（地图学与地理信息系统专业论文）点源噪声空间扩散模拟研究.pdf

摘要 城市环境噪声污染是城市四大环境公害之一，是2 1 世纪环境污染控制和人们关注的主 要问题之一。随着生产发展和城市化进程的加快，当人们享受着交通运输、生产生活等各个 方面带来的便利的同时，也引起了一系列的环境问题，日益严重的环境噪声影响问题就是其 中之一。噪声水平是城市居住环境的一个重要条件，人们对生活环境的高质量要求与日益突 出的噪声问题是相矛盾的。对环境噪声影响进行预测和模拟，从区域的整体出发，进行环境 噪声污染综合预防和治理，保障人们有一个良好的生活、工作、学习环境是当前一个重要课 题。 本文对点源噪声的三维空间扩散进行研究，首先对国内外现行的多种噪声预测标准及主 要预测模型进行对比分析，并就点源噪声预测模型的建立和应用进行深入分析。其次分析稳 态点源噪声的传播特性，通过对点源噪声的传播方式研究，构建点源噪声空间扩散模型。最 后选定试验区域，搜集试验区域相关数据，利用模型计算噪声预测值，并结合实测数据进行 对比分析及验证，通过利用g i s 空间数据可视化方法，对实验区噪声的三维空间分布特征 进行可视化表达。 本文的主要研究成果体现在以下方面： ( 1 ) 通过分析点源噪声空间传播特性及多个噪声预测模型研究比较，构建了小区内单体 建筑外围特征点噪声值的计算模型。 ： ( 2 ) 通过对实验区的实例研究，得出了某一稳态点声源发出的噪声在住宅楼各楼层特征 点接受的噪声值的分布规律，并就预测结果进行了分析，验证 ( 3 ) 利用g i s 空间数据表达方法，可视化表达了建筑物各测点分布情况，并提出了治理 和预防的措施和建议。 关键词：稳态点源噪声；空间扩散模型；噪声预测；g i s 空间数据表达 a b s t r a c t u r b a ne n v i r o n m e n tn o i s ep o l l u t i o ni so n eo ft h ef o u l m a j o re n v i r o n m e n t a lh a z a r d sa sw e l la s am a i nm a t t e ro fc o n c e r no ne n v i r o n m e n t a l p o l l u t i o nc o n t r o l i n 2 1 s tc e n t u r y w i t ht h e a c c e l e r a t i o no ft h ep r o d u c t i o nd e v e l o p m e n ta n du r b a n i z a t i o n ，p e o p l ee n j o yt h ec o n v e n i e n c ei n m a n ya s p e c t ss u c ha st r a n s p o r t a t i o n ，p r o d u c t i o n ，d a i l yl i f e ，w h i l et h e s eh a v eb e e nb e g e t t i n gas e r i e s e n v i r o n m e n t a lp r o b l e m ，o n eo fw h i c hi st h ei n c r e a s i n g l ys e r i o u sn o i s ep o l l u t i o n n o i s el e v e l si sa v e r yi m p o r t a n tf a c t o ri nm e a s u r i n gu r b a nl i v i n ge n v i r o n m e n t ，w h e r e a si t si n c o m p a t i b l eb e t w e e n t h ed e m a n do fh i g hq u a l i t yo ft h el i v i n ge n v i r o n m e n ta n dt h ed e t e r i o r a t i o no ft h en o i s e p o l l u t i o n c o n s e q u e n t l y , i tn o wb e c o m e sav e r yi m p o r t a n tt a s kt os i m u l a t ea n df o r e c a s tt h ee n v i r o n m e n t a l n o i s ep o l l u t i o n ，c a r r yo u tc o m p r e h e n s i v ep o l l u t i o np r e v e n t i o na n dc o n t r o l ，a n dg u a r a n t e ep e o p l ea g o o de n v i r o n m e n tf o rl i v i n g ，w o