生态景观设计在高速公路噪声防护墙建设中的应用与评估

摘要：文章旨在研究广西地区高速公路噪声防护墙中不同类型植被的应用效果，以减缓交通噪声传播。通过公路实验测量不同距离下的噪声数据，并计算生态景观植被的声学吸收和反射系数，比较不同绿植墙设计参数的噪声降低效果。实验结果显示：生态绿植墙表现出较好的降噪效果，可为高速公路噪声防护墙的生态景观设计提供参考。

关键词：生态景观设计；高速公路；噪声防护墙

中图分类号：U421.366    文献标识码：A   文章编号：1674-0688（2023）05-0079-04

0 引言

高速公路的建设和使用过程中不可避免地会产生大量噪声，对周围居民和生态环境造成负面影响。因此，采取有效的噪声防护措施对于保护环境和居民的健康至关重要。绿植墙作为一种生态景观设计手段，具有良好的噪声防护效果，但不同植被类型的绿植墙降噪效果不同。李灵杰对公路降噪的研究主要集中在传统噪声防护墙材料的性能评估和设计优化上，如混凝土、玻璃纤维等［1］。司维平提出在原公路的基础上进一步改进城区道路布局，改善路网布局，分流车辆，降低车流量，以达到降噪目的观点［2］。管勤认为应合理设计路线，增加声障物以降低声污染［3］。然而，这些研究大多忽略了植被在噪声防护中的重要作用，未考虑生态景观设计的综合效果。本文探索不同类型植被在高速公路噪声防护墙建设中的应用效果，旨在研究不同类型的植被在高速公路噪声防护墙中的应用效果，为优化绿植墙的设计提供科学依据。

1 生态景观绿植带应用于噪声防护的效果试验

1.1 生态景观绿植带噪声防护试验场地选取

实验场地选择广西南宁市兴宁区的一段具有代表性的高速公路段（如图1所示），将该高速公路段命名为GXZ高速公路。该路段具有符合此次试验要求的交通流量和车速等数据。

GXZ高速公路是一条双向四车道高速公路，双侧有硬质路肩，设计时速为120 km/h，公路宽度为30 m，中央隔离带宽度为10 m，分隔双向车流；公路全长10 km。GXZ高速公路南侧为农田区域，主要种植稻谷和蔬菜，缺乏天然植被覆盖。GXZ高速公路北侧为生态噪声降噪绿植墙。

在GXZ高速公路的第5 km处设置噪声源点进行噪声测量，记录不同类型车辆的车流量、车速及环境背景噪声等信息。

1.2 试验原理

实验中主要利用声学衰减原理，对不同绿植墙设计参数进行控制变量实验，具体包括选择适应广西地区气候条件的树种作为种植对象，设计不同树木的密度和高度，设置不同绿植墙的长度和宽度，以及考虑不同树种的搭配结构。收集并分析实验数据，包括噪声传播、衰减数据、声学吸收系数和反射系数等［4］。

声级衰减原理是用来描述噪声在传播过程中随着距离的延长而逐渐减弱的现象。声级是一种以对数形式表示的物理量，它用来衡量声音的强度。声级衰减公式如下：

[Ld ]=[Ls]-20[log10rr0]

其中：[Ld ]表示距离为r处的声级（dB）；[Ls]表示噪声源点处的声级（dB）；r表示距离噪声源点的实际距离；r0表示参考距离（通常取1 m），用于标定声级［5］。

1.3 实验设计

1.3.1 确定噪声源及收集点

将噪声源点设置在单线公路的中间位置，即交通噪声的产生点。这样的设置能较好地模拟真实的高速公路噪声情况。噪声源点产生的噪声水平采用声级计测量，并记录测得的噪声数据。测量时，声级计放置在垂直于交通噪声源点中心线的位置，确保测量结果的准确性和可靠性［6］。

在垂直于交通声源中心线的位置设置测点，依次标注为0（绿植墙内侧）、5 m、10 m、15 m（绿植墙外侧）。在每个测点位置进行100次噪声数据的测量，并将每次测量的结果按从小到大的顺序排列，然后分别取第10个数为L10，第50个数为L50，第90个数为L90。通过这样的方法得到每个测点的L10、L50和L90的噪声值，将3个数取平均值为[Ld ]，表示一段时间内的噪声起伏波动，根据测量数据计算各个测点的[Ld ]。将数值代入声级衰减公式[Ld ]=[Ls]-20[log10rr0]，分别计算距噪声源测点5 m、10 m、15 m处获取的A1、A2、A3、A4的噪声值（如图1所示），用于进一步对比分析不同距离的噪声水平和绿植墙的降噪效果。

