（环境科学专业论文）高速公路交通噪声预测模式分析比较研究.pdf

塞望坌墅奎垄堡兰堡型堡塞坌塑堕墼堡壅 a b s t r a c t t h e r ea l et w ow i d e l yu s e dm o d e l sf o rp r e d i c t i n gn o i s el e v e l si nt r a n s p o r t a t i o n o n ei sr e c o m m e n d e db yt h ec h i n e s et r a n s p o r t a t i o nm i n i s t r ya n di ss p e c i f i e di n a s s e s s m e n tc r i t e r i af o re n v i r o n m e n t a li m p a c tf r o mr o a dc o n s t r u c t i o np r o j e c t s j t j 0 0 5 9 6 t ob er e f e r r e da sp r e d i c t i o nm o d e lf r o mt r a n s p o r t a t i o nm i n i s t r y t h e o t h e ri sr e c o m m e n d e db yt h en a t i o n a le n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o nb u r e a ua n di s p u b l i s h e d i n t h e g e n e r a lg u i d e l i n e sf o re n v i r o n m e n t a la s s e s s m e n t t e c h n o l o g i e s s o u n de n v i r o n m e n t h j t 2 年一1 9 9 5 t h i sm o d e li st h eh i g hw a y n o i s ep r e d i c t i o nm o d e lf r o mt h eu n i t e ds t a t e sf e d e r a lh i 曲w a ya u t h o r i t y f h w a t h i st h e s i sc o m p a r e dt h ea b o v et w om o d e l s b yu s i n gb o t ht h ep r e d i c t i o nm o d e l f r o mt r a n s p o r t a t i o nm i n i s t r ya n dt h ef h w am o d e l s t h ep r e d i c t i o nr e s u l t sw e r e a n a l y z e df o r 蛐出w a y sa td i f f e r e n ts e c t i o n s d i f f e r e n td e s i g ns p e e d s d e t e c t i o np o i n t s t r a f f i cv o l u m e s d i s t a n c e s h e i g h t s a n da lv a r i o u so t h e rr o a dc o n d i t i o n s t h e p m d i c t i o nr e s u l t sa n dt h ea c t u a lr e s u l t sw e r ec o m p a r e da n dt h ea c c u r a c yo fp r e d i c t i o n w e r ea s s e s s e d i tw a sf o u n dt h a tt h ef h w am o d e lg a v eam o r ea c c u r a t ep r e d i c t i o n a f t e rad e t a i l e dl i t e r a t u r er e v i e wa n db yc o n d u c t i n ge x p e r i m e n t s t h ef h w am o d e l w a sr e v i s e di no r d e rt oa s s e s st h er a t i o n a l i t ya n da c c u r a c yo ft h er e v i s e df h w a m o d e l i tw a su s e du n d e rv a i l o i l sr o a dl a a 伍cc o n d i t i o n s t h ea c t u a lr e s u l t sw e r e c o m p a r e dw i t ht h er e s u l t so b t a i n e df r o mt h er e v i s e dm o d e l t h ef i n