r k i n ga n ds t u d y i n g t h i st h e s i ss t u d i e so nt h es p a t i a ld i f f u s i o no fp o i n ts o u r c en o i s e f i r s to fa l l ，c o m p a r i s o na n d a n a l y s i so nt h ee x i s t i n gm o d e l sa th o m ea n da b r o a da r es t u d i e d ，a n dt h ei n - d e p t ha n a l y s i so nt h e m o d e l i n ga n dt h ea p p l i c a t i o no fp o i n ts o u r c en o i s ef o r e c a s t a r ed o n e t h i si sf o l l o w e db yt h e a n a l y s i so ft h ec h a r a c t e r i s t i c so fs p r e a do fs t e a d y - s t a t ep o i n ts o u r c en o i s e ，a n dt h e nt h e m o d e l i n g f i n a l l y , w i t ht h ev i s u a l i z a t i o nm e t h o do fg i ss p a t i a ld a t a , t h i sp a p e rv i s u a l i z e si n t h r e e - d i m e n s i o ns p a c et h ed i s t r i b u t i n gc h a r a c t e r i s t i co fn o i s ep o i n t si nt h ec o n t r o lr e g i o n , w h o s e r e l a t i v ed a t ah a v eb e e nc o l l e c t e dt op r e d i c tn o i s el e v e lb ym o d e lc a l c u l a t i o na n db yc o m p a r a t i v e a n a l y s i sa n dv a l i d a t i o no fp r e d i c t i v ev a l u ea c c o r d i n gt ot h er e a ld a t a t h em a i nr e s u l t so ft h et h e s i s 锄f ca sf o l l o w s ： ( 1 ) b ya n a l y z i n gt h ep o i n t s o u r c en o i s ea n di t sc h a r a c t e r i s t i c so fs p r e a d ，t h em o d e lt o c a l c u l a t et h en o i s ev a l u eo ff e a t u r ep o 硫a r o u n ds i n g l eb u i l d i n gi nt h er e s i d e n c ez o n eh a sb e e n c o n s t r u c t e d ( 力t h r o u g ht h es t u d yo ft h ee x p e r i m e n t a la r e a ，t h ed i s t r i b u t i o nl a wo fp r e d i c t i v ev a l u eu n d e r t h ee f f e c to ft h ep o i ms o u r c en o i s eh a sb e e ng o t t e n ，a n di ta n a l y s i sa n dv a l i d a t e st h ep r e d i c t i o n m a d eb yt h i sl a w ( 3 ) t h em e t h o d so fg i ss p a t i a ld a t av i s u a l i z a t i o na r eu s e dt ov i s u a l i z e st h es i t u a t i o no fn o i s e d i f f u s i o n ，a n dt h e nt h et h e s i sh a sm a d es o m et r e a t m e n ta n dp r e v e n t i o nm e a s u r e sa n dp r o p o s a l s k e yw o r d s ：s t e a d yp o i n ts o u r c en o i s e ；m o d e lo fs p a c ed i f f u s i o n ；n o i s ep r e d i c t i o n ；s p a t i a ld a t a v i s u a l i z a t i o no fg i s n 图目录 图1 - 1 江苏省声环境功能区噪声达标率变化趋势 图1 - 2 技术路线图。 