泄水声景的美化分析

范建强，陈晋琪，李凤滨

(福建水利电力职业技术学院，福建 永安 366000)

如今，人们对景观的美好追求日趋增长，这是当下工程规划与建设阶段不可忽视的因素。景观工程涉及的领域众多，如河流景观[1-3]、湿地景观[4]、建筑景观[5]等。工程景观设计不只是自然、生态、技术的综合，同时也体现在其与人文、心理等交叉融合。声景也属于景观设计的领域，它包含了声音品质及听众的心理反馈两方面，自2004年引入中国以来，便得到了极大的推广。目前国内声景多见于公园与交通声景[6-7]，水利工程泄水声景研究较少。作为城市旅游热点区域的滨水河道，其泄水声景美化与工程规划建设、游憩民众密切相关，探讨其美化思路对滨河水利的规划建设、提升民众环境体验质量等皆具有重要意义。

1 泄水声景的美化思路

声音是声景研究的重要组成部分，是声景量化、提升研究的基础。一般认为，可以使用响度(振幅)、音调(频率)、音色3个指标来研究声音。其中，响度大小表征声音的强弱，音调侧重声音音调的高低、粗细、清脆程度，音色与发声的材质有关。普遍认为人耳所能听到的声音是由多种不同振幅、频率的纯音叠加而成，从这一角度上考虑，泄水声景也可以通过声音响度、频谱监测来进行量化分析。由于天然泄水水体接触边界相对固定，泄水声景的音色分析暂不在本文展开。

2 泄水声音响度特性及分析

声音响度是衡量声音强弱的重要指标，响度值的大小与环境质量密切相关。针对环境噪音的标准众多，常见的有GB 22337—2008《社会生活噪音排放标准》、GB 3096—2008《声环境质量标准》、《工业企业噪音卫生标准》、国际化标准组织ISO推荐的基数、美国环境保护局(EPA)标准等。泄水响度与环境密切相关，其响度调控应严格执行参照以上标准执行。

泄水响度的影响因子很多，比如传声的环境气候条件、传播方向、听者距离、是否受阻隔等，其中影响泄水最主要的水力指标为泄水流量、跌水高度。结合巴溪河段3处泄水显著异响断面进行声音测量，断面特征如下：

异响断面1：斜坡跌水，坡度约30°，跌水高度为1.2m；

异响河段2：长陡坡泄水，坡度约5°，跌水长度为10m；

异常断面3：垂向高跌水(橡胶坝)，坡度约90°，跌水高度2.65m。

以上断面之间无明显的水流流入流出，声音测量过程摈弃了周边环境、气候干扰；声音测点布设在泄水断面左岸、长陡坡的中间位置；响度测值单位为声压级分贝值(dB)。

如图1所示，在18～30m3/s泄水流量区间内，3个断面泄水响度均随流量Q增加而增加；在同一泄水流量下，泄水响度值大小关系为高跌水>斜坡>长陡坡。

图1 不同泄水流量与泄水响度关系散点图

因而，跌水落差、流量均可视为泄水响度的影响因子，但这两种因素对响度的影响程度是不同的，分析方法如下：

3 泄水声音频谱分析

除了响度之外，声音的品质衡量也可以从突出率、粗糙度、尖锐度等指标进行衡量，而这些指标与声音频谱密切相关。

泄水声音的频谱常见两种类型：一种是频谱相对稳定的稳态频谱图，一种是动态频谱图。当水流流态相对稳定，即水流受边界影响较小时，大多呈现固定频谱，当水流流态极度不稳定或边界异常复杂时，频谱动态实时变动，此时呈现的为动态频谱。

3.1 稳态频谱图工况

选择巴溪河段长陡坡泄水、高跌水两种工况，流量测值约为20m3/s，同时选取背景环境音频谱，可以得到如图2所示不同的稳态频谱图。

图2 不同泄水工况下的频谱对比图

需要说明一点，由于水流时刻处于流动状态，完全稳态的频谱是不存在的，但是当组成声音的各纯音的振幅波动幅度较小，且在采集周期内相对稳定，可做均值化处理，亦可视为稳态。由图2对比可知，响度越大，各频率振幅差别越大。

3.1.1跌水稳态频谱图

跌水是指具有一定跌落高度、跌落角度近似垂直的工况，常见坝体溢流泄水。巴溪河测验河段有橡胶坝、砌石坝两种常见的跌水水工，其中橡胶坝的跌水高度是可变的，视水情人为控制，砌石坝有固定的跌水高度。通过多次测验，绘制得到多个跌水工况下的频谱图(如图3所示)，图中Leq(C)为C计权下的等效声级强度值。

图3 巴溪河段跌水泄水声音频谱

由图3可知，这两处跌水水工的声音频谱趋势大致相同，中高频段(250～8000Hz)振幅较大。同时结合问卷调查表明，图示4种跌水工况Leq(C)=70dB声景相对较优，且分贝值越高跌水水工越嘈杂，评分越低。

3.1.2陡坡泄水稳态频谱图

陡坡泄水是指具有一定坡角或比降的泄水，通常坡角较小，泄水距离较长，声音测验选择河段居中位置。测验数据表明，巴溪河河段跌水频谱图与陡坡频谱图是不同的，存在着较为明显差异，如图4所示。

图4 巴溪河段陡坡泄水频谱

由图4可知，陡坡泄水的声级强度值Leq(C)介于61～67dB区间，高出测音背景8～14dB，可忽略环境对泄水音频干扰，同时相比跌水工况，陡坡泄水响度有所减小；陡坡泄水频谱在低频区间31～125Hz范围有所交叉，且在其他频段的振幅差异并不明显。

根据声景问卷测验，民众对陡坡泄水比跌水具有更高的喜欢程度，跌水工况下，只有当跌水高度小于某值时，才会为民众认可，而陡坡泄水的工况认可度很高，各陡坡泄水声景得分接近，甚至难以区分最佳陡坡泄水频谱。

3.2 动态频谱工况

相比稳态频谱工况，若水流连续性出现较大变化、或边界的复杂程度较高，使得声音监测出现偶发性、间断性的变化，此时泄水频谱则呈现动态变化。

动态变化频谱图是不能做均化平衡处理的，由于其展现出的声景复杂性，丰富化，量化分析研究要求更高。动态频谱像是跳动的音乐节奏，其探讨应更具细致化，对问卷的要求也会更高。

4 结论

泄水声景的优化设计可以从响度、频谱两个角度进行展开，本文通过对巴溪河段的跌水、陡坡的声景展开系列调研和分析，得到结论如下：

(1)响度既是泄水声景的美化指标，又受环境要素制约，其优化设计宜重点参照环境噪音规范。

(2)跌水落差、泄水流量为影响响度的两个重要水力指标，相比泄水流量，跌水落差对响度的影响更为明显，可优先作为响度控制的指标。

(3)跌水与陡坡泄水的频谱图是不同的，跌水频谱图形态相似程度较高，且等效声级强度Leq(C)值越低的频谱，更能为听众接受，更符合美化标准；陡坡泄水的频谱图在低频段有交叉，相比之下，陡坡泄水普遍为民众接受。