a lc o n c l u s i o n w a st l l a tt h er e v i s e df h w am o d e li sb o t hv e r s a t i l ea n da c c u r a t e k e yw o r d s h i g hw a y t r a f f i cn o i s e p r e d i c t i o nm o d e l c o n t i n u o u ss o u n d l e v e 2 高速公路交通噪声预测模式分析比较研究 第一章立题背景 道路交通噪声预测是环境 交通 声学等学科较活跃的研究领域 影响道路交通噪 声的因素主要包括 声源的强度 例如车流量 车速 车种 路面材料以及道路的宽 度 坡度和平整度等 噪声传播的方式和传播路径 如接受点到声源的距离 地形起 伏 地面植被状况 各类声屏障对噪声的阻挡作用 各类物体对噪声的反射以及空气的 温度 湿度和流动等 噪声接受点的空间位置 如接受点对声源的视角 接受点距路 口和汽车的距离等 道路交通噪声预测模式分为图模式 物理缩尺模式 理论计算模式3 类 图模式要 求手工从各类图上查找噪声计算中间值 计算过程十分繁琐雨且精度有限 物理缩尺模 式造价昂贵 而且不可重复利用 因此现在最常用的就是理论计算模式 目前在交通道路噪声预测理论计算模式中 有美国的f h w a 高速公路交通噪声预 测模式 1 1 英国的c r t n 8 8 2 1 德国的r l s 8 1 与r l s 9 0 模式 i 我国的多层递阶预报 模式 1 神经网络模式 9 1 1 高架桥交通噪声预测模式 2 2 灰色预测模式 2 4 1 及我国交 通部公路模式 2 8 等 在理论模式研究的基础上 出现了大量基于上述理论模式的道路 交通噪声预测应用软件 如s t a m i n a 美 o p t i m a 美 r o a d n o i s e 英 s o u n d p l a n 德 m i c r o b r u i t 法 m i t h r a 法 n b s t o y 北欧 v s t o y 挪 s c m 荷 s t l 瑞士 等 各类预测模式进行道路交通预测的过程基本一致 图1 1 但在一些方面差异明 显 如考虑因素的多少 繁简不同 实验统计参数差别大 以及对复杂情况如多个声 屏障 噪声多次反射的处理方法不同 几乎所有的各类预测模式对影响道路交通噪声 主要因素在数学表达形式上基本一致 预测点噪声是由车辆参考噪声级加上各类修正 项得到的 即 l l o o v d a g d 十 s m 式中 k 一机动参考噪声 6o 一车流量修正 一车速修正 ad 一距离衰减修正 g 一路面坡度修正 a 一地面植被影响 高速公路交通嗓声预涌模式分析比较研究 一有限长声源修正 s 一声屏障修正 一大气影响修正 图1 1 应用数学模式进行道路交通噪声预测流程 用得较多的是中华人民共和国交通部颁发的 公路建设项目环境影响评价规范 试 行 j t j 0 0 5 9 6 1 推荐的模式 以下简称为交通部预测模式 和国家环境保护总局 发布的 环境评价技术导则一声环境 h j 厂r2 4 1 9 9 5 推荐的美国联邦公路管理局 f h w a 公路噪声预测模式 以下简称为f h w a 预测模式 这两种 本研究中仍沿 6 高速公路交通噪声预测模式分析比较研究 用这些经过半严密理论推导半经验的公式 交通部预测模式的主要优点是针对我国道路 交通车型等情况提出的 但它计算时参数复杂 且适用于大车流 f h w a 预测模式是 美国联邦公路管理局在1 9 7 8 年提出的公路噪声预测模式 采用它的主要理由是该模式 用于高速公路匀速车流的交通噪声预测 自发布以来经过数次改进 该模式比较成熟 完善 预测精度高 在许多国家得到广泛应用 该模式采用能量平均的等效连续声级 l e q 作为评价因予比较合理 科学 与我国国标g b 3 0 9 6 9 3 规定的等效a 声级l a e d 作 为评价因子相吻合 但该模式产生于2 0 年前 模式建立时所依据的车型 路况及环境 标准与我国的实际情况有差异 随着我国经济的日益发展和基本建设速度的加快 高速公路建设也取得了快速发 展 但由此带来的环境污染也日益突出 尤其是交通噪声对环境的影响最为明显 群众 对此反响强烈 且这与我国的环境保护 生态建设规划是格格不入的 高速公路交通噪 声影响评价是一条公路建设项目中环境影响评价的重要组成部分 根据公路噪声评价预 测提供的基础数据 从环保角度确定高速公路建设项目在选线和布局方面的合理性 加 强公路建成使用后的声环境管理 制定消除或缓解不利影响的措旅和建议 使公路建设 真正达到经济效益 社会效益和环保效益的有机统一 如何科学地精确预测和评价高速 公路的交通噪声影响 以便更准确地做好交通噪声影响评价 做好选线 路面工程设计 并采取相应的防噪 降噪等防治 控制对策 本文通过对杭甬高速公路环保设施竣工验收时交通噪声的实际监测结果 分析了美 国联邦公路管理局 f h w a 公路噪声预测模式和我国交通部推荐的预测模式在不同监测 路段 测点 车流量 设计车速 距离 高差 地面状况条件下的预测结果 并对预测 结果和实测结果进行比较研究 在此基础上 对某一种模式进行一定的修正 为了检验 