图2 1 点声源传播原理示意图 5 图2 - 2 线声源传播原理示意图。 图2 - 3 面声源传播原理示意图。 图2 4 背景噪声修正曲线图 图3 - 1 住宅小区点源噪声扩散示意图 9 9 1 3 1 6 图3 - 2 噪声预测流程图1 7 图3 4 点源噪声距离长传播衰减。 图3 - 5 声屏障示意图 图3 _ 6 障板及其衰减曲线图 2 1 ：! ：i 图4 1 噪声分析。 图4 - 2 嘉业阳光城及周边环境示意图 图4 3 小区楼盘三维示意图。 2 6 2 9 2 9 图4 4 三幢住宅楼及点声源在小区中的位置。3 0 图 0 4 幢、0 6 幢、1 2 幢住宅楼三维示意图 图4 _ 6 实验流程图 图”楼层特征点及同异侧点区分 图4 - 8 点声源与试验建筑空间关系图。 图4 - 9 噪声空间分布图。 图4 - 1 0 垂直坐标系中较近距离影响下测点值分布图。 图4 - 1 1 垂直坐标系中较远距离影响下测点值分布图 图4 - 1 20 4 幢不同楼层各方向噪声分布趋势 图4 - 1 3 0 4 幢实测预测比较 图4 - 1 40 6 幢实测预测比较4 1 图4 - 1 51 2 幢实测预测比较 v 4 1 表目录 表2 1 适合人的噪声环境。 表2 - 2 噪声对交谈的影响 表2 - 3 环境噪声指导限制。1 0 表2 4i s o 及几个国家和地区的环境噪声限值1 4 表2 - 5 我国城市区域环境噪声标准( l a e q ) 1 4 表2 - 6 工业企业厂界噪声标准值d b 1 5 表2 7 室内允许噪声级。 表3 1 噪声预测理论模型的基本公式1 7 表3 - 2 建筑物外部噪声污染源。 表3 - 3 建筑物内部噪声污染源 表3 4 阔叶林地带的声衰减值。2 4 表4 1 城市区域环境噪声质量等级划分平均等效声级：d b ( a ) 2 7 表4 - 2 道路交通噪声质量等级划分平均等效声级：d b ( a ) 2 7 表4 30 4 幢预测点数据 表4 40 6 幢预测点数据。3 6 表4 - 51 2 幢预测点数据 v l 。3 6 学位论文独创性声明 本人郑重声明： 1 、坚持以“求实、创新一的科学精神从事研究工作 2 、本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究 成果。 3 、本论文中除引文外，所有实验、数据和有关材料均是真实的 4 、本论文中除引文和致谢的内容外，不包含其他人或其它机构 已经发表或撰写过的研究成果。 5 、其他同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了声明并表示 了谢意。 作者签名：丛生 日 期：趟：1 2 ： 学位论文使用授权声明 本人完全了解南京师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学 校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电 子版和纸质版；有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论 文进入学校图书馆被查阅；有权将学位论文的内容编入有关数据库进 行检索；有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在 解密后适用本规定。 作者签名：丑熊 日期： 型蒸：l ：! 点源噪声空间扩散模拟研究 1 1 选题背景 第一章绪论 噪声污染自上世纪7 0 年代以来被称为与大气污染、水污染、固体废物污染并列的城市 环境问题的四大公害之一，是城市中“无形的暴力”。2 0 世纪末，联合国环境保护署在 环 境状况一拯救我们的星球檄文中指出，“与1 0 年前相比，噪声已成为一个更加严重的问题。 特别是在许多发展中国家，噪声污染日趋严重。一近年来随着生产的发展和城市化进程的加 快，我国经济增长日益加速，当人们在享受着交通运输、生产生活等各方面的发展所带来的 各种便利的同时，受到的噪声影响的问题也日益突出。但在国内环境评价工作中，噪声评价 在整个环境评价中只占了很少一部分，与噪声污染的严重程度不成比例。从1 9 9 5 年到2 0 0 4 年江苏省声环境功能区噪声达标率变化趋势( 图1 ) 就可以看出噪声污染问题的严重性。 o 类( 高级住宅) l 类( 居住) 静“ r o ”1 7 4 ： ，懒 + 昼 n - 8 0 ”“ 7 7 力、。