不同行道樹綠化帶疏透度對(duì)降低交通噪音效果的對(duì)比

胡喜生，鄭 燕，陳 敏，魏華云，葉麗敏，邱榮祖

(福建農(nóng)林大學(xué) 交通與土木工程學(xué)院，福建 福州350002)

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不同行道樹綠化帶疏透度對(duì)降低交通噪音效果的對(duì)比

胡喜生，鄭 燕，陳 敏，魏華云，葉麗敏，邱榮祖

(福建農(nóng)林大學(xué) 交通與土木工程學(xué)院，福建 福州350002)

運(yùn)用Photoshop軟件對(duì)數(shù)碼相機(jī)拍攝的行道樹綠化帶相片進(jìn)行處理并測(cè)定其疏透度，然后分析其與降低交通噪音效果的相關(guān)關(guān)系。結(jié)果表明：福州市楊橋中路、五四路、八一七路、上下店路、工業(yè)路、北江濱大道的行道樹綠化帶疏透度值分別為0.683，0.752，0.600，0.767，0.909，0.787；不同行道樹疏透度由大到小依次為：樟樹(幼年)、木棉、羊蹄甲、芒果、榕樹和樟樹(成年)；相關(guān)分析結(jié)果表明各行道樹A層的疏透度與降低噪音效果具有顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。研究為行道樹的合理配置提供重要的理論依據(jù)和實(shí)際參考價(jià)值。

交通工程；行道樹；疏透度；交通噪音

隨著我國(guó)現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，以及拉動(dòng)內(nèi)需等相關(guān)政策的出臺(tái)，我國(guó)大中型城市機(jī)動(dòng)車保有量增長(zhǎng)快速。機(jī)動(dòng)車保有量的增長(zhǎng)給我國(guó)經(jīng)濟(jì)帶來了繁榮的同時(shí)，也使道路交通的污染持續(xù)攀升，對(duì)城市環(huán)境造成了嚴(yán)重?fù)p害，由此引發(fā)的城市交通噪音污染也越來越突出。根據(jù)美國(guó)的調(diào)查顯示，46%的城市人口受到噪音的困擾，其中86%的人指出噪音主要來自汽車[1]。1995年以來，我國(guó)城市居民對(duì)噪音投訴比例占所有環(huán)境投訴的62%，這一比例仍呈逐年上升的趨勢(shì)。這主要是由于道路交通噪音污染對(duì)在城市道路中活動(dòng)在非機(jī)動(dòng)車道和人行道上的行人產(chǎn)生危害，對(duì)沿線居民的正常生活、工作、學(xué)習(xí)、休息環(huán)境的干擾程度和范圍不斷加劇和擴(kuò)大，同時(shí)對(duì)道路沿線房地產(chǎn)價(jià)格的影響等，因此道路交通噪音污染已經(jīng)成為沿線居民最為關(guān)注的環(huán)境污染問題[2-5]。

如何減少道路交通噪音污染對(duì)城市居民尤其是道路行人的危害，已經(jīng)成為建設(shè)生態(tài)城市，構(gòu)建和諧社會(huì)的頭等難題。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)道路交通噪音污染進(jìn)行了多角度的研究和探索[6-7]。如何讓有限的城市道路綠化帶發(fā)揮其最大的環(huán)境生態(tài)功能，亦逐漸成為城市環(huán)境生態(tài)研究的熱點(diǎn)。目前對(duì)綠化帶的研究主要包括樹種、種植密度、高度、長(zhǎng)度、寬度、能見度等與林帶降噪效果的關(guān)系，既有早期對(duì)綠化帶降噪的定性研究[8]，也有最近幾年對(duì)綠化帶降噪效果的定量研究[9-10]。然而，以往的研究沒有考慮林帶疏透度對(duì)噪音衰減的影響。疏透度是綠化帶空間配置的重要參數(shù)，因此研究城市道路交通噪音對(duì)綠化帶疏透度的響應(yīng)機(jī)制，對(duì)行道樹綠化帶的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化以及行道樹降噪效果的計(jì)量評(píng)價(jià)具有重要的科學(xué)意義。