这修正后的模式是否合理 正确 本文对沪杭高速公路 甬台温高速公路进行预测 把 预测结果和监测结果进行对比 7 高速公路交通噪声预测模式分析比较研究 第二章两种预测模式 2 1f h f f a 公路模式 2 1 1 基本模式 即用美国联邦公路管理局 f h w a 公路噪声预测模式来预测公路交通噪声 美国 联邦公路管理局 f h w a 于1 9 7 8 年在f h w a r d 7 7 1 0 8 研究中报告中提出 f h w a 公路噪声预测模式 这里的理论探讨也依据该研究报告 为便于了解该模式的来龙 去脉 下面分步介绍 第一步 计算单辆汽车在平直车道上行驶时的瞬时a 声级 如图2 1 所示 单辆汽 车沿平直道路匀速行驶 观察点位于垂直于车道垂直距离为d 的位置上 车速为s 汽车通过垂直位置的时刻记为t 0 假定 1 汽车声源可作为点声源处理 2 在 垂直于车道d 处 测得汽车匀速行驶过程中的最大a 声级为l 显然 是汽车通过 垂直位置时的a 声级最大 d 被称为参考位置 lo 被称为参考辐射的声级或基准辐 射声级 r e f e r e n c ee m i s s i o nl e v e l 声级f l 三 篓 时间 图2 1 汽车行驶过程中瞬时a 声级 根据以上假设 不考虑汽车辐射噪声的指向性 仅考虑声波能量的几何发散衰减 就得到任意时刻t 的a 声级 h 3 厶一2 1 8 瓦r 2 1 8 高速公路交通噪声预测模式分析比较研究 因为r 2 d 2 f s t 2 所以 单辆汽车在观察点产生的瞬时a 声级为 厶 l 1 9 0 2 旦 2 s t 2 2 2 第二步 计算单辆汽车匀速行驶过程中观察点的等效a 卢级 设在t l h 时间内 单辆汽车行驶时观察点的等效a 声级l 1 为 k 1 1 0 l gt z f 毛rl o o t t 出 c z 哪 把 2 2 式代入 2 3 并记t 1 t 2 则 圳m 删g 专f 2 尚出 c z 剞 观察点接收到运动汽车辐射声能的绝大部分是在汽车通过垂直位置前后较短时间内 所辐射的声能 或者说观察点在汽车通过垂直位置之前和之后短时间内接收到的声能占 汽车从左端无限远行驶到右端无限远时观察点接收到的总卢能的绝大部分 当观察点距 车道的距离d 较大时 所需的这段时间也相应长些 其数学表达式为 当h 0 1 且吲洲时 有下列近1 以 训m 删s 导r 鑫出咖 s e 菇番出 z l o l g x d o 1 0 l g 告 15 2 5 式 2 5 就是单辆汽车在很长的平直道路上匀速行驶时 垂直于车道的观察点上等效 声级的计算式 只要 2 5 式中各参数的单位统一 它都是适用的 当然这是理想化的 状态 因为一般来说 汽车是一辆接一辆行驶过观察点的 第三步 计算n 辆汽车匀速行驶过程中观察点的等效a 声级 一般情况下 公路上 的汽车接连不断 各车之间的间距不尽相同 车速也高低不同 对于一段时间t 内通过 垂直位置的汽车有n 辆的情况 可认为某时刻观察点观察到的总a 声级是各单辆汽车单 独行驶时在观察点产生的等效声级k 1 那么n 辆汽车有前后不同位置上以匀速行驶时 观察点观察到的总等效a 声级为 9 高速公路交通噪声预测模式分析比较研究 得到 u k 7 1 0 1 9 z 1 0 1 k l l 2 6 记j 辆车的速度为s 参考辐射声级为lo j 将 2 5 式代入 2 1 6 式并经简单调整就 k 7 l l g 丙1 蔷 w x 可d o n 鲁 2 7 式 2 7 就是计算t 时间内行驶过观察点车辆总数n 时观察点得到的总等效a 声级 一 般情况下 在1 小时内内的车流量往往是几百辆 甚至上千辆 车速各不相同 参考辐 射声级各不相同 因而依据 2 7 式进行计算时很繁锁的 实际上 往往可以认为某一 类车的车速相近 理想的情况下可视为相同 忽略速度之间的差别 从而 2 7 式就可 成为 圳 s 畸1 耖 o l g 等 o l g 台 沼s 州砚删g 等 1 0 l g 台 2 9 2 1 0 式 2 1 0 就是在t 时间内 以相同速度s 匀速行驶的n 辆车驶过垂直位置后在观察点 产生的等效a 声级计算式 按 2 9 式定义的 厶 e 在随后的讨论中分析其物理意义 第四步 考虑有限长路段修正 地面效应修正和遮挡效应修正 2 5 式和 2 1 0 式没有考虑地面效应和遮挡效应修正 且假设车道是平直无限长的 这里不介绍遮挡效 应引起的声级衰减量的计算方法 只简单介绍地面效应修正项 有限长路段修正项的计 算式 地面效应修正项为 a k 1 0 1 9 岛 2 1 1 1 0 川 上 献 甄 裁 嘲 黼 己 僦 砚 m 瓣 面 则 高速公路交通噪声预测模式分析比较研究 式 2 1 1 中盯为地面覆盖系数 口取值为0 对应于硬地面 或0 5 软地面 9 1 有限长路段修正项可表示为 2 1 2 其中一三s 妒s 虿7 口为地面覆盖系数 卿 妒z 为观察点到有限长路段两端的张角 一 般情况下 可忽略不计 如果记遮挡效为a s 那么考虑到有限长路段修正 地面效应修 正和遮挡效应修正后 式 2 1 0 可表示为 诋p 争删 c oi a 删 毕馘 2 1 3 只要式 2 一1 3 中各参数的单位统一 它都是成立的 在实际应用中 t 常取1 小时 d 单位为m 车速单位取k m h 