Шумозащитные свойства зеленых насаждений на урбанизированных территориях

Экологические проблемы и природопользование

УДК 574

Ю.А. Гордеев, А.А. Кулагин

ШУМОЗАЩИТНЫЕ СВОЙСТВА ЗЕЛЕНЫХ НАСАЖДЕНИЙ НА УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЯХ

Повышение шумового загрязнения, связанного с увеличением транспортных потоков, требует поиска оптимальных путей снижения уровня шума. Целью работы является выявление способности зеленых насаждений к шумозащите. Объектом исследования являлись зеленые насаждения и уровень шума вдоль транспортных потоков, вблизи общественных зданий и жилой постройки. При сравнении полученных данных об уровне звука с санитарными нормами из 120 измерений по эквивалентному и по максимальному уровню нормам соответствует 63 измерения, в то время как в 57 случаях наблюдается превышение допустимого уровня звукового давления. В процессе работы было выявлено, что в большинстве случаев расстояние между деревьями на 1,5-2 м меньше, чем того требуют соответствующие СНиП. Также многие полосы насаждений расположены в среднем на 1 м ближе к проезжей части. Как показало сопоставление различных характеристик насаждений, наиболее значительной шумозащитной способностью обладают смешанные насаждения, в вертикальной структуре которых присутствует несколько ярусов: древесный, подлесок и подрост. Более высокие показатели шумозащиты достигаются сочетанием таких характеристик насаждений, как ярусность, сомкнутость крон, ширина и средняя высота насаждения, хотя они не равнозначны по данной способности. Четкого преимущества одних видов над другими не выявлено, однако насаждения из нескольких видов деревьев значительно более эффективны, чем одновидовые.

Ключевые слова: зеленые насаждения, шумовое загрязнение, интенсивность движения, контрольная точка, шу-мозащитные свойства, шумомер, транспортные потоки, эквивалентный уровень звука.

Оценивая общее санитарно-эпидемиологическое состояние урбосистем, необходимо отметить негативную тенденцию увеличения шумового загрязнения территории жилой застройки, отрицательно влияющего на здоровье населения и производительность труда. Основной причиной негативных тенденций является увеличение интенсивности транспортных потоков в городах. При этом технические средства, которые могут быть использованы для решения данной проблемы, требуют больших организационных, инженерно-технических и материальных затрат [1].

В данной связи особую важность приобретает всестороннее изучение проблемы и способов ее решения. Общеизвестно, что растительность способна поглощать часть экотоксикантов из окружающей среды [2], при этом шумозащитные свойства насаждений нуждаются в исследовании. Зеленые насаждения являются одним из факторов, способствующих снижению шума в городе, при этом необходимо исследовать и выявить оптимальные типы посадок, обладающих наилучшей шумозащитной способностью [3].

Материалы и методы исследований

Исследования проводили в два этапа. На первом этапе исследовали территорию города Уфы для определения мест с наиболее интенсивным движением автранспорта и, как следствие, с наибольшим уровнем шумового загрязнения. Выбирали точки, где будут производиться измерения - за насаждениями и перед определенным зданием (жилым домом, строением общего пользования) или пешеходной дорогой. Контрольная точка имеет своей целью измерить уровни звукового давления на том же расстоянии от той же проезжей части с тем же составом и плотностью транспортных средств и представляет собой открытое пространство без насаждений, максимально соответствующее экспериментальной точке измерения. Описывается окружение, тип дороги, являющейся источником шума.

При выборе конкретных точек измерения дается описание видового состава насаждений, возраста деревьев и кустарников, средней высоты, формы и плотности кроны, ярусности, расстояния между деревьями, количеством рядов, обрезкой кроны и соответствия этих параметров нормативно-правовым документам.

На втором этапе производился инструментальный контроль уровня шумового загрязнения с использованием шумомера 2-го класса точности «Октава 201» (Россия), линейный рабочий диапазон 26-138 дБ с цифровым индикатором специализированных приборов. После измерений уровней звука на основной и контрольной точках вычисляется разница в величине эквивалентного уровня звука. Эта разница является показателем звукопоглощающей эффективности зеленых насаждений. Сравнивая её в различных насаждениях, возможно определить наиболее приемлемый тип посадок.