一 + 昼 耀1 0 0 劳g 甸 差如6 0 ：- 噜一一一 问 蝈 i ：羹+ 夜 ；k 二， 、z + 夜 缸 k ，。、二厶。：。二。搋。鬟 间 学2 0。、r i 问 棼 一0 褫z v 。黼”。锄删磁缱盎燮警搿弘貔豁荔怒黝。溉觑锄鳓镰臻 0 “掣“。o 。2 “。“一一 ，。 + 一 ，= ，硝 擎擎擎擎擎妒守擎擎拿擎擎窜萨爷爷 年份 年份 2 类( 混合)3 类( 工业) 2 0 翳孵铹秽g 矽磬翌”g _ # _ # 弼$ 一。锄 f 静0 0 一 j 。j一 渤 哥 。 。一? 。a - 4 k - - 昼 ：霉壮ul 一 吃童1 + 昼 馨1 0 0 间 艘6 0，一、 - 7 ，9 一、警问 煳 i 彭惫彩k 。- 一i - 4 1 - - 夜 扭4 0 一、l j ”。 ：。 一 荔+ 夜 韫5 0 i 鬟。女二幺。勘玉蹴；缀z ；黝女澎g 乳二。彘；窈 间 誉2 0譬 缀，褂 彬，# 黼慨，舰z m 。j * 州妇喵* 自。m 槛蕊荔间 口“”一一 擎擎掌擎带妒萨爷守 擎擎窖擎擎爷爷妒荸妒 年份年份 4 类( 交通) 雒，萋茎耄 + 昼 闻 + 夜 间 擎擎擎拿擎葶妒妒爷守 年份 图1 1 江苏省声环境功能区噪声达标率变化趋势 由图1 可知，1 类和2 类功能区的夜间达标率，生活噪声引发的扰民现象较为严重。2 0 0 5 年江苏省的两万多起各种环境污染投诉中，噪声投诉占了3 8 3 ，噪声污染造成的公害已不 容忽视。单纯的一套舒适的住房已经不能满足人们的需求，对住宅小区的整体环境的更高要 2 点源噪声空间扩散模拟研究 求也构成了重要的购房因素。人们对生活环境的高质量要求与日益突出的噪声问题是相矛盾 的，与2 0 世纪7 0 年代初提出的绿色生态住宅的建设也是相矛盾的。为促进环境噪声污染防 治，2 0 0 5 年1 2 月1 日江苏省通过了 ：江苏省环境噪声污染防治条例，并自2 0 0 6 年3 月1 日起施行。 对声环境影响进行预测，贯彻“以防为主，防治结合”的方针是防治环境噪声污染的最 有效途径。中华人民共和国环境保护法、 中华人民共和国环境噪声污染防治法和 建 设项目环境保护管理办法规定了建设项目环境影响评价申报制度，应用自然科学和社会科 学有关学科的原理和方法，采用系统分析法，对环境影响进行预测，从区域的整体出发，进 行环境噪声污染综合治理，并寻求解决环境问题的最佳方案，尽量避免先污染后治理的老路， 保障人们有一个良好的生活、工作、学习环境，保护人体健康，确保经济和社会的可持续发 展。 任何地学现象都是在三维空间分布和变化的，噪声污染也不例外，具有复杂的空间分布 特征。地学现象和过程的空间模拟一直是地学研究的主要手段之一，是g i s 的重要研究领 域。运用特定的专业模型模拟出地学现象的状态及其变化特征的可视化结果，可以指导分析 地学现象的存在规律，为决策提供依据。能准确、直观地预测噪声的空间分布，为噪声影响 评价提供依据，是当前噪声污染防治的一个重要课题。 本文主要研究稳态点源噪声在住宅小区中的空间扩散。通过对点源噪声的传播方式和预 测模型的研究分析，建立起能够反映稳态点源噪声扩散的空间分布特征的预测模型，对实验 区的噪声扩散进行预测模拟，希望对改善环境噪声评价方法有所帮助，为声环境评价及建设 提供依据。 1 2 国内外研究进展 城市环境噪声预测方法主要可归纳为两大类： 一类是根据统计学原理以实测数据在时间序列上的规律为基础，通过对噪声随时间变化 规律性的研究以及对测点所得的噪声值序列进行分析，可以对噪声在时间上进行短期的预测 1 2 3 , 3 5 另一类是根据噪声产生与传播的物理原理所提出的理论计算预测方法m 卿l ，即噪声在 空间上的预测。这类方法受噪声源和传播介质的限制大，需要足够多的监测点位和对所测区 域的空间范围内全部噪声源、建筑物和边界进行全面了解，而且参数众多，有较为复杂的表 达式，因此前期工作比较繁重，但这类以预测为主、实测验证的方法建立的预测模型能和地 理信息系统技术结合，具有预测、分析、评价、空间查询等功能，是许多国家目前所采用的 主要方法。 3 点源噪声空间扩散模拟研究 1 2 1 国外研究现状 自2 0 世纪8 0 年代以来，各国相继开发了基于当地实情的交通噪声预测模型。美国联邦高 速公路管理局( f e d e r a lh i g h w a ya d m i n i s t r a t i o n ) 于1 9 7 8 年1 2 月发布的f h w a 高速公路交通 噪声预测模型，现已日趋完善并在许多国家得到广泛应用。英国交通部( u kd e p a r t m e n t o f t r a n s p o r t ) 于1 9 7 5 年发布了c r t n 模型( c a l c u l a t i o no f r o a dt r a f f i cn o i s e ) ，1 9 8 8 年又发 布了其改进版c r t n 8 8 7 1 。自其发布以来在所有英联邦国家和中国香港地区加以应用，并成 为这些国家和地区的法院在处理相关交通噪声诉讼案件时唯一认可的标准模型。