这样 为了统一单位 2 1 3 式的第二项就出现了一个常 数1 0 1 9 而b 一3 因此 毛阶 乙 e l o l 甙等 l o l g 钞 十 1 0 l g c o s o a 出 2 1 4 竺 一 s 一3 0 式 2 1 4 中的k 国 厶 e s 的单位均为d b a d 和d o 的单位是m t 的单位是小时 s 的单位是k m h 而n 是车流量 辆 第五步 计算混合车流产生的等效a 声级 一般地说 公路上的混合车流包含了各 种各样的汽车 任何公路噪声预测模式都必须对车流作 些假设和简化 一般的做法 把lo 基本相近 正常行驶车速相近的各种型号的车合并为一类车 把混合车流分成几类 车 预测出各类车的等效声级 然后再求出混合车流的总等效声级 美国的f h w a 模式 将混合车流分成三类 即小型车 中型车和重型车 在分别计算出三类车的等效声级后 求出总等效声级 高速公路交通噪声预测模式分析比较研究 k 7 1 0 1 9 1 0 6 1 0 1 6 2 1 0 1 k 6 3 i l 2 3 2 1 5 综上所述 美国f h w a 模式是先将公路上汽车按照车种分类 如大 中 小型车 先求出某一类车辆的小时等效声级 钣聃1 魄 等卜s l o i g 等攀 蹦 式中 l e q 卜第i 类车的小时等效声级 d b a l o 日 第i 类车的参考能量平均辐射声级 d b a m 在指定的时间t 1 h 内通过某预测点的第i 类车流量 岛一测量车辆辐射声级的参考位置距离 d o 1 5 m 肛从车道中心到预测点的垂直距离 m 弁一第i 类车的平均车速 k m 1 1 7 一计算等效声级的时间 1 h a 地面覆盖系数 取决于现场地面条件 a 0 或a 0 5 函 斗 表有限长路段的修正函数 其中 为预测点到有限长路段两端的张 角 r a d 见图2 2 所示 ab p 图2 2 有限长路段示意图 as 一由遮挡物引起的衰减量 d b a m 一 也 r c s 甲 押 其中一三 壬 三 混合车流模式的等效声级是将各类车流等效声级叠加求得 如果将车流分成大 中 小三类车 那么总车流等效声级为 高速公路交通噪声预测模式分析比较研究 颤7 1 0 l g i o 堋 1 0 堋舭 1 0 州叫 2 i 2 注意事项与有关修正 预测点与车道中心的距离d 必须大1 5 m 从模式推导过程中可看出对do 的大小没 有什么限制 但最初的一个假定是单辆汽车作点声源处理 参考位置越近 do 越小 汽车就越不能当作点声源处理 一般认为 当观察点距汽车1 5 m 以内时 汽车 尤其是 大 中型汽车 就不能当点声源对待了 因此f h w a 模式取do 1 5 m 只有当d 1 5 m 并把1 0 l g n d o 一3 0 合并才能成为常数项一1 3 2 7 即 删 钷 1 0 1 9 等 1 0 1 s 阱 删s 等剖川 因此 根据对汽车点声源的假设 汽车点声源辐射的无指向假设 把预测距离d 限 制在大于或等于1 5 m 范围之外 模式的预测误差一股在 2 5 d b 范围 该模式未考虑道路坡度和路面性质 粗糙度对声源强度的影响和引起的修正 从理论探讨中可以清楚地了解参考辐射声级的意义 汽车在平直车道上匀速行驶 过程中 在位于垂直于车道上距车道为do 距离处的观察点上测出的晟大a 声级 显然它 不是声功率级 也不是按g b l 4 9 6 7 9 机动车噪声测量方法 规定的测量加速行驶时的毋 大a 声级 按规 2 9 定义的 厶 f 为参考能量平均辐射声级 r e f e r e n c ee n e r g y m e a n e m i s s i o nl e v e l 其物理意义是n 辆汽车参考辐射声级的能量平均值 应该说 车的分类 方法可不按美国f h w a 提出的分类法 但对某一类车的参考能量平均辐射声级数据必须 经过严格测试获得 模式既适用于大车流量 也适用于小车流量 昔车在上坡时 会引起噪声增大 可按下表2 1 修正 一般仅对大型车进行此项修正 表2 1 卡车上坡修正 坡度 修正值 d b 2 o 3 42 5 3 7 5 高速公路交通噪声预测模式分析比较研究 在f h w a 原始模式中 关于车型的定义 小型车指二轴四轮的 包括座位不超过9 个的载客车 轻型货车 总重量不超过4 5 t 中型车是指二轴六轮的车辆 总重量在4 5 t 到1 2 t 之间 重型车是指三轴或更多轴的货车 总重量超过1 2 t 2 1 3 特殊情况下的预测模式 如果预测点与某段车道的垂直距离小于1 5 m 或预测点位于某段车道的延长线上 如 图2 3 所示 这种情况出现在公路转弯 路口 这时公式 2 一1 3 2 1 4 2 一1 5 不成立 8 堀小川s 料 s 击 盯倒 卜0 其中k r f 分别为预测点与该车道两端的距离 艮为近端距离 r f 为远端距离 只 有当r 1 5 m 时 公式 2 1 1 6 才成立 式中 l o 日 d o s a 的定义与单位与前砸介绍的一致a 2 2 交通部预测模式 2 2 1 公路交通噪声预测模式 7 5 m l o l g d o m 改用 离表示距离衰减 另外给出一个修正模式 并引进影响公路噪 1 4 高速公路交通噪声预测模式分析比较研究 厶 l o l g l 巧n 厂 k 离 皈坡 