Для определения способности зеленых насаждений к шумозащите, был введен «Показатель интенсивности шумозащиты» (ПШ), который представляет собой разницу между LAэкв. экспериментальной точки и LAэкв. контрольной точки и также между LAмакс. в экспериментальном измерении и LAмакс. в контрольном измерении.

ПШэкв= LAэкв. (осн.т.) - LAэкв. (контр.т.).

ПШмакс= LAмакс. (осн.т.) - LAмакс. (контр.т.).

На каждом участке проведено по 30 измерений уровня шума. Исследования выполнены как на наиболее оживленных улицах г. Уфы, так и в местах со значительно меньшей интенсивностью движения. Основные измерения проводили в период летней вегетации. Также нами были проведены измерения уровня шума в весенний период (апрель), когда уже отсутствовал снежный покров, влияющий на поглощение звука, и в то же время на деревьях и кустарниках еще не появились листья. Материалы обрабатывались статистически с использованием программы Statistica 6.0.

Результаты и их обсуждение

Все измерения проводились в пределах г. Уфы (рис.). Площадь города составляет 765 км2. При населении более миллиона плотность населения - самая низкая среди всех городов-миллионников в РФ. Это один из крупнейших городов Уральского региона Российской Федерации. Абсолютные высоты над уровнем моря 82-240 м [4]. Климат г. Уфы и его окрестностей относится к умеренной климатической зоне с атлантико-континентальным климатом. Среднегодовая температура составляет 2,5 0С. Годовая амплитуда температур равна 32 °С. Самый холодный месяц года - январь (-13,7 °С, абсолютный минимум - 48,5 °С), самый теплый - июль (+19,0 °С, абсолютный максимум +38,6 °С). Среднее количество осадков - 577 мм. В среднем за год бывает 164 дня со снежным покровом, наибольшей высоты снежный покров достигает в феврале (40 см)1.

Общая площадь лесов г. Уфы составляет 21576 га. Покрытые лесной растительностью земли занимают 94,1 %, непокрытые - 1,7 % общей площади. Естественные леса города - типичные широколиственные. Основными лесообразующими древесными породами лесного массива являются липа, дуб низкоствольный, ольха черная и осина, успешно произрастают в искусственно созданных культурах тополь, ясень, сосна и ель. В числе подлесочных пород: лещина, черемуха, ива кустарниковая, бересклет бородавчатый, встречается крушина слабительная, шиповник. Леса зеленой зоны отличаются значительным своеобразием. Здесь проходят границы ареала широколиственных пород: дуба, ильма, вяза, липы, клена, лещины, и опускаются юго-западные границы распространения пихты и ели. Общая площадь зеленых насаждений Уфы составляет 30 829 га, в том числе городских лесов -21 765 га, внутриквартальных насаждений - 280 га. На площади 1136 га в городе расположены парки и скверы, на 50 га - сады, на 114 га - бульвары и аллеи.

В соответствии с описанной выше схемой эксперимента нами были определены наиболее информативные территории, характеризующие особенности загрязнения окружающей среды источниками шума, а их краткие характеристики приведены в табл. 1.

Анализ полученных результатов показал, что при сопоставлении полученных данных об уровне звука с санитарными нормами из 120 измерений как по эквивалентному, так и по максимальному уровню нормам соответствует 63 измерения, в то время как в 57 случаях наблюдается превышение допустимого уровня звукового давления (табл. 2)2.

1 Государственный доклад «О состоянии природных ресурсов и окружающей среды Республики Башкортостан в 2010 году» / Министерство экологии и природопользования Республики Башкортостан. Уфа, 2011.

2 Санитарные нормы СН 2.2.4/2.1.8.562-96. Шум на рабочих местах, в помещениях жилых и общественных зданий и на территории жилой застройки.