德国交通部 公路建设司( r o a dc o n s t r u c t i o ns e c t i o no ft h ef e d e r a lm i n i s t r yf o rt r a n s p o r t ) 分别于1 9 8 1 年 和1 9 9 0 年发布了r l s 8 1 模型及其改进版r l s 9 0 模型。此外，法国、意大利和日本等国家也都 相继发布了各自的道路交通噪声预测模型。对于在较复杂声传播环境下的道路交通噪声预测 问题，各国学者也作了大量研究工作。一般是对上述通用模型进行局部修正。 国外对于工业环境噪声预测的研究较交通噪声预测少。丹麦、挪威、瑞典、芬兰北欧四 国的声学工作者联合研究了。工厂环境噪声的一般预测方法”s t l l e b e r 预测模式。m u r r a y 和n e l s o n 对工厂车间噪声声压级和回响进行了基于经验模型的预测并用计算机实现了一种 集工厂车间噪声的预测和视听于一体的新建模方法。t o d d 对工厂设备噪声辐射问题建模并 进行了相关研究【瑚。 目前比较流行的环境噪声模拟软件有德国c a d n a a 环境噪声模拟软件，该系统适用于工 业设施、公路、铁路和区域等多种噪声源的影响预测、评价、工程设计与控制对策研究。比 利时声学设计公司u m s 开发的凡吣n o i s e ，其主要功能是对封闭空间或者敞开空间以及半闭 空间的各种声学行为加以模拟。它能够较准确地模拟声传播的物理过程，这包括：镜面反射、 扩散反射、墙面和空气吸收、衍射和透射等现象并能最终重造接收位置的听音效果。该系统 可以广泛应用于厅堂音质设计、工业噪声预测和控制、录音设备设计、机场、地铁和车站等 公共场所的语音系统设计以及公路、铁路和体育场的噪声估计等。s o u n d p u 蝌软件1 9 8 6 年 诞生以来，迅速成为德国户外声学软件的标准，使用范围从小工厂到整个城市的噪声规划， 对实体和项目的尺寸没有任何限制，是独一无二的进行外部噪声计算、建筑物透声计算、环 境声传播计算、互动的噪声控制优化设计的集成软件。大部分噪声模拟软件的计算方法参照 i 刍i s 0 9 6 1 3 2 ：1 9 9 6 户外声传播的衰减的计算方法，而我国公布的g b l 7 2 4 7 2 - 1 9 9 8 声学 户外声传播的衰减第2 部分一般计算方法也与之致。 1 2 2 国内研究现状 国内目前还没有由政府有关部门或权威科研机构推出，并被大家普遍认同的标准交通噪 声预测模型。实际工作中，我国应用最多的还是美国的掰w a 模型，或基于它的修正模型。 3 点源噪声空间扩散模拟研究 虽然经多年研究，也做出了一系列有特色的研究成果，其中的多层递阶预报模型、神经网络 模型、灰色预测模型等未充分考虑交通噪声声源和传播过程的物理意义，只能用于城市交通 噪声的“宏观评价”，不能用来进行交通噪声的逐点预测计算或“微观评价”而考虑街道 声散射的交通噪声预报模型、高架桥交通噪声预测模型又过于追求细节，公式烦琐，可操作 性不强，难以在实际工作中应用。 李本纲等人根据我国的环境标准，借鉴美国f h w a 交通噪声预测模型，在分析影响道 路交通噪声各因素的基础上，结合实测数据，应用统计学原理建立了适合我国城市交通和环 境标准的理论一统计模型田l ，弥补了我国在这方面的不足。这一预测模型在车辆参考声级 的测量、混合车流在接受点噪声级的处理、理论预测模型参数确定、植被衰减修正等方面都 有新的突破，比较符合我国的实际情况。但该预测模型没有考虑城市道路由于路面、路旁建 筑对噪声波的反射、衍射等形成的混合声场在垂直方向上的变化情况。 吴硕贤和e k i t t i n g e r 研究的“考虑声散射的街道交通噪声预报模型”，利用计算机仿真 实现对特定街道的噪声预测【6 2 l 。 林巨等人利用多条国道、省道公路交通噪声的实测数据，建立了一个公路交通噪声预测 的神经网络模型，能够同时预测公路交通噪声的等效连续声级、统计声级和标准偏差，预测 值和实测值基本相符。该模型为公路交通噪声的预测、治理和控制提供了良好的条件。 林志周，周国玲运用灰色系统的理论模型对城市环境噪声进行综合预测【2 8 】；张继萍，吴 硕贤等研究了人工神经网络在道路交通噪声预测中的应用例。 徐颂等人利用灰色系统理论的灰色关联度分析法，对影响区域环境噪声的影响因子进行 定量分析；同时建立了城市区域环境噪声的灰色g m ( 1 。1 ) 预测模型，短期预测精度很高，为 规划防治城市区域环境噪声提供科学依据。 综上所述，国内外学者在噪声预测和模拟上均进行了大量的研究与探索，取得了一定的 成果，这些成果在实际应用中也得到了一定的应用，解决了一些实际问题。国内在噪声预测 模拟中，以g i s 的三维表现方法研究住宅小区噪声扩散的空间分布特征的研究仍然处于起 步阶段。因此，在继承前人工作的基础上，本文以环境稳态点源噪声为研究对象，基于噪声 理论专业模型，以g i s 的空间分析分法及表现手段，揭示稳态点源噪声扩散的空间分布特 征，为环境噪声监测和评价提供依据。 1 3 研究目标和内容 1 3 1 研究目标 研究稳态点源噪声在住宅楼间的空间扩散。