峨面一1 6 3 2 1 7 然而按照交通部j t j0 0 5 9 6 公路建设项目环境影响评价规范 试行 中有关噪声 模式和算法 常数为 1 3 1 i 型车辆行驶于昼间或夜间 预测点接收n d 时交通噪声值按式 2 1 8 计算 厶d 川0 l g 朝一皈离 皈坡 名面 1 3 2 1 8 式中 以o r i 型车辆行驶于昼间或夜间 预测点接收n d 时交通噪声值 d b 一一第i 型车辆的参考能量平均辐射声级 d b m 第i 型车辆的昼间或夜间的平均小时交通量 辆 h 竹一i 型车辆的平均行驶速度 k m h 7 一厶 的预测时间 在此取l h lm 第i 型车辆行驶噪声 昼间或夜间在距噪声等效行车线距离为r 的预测点处 的距离衰减量 d b al m 公路纵坡引起的交通噪声修正量 d b 4 l 镕自一 公路路面引起的交通噪声修正量 d b 2 各型车辆昼间或夜间使预测点接到的交通噪声值应按式 2 1 9 计算 厶q 交 l o l g 1 0 扎 1 0 町 w 1 0 s 一必 2 1 9 式中 厶0 l l a e q m 厶0 s 一分别为大 中 小型车辆昼间或夜间 预测点接到的 交通噪声值 d b 厶 女 预测点接收到的昼间或夜间的交通噪声值 d b 4 r 一公路曲线或有限长路段引起的交通噪声修正量 d b a 一公路与预测点之间的障碍物引起的交通噪声修正量 d b 3 复合地区交通噪声预测 公路互通立交及公路铁路立交周围接收到的交通噪声预测值应按式 2 2 0 计算 厶q 交卫 1 0 1 9 1 0 1 k 1 l o 1 l m k m l o q 空 l o l k j r 2 2 0 高速公路交通噪声预测模式分析比较研究 式中 厶0 女 t 立交周围接收到的交通噪声预测值 d b 厶柙 薯ti 预测点接收到的第1 条公路交通噪声值 d b 厶0 2 i r 预测点接收到的第2 条公路交通噪声值 d b 厶 女 t 一预测点接收到的第i 条公路交通噪声值 d b 厶0 2 t 一预测点接收到的铁路交通噪声值 d b 上述值按式 2 1 9 计算 4 预测点昼间或夜间的环境噪声预测值应按式 2 2 1 计算 幺 预 1 0 1 9 1 0 w z 1 0 l l 4 a 叫 2 2 0 式中 厶 一一预测点昼间或夜间的环境噪声预测值 d b 厶o h 一预测点预测时的环境噪声背景值 d b 2 2 2 参数的计算 1 平均行驶速度的计算 1 适用于在公路建设项目环境影响评价中 因汽车排放 交通噪声预测所需要的汽车 行驶速度计算 2 车型分为小 中 大三种 车型分类标准见表2 2 表2 2 汽车类型分类标准 车型汽车总质量 小型车 s 3 5 t 以下 小型车 s 3 5 1 2 t 小型车 s 1 2 t 以上 注 大型车包括集装箱车 拖挂车 工程车等 实际汽车排放量不同时可按相近归类 3 车型比应按 可行性研究报告 中给定的或通过实地调查确定 4 汽车行驶平均速度计算 小型车平均速度计算公式 k 2 3 7 p 1 2 2 2 式中 y s 一小型车的平均行驶速度 k m h 1 6 高速公路交通噪声预测模式分析比较研究 x 一预测年总交通量中的小型车小时交通量 车次 i 中型车速度计算公式 2 1 2 x o 4 7 2 2 3 式中 y m 一中型车的平均行驶速度 k m h x 一预测年总交通量中的中型车小时交通量 车次 i l 大型车平均行驶速度按中型车车速的8 0 计算 5 公式适用条件 一 用于高等级公路双向四车道 设计车速小型车1 2 0 k m h 小型车计算公式k 2 3 7 j p 2 适用于小型车占总交通量的5 0 以上和小型车小时 交通量7 0 3 0 0 0 车次 1 1 中型车计算公式 2 1 2 x o 4 7 适用于中型车小时交通量2 5 2 0 0 0 车次 i 只适用于昼问平均行驶速度的计算 6 公式修正 i 当设计车速小于1 2 0 k m h 公式计算平均车速按比例递减 i i 按式 2 2 2 式 2 2 3 计算得出车速后 折减2 0 作为夜间平均车速 2 其它参数的计算 公式 2 1 8 中参数的确定方法 1 各类型车 相当于在7 5 米处 平均辐射声级 实际意义为参考能量平均辐射声级 应按式 2 2 4 2 2 5 2 2 6 计算 对于大型车 w 7 7 2 o 1 8 k 2 2 4 对于中型车 厶m 6 2 6 0 3 2 2 2 5 对于小型车 厶 5 9 3 0 2 3 嵋 2 2 6 式中 i 表示大 l 中 m 小 s 型车 按表2 2 划分 卜各型车平均行驶速度 按公式2 2 2 2 2 3 计算 k m h 2 距离衰减量4 l 唇牟的计算 它是我国1 1 条高速公路 一级汽车专用公路和一 二级普 通公路进行测试研究 并参考美国 日本的公路交通噪声预测模式确定的 1 夺 计算i 型车昼间或夜间的车间距d l 应按式 2 2 7 计算 1 7 高速公路交通噪声预测模式分析比较研究 d 1 0 0 0 上 m r 2 2 7 式中 n 一一i 型车昼间或夜间平均小时交通量 辆 1 1 昼间与夜间的交通量比 可依据 可行性研究报告 确定或通过实际调查确定 测量时间一般分为 昼间 0 6 0 0 2 2 0 0 和夜间 2 2 0 0 0 6 