跌水景觀壩噪聲分析與整治方案

王恭興，張麒麟，廖彬秀

（中國電建集團(tuán)中南勘測設(shè)計研究院有限公司，長沙410014）

1 引言

隨著城市的發(fā)展，景觀壩被越來越多地應(yīng)用到城市河道中，景觀壩運行過程中，在產(chǎn)生良好的景觀效益的同時，由于跌水水流產(chǎn)生的噪聲對城市河道周邊居民的生活帶來了一定的影響。目前，國內(nèi)對景觀壩跌水噪聲研究及實際整治工程案例較少，據(jù)此，本文針對景觀壩跌水噪聲形成原因進(jìn)行分析，結(jié)合景觀壩實際運行情況，在不影響發(fā)揮景觀壩的景觀效益下，提出了降低景觀壩跌水噪聲影響的具體整治方案。

2 工程概況

城市河道某景觀壩其設(shè)計方案立面如圖1所示，該景觀壩為C25混凝土溢流壩，壩軸線為直線，壩頂寬2.0m，壩底寬6.0m，為營造跌水水花景觀，分5級階梯跌水處理，每級寬1.0m，高0.5m，下游護(hù)坦設(shè)荷花造型過河步蹲，壩體內(nèi)設(shè)放空洞。在運行過程中河水自壩體上游堰頂逐級跌落至下游河道，產(chǎn)生一定的水花和撞擊噪聲，周邊居民反映，雨季及夜間跌水噪聲過大，噪聲對兩岸民居生活造成影響。對現(xiàn)場實地環(huán)境進(jìn)行噪聲監(jiān)測，晝間景觀壩溢流壩段堰頂水位高約10cm時，荷花造型汀步位置測得噪聲70～75dB（A），噪聲特性趨于中高頻，屬于典型的跌水噪聲。夜間居民小區(qū)實測噪聲值在60～63dB（A）。居民區(qū)聲環(huán)境夜間噪聲值超過GB 3096—2008《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》2類區(qū)聲環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，故需要采取措施對景觀跌水噪聲進(jìn)行治理【1】。

3 跌水噪聲形成原因分析

跌水噪聲是落下來的水流沖擊低水位水面而產(chǎn)生的。本工程跌水噪聲是水流繞過跌水平臺邊緣，再經(jīng)自由落體對低水位水面產(chǎn)生沖擊形成的噪聲。噪聲的大小受跌水高度、流速和水流量的影響。其表現(xiàn)在，水流在重力勢能的作用之下，轉(zhuǎn)化為動能，水體落在低位水面上，撞擊水面，產(chǎn)生噪聲。這時部分動能轉(zhuǎn)化為聲能，予以四散傳遞。這種聲波大小，密切關(guān)涉落水的高差、設(shè)定好的降落高度；這些參數(shù)與噪聲大小凸顯了正比關(guān)系，即跌水高差越大，流速越快，水流量越大，產(chǎn)生的噪聲越大。除此之外，水滴撞擊低位水面所產(chǎn)生氣泡的體積脈動，也會輻射比較尖銳的噪聲。另外，景觀壩的壩型、幾何形態(tài)和周邊地形等也會對跌水噪聲產(chǎn)生疊加和集中的效果。通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)，在不同流量下，水流自上游跌落產(chǎn)生的噪聲大小不一。目前，國內(nèi)外還沒有系統(tǒng)地研究如何徹底消除自然水流跌落撞擊噪聲，但可通過工程措施適當(dāng)降低跌水噪聲對兩岸居民生活帶來的影響【2】。

圖1 某景觀壩設(shè)計方案立面

4 跌水噪聲處理對策及措施

景觀壩上方居民小區(qū)是受跌水噪聲影響最大的區(qū)域，噪聲源主要是河流水體擊打水面產(chǎn)生的音量。其特性是音量持續(xù)、頻譜寬、聲源級高，因而治理難度高、工程復(fù)雜。

在治理方案設(shè)計中人們根據(jù)噪聲聲源產(chǎn)生和傳播的特點進(jìn)行噪聲超標(biāo)量分析，做出相應(yīng)的治理措施。

1）噪聲源治理。采取改變水體擊打的受體或減緩水體與水面的接觸能量來做到降低聲源的效果。

2）噪聲傳播途徑治理。采取吸聲材料、生態(tài)植被阻隔、傳播途徑屏障等方法來減弱噪聲的傳播能量。

5 跌水噪聲治理方案

5.1 治理工況分析

1）非溢流工況。放空閘門開啟或者上游來水較少，景觀壩未形成溢流。此種工況下，不會產(chǎn)生跌水噪聲。

2）正常運行工況。景觀壩上游水面高于溢流壩段，但低于非溢流壩段。此種工況下，景觀壩跌水形成，是景觀壩運行時間最長的工況，是本次工程研究處理的工況。

3）洪水工況。景觀壩上游水面高于非溢流壩段。此種工況下，上游來流較大，淹沒非溢流壩段，水流翻壩進(jìn)入下游，本工況一般發(fā)生在汛期，且持續(xù)時間較短，不作為本次工程研究處理工況。