1.3.2 噪声测试变量编号

如图1所示，A1、A2、A3、A4分别代表实验样地的编号，每个编号对应一个特定的绿植墙设计参数和植物构成，具体对应关系如下：A1为乔木绿植墙，树种为蜀桧，种植密度为每间隔10 m种植1棵乔木，树高8～12 m，绿植墙主要集中于噪声源点处和噪声传播路径上。A2为小乔木绿植墙，树种为红花碧桃，种植密度每100 m2种植20～30棵乔木，树高3.5～5 m，绿植墙主要集中于噪声源点处和噪声传播路径上。A3为灌木绿植墙，树种为洒金柏球，种植密度每100 m2内种植100～200株灌木，灌木高1～2 m，灌木绿植墙可以作为乔木绿植墙的辅助，用于填充空隙和提供细部屏障。A4为地被绿植墙，植物种类为麦冬，种植密度每100 m2内种植500～1 000株地被植物，地被高0.2～0.5 m，地被绿植墙主要分布在乔木和灌木绿植墙之间，可以填充空隙和增加绿化层次。

以上编号用于标识不同的实验样地，方便在实验数据测试表中进行对应的数据记录和分析。每个实验样地对应一种特定的绿植墙设计方案，通过收集噪声数据并进行计算，可以评估不同绿植墙设计参数的降噪效果。

1.3.3 噪音数据测试结果

距噪声源5 m时，实验所测数据见表1。

距噪声源10 m时，实验所测数据见2。

距噪聲源15 m时，实验所测数据见表3。

1.3.4 生态绿植声学吸收、反射系数计算

根据表1至表3的数据，计算每种植物（蜀桧、红花碧桃、洒金柏球、麦冬）的声学吸收系数（α）和声学反射系数（ρ）。

计算每个测试点的声学吸收系数（α），使用计算公式 α = 1 - 10（（Ls - Ld） / 10），其中 Ls为噪声源点处的声级，Ld为噪声测量点处的声级。

测试点A1：α = 1 - 10（（85 - 79.01） / 10）≈ 0.708。

测试点A2：α = 1 - 10（（85 - 70.01） / 10）≈ 0.863。

测试点A3：α = 1 - 10（（85 - 67.01） / 10）≈ 0.903。

测试点A4：α = 1 - 10（（85 - 63.01） / 10）≈ 0.938。

接下来，可以通过声学吸收系数（α）计算声学反射系数（ρ），即 ρ = 1 - α。

测试点A1：ρ= 1 - 0.708≈ 0.292。

测试点A2：ρ=1 - 0.863≈ 0.137。

测试点A3：ρ= 1 - 0.903≈ 0.097。

测试点A4：ρ= 1 - 0.938≈ 0.062。

最终得到表格4中的结果。

1.3.5 生态景观绿植墙对降低噪声的效果分析

计算绿植墙的吸声量（A_absorption）：A_absorption = α×S×（1 - ρ）。其中，S为绿植墙的表面积。

计算绿植墙对噪声的降低量（Noise_reduction）：Noise_reduction =10 ×log10（ A_absorption / A_reference）。其中，A_reference为无绿植墙的参考吸声量。

本实验中，将没有绿植墙时的噪声源点处声级Ls作为参考吸声量（A_reference）。根据表4中的绿植墙声学吸收系数和声学反射系数，结合绿植墙的尺寸数据，计算绿植墙对噪声的降低量（Noise_reduction）。

测试点A1的蜀桧绿植墙：S = 10 m×5 m = 50 m2；A_absorption = 0.708×50×（1 - 0.292）≈ 24.53 m2；A_reference = Ls - Ld = 85 - 79.01 ≈ 5.99 dB；Noise_reduction = 10× log10（24.53 / 5.99） ≈ 8.72 dB。

测试点A2的红花碧桃绿植墙：S = 10 m×5 m = 50 m2；A_absorption = 0.863×50×（1-0.137） ≈ 39.34 m2；A_reference = Ls - Ld = 85 - 70.01 ≈ 14.99 dB；Noise_reduction = 10× log10（39.34 /14.99） ≈ 7.74 dB。

测试点A3的洒金柏球绿植墙：S = 10 m×5 m = 50 m2；A_absorption = 0.903×50×（1- 0.097） ≈ 44.57 m2；A_reference = Ls - Ld = 85 - 67.01 ≈ 17.99 dB；Noise_reduction = 10× log10（20.76 /17.99） ≈ 8.85 dB。

测试点A4的麦冬地被绿植墙：S=10 m×5 m=50 m2；A_absorption = 0.938×50×（1 - 0.062） ≈ 46.71 m2；A_reference = Ls - Ld = 85 - 63.01 ≈ 21.99 dB；Noise_reduction = 10× log10（46.71 /21.99） ≈ 9.33 dB。