0 0 两部分 夺 预测点至噪声等效行车线的距离 r 2 按式 2 2 8 计算 e 易 珐 m 2 2 8 式中 d n 预测点至近车道的距离 m d f 一预测点至远车道的距离 m 夺 4 l 点 应按 2 2 9 计算 当毛 d 2 n 寸 磊离 k i k 2 2 0 1 9 7 去5 当五 d 2 1 i 寸 皈耵瑚k 吼丁0 5 4 l s 式中 局 预测点至公路之间地面状况常数 应按表2 3 取值 k e 一与车间距西有关的常数 应按表2 4 取值 表2 3地面状况常数 地面状况常数 常数取值 硬地面k l 0 9 一般地面 k 2 1 o 绿化草地地面 k 3 1 1 注 硬地面是指经过铺筑路面 如 沥青混凝土 水泥混凝土 条石 块石及碎石地面等 表2 4 与车间距有关的常数 d i 2 02 53 04 0 5 0 6 07 08 01 0 01 4 01 6 02 5 03 0 0 k 20 1 7o 50 6 1 70 7 1 6o 7 80 8 0 60 8 3 30 8 40 8 5 50 8 80 8 8 50 8 9o 9 0 8 3 公路纵坡引起的交通噪声修正量4 l 一 是依据国家环保局 七五 科研项目一 城 市道路交通噪声控制研究 报告提供的数据 按式 2 3 0 计算 跞 高速公路交通噪声预测模式分析比较研究 大型车 厶垃 9 8 i 中型车 厶坡 7 3 x f l 固 2 3 0 小型车 厶域 5 0 j 式中 口一公路的纵坡坡度 4 公路路面引起的交通噪声修正量d l 自n 是依据我国沥青混凝土路面和水泥混凝土路 面公路俩侧交通噪声测试数据 并参考国外资料确定的 按表2 5 取值 表2 5 路面修正量 路面 址埘 沥青混凝土路面 o 水泥混凝土路面l 2 注 注 当小型车比例占6 0 以上时t 取上限 否则取f 限 5 公式 2 1 9 中参数确定方法 公路弯曲或有限长路段引起的交通噪声修正量4 是参照国外资料确定的 按式 2 3 1 计算 t l g 去 2 式中 口一预测点向公路两端视线间的夹角 4 公路与预测点之间障碍物引起的交通噪声修正量d 厶 是按国外资料 并依据1 9 8 8 年在京张公路两侧有3 0 m 绿化林带的昌平路段所进行的 绿化降低交通噪声测试 实验 而确定的 应按式 2 3 2 计算 厶 厶树林 厶建筑铀 厶声彰区 2 3 2 a 4 岛m 为树林障碍物引起的等效a 声级衰减量 预测点的视线被树林遮挡看不见公路 且树林高度为4 5 m 以上时 当树林深度为3 0 m 4 厶m 5 d b 当树林深度为6 0 m d 厶 萨1 0 d b 最大修正量为1 0 d b b a 厶 为建筑障碍物引起的等效a 声级衰减量 按下述方法取值 当第一排建筑物占预测点与路面中心线间面积的4 0 6 0 时 4 厶z n f r 3 d b 当第一排建筑物占预测点与路面中心线间面积的7 0 9 0 时 dl 2 1 r i r 5 d b 每增加一排建筑物 4 厶 艟增加1 5 d b 最多为1 0 d b 高速公路交通噪声预测模式分析比较研究 c 厶 i 为预测点在高路堤或低路堑两侧声影区引起的等效a 声级衰减量 计算方法如下 首先判断预测点是在声照区或声影区 如图2 3 2 4 所示 对于高路堤 图2 4 s 心 h 1 d e i h i b a 图2 4高路堤声照区及声影区不恿幽 图注 h 声源高度 h 预测点a 至路面的垂直距离 d 预测点a 至路中心线的垂直距离 h 2 顾测点探头高度 h z 1 2 m d 公路宽度的l 2 根据几何声学 由三角形相似可得 了d i i 4 i 一1 d爿 若d 兰 型幽d 预测点在a 点以内 如b 点 则预测点处于声影区 若d 鱼 皇生型d 预测点在a 点以外 则预测点处于声照区 h 对于低路堑 图2 5 r r 图2 5 路堑声影区及声照区示意图 图注 d 预测点a 至路堑边坡顶点q 的距离 h l 预测点a 至路面的垂直距离 其它符号意义同图2 3 由三角脯舸得 号 掣 若口 芈d 预测点在a 点以外 如b 点 则预测点处于声影区 若 一曲 口 半d 预测点在a 点以内 则预测点处于声照区 当预测点处于声照区 4 幻 m 0 当预测点处于声影区 d 上口 艇决定于声波路程差d 声屏 j 途测点 图z 三嚣繁篡i 一鲥咖舫 由图2 6 计算巧 占 a b c 丹田脚t 且山 一 譬 吾 喇 镬 鄹 图2 74 如 口j 关系曲线 2 2 3 预测模式的适用范围 1 预测点在距噪声等行车线7 5 m 以远处口 2 车辆平均行驶速度在2 0 1 0 0 k m h 之间 3 预测精度为 2 5 d b 2 3 公路噪声模式附加说明 2 3 1 路段 基础平面与车道 2 1 高速公路交通噪声预测模式分析比较研究 1 将预测的道路可分成一个个路段 在一个路段内 道路为直线段 所有参数在沿公路 路线方向上的变化可忽略 2 对于一个路段 以路面为基准平面 其它物体的相对高度均以路面为基准平面 路面 以上为正 路面以下为负 路段的侧面 有向上的山坡 则称为路堑 有向下的边坡 则称为路堤 路段两侧可以分别是路堑或路堤 3 预测点的位置默认为是声级计探头的位置 不再在预测点上加高1 2 m 4 一个路段上可以有多个车道 每一个车道的中心线称为该车道的行车线 