为频率,记作f,单位是赫兹(Hz),它是周期的倒数,即
频率是影响声波强度的重要因素之一。
声波在传播途径上,两相邻相位质点之间的距离称为波长,记作入,单位是米(m)。
声波在弹性介质中传播速度称为声速,记作c,单位是m/s。声波不是质点振动的速度而是振动状态的传播的速度;它的大小与振动的特性有关,也与介质的弹性、密度以及温度有关。
在空气中,声速与温度的关系如下:
声速、波长和频率有如下关系:
在一定介质中声速是拟定的,因此频率越高,波长就越短。一般室温下空气中的声速为340m/s(θ=15摄氏度),。
人耳能听到的声波的频率范畴约在20——0Hz之间。低于20Hz的声波称为次声,高于0Hz的称为超声。次声和超声不能使人产生声音的神经感觉。我们控制噪声的频率应尽量使其频率在20Hz如下或0Hz以上。
所谓的波阵面,即是空间行波在同一时刻相位相似各点的轨迹曲面。波阵面为平面的称为“平面波”,波阵面为球面的称为“球面波”。由一点声源辐射的声波就是球面波,但在离声源足够远的局部范畴内可以近似地把它看做平面波。
所谓声线,表达声波传播的途径,在各向介质中,声线与波阵面相垂直。
如果声波在传播过程中遇到一块带有小孔的障碍板时,如果孔的尺度(直径d)与声波入相比较时很小,小孔处的质点可以近似地看作一种集中的新声源,产生新的球面波。它与本来的波形无关。当孔的尺度不小于波长的时候,即d))入,则新的波形较复杂。从上面的两个例子可以看出,当声源通过障板的孔洞时,并不象光线那样直线传播,而是能绕到障板的背面——fU变化本来的传播方向,在它的背后继续传播,这种现象称为绕射。声源的频率越低,绕射的现象越明显。
声波在传播过程中,如果遇到一尺寸比波长大得多的障板时,声波将被反射。如声源发出的是球面波,经反射后仍是球面波。同一时刻反射波与入射波的波阵面半径相等,如用声线表达迈进的方向,反向声线可以看做是从虚声源发出的。因此运用声源与虚声源的对称关系,以几何声学作图法就能很容易地拟定反射波的方向。
根据声源与虚声源的对称关系,可以阐明反射定律,它的基本内容是:
(1——入射线、反射线和反射面的法线在同一平面内。
(2)入射线和反射线分别位于法线两侧。
(3)入射角与反射角相等。
当声波入射到建筑构件(如墙、天花板)时,声能的一部分被反射,一部分透过构件,尚有一部分由于构件的振动,或者由于其在介质内部传播时产生摩擦热——fu被消耗,一般把这种现象称之为材料的吸取。
根据能量守恒定律,如果单位时间内入射到构件上的总声能为E0,反射的声能为Er,构件吸取的声能为Et,透过构件的声能为Et,则互相之间有如下的关系:
透射声能与入射声能之比称为透射系数,记作t;反射声能与入射声能之比称为反射
系数,记作r,即
这里,把γ值小的材料称为隔声材料,把r值小的材料称为吸声材料。吸声系数
可由下式拟定:
在进行噪音控制时,必须理解多种材料的隔声、吸声特性,从而合理地选用材料。
第三章噪声特性及传播机理分析
噪声是指引起人们不适感而必须用一定措施加以控制的声音的总称。噪声((n0ise)是一种声音结识,具有声音的一切特性。由物体的机械振动而产生,振动的物体称为声源,在一般状况下,声音对人导致了影响,人们往往把那些不希一望听见的声音称为噪声,如建筑噪声、交通噪声等。噪声从物理学角度讲,是多种不同频率和强度的声音无规律的杂乱组合;从生理学的角度来讲,是人们都不需要的声音。不管机器发出来的声音,还是乐音,只要令人生厌,对人们形成干扰,就被称为噪音。
按照噪声的时间变化特性[f————l,可分为四种状况:若噪声的强度随时间变化不明显,则称为稳定噪声,如电机噪声。噪声的强度随时间有规律地起伏,周期性地时大时小的浮现,称为周期性变化噪声,如蒸汽机车的噪声。噪声随时间起伏变化无一定的规律,称为无规律噪声,如街道交通噪声。如果噪声忽然爆发又不久消失,持续时间不超过1s,并目‘两次持续爆发声之间间隔不小于is,则称为脉冲声,如枪炮噪声等。
噪声是户外多种噪声的总称。按照声源类别可将环境噪声分为交通噪声、工业噪声、社会生活噪声、建筑施工噪声及其她噪声5种[fl——l。交通噪音是一种特殊的声音,其传播非常复杂,它与交通量、交通构成、道路构造、道路周边的建筑物、地形及路面状况等一系列因素均有关[f
。仅从声速、频率和波长等基本物理量来描述是不够的,还必须引入其他计量单位。在国际上目前较为通用的是声功率、声强和声压以及声压级、声强级和声功率。
声源辐射声波时对外作功,声功率是指声源在单位时间内向外辐射的声能,符号为W,单位为瓦。声源声功率是指在所有可听频率范畴所辐射的功率,或指在有限频率范畴所辐射的功率(一般称为频带声功率)
声强是衡量声波在传播过程中声音强弱的物理量。声场中某一点的声强,即在单位时间内,在垂直挥传播方向的单位面积上所通过的声能,符号为I,单位是W/m^2。
声压是指某个瞬时,介质中的压强相对于无声波时压强的变化量,因此声压的单位就是压强的单位,即牛顿/平方米、或帕(pa)。任一点的声压都是随时间而不断变化的,每一瞬间的声压称为瞬时声压,某段时间内瞬时声压的均方根称为有效声压。
、声强级、声功率级
在有足够的声强与声压的条件下,,人耳刚能听见的下限声强为10-l0W/m2,相应的声压为2X10-5N/m2;使人感到疼痛的上限声强为W/m2,相应的声压为20N/m2。可以看出,
人耳的容许声强范畴为一万亿倍,声压相差也达一百万倍。同步,声强与声压的变化范畴与人耳感觉的变化也不是成比例关系的,而是近似地与它们的对数值成正比。
(1)级
所谓的级是作相对比较的无量纲量。如声压以10倍为一级划分,从而可以划分为10a,101,102,103,104,105,106等七级。声压比值写成10a形式时,级值就是n的数值。但这时又嫌过少,因此以20倍之,这时声压级的变化为。一120.,即