通过对点源噪声的传播方式和预测模型的研 究分析，建立起能够反映住宅楼问的噪声扩散空间分布特征的预测模型，对噪声扩散进行预 4 点源噪声空间扩散模拟研究 测模拟。 1 3 2 研究内容 针对研究目标，本文所设定的主要研究内容包括： ( 1 ) 点源噪声预测模型研究 对国内外现行的多种噪声预测标准及主要预测模型进行对比分析，设计并构建点源噪 声预测模型。 ( 2 ) 稳态点源噪声的传播特性研究 分析稳态点源噪声传播的各影响因子，研究其在单体建筑间的空间扩散，确定适合的点 源噪声的空间扩散计算方法，在试验区预测噪声分布，并与实测数据进行对比分析。 ( 3 ) 点源噪声三维空间扩散表达 对试验区域进行三维建模，根据已建立的点源噪声的空间扩散计算方法，模拟噪声的三 维分布，并进行可视化表达。 1 4 技术路线 图1 - 2 为点源噪声影响下空间扩散研究的技术路线，研究数据包括小区建筑楼层区位数 据及噪声源噪声值数据，通过空间扩散计算方法模拟小区噪声空间分布规律。 小区噪声污染相关文献研读 声传播相关文献研读 环境噪声预测相关文献研读 了解城市噪声研究状况 分析点源噪声传播途径及影响因子 比较分析国内外成熟噪声预测模型 稳态点源噪声空 间扩散计算方法 选择实验区域 确定稳态点声源 确定声传播影响因子 可视化表达 图1 - 2 技术路线图 5 点源噪声空间扩散模拟研究 1 5 论文组织 论文一共分为五章，各章节的主要内容为： 第一章绪论。主要介绍选题背景及研究意义，国内外相关的研究进展与存在问题，得 出研究的技术路线。 第二章环境噪声基础。主要从噪声的认识、影响及噪声的测量和评价等几个方面介绍 噪声的基本理论与方法。 第三章点源噪声空间扩散模型。从点声源噪声的传播特性出发，研究点源噪声传播各 影响因子下衰减的计算方法，并对噪声模型对比分析，设计与构建点源噪声空间扩散模型。 第四章噪声分析及模型应用。根据构建的点源噪声空间扩散模型，在实验区进行模型 应用，利用g i s 空间数据可视化方法，对实验区噪声的三维空间分布特征进行可视化表达。 第五章结论与展望。对全文研究工作、研究成果的总结与归纳，并指出存在问题，未 来的研究工作。 6 点源噪声空间扩散模拟研究 第二章环境噪声基础 2 1 噪声的基本理论 2 1 1 噪声的主要特征 人们生活在社会大环境中，需要开展各种活动进行交流、沟通，声音是必不可少的工具。 但是人们对声音的需要不是绝对的，在一定条件下，那些人们生活和工作不需要的声音便认 为是噪声。它不仅包括杂乱无章不协调的声音，而且也包括影响旁人工作、休息、睡眠、谈 话和思考的音乐等声音。因此，对噪声的判断不仅仅是根据物理学上的定义，而且往往与人 们所处的环境和主观感觉反映有关。 环境噪声是感觉公害。噪声对环境的污染与工业“三废”一样，是危害人类环境的公害。 噪声影响的评价有其显著的特点，是取决于受害人的生理和心理因素。因此，环境噪声标准 也要根据不同时间、不同地区和人处于不同行为状态来决定。 环境噪声是局限性和分散性的公害。这里是指环境噪声影响范围上的局限性和环境噪声 源分布上的分散性，噪声源往往不是单一的，此外，噪声是暂时性的，噪声源停止发声，噪 声过程即时消失。 与我们生活密切相关的是环境噪声的污染，环境噪声是指在工业生产、建筑施工、交 通运输和社会生活中所产生的、干扰周围生活、环境的声音。环境噪声污染是指所产生的环 境噪声超过国家规定的环境噪声排放标准，并干扰他人正常生活、工作和学习的现象。 2 1 2 噪声源及其分类 声音是由物体振动而产生的，其中包括固体、液体和气体，这些振动的物体通常称为 声源。物体振动产生的声能，通过周围介质向外界传播，并且被感受目标所接受，例如人耳 则是人体的声音接受器官，所以在声学中把声源、介质、接受器称为声音的三要素。 ( 1 ) 产生噪声的声源很多，若按产生机理来划分，有机械噪声、空气动力性噪声和电磁 性噪声三大类。 ( 2 ) 如果把噪声按其随时间的变化来划分，又可分成稳态噪声和非稳态噪声两大类。非 稳态噪声中又有瞬时的、周期性起伏的、脉冲的和无规则的噪声之分。 ( 3 ) 在环境影响评价中，噪声源按其辐射特性及其传播距离，可视为点声源、线声源和 面声源三种声学类型。 1 ) 对于小型设备，其自身的几何尺寸比噪声影响预测距离小得多，或研究距离远大于 噪声源本身的尺度，在噪声评价中常把这种噪声辐射源视为点声源。 7 点源噪声空间扩散模拟研究 2 ) 对于体积较大的设备或集团，地域性的噪声发生体，噪声又往往是从一个面或几个 面均匀地向外辐射，在近距离范围内，实际上是按面声源噪声的传播规律向外传播，所以这 类的噪声辐射源应视为面声源。 3 ) 对于成线性排列的水泵、矿山和选煤厂的输送系统、繁忙的交通线等，其噪声传播 是以近似线状形式向外传播，所以此类声源在近距离范围总体上可以视作线声源。 环境噪声是户外各种噪声的总称。按照产生的声源类别环境噪声分为5 种。 ( 1 ) 交通噪声凡机动车辆、船舶、航空器等交通运输工具在运行过程中产生的噪声都 称做交通噪声。