5 交通部模式原则上只适用于双向四车道的高速路 且直接计算出整条路段对预测点的 叠加值f h w a 模式原则上只适用于单车道公路 对于多车道公路 需要对每一车道单 独计算后 再进行叠加处理 6 交通部模式要求预测点离等行车线大于7 5 m 而f h w a 模式要求大于1 5 m 2 3 2 车型 车流量 车速与声功率 参考辐射声级 在使用交通部模式或f h w a 模式时 车流量n 车速v 和汽车噪声大小是三个重要 的参数 一般不同的车型之间这些参数相差较大 所以要分别给出 交通部模式和f h w a 模式均将车型分成三类 大 重 型车 中型车和小型车 但对这三 种型号的定义 两个模式则有所不同 见表2 6 表2 6 车型分类的不同标准 车型交通部定义f h w a 定义 指二轴四轮的 包括座位不超过9 个的载客车 轻型 小型车3 5 t 以下 货车 总重量不超过4 5 t 中型车3 5 卜1 2 t指二轴六轮的车辆 总重量在4 5 t 1 2 t 之间 重 大 型车1 2 t 以上指三轴或更多的货车 总重量超过1 2 t 衡量某一车型 单辆汽车 在以速度v 行驶时的噪声大小 两个模式使用了不同的 参数 交通部模式是取参考位置d o 7 5 m 处 垂直于行车线 的参考能量平均辐射声级 l w 而f h w a 模式则是取参考位置d o 1 5 m 处 垂直于行车线 的参考能量平均辐射声 级 厶 这一参数对预测结果影响巨大 一般应在同一类型道路上通过严格测试得到 交通部模式提供了一种通过年日均交通总量来推导白天和夜间的小时车流量n 车速 v 和声级l w 的半经验方法 但严格来说此一方法仅能用于该模式 而不能用f h w a 高速公路交通噪声预测模式分析比较研究 以上参数使用时都使用小时平均 因此最终的预测结果应是小时等效声级 如果n v 和 l w 是由年日均交通总量来推导出 则这一结果更含有 年均 的意义 但是要注意的是 对于交通部模式来说 只要给出某一路段中所有车道总的车流量 即可 而对于f h w a 模式来说 从理论推导来看 则需要分别对每一车道单独给出小时 车流量 粗略的方法可以认为每一车道中的车流量都相同 若要精确计算 可以将一个 路段分解成一系列平行的路段 每个路段中只有一个车道 对每一车道中的不同车型 可给出相应的n v l w 参数 再计算它们在同一点的叠加结果 2 3 3 关于路面粗糙度 坡度和路边地面类型的修正 1 路面粗糙度 路面类型 沥青混凝土路面 水泥混凝土路面 普通砂石路面 f h w a 模式并末考虑路 面粗糙度引起的修正 交通部按表2 5 对所有车型进行修正 沥青混凝土路面 o 水泥混 凝土路面 1 2 砂石路面h 3 5 当小型车比例占6 0 以上时 取上限 否则取下限 2 上坡修正 机动车辆在平路 上坡与下坡行驶状态差别很大 上坡时发动机加在转速 辐射噪声增 强 排气噪声也增大 下坡时制动下行 因此下坡比上坡噪声明显减弱 比平路行驶也小 噪声差主要取决于路面坡度 但当坡度大于0 0 0 8 时 噪声差趋于稳定 f h w a 模式对此 作了简化处理 当重 中型车上坡时 坡度0 0 0 2 小于不加修正 坡度在0 0 0 3 到0 0 0 4 加2 d b a 坡度在0 0 0 5 到o 0 0 6 加3 d b a 坡度大于0 0 0 7 加5 d b a 对下坡或小车不加 修正 交通部模式对所有车型受路面坡度的影响按陈子明在文献 1 中的结论 即按下式 进行修正 大型车 9 8 x 口 中型车 7 3 x 口 小型车 5 0 x 口 为公路的坡度 3 路边地面类型 路边地面类型 从公路边到预测点所经过的地面 可不包括边坡 分三种 硬地面 一 般地面和软地面 硬地面 经过铺筑的地面 如 沥青混凝土 水泥混凝土 条石 块 石及碎石地面等 般地面 一般未经铺筑的地面 如泥地 软地面 绿化的地面 如 高速公路交通噪声预测模式分析比较研究 草地 有农作物的田野 灌木丛 在f h w a 模式中对地面覆盖系数a 的取值 硬地面0 软地面0 5 在交通部模式中对地面状况常数k l 取取值 硬地面0 9 一般地面1 0 软 地面i i 2 3 4 关于边坡 声屏障 建筑物和树林带的处理方法 1 公路边坡 如果公路路面与路边的地面标高不同 则会在路边形成边坡 路面高出地面时 会 形成路堤 路面低于地面时 会形成路堑 也可能出现公路路面一侧形成路堤 另一侧 形成路堑的情况 如果预测点处于路堤或路堑的声影区 则进行隔声计算 否则隔声量为0 2 声屏障 专门指专用隔声薄屏障 并且假设其与公路路线平行 长度相同 声波只能从屏障 顶上绕射到达预测点 没有其它路径 其本身隔声损失应在3 4 d b 以上 因此不考虑透射 声 声波的代表频率约为5 0 0 h z 在公路的一侧 只能设置一条声屏障 当声屏对预测 点形成声影时 进行隔声计算 否则隔声量为0 3 建筑物 在f h w a 模式中 笼统地引进a s 表示由遮挡物引起的衰减 包括建筑物 而在我国交通部推荐模式中 有具体的情况分析和在各种情况下的噪声修正量 4 树林带 在f h w a 模式中 笼统地引进 s 表示由遮挡物引起的衰减 包括树林带 在交通部模式中 明确归在公路与预测点之间的障碍物引起的交通噪声修正量中 5 对反射声增强的处理 对公路边坡 