5.2 景觀壩跌水噪聲治理

5.2.1 工程措施

通過現(xiàn)場調(diào)查，噪聲來源除了雨季水流較大之外，另一主要原因在于設(shè)計之初考慮水流效果，營造跌水水花景觀，各級臺階設(shè)置較窄，上級水流下瀉后急速轉(zhuǎn)向下級，加之水流下瀉時為垂直跌落撞擊跌水臺階，水花四濺，水聲隨之加大【3】。

為控制水流噪聲，保留原有跌水景觀，仍按5級跌水處理，將原跌水臺階加寬，通過適當(dāng)?shù)拿媪飨?，降低向下級臺階泄流的流速。上游水流自溢流堰下瀉時采用四分之一圓形斜坡從左右兩側(cè)跌落至R=1.5m半圓盤內(nèi)，中間采用R=5.0m半圓加寬溢流堰頂。同時減少跌落高差，中間跌水高差1.0m，兩側(cè)各級跌水高差0.5m，依次跌落至下游190.00m水位高程河道，形成“大珠小珠落玉盤”的水景觀效果。保留每級跌水臺階親水效果，在臺階邊緣設(shè)跌水鼻坎。在高程191.00m跌水臺增設(shè)跌水豎井控制跌水臺階的面流流量，為保障小流量時段水流從跌水臺階逐級下瀉，豎井口設(shè)150mm高鼻坎，豎井口跌水鼻坎高出臺階邊緣鼻坎50mm，豎井為立模現(xiàn)澆混凝土，上口直徑D=2.0m，底部直徑D=1.5m。豎井下接長×寬=1.0m×1.0m方形涵管，采用淹沒出流形式流至下游。

跌水臺階向下游延伸，為控制下瀉水流不飛濺至兩側(cè)過河臺階，新建C25鋼筋混凝土導(dǎo)墻，長3.9m，高0.7m，加長高程190.30m過河景觀平臺長5.0m。對原有左右兩側(cè)混凝土臺階進(jìn)行M10水泥砂漿抹面處理。下游護(hù)坦仍保持原狀。拆除原有汀步，在下游處新建過河汀步。治理方案如圖2、圖3所示。

圖2 景觀壩噪聲治理平面圖

圖3 景觀壩噪聲治理剖面圖

5.2.2 物理措施

物理措施為設(shè)置聲屏障。在景觀壩兩岸沿河道設(shè)置透明弧形聲屏障，阻止直達(dá)聲的傳播，并使繞射聲有足夠的衰減，從而達(dá)到降噪目的【4】。

5.2.3 生態(tài)措施

生態(tài)措施為生態(tài)混凝土貼面綠化吸聲。景觀壩左岸有較高漿砌石擋墻，為減少跌水噪聲反射影響，將此處現(xiàn)有高擋墻進(jìn)行生態(tài)改造，改造措施為生態(tài)混凝土+生態(tài)袋種草，利用生態(tài)措施將發(fā)散到擋墻墻面的跌水噪聲吸收降噪。

5.2.4 管理措施

1）改變夜間水流方式，降低噪聲影響。現(xiàn)階段跌水噪聲產(chǎn)生的主要原因是河水從壩頂向下游各級臺階逐級跌落時形成，夜間對周邊居民影響較大。為不影響夜間景觀壩亮化燈光水幕效果，綜合考慮亮化燈光管理運行時段，每晚23：00～次日7：00根據(jù)上游來水量開啟壩體放空洞放水，放空洞為淹沒式出流，無水流噪聲。

2）減少晝間跌落水量降低噪聲影響。通過實驗研究，水流量減少50%，可以降低水流噪聲3dB（A）以上?？刂品趴斩撮y體開度減少上部跌落水量，保證落水噪聲在可以接受的范圍【5】。

6 結(jié)語

1）對景觀壩以采用跌水臺階加寬的工程治理措施為主，以設(shè)置弧形聲屏障的物理措施及加強后期運營管理措施為輔。跌水臺階增加豎井泄水效果，根據(jù)國內(nèi)已建項目，其跌水景觀效果非常理想。聲屏障為透明材質(zhì)，不影響沿河既有景觀，同時對本項目的噪聲治理起到輔助作用，其噪聲治理方案是可行的。

2）河道兩岸空間、壩型、水流和流速大小及流態(tài)等邊界條件非常復(fù)雜，對噪聲產(chǎn)生、傳遞和擴(kuò)散均有不同影響。通過本治理方案，噪聲治理能滿足2類區(qū)晝間60dB，夜間50dB的聲環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)及景觀美化的目標(biāo)。