Рис. Карта-схема г. Уфы с нанесением точек измерений уровня шумового загрязнения (обозначены

цифрами)

Таблица 1

Краткая характеристика территорий и насаждений г. Уфы, где производился анализ уровней

шумового загрязнения

Номер замера Адрес Количество полос движения автотранспорта Ширина зеленых насаждений, м Видовой состав Тип насаждений Сомкнутость насаждений Высота насаждений, Нср., м Уровень шума, дБ

LAэкв. LA макс. LAэкв. контр. точка LAмакс. контр. точка

1 пр. Октября, 107/5 4 100 1 яр. 5К2Ос2Д1Б 2 яр. 4К3Б3Ос 3яр. 5К2Т6 2Лещ1Д лесной массив 0,9 7 35 40 43 45

2 ул. Шота Руставели, 31 2 10Л однорядная посадка + солитеры 0,6 5 48 70 48 71

3 ул. Ахме-това, 221 2 10Л однорядная посадка 0,8 6 45 75 47 75

4 ул. Российская, 171 6 6Л4К двухрядная посадка 0,6 5 50 68 52 73

Окончание табл. 1

5 ул. Российская, 96 6 20 10Б массив 0,8 6 70 74 72 76

6 ул. Комсомольская, 146 6 5 10Б 0,7 5 60 70 61 71

7 ул. Ша-фиева, 46/1 2 20 5Б5Л двухрядная посадка 0,3 6 34 62 36 62

8 пр. Салава-та Юлаева, 2а 8 1 яр. 4Д2Ос2Б2 К 2яр. 3К3Б2Ле щ1Ос1Тб массив 6 40 43 43 46

9 ул. Менделеева, 215 6 5Б5Л однорядная 0,7 7 70 75 71 75

10 ул. Менделеева, 199 6 10 10Л групповая посадка 1 6 67 73 68 75

11 перед группой зданий недалеко от сквера ВДНХ 6 50 1 яр. 6Б2Л1Лис 1К 2яр. 3К3Б3 Лис1Л 3яр. 6Лещ2К1 Тб1Л ед. Шип массив 0,8 6 68 73 80 85

12 ул. Генерала Горбатова, 7 2 13 10Л двухрядная 0,7 5 36 41 40 44

13 ул. Крон-штадская, 98, во дворе РДКБ 2 40 1 яр. 10Т 2 яр. 10П групповая посадка 0,8 8 34 40 43 47

14 ул. Батыр-ская, 41, двор роддома №4 2 40 1 яр. 5Л3Б2Т б 2яр. 8П2Ср двухрядная, солитеры 0,7 5 38 44 48 52

15 ул. Степана Кувы-кина, 10 6 30 1 яр. 8Т2Б 2 яр. 10П трехрядная, групповая 1 8 45 48 51 50

16 ул. Авроры, 13 2 60 1 яр. 7 Л3Т 2 яр. 10П трехрядная, групповая 0,8 9 20 22 35 38

21 ул. Города Галле10/1 двор СОШ №7 6 10Б однорядная 0,6 10 71 73 73 75

Примечание: Б - береза, Д - дуб, К - клен американский, Т - тополь пирамидальный, Тб - тополь бальзамический, Лис - лиственница, Л - липа, Шип - шиповник, П - пузыреплодник, Л - лещина, Ос - осина, Ср - сирень.

Максимальная разница наблюдалась на ул. Авроры, 13. LА экв. и L А макс. увеличились в период отсутствия на деревьях листвы на 13 дБ по отношению к летнему периоду, а также у д. 46 по

ул. Г. Галле на 11 и 12 дБ. Такая большая разница объясняется в первую очередь шириной посадок -60 м и 90 м. Разница в 6,7, 8 дБ зафиксирована на пр. Октября, 105/5, во дворе Республиканской детской клинической больницы по 1-й Кронштадской улице, во дворе роддома № 4 по ул. Батырская и перед группой зданий недалеко от сквера ВДНХ. Изменение L А макс. в данных точках немного ниже 4,7,3,6 дБ. В целом при весеннем измерении наблюдается более высокий уровень как LА экв., так и L А макс. Причем измерение весной по LА экв. очень приближается к L А макс. проведенным летом, особенно это характерно для одно- и двухрядных насаждений и насаждений с отсутствием нижнего и среднего яруса.

