Experimental Study on the Mitigation Effect of Urban Green Forest Belt on Noise Pollution
This paper aims to explore the mitigation effect of green forest belt on noise pollution, and study the influence of different types of plants on sound waves through experiments. This paper first analyzes the environmental noise problem and its impact on people’s daily life, and then focuses on using the green forest belt as an effective way to control the noise transmission way. In the study, the authors selected ornamental plants with different leaf sizes and densities for simulation testing, and found that large foliar and high-density plants performed better in noise reduction. In addition, experiments covered a variety of green forest belts, including arbor, shrub, and ground cover, to assess their acoustic performance at different frequencies. By recording and analyzing the morphological characteristics and noise reduction effect of each forest belt, this paper proposes a three-layer three-dimensional green forest belt model in order to achieve more efficient noise control. The results not only provide a scientific basis for urban planning, but also provide practical guidance for improving the quality of urban acoustic environment.
Green Forest Belt
随着我国工业化和城市化的快速推进,人民的生活水平得到了显著提高。然而,这也带来了一个不容忽视的问题——环境噪声。随着城市中的发声体数量持续增加,从繁忙的交通、建筑工地到各种生活设施,环境噪声正逐渐成为困扰人们日常生活的一大难题。它不仅影响了人们的休息和工作效率,还可能对人们的身心健康造成潜在威胁
首先,需要明确声压级的概念。声压级是描述声波强度的一个物理量,通常以分贝(dB)为单位。声压级与声压(单位:帕斯卡,Pa)之间的关系是通过一个对数公式来定义的。这个公式将声压与参考声压(通常是人耳能听到的最小声压)进行比较,并以分贝的形式表示出来。在自由空间中,声波的传播受到空气吸收、散射和反射等因素的影响。随着声波传播距离的增加,声压级会逐渐衰减。声压级衰减的速率与声波的频率、介质(如空气)的特性和传播距离有关。通常,高频声波比低频声波衰减得更快,因为高频声波在传播过程中更容易受到空气吸收的影响。为了计算空间两点的声压级衰减,需要得知声源的声压级、传播距离以及声波的频率。通过将这些参数代入衰减公式,可以得到目标位置的声压级。这个公式通常包括一个衰减系数
(1)
其中r1和r2为两点到声源的距离,L为噪声声压级衰减量。需要注意的是,实际的声压级衰减情况可能会受到许多因素的影响,如地形、建筑物、树木等障碍物的存在,以及气象条件(如温度、湿度、风速等)的变化。因此,在实际应用中,需要根据具体情况对公式进行适当的修正和调整。为了更加精确地计算绿化林带的降噪效果,在实验测量过程中,首先需要测量绿化林带内两点之间的声压级衰减量(L1)。随后,基于绿化林带的构成数据,在相同条件下的空白场地上进行对应的声压级衰减量(L2)的测量。最后,通过计算两者之间的差值,可以获得绿化林带的净衰减量(L0),从而为评估其降噪效果提供更为准确的数据支持
(2)
净衰减量L0可表达绿化林带对噪声声压级衰减的真正效果。
实验选择在植物茂盛生长的5月至6月进行,以确保植物枝叶繁茂,为实验提供理想的背景。本实验采用计算机模拟生成的白噪声作为噪声源,该噪声源具有均匀功率谱密度,适合模拟自然环境中的复杂噪声。为了模拟声波在三维空间中的传播特性,设计了8面类球形点声源作为声波的发生装置。在实验过程中,测点1和测点2分别放置了噪声统计分析仪(Bruel & Kjaer Type 2250 Sound Level Meter),用于采集噪声数据。测点1始终设置在林带的前边缘,而噪声源和测点2的位置则根据林带的宽度以及实验的具体需求进行调节
实验流程如下:
1) 实验场地选择与准备。
2) 设备校准与安装,包括噪声统计分析仪和类球形点声源。
3) 噪声数据采集,包括连续等效A声级的测量和噪声频谱分析。
4) 数据记录与初步分析。
5) 实验结束后的设备清理与场地恢复。
实验中特别注意控制环境温度在25℃ ± 2℃,湿度在50% ± 10%,风速在1.5 m/s以下。