在交通道路上由机动车辆的运行发出的噪声称做道路交通噪声，它往往是城 市中主要的噪声源。 ( 2 ) 工业噪声凡工矿企业在生产活动中产生的噪声均称作工业噪声。 ( 3 ) 施工噪声凡建筑施工机械运转时，以及各种施工活动中产生的噪声均称作施工噪 声。例如推土机及施工现场的运输车辆声等。 ( 4 ) 生活噪声凡商业、娱乐、体育、宣传等生活以及家用电器等产生的噪声均称作生 活噪声。 ( 5 ) 其他噪声凡是不能列入工业、交通、施工、生活噪声的噪声则称之为其他噪声 如鸟叫、蛙鸣、狗吠等。 2 1 3 噪声的传播 从声源向周围空间发散性传播，是声波传播的重要特点。噪声的传播一般分为三个阶段： 噪声源、传播途径、接受点。声在大气中传播将产生几何发散、反散、衍射、折射等现象， 并在传播过程中引起衰减。噪声从声源传播到受声点，因受传播距离、空气吸收、阻挡物的 反射与声屏障等的影响会使其衰减。 当声波波长比声源尺寸大得多或是受声点离开声源的距离比声源本身尺寸大得多时，声 源可看作点声源或球面声源。 舱 图2 1 点声源传播原理示意图( 声望技术，1 9 8 6 ) 8 点源噪声空间扩散模拟研究 如噪声是以近似线状的形式向外传播的，即声源呈线性，此类声源可视为线声源。当许 多点声源连续分布在一条直线上时，也认为该声源是线声源。 线声源传播 图2 - 2 线声源传播原理示意图( 声望技术，1 9 8 6 ) 体积较大的设备或地域性的噪声发生体，这种声源发出的噪声往往是从一个面或几个面 均匀地向外辐射，此类声源均看作面声源。在近距离范围内，实际上是按点声源的传播规律 向外传播。 面声源传播 图2 3 面声源传播原理示意图( 声望技术，1 9 8 6 ) 2 2 噪声的影响 声音带给人们各种信息。依靠语言声音的交流，人类的知识才能得以连续地传递、积累 和发展。和谐的声音，对人来说是一种美的享受。然而，噪声的危害也是多方面的。 2 2 1 噪声听力系统的影响 噪声影响听力主要是听力损失，人在较强中噪声环境下暴露一定时间后，会出现听力下 降。研究表明，长期接触8 0 d b 以上噪声，听力就有可能受损害，在大于8 5 d b 的环境中工 作2 0 年，将有1 0 的人出现耳聋，大于9 0 d b ，耳聋的比例将超过2 0 。 2 2 2 噪声对睡眠和休息的干扰 睡眠对人是极端重要的，它能够使人的新陈代谢得到调节，使人的大脑得到休息，消除 9 点源噪声空间扩散模拟研究 体力和脑力疲劳。 适合人的噪声环境如表2 - 1 所示。 表2 1 适合人的噪声环境 帮一”情况? 。” l气t w f 嘞“”“7 缈够彬7 秽? 爹“缓 霞声缀d bl 麓? ，；，t ，；“ 0 + ：； i i | z ? 撼 体力劳动( 听力保护)7 0 9 0 脑力劳动( 语言清晰度) 5 0 7 0 睡眠、休息3 0 5 0 2 2 3 噪声影响语言交流 通常情况下，人们相对交谈距离1 m 时，平均声强级大约6 5 d b ，但是环境噪声会掩蔽 语言声，使语言声清晰度降低，就会对干扰交谈、工作思考。表2 2 是噪声对交谈的影响。 表2 - 2 噪声对交谈的影响 i r端 霞嗓声艘澎 燕观反映傺涯缆常讲话距离屈7j 通讯质量，i 躲 一一一 i鬈 4 5 安静 1 0 很好 5 5稍吵3 5好 6 5 吵 1 2 较困难 7 5 很吵 0 3困难 8 5 太吵 o 1 不可能 2 2 4 噪声对人的心理和生理的影响 噪声对人的生理影响除前面介绍的听觉系统外，还涉及对人的心血管系统、消化系统、 神经系统和其他脏器的影响及危害。 噪声引起的心理影响，主要是使人烦恼、激动、易怒甚至失去理智。当人们处于高噪声 的环境下，会感到心情烦躁、注意力不能集中、疲劳感会增强等等，从而造成工作和学习的 效率降低。 总之，噪声的危害是多方面的。表2 - 3 是世界卫生组织发表了一个环境噪声的指导限值。 表2 - 3 环境噪声指导限制 张，o ，。 “，vz*+：# 一糍 具体环境健康影镌l 矗e q e l b i l l时褥1 h ，? 耘，； t i 二。一。，? 一t ： 严重烦恼，昼晚5 51 6 户外生活区 中度烦恼，昼晚 5 01 6 起居室卧室 语言干扰和中度烦恼，昼晚3 5 1 6 1 0 点源噪声空间扩散模拟研究 睡眠干扰，夜间 3 08 卧室外睡眠干扰，开窗( 户外值) 4 5 8 学校及幼儿园室内语言可懂度，交谈干扰 3 5 上课期间 幼儿园卧室 睡眠干扰3 0睡觉期间 学校户外活动场所外部声源干扰 5 5 活动期间 医院监护室睡眠干扰，夜问 3 08 病房睡眠干扰，昼晚 3 01 6 2 3 噪声的测量 2 3 1 测量条件 根据g b 厂i 3 2 2 2 9 4 声学环境噪声测量方法，测量应在无雨、无雪、风力小于四级 ( 5 5 m s ) 的天气条件下进行，如果需要在雨、雪的特殊条件下测量，需在报告中给出说 明。 测量仪器应选择精度为2 型以上的积分式声级计及环境噪声自动监测仪器，其性能需符 合g b 3 7 8 5 8 3 的要求。 测量仪器和声校准器应按j j g 6 9 9 、j j g l 7 6 、j j g 7 7 8 的规定定期检定。