声屏障和建筑物处理时 还可考虑反射声波引起的噪声增加因素 对预测点来说 首先要考虑公路对面的路堑 屏障和建筑物的反射 其次再考虑预 测点所在一侧的反射 两者是可以叠加的 2 3 5 空气参数对噪声衰减的影响 声波在空气中传播时 因空气的粘滞性的热传导 在压缩和膨胀过程中 使一部分声 能转化为热能而损耗 称为空气吸收 经典吸收 此外 声波在空气中传播时 还存在 分子弛豫吸收 即空气分子转动或振动时存在固有频率 当声波的频率接近这些频率时要 发生能量交换 能量交换的过程都有滞后现象 空气吸声受空气温度 湿度和声波频率控 2 4 高速公路交通噪声预测模式分析比较研究 制 对公路交通噪声 中心代表频率可取5 0 0 h z 在常温下1 0 0 m 距离吸声在o 5 d b 左右 在标准大气压力下声波在空气中的衰减 可查表 3 1 1 1 3 空气声特性阻抗z s 影响到空气介质对声波的传播能力 空气越稀薄 z s 越小 空气 对声波的传播能力越差 z s 由大气温度和大气压力控制 一般情况下z s 在4 0 0 瑞利左右 基本上可忽略 但在高海拔地区则不能忽略 因此可对f h w a 和交通部模式计算式右边 加上一个调整项 l g z s 4 0 0 这一项目是可选的 为与f h w a 和交通部模式相一致 缺 省情况下是不选的 2 3 6 背景噪声的影响 在公路噪声预测中 可以叠加任意多个公路段的噪声预测值 但对于非公路交通引 起的其它噪声 可先行计算出来 再作为预测点的噪声背景值叠加到交通噪声预测结果 中 当测量值与与背景值的差值小于3 d b 时 修正值较大 且变化较快 随着差值的增 加 修正值变化趋缓 超过1 0 d b 时 噪声修正值在o 5 d b 以下 可忽略背景值对测量结 果的影响 l 3 2 1 可按公式 厶j 璜 1 0 1 9 1 0 l 唧 z 1 0 0 i l x c hj 计算 或查分贝相加曲 线i 1 2 1 高速公路交通噪声预测模式分析比较研究 第三章对杭甬高速公路预测结果比较分析 3 1 杭甬高速简介 杭甬高速公路是国家规划的沪杭甬高速公路的重要组成部分 位于浙江省东北 部的杭绍宁平原 起自杭卅l 东郊彭埠镇 途经萧山 绍兴 上虞 余姚终于宁波南 郊大朱家 全长1 4 5 公里 杭甬高速公路全线按平原微丘地区的高速公路标准设计 路基宽度为2 6 米 双向四车道 全封闭 全立交 设计时速为1 2 0 公里 设计荷载 为汽一超2 0 挂一1 2 0 杭甬高速公路项目于1 9 8 9 年经国家计委批复立项 1 9 9 0 年 国家计委批复可行性研究报告 9 9 1 年交通部批复初步设计 浙江省交通设计院 交通部公路规划设计院 交通部公路科研所 辽宁省交通勘测院和黑龙江省公路规 划设计院承担该项目的勘测设计任务 1 9 9 0 年1 2 月完成初步设计 1 9 9 2 年6 月完 成施工图设计 环保设施设计与工程设计同步进行 浙江省环保科研所受为主委托 于年月完成 杭甬高速公路环境影响评价报告书 的编制工作 杭甬高速公路是世 界银行贷款项目 环保设施建设和施工期间的环保措施 严格按照 杭甬高速公路 环境影响评价报告书 和世界银行的有关要求组织实施 1 9 9 6 年1 2 月 杭甬高速公 路全线投入试营运后 即产生了巨大的社会效益和经济效益 杭州至宁波的公路行 车时间 从原来的7 小时 缩短到不足2 小时 极大地改善了浙东地区的交通现状 提高了北仑港的幅射范围和疏港能力 同时 杭甬高速公路的开通大大改善了杭莆 高速公路沿线及广大影响区的投资环境 促进并带动了沿线乃至全省经济的进一步 的发展 初步形成了一条沿公路两侧发展的新型经济走廊 杭甬高速公路己成为浙 江省面向新世纪的 黄金通道 成为浙江实现跨世纪发展战略的 腾飞跑道 3 2 杭甬高速公路环境噪声监测结果与两种模式预测 比较 3 2 1 两种模式预测 利用m a t h e m a t i e a 3 0 分别采用我国交通部推荐预测模式和美国联邦预测模式根 据监测点的位置 测量时间 不同车型的车流量计算道路总车流等效声级 并与实 际测量结果作比较 高速公路交通噪声预测模式分析比较研究 1 交通部预测模式预测 用交通部预测模式进行预测时 公路基本无坡度 故纵坡引起的交通噪声修正量 为0 由于公路是沥青混凝土路面 故路面修正为0 测量点所在处公路弯曲或有限长 路段引起的交通噪声修正量为0 公路与预测点之间由于无树林 建筑物等障碍物 障 碍物引起的交通噪声修正量为0 预测点在高路堤或低路堑两侧声影区引起的等效a 声衰减量首先用模式判断预测是在声照区或声影区 如处于声影区 为避免程序的重 复性和计算麻烦 不采用查图的方法 而是用公式 占 i s d j q 昭j j 酽j 3 1 l s 2 爿 d 2 l q 蚓2 鱼一岛 2 d d 2 3 2 i f i2 矗一赴 2 3 3 j v 占 2 2 岳 2 c 3 4 3 5 上式 3 2 3 3 中的h 为路路屏障效应所需的车辆等效声源高度 取h i 米 上 式 3 4 中出现的f 为路屏障效应所需的车辆等效频率 取f 5 0 0 h z 因为公路交 通噪声源声波频率范围6 3 8 0 0 0 h z 根据对车辆行驶噪声的频谱分析 得到车辆的 噪声谱在2 5 0 h z 和2 0 0 0 h e 之间最为