实验选择了两种具有代表性的植物类型进行对比:大叶面尺寸、高叶面密度的植物(如绿萝Scindapsus aureus)和小叶面尺寸、低叶面密度的植物(如马尾铁Dracaena marginata)。这些植物在实验室内接受了严格的形态数据测量,包括植物高度、叶片密度、植物冠幅宽度、叶面平均长度和宽度。这些植物在实验室内接受了严格的形态数据测量,详细数据如
植物种类 |
植物高度/m |
叶片密度 |
植物冠幅宽度/m |
叶面平均长度/m |
叶面平均宽度/m |
绿萝(Scindapsus aureus) |
1.22 |
叶大、密 |
0.86 |
0.33 |
0.25 |
马尾铁(Dracaena marginata) |
0.71 |
叶小、密 |
0.55 |
0.49 |
0.04 |
也门铁(Dracaena) |
0.82 |
叶大、疏 |
0.62 |
0.52 |
0.07 |
非洲茉莉(Stephanotis floribunda) |
0.57 |
叶小、疏 |
0.55 |
0.06 |
0.04 |
本次测试选择了红枫林带、雷竹林、黄条金刚竹绿篱、铺地竹林四种林带作为测试对象,4种绿化林带的特征如
对观赏植物降噪作用进行测试时,固定噪声源和噪声统计分析仪的位置,在两者间摆放不同的单盆植物进行遮挡,多次重复测量连续等效A声级,得到连续等效A声级的净衰减量L0平均值如
林带种类 |
平均植物高度(m) |
平均最低分枝高度(m) |
平均冠幅宽度(m) |
平均植株密度(株/m2) |
红枫林带 |
1.93 |
1.62 |
1.92 |
6.52 |
雷竹林 |
3.25 |
2.59 |
1.82 |
4.25 |
黄条金刚竹 |
1.33 |
0.94 |
0.75 |
60.57 |
铺地竹林 |
0.51 |
0.12 |
0.66 |
5.72 |
植物种类(Scientific Name) |
等效A声级的净衰减量(dB) |
绿萝(Scindapsus aureus) |
1.45 |
马尾铁(Dracaena marginata) |
0.22 |
也门铁(Dracaena) |
0.35 |
非洲茉莉(Stephanotis floribunda) |
0.12 |
从
实验中,固定了声源到测点1的距离为10米,到测点2的距离为20米。在测量过程中,记录了连续等效A声级,并进行了噪声频谱分析。通过特定公式计算了测点1和测点2噪声各倍频中心频率的声压级以及连续等效A声级的净衰减量。树干和树冠处的净衰减量分别如
通过观察
物特性容易丛生,植株密度非常高。虽然其树干部分也没有叶片,但由于竹杆的反射作用,对噪声的穿透造成了较大的影响。当关注到树冠部分时,可以发现红枫林带、雷竹林和黄条金刚竹绿篱在降噪效果上有了明显的提升。然而,红枫林带和雷竹林的叶片较少,树冠的通透性仍然较大,这对降低噪声并不理想。相比之下,黄条金刚竹绿篱虽然单株的叶片量不高,但由于其密集生长的特性,枝叶相互交缠,极大地提高了单位体积内叶片的数目,从而能够较大地衰减噪声。铺地竹作为一种特殊的植物,其植株矮小且贴地生长。因此,在实验过程中无法区分其干部和冠部,导致
植物种类(Scientific Name) |
叶面尺寸分类 |
叶面密度分类 |
降噪效果评价 |
绿萝(Scindapsus aureus) |
大 |
高 |
优秀 |
马尾铁(Dracaena marginata) |
小 |
高 |
一般 |
也门铁(Dracaena) |
大 |
疏 |
较好 |
非洲茉莉(Stephanotis floribunda) |
小 |
疏 |
较弱 |
综上所述,不同种类的绿化林带在降噪效果上表现出不同的特点
本文构建一个理论模型来预测不同绿化林带配置对噪声衰减的效果。模型考虑了植物的物理特性,如叶片密度、植株高度和冠幅宽度,以及声波的传播特性。模型预测显示,具有较大叶面和高密度的植物配置能更有效地降低噪声水平。
为了验证模型的预测,我们设计了一系列实验,模拟了模型中考虑的不同植物配置。实验中,我们在控制噪声源和测量点之间的距离的同时,改变绿化林带的组成和结构。如
植物配置/条件 |
模型预测衰减量(dB) |
实测衰减量(dB) |
偏差(%) |
大叶面高密度 |
8.0 |
7.5 |
6.25 |
小叶面低密度 |
3.0 |
3.2 |
6.67 |
红枫林带 |
5.5 |
5.3 |
3.64 |
雷竹林 |
4.5 |
4.7 |
4.44 |
黄条金刚竹绿篱 |
10.0 |
9.6 |
4.00 |
铺地竹林 |
6.0 |
6.2 |
3.33 |
考虑到树干部对噪声的影响较小,在构建降噪绿化带时,可利用不同植物的生长高度,选择高度依次增长的植物构建降噪带,减少树干部直接面向噪声源。通过研究,本文构建了一种比较合理的降噪绿化带结构模型如
林带层级 |
植物种类(Common Name) |
建议高度(m) |
建议宽度(m) |
第一层 |
黄条金刚竹等(Yellow Striped Bamboo) |
0.5~1.0 |
2以上 |
第二层 |
冬青、紫荆等(Holly, Redbud) |
2左右 |
4以上 |
第三层 |
雷竹、哺鸡竹等(Bamboo Species) |
3以上 |
10以上 |
本研究结果与李嘉乐
本文深入探讨了通过构建绿化林带来降低噪声污染的有效方法。通过对不同植物种类和林带结构的实验研究,得出了一系列有价值的结论和建议。实验结果表明,具有大叶面尺寸和高叶面密度的植物在降噪方面表现出色,而植物的树干部对噪声的影响相对较小。此外,本文提出了一个三层立体降噪绿化林带的构建模式,旨在通过合理选择和配置植物种类,最大化地提高林带的降噪效果。希望这些研究成果能够为城市规划者、环境保护专家以及相关政策制定者提供实用的参考和指导。通过实施这些策略,可以期待在未来的城市和乡村环境中,享受到更加宁静和谐的生活空间。同时,呼吁更多的研究者加入到这一领域的研究中来,不断探索和创新,为环境保护和人类福祉贡献更多的智慧和力量。