1 研究方法

1.1 研究地點(diǎn)的選擇

根據(jù)福州市環(huán)境保護(hù)部門發(fā)布的《福州市環(huán)境狀況公報(bào)》可知，福州市區(qū)自2006年以來，道路交通噪音呈上升趨勢(shì)，2011年和2012年交通噪音年平均值分別為69.4和69.7 dB，在2012年開展監(jiān)測(cè)的市區(qū)62條交通干道中，道路交通噪音大于70 dB的累計(jì)長(zhǎng)度達(dá)83 km，占總長(zhǎng)的比例為45.7%，成為區(qū)域環(huán)境噪音中聲級(jí)影響水平最高的類型。由此可見，交通噪音對(duì)福州市居民生活、工作、學(xué)習(xí)的影響巨大。相關(guān)研究成果表明，道路綠化帶是防治交通噪音最有效措施之一[11]，然而對(duì)不同道路綠化帶配置模式降低噪音效果的研究鮮見報(bào)道。因此，開展福州市道路綠化帶降噪效果的研究意義重大。

福州市較常見行道樹有榕樹、樟樹、木棉、芒果、羊蹄甲等[12]。據(jù)此選擇楊橋中路等6條城市主干道為研究對(duì)象，行道樹綠化帶配置模式如表1。

表1 行道樹綠化帶配置模式

1.2 噪音的測(cè)定

2013年4月18日至2013年4月23日，在楊橋中路、五四路、八一七路、工業(yè)路、上下店路和北江濱大道上分別選取3個(gè)典型路段進(jìn)行監(jiān)測(cè)高峰期(7：30—8：30)和平峰期(9：00—11：00，14：00—16：00)兩個(gè)時(shí)期的噪音值。噪音測(cè)定儀器為HS5633B型通用聲級(jí)計(jì)(量程35～130 dB, 測(cè)定頻率20～12.5 kHz，顯示屏更新速率約1次/s)。測(cè)量時(shí)，以各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的路緣為起點(diǎn)，垂直道路方向分別在0，2，4，6，8，10 m處設(shè)置6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

為排除時(shí)間差對(duì)調(diào)查結(jié)果的影響，本次調(diào)查采取6位調(diào)查人員分別站在6個(gè)樣點(diǎn)同時(shí)讀數(shù)的辦法，每個(gè)樣點(diǎn)連續(xù)測(cè)定60 s，分別記錄測(cè)量時(shí)間段內(nèi)的最高值和最低值。最后分別取3個(gè)典型路段和2個(gè)時(shí)期噪音監(jiān)測(cè)值的平均值代表該條道路的噪音值(圖1)。

圖1 噪音實(shí)地測(cè)量示意(單位:m)

1.3 綠化帶圖像的攝取

采用Cannon 6500數(shù)碼相機(jī)在垂直于綠化帶25 m處拍攝綠化帶的圖像。拍攝前在所攝取綠化帶的邊緣放置一根標(biāo)桿(H=2 m)，目的是通過標(biāo)桿象素點(diǎn)的比率可直接在相片上計(jì)算綠化帶的平均高、枝下高等指標(biāo)[13]，大大減少了野外實(shí)際測(cè)量的工作量和對(duì)交通的干擾。

1.4 綠化帶疏透度的測(cè)定

1.4.1 圖像預(yù)處理

將獲取的綠化帶圖像存入計(jì)算機(jī)內(nèi)，借助Photoshop圖像處理軟件，將圖像中與測(cè)量無關(guān)的信息處理掉。對(duì)處理好的彩色圖片進(jìn)行灰度轉(zhuǎn)換，若灰度圖像存在有背景誤差或投影誤差，則使用Photoshop中的“加深或減淡工具”對(duì)灰度圖像進(jìn)行補(bǔ)色或消色，并對(duì)照原灰度圖像使用軟件中的“添加到選區(qū)”或“從選區(qū)中減去”功能將圖像中未選的部分重選、多選的部分剔除，經(jīng)過多次修正使誤差減小到最低。然后，裁定灰度圖像中林帶斷面的測(cè)定范圍，上限以林帶平均高處為準(zhǔn)。最后，選擇Photoshop的默認(rèn)閾值128，將修正好的灰度圖像轉(zhuǎn)換成黑白二值圖像，規(guī)格為200 mm×272 mm，并將其平均分為A，B，C，D等4段，每段為200 mm×68 mm的長(zhǎng)方形(圖2)，分別記錄各樹冠在A，B，C，D段的像素值和畫布總像素值。