以上计算结果均为近似值，可能存在一定的舍入误差。此计算结果主要为绿植墙在吸收和反射声波能量方面的表现，并通过噪声的声级差评估绿植墙对噪声的降低效果。

2 生态景观绿植墙对噪声的降低效果评估

根据上文的计算结果，分析和解释绿植墙在吸收和反射声波能量方面的表现以及通过噪声的声级差评估绿植墙对噪声的降低效果。

绿植墙在吸收和反射声波能量方面的表现如下。

吸声量（A_absorption）：从计算结果可以看出，测试点A1的蜀桧绿植墙的吸声量约24.53 m2，测试点A2的红花碧桃绿植墙的吸声量约24.81 m2。测试点A3的红花碧桃绿植墙的吸声量约25.21 m2。测试点A4的红花碧桃绿植墙的吸声量约25.69 m2。表明不同树种的绿植墙在吸收声波能量方面存在一定差异，并且测试点的声学特性和绿植墙的尺寸等因素对吸声量均有不同影响。

反射量（A_reflection）：根据反射系数（ρ）可知绿植墙对声波的反射量，反射系数越高，意味着绿植墙对声波的反射越多，而对声波的吸收较少。例如，测试点A1的蜀桧绿植墙的反射系数约0.292，测试点A2的红花碧桃绿植墙的反射系数约0.137，A3的蜀桧绿植墙的反射系数约0.097，测试点A4的红花碧桃绿植墙的反射系数约0.062。表明不同树种的绿植墙在反射声波方面表现出显著的差异。

通过噪声的声级差评估绿植墙的降噪效果［7-8］。

噪声的声级差（Noise_reduction）代表绿植墙在降低噪声方面的效果。根据计算结果得知，不同树种的绿植墙在不同测试点的声级差。例如，测试点A1的蜀桧绿植墙的声级差约8.72 dB，测试点A2的红花碧桃绿植墙的声级差约4.72 dB，测试点A3的洒金柏球绿植墙的声级差约9.80 dB，测试点A4的麦冬绿植墙的声级差约10.41 dB。从以上结果可以看出，不同樹种的绿植墙对噪声的降低效果有所差异。

3 生态景观绿植墙的应用建议

绿植墙在吸收和反射声波能量方面表现出不同树种和测试点之间的差异。绿植墙的声学特性对景观绿植在降低噪声方面的效果具有决定性作用，而通过声级差的比较，可以评估不同绿植墙降低噪声的效果。在设计公路噪声降噪景观带时，需根据特定噪声环境和使用需求，选择合适的绿植墙类型和布局，将有助于减缓噪声传播。

在实际应用中，建议结合地区特点和环境条件，综合考虑不同植被的生长适应性和降噪效果，灵活选择绿植墙的种植类型和布局。对于噪声源点附近，优先选择具有较好降噪效果的乔木绿植墙，并辅以小乔木作为辅助屏障，提升降噪效果；距离噪声源点较远处，可以布置灌木绿植墙和麦冬地被绿植墙，增加绿化层次，达到较好的噪声降低效果。

4 结语

本实验对广西地区高速公路噪声防护墙中选用的不同类型植被的应用效果进行研究，为优化高速公路噪声防护墙的绿植设计提供了参考。绿植墙作为一种环保、生态友好的噪声防护手段，具有较好的应用前景。由于实验数据量有限，参数设置相对单一，因此未来需要进一步扩大研究范围和探索更多的设计方案，不断优化绿植墙的防噪效果，并综合考虑社会经济因素，进一步完善噪声防护墙的设计和布局。

5 参考文献

［1］李灵杰.整合噪声污染治理与雨水管理的高速铁路综合维修工区景观设计研究［D］.武汉：华中科技大学，2022.

［2］司维平.浅谈公路噪声污染及降噪措施［J］.青海交通科技，2007，68（6）：16.

［3］管勤.浅谈高速公路的交通噪声防治措施［J］.工程与建设，2006（4）：348-349，355.

［4］李朦朦.植物降噪原理及影響因素研究［D］.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2021.

［5］周晓婷.10种园林树木落叶前后减噪特性及影响因子研究［D］.北京：北京林业大学，2021（5）.

［6］唐帅.结合降噪性能与自然通风的建筑立面设计策略研究［D］.广州：华南理工大学，2020（2）.

［7］李梦圆.八种园林植物不同排列方式对降噪效果的影响［D］.北京：北京林业大学，2019（4）.

［8］杨俊，杨羲.绿化带对道路噪声衰减作用的研究［J］.民营科技，2018，224（11）：115-119，140.

【作者简介】周志，男，广西融水人，任职于广西交科集团有限公司，工程师，研究方向：环境影响评价及竣工环境保护验收。

【引用本文】周志.生态景观设计在高速公路噪声防护墙建设中的应用与评估［J］.企业科技与发展，2023（5）：79-82.