测量前后使用声 校准器校准测量仪器的示值偏差不大于2 d b ，否则测量无效。 2 3 2 测量位置 户外测量：当要求减小周围的反射影响时，则应尽可能在离任何反射物( 除地面) 至少 3 5 m 外测量，离地面的高度大于1 2 m 以上，必要而有可能时置于高层建筑上，以扩大可 监测的地域范围。但每次测量其位置、高度保持不变。使用监测车辆测量，传声器最好固定 在车顶上。 建筑物附近的户外测量：这些测量点应在暴露于所需测试的噪声环境中的建筑物外进 行。若无其它规定，测量位置最好离外墙l 2 m 处，或全打开的窗户前面0 5 m ( 包括高 楼层) 建筑物内的测量：这些测量应在所需测试的噪声影响的环境中建筑物内进行。测量位置 最好离墙面或其它反射面至少l m ，离地面1 2 - 1 5 m ，离窗1 5 m 处。 点源噪声空间扩散模拟研究 2 3 3 测量时间 测量时间分为：昼间和夜间两部分。 一般采用短时间的取样方法来测量。白天选在工作时间范围内( 如0 8 ：0 0 - - - 1 2 ：0 0 和 1 4 ：0 0 - - 1 8 ：o o ) ；夜间选在睡眠时间范围内( 如2 ：3 ：0 0 - 0 5 ：0 0 ) 。测量日的选择测量一 般选择在星期一至星期六的正常工作日，如果星期日以及不同季节环境噪声有显著差异，必 要时可要求做相应的测量，或长期连续测量。 2 3 4 监测规范 环境噪声的测量，应按下列现行有关的国家标准进行： 城市区域环境噪声测量方法( g b 厂r 1 4 6 2 卜9 3 ) ； 机场周围飞机噪声测量方法( g b 9 6 6 1 8 8 ) ； 工业企业厂界噪声测量方法( g b l 2 3 4 9 9 0 ) ； 建筑施工场噪声测量方法( g b l 2 5 2 4 一_ 9 0 ) ； 铁路边界噪声限值及其测量方法( g b l 2 5 2 5 9 0 ) ； 工业企业噪声测量规范( g b j l 2 2 - 8 8 ) ； 国家环境保护总局环境监测技术规范( 第三册噪声部分) 。 2 3 5 背景噪声扣除 噪声测量中经常碰到如何扣除背景噪声问题，这就是噪声相减问题。通常是指噪声 源的声级比背景噪声高，但由于后者的存在使测量读数增高，需要减去背景噪声。声能量是 可以代数相加的，而声压是不能直接相加或相减的。 实际噪声值为被测噪声值扣除背景噪声值。 纽生皇 l p = 1 0 l g ( 1 01 0 1 01 0 ) 式中助j 一被测噪声值； 助2 一背景噪声值； 昂一实际噪声值。 图2 4 为背景噪声修正曲线： 点源噪声空间扩散模拟研究 2 4 噪声的评价 2 4 1 噪声评价量 47 纠6 d 跏 5 4 3 l 0l234567891 0 厶一厶l 触 。 图2 - 4 背景噪声修正曲线图( 奚旦立，2 0 0 3 ) 噪声评价不是单纯的一个物理问题，还是一个和人们心理、生理甚至社会学都有关的 问题。任何声音都可用幅度、频率和相位3 个物理量表示，但声音作用于入耳的感觉还与人 们所在的环境、生活习惯等有关，甚至与文化、地区也有关。 噪声评价是一个主观问题。主要从3 方面定量描述人们对噪声的感受：噪声对语言交 流的干扰；噪声对人们休憩和情绪的干扰；噪声对人耳的损伤。主要的噪声评价量有响度 和响度级、频率计权声级、连续等效声级、昼夜等效声级、统计声级、噪声污染级等。 为了模拟人耳对声音的反应，在噪声测量仪器中安装一个滤波器。这个滤波器通常称为 计权网络。当声音进入网络时，中、低频的声音就按比例衰减地通过，而1 0 0 0h z 以上的高 频声音则无衰减地通过。由于计权网络是把可听声频按a ，b ，c ，d 等种类特定频率进行 计权的，所以就把被a 网络计权的声压称为a 声级，被b 网络计权的称为b 声级，同样可 得c 声级、d 声级等。单位分别记为“d bc a ) ，d b ( b ) ，d b ( c ) ，d b ( d ) ”。 在实践中发现a 声级与人耳的主观反映非常接近，a 声级分贝数的大小与人们主观上 响度的感觉近乎一致。所以，近年来国际、国内各种噪声标准和规范多数采用a 声级作为 评价量，a 声级是应用最广的评价量。习惯上，a 声级的单位可以记作d b ，如果没有注明 时，单位d b 即表示a 声级。 对于稳态噪声，一般以a 声级为评价量；对于声级起伏较大( 非稳态噪声) 的间歇性 噪声以等效连续a 声级为评价量。 1 3 点源噪声空间扩散模拟研究 2 4 2 噪声评价标准 对于噪声的评价，除了评价量这个重要因素外，还需要有作为评价基础的标准。噪声标 准是国家政府部门为了保护人体健康及环境功能的需要，以技术规范的形式规定的噪声级不 宜或不得超过的限制值瞄】。为了对噪声加以适当的控制，各个国家和国际标准化组织制定 了一系列环境噪声标准。 ( 1 ) 城市区域环境噪声标准 根据城市中不同的社会功能，按环境噪声控制的要求划分为若干类不同控制限值的区 域。例如国际标准化组织c i s o ) 提出的环境噪声标准中，就划有田园住宅区( 乡村) 、郊 区住宅区、城市住宅区、