圖2 綠化帶斷面膠片

1.4.2 疏透度的計(jì)算

利用Photoshop圖像處理軟件計(jì)算出每種行道樹各段高度內(nèi)的像素值比率，即分段疏透度βi，計(jì)算公式為：

2 結(jié)果與分析

2.1 不同道路綠化帶疏透度的對(duì)比

根據(jù)所采集的36組道路行道樹綠化帶影像數(shù)據(jù)，經(jīng)處理后得到各綠化帶的疏透度(表2)。

表2 道路綠化帶疏透度

由表2可知，楊橋中路、五四路、八一七路、上下店路、工業(yè)路、北江濱大道的行道樹綠化帶疏透度值分別為0.683，0.752，0.600，0.767，0.909，0.787。就4種成年行道樹而言，樟樹的疏透度最低，榕樹的次之，木棉的疏透度最高；就樟樹而言，其幼年期的疏透度遠(yuǎn)大于成年期的疏透度。

行道樹綠化帶不同層次的疏透度分析結(jié)果表明，不同樹種的A層疏透度均較大，除樟樹幼年期外，其他類型行道樹綠化帶的A層疏透度均大于0.900；榕樹、芒果樹和樟樹的B層和C層的疏透度均較低，而D層的疏透度均較高；羊蹄甲和木棉B層的疏透度也較高，而C層和D層的疏透度相對(duì)較低。結(jié)合圖2可知，導(dǎo)致以上的研究結(jié)果，主要是由于羊蹄甲和木棉的枝下高較高，而榕樹、芒果樹和樟樹的枝下高較低。

2.2 不同道路綠化帶疏透度降低噪音效果對(duì)比

以監(jiān)測(cè)點(diǎn)0 m處為參照，2，4，6，8，10 m處的噪音監(jiān)測(cè)值分別與其相減，得到各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的噪音衰減值(表3)，噪音衰減值不同表示道路綠化帶對(duì)噪音降低效果的不同。

表3 不同道路噪音衰減效果比較

在2 m處，北江濱大道行道樹綠化帶降低噪音的效果最佳，其噪音衰減平均值高達(dá)3.60 dB；其次為上下店路行道樹綠化帶降低噪音的效果，其噪音衰減平均值為2.05 dB；其他道路行道樹綠化帶降低噪音的效果均較差，其噪音衰減平均值均小于1 dB。

在4 m處，北江濱大道和上下店路行道樹綠化帶降低噪音的效果最佳，前者的噪音衰減平均值高達(dá)5.30，后者則為3.55；楊橋中路和五四路行道樹綠化帶降低噪音的效果也較好；而八一七路和工業(yè)路的行道樹綠化帶降低噪音的效果相對(duì)較差。

在6 ～10 m處，不同道路行道樹綠化帶降低噪音的效果也表明北江濱大道和上下店路的噪音衰減平均值較高，而其他道路的噪音衰減平均值較低。

究其原因，這主要是由于北江濱大道的行道樹下配置綠蘺灌木，而上下店路行道樹綠化帶在A段的疏透度較小，導(dǎo)致了這些道路具有較好的降低噪音效果。為了進(jìn)一步分析道路綠化帶疏透度與降低噪音效果的關(guān)系，筆者將對(duì)其進(jìn)行相關(guān)分析。

2.3 道路綠化帶疏透度與降低噪音效果相關(guān)分析

將各道路行道樹綠化帶的疏透度分別與各自路段監(jiān)測(cè)2，4，6，8，10 m處的噪音衰減平均值進(jìn)行相關(guān)分析。結(jié)果表明噪音衰減平均值與行道樹綠化帶的平均疏透度相關(guān)性較低，因此筆者未列出該相關(guān)分析結(jié)果。然而噪音衰減平均值與行道樹綠化帶的A段疏透度關(guān)系密切，相關(guān)系數(shù)為-0.404(表4)，這說明行道樹綠化帶的A段疏透度越低，其噪音衰減效果越好，該段是行道樹在降低交通噪音中起決定性作用的部位。

表4 道路綠化帶A段疏透度與降低噪音效果相關(guān)系數(shù)

3 結(jié)論與建議

筆者定量測(cè)定了福州市楊橋中路、五四路、八一七路、上下店路、工業(yè)路、北江濱大道的行道樹綠化帶疏透度值，分別為0.683，0.752，0.600，0.767，0.909，0.787。關(guān)文彬等[13]的研究結(jié)果表明：綠化帶的疏透度與行間距、混交方式等綠化配置模式有關(guān)，同時(shí)還與自身的年齡、枝下高、冠幅等有關(guān)。研究結(jié)果也表明行道樹的年齡影響其疏透度的大小，成年樹的疏透度比幼年樹的更小，如樟樹。

不同行道樹綠化帶疏透度降低噪音效果的分析結(jié)果表明，枝下高或灌木層部分對(duì)行道樹降低噪音的效果具有較大的影響，如成年期樟樹和榕樹雖然具有較小的整體疏透度，然而由于它們的枝下高較高，影響了降低噪音的效果；相反，幼年期樟樹的枝下高較低，其降低噪音的效果則較理想；同時(shí)，在行道樹林下配置灌木，可以起到非常好的降低噪音的效果，如北江濱大道行道樹木棉樹林下配置紅繡球，具有較好的降低噪音效果。

鑒于此，對(duì)城市道路行道樹綠化帶的配置提出以下幾點(diǎn)建議：①在噪音喧鬧集中的道路上，為降低交通噪音對(duì)行人的影響，行道樹建議采用疏透度小的喬木，同時(shí)合理配置低矮灌木，可對(duì)噪音起到有效的阻隔作用；②在沿街公園地帶，為保證公園的寧靜舒適性，不應(yīng)只注重外在的美感，要加大對(duì)疏透度較小樹木的種植，其間可適當(dāng)種植具有觀賞價(jià)值的喬木點(diǎn)綴，增加城市道路的景觀性；③在對(duì)凈空要求較低的道路上，選擇枝下高較低的喬木作為行道樹，以降低綠化帶A段的疏透度；在對(duì)凈空要求較高的道路上，采用喬灌草立體結(jié)構(gòu)的綠化配置模式，可以有效地降低交通噪音。

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Effects of Street Trees Porosity on Traffic Noise Reduction

Hu Xisheng, Zheng Yan, Chen Min, Wei Huayun, Ye Limin, Qiu Rongzu

(College of Transportation & Civil Engineering, Fujian Agriculture & Forestry University, Fuzhou 350002, Fujian, China)

Digital camera was used to take pictures of street trees, and Photoshop software was used to calculate the green belt porosity. Based on the data, the relationships of green belt porosity and traffic noise reduction were analyzed. The results showed that the green belt porosity of Yangqiao Middle Road, Wusi Road, Bayiqi Road, Shangxiadian Road, Industry Road and North Riverside Road were 0.683, 0.752, 0.600, 0.767, 0.909 and 0.787 respectively. The porosity sequences of street trees were as follows: Cinnamomum camphora (childhood), Bombax ceiba, Bauhinia purpurea, Mangifera indica, Ficus microcarpa and Cinnamomum camphora (adult). The relationships between the street tree porosity of layerAand the traffic noise reduction were obviously negative. This study provides an important theoretical foundation and practical reference for the configuration of street trees.

traffic engineering; street trees; porosity; traffic noise

10.3969/j.issn.1674-0696.2015.04.18

2013-09-10；

2014-04-09

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41201100)；福建省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2012J01071,2015J01606)

胡喜生(1979—)，男，福建莆田人，副教授，博士，主要從事城市與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展方面的研究。E-mail: huxisheng2008@163.com。

邱榮祖(1961—)，男，福建莆田人，教授，博士，博士生導(dǎo)師，主要從事森林工程與3S技術(shù)等方面的研究。E-mail: 875693642@qq.com。

U412.12

A

1674-0696(2015)04-095-04