Таблица 2

Соответствие уровней шума санитарным нормам

Номер измерения LAэкв. LАмакс. LAэкв. контр. точка LАмакс. контр. точка СН

LA экв. LA макс.

1 норма норма норма норма 55 70

2 норма норма норма +1 55 70

3 норма +5 норма норма 55 70

4 норма норма норма +3 55 70

5 +15 +4 +13 +6 55 70

6 +5 норма +6 +1 55 70

7 норма норма норма норма 55 70

8 норма норма норма норма 55 70

9 +15 +5 +16 +5 55 70

10 +12 +3 +13 +5 55 70

11 +13 +3 +25 +15 55 70

12 норма норма норма норма 55 70

13 норма норма норма норма 45 60

14 норма норма +3 норма 45 60

15 норма норма норма норма 55 70

16 норма норма норма норма 55 70

17 норма норма +2 норма 55 70

18 норма норма +3 норма 55 70

19 +2 норма +7 норма 60 75

20 норма норма норма норма 45 60

21 +16 +3 +18 +5 55 70

22 +10 норма +12 норма 55 70

23 норма норма норма норма 55 70

24 +11 норма +12 +1 55 70

25 +13 +1 +17 +4 55 70

26 +14 +2 +18 +5 55 70

27 +18 +8 +23 +12 45 60

28 +20 +9 +23 +11 45 60

29 +22 +10 +25 +14 45 60

30 норма норма +5 норма 55 70

При оценке ПШ в зависимости от типа насаждения наибольшие показатели эффективности наблюдаются при разнотипной посадке и массиве. В данных случаях разница между LAэкв. осн. и LAэкв. контрольной достигает 8, 12, 16 дБ у массивов, 6, 9, 10 дБ при разнотипных посадках, в которых можно отметить наибольший разброс от 1 дБ в измерении 6 до 10 дБ в 14-м. Наименьшие значения наблюдаются при однорядной и двурядной посадке, у которых ПШ не превышает 2 и 4 дБ соответственно. Наибольшие значения ПШ наблюдается при разнотипной посадке и массиве 12, 15, 16 дБ в соответствующих точках. Наименьшее - как и в LAэкв. при однорядной и двурядной посадках.

При рассмотрении влияния ярусности на уровень звука следует отметить преимущество насаждений с большей ярусностью. В большинстве случаев насаждения с большей ярусностью обладают гораздо большей поглощающей способностью, чем те, в которых присутствует только один ярус. Так, из 11 точек, где LAэкв. от 5дБ меньше чем в контрольной точке, 8 приходится на насаждения, в которых представлены все ярусы, 2 - где отсутствует средний ярус, и 1 - на насаждения только с первым ярусом. В точках, где присутствует только первый ярус, наблюдается гораздо менее значительное снижение уровня шума от 1 до 4 дБ. В насаждениях с полной ярусностью эффективность шумозащи-ты значительно выше по сравнению с другими видами. Так, где присутствует только первый ярус, уровень шума не снижается ниже, чем на 5дБ в сравнении с контрольной точкой. Но и в насаждениях, где отсутствует только второй ярус, отмечена значительно более слабая способность к поглощению шума, чем в посадках с хорошо развитыми ярусами.

В зависимости от ширины насаждения данные расположились следующим образом. В самом широком 100-метровом насаждении 8 дБ, 90-м 16 дБ, в насаждениях от 20 м до 60 м на 1-12 дБ. Высокие показатели имеются в 50 м - 12 дБ, 40 м - 10, 11 дБ, 25 м - 9 дБ. Однако в других точках при такой же ширине наблюдаются небольшие изменения, как, например, при 50 м - 2, 3 дБ, поэтому основным или определяющим такой параметр, как ширина насаждения, являться не может. Лучший показатель шумозащиты соответствует 40 м ,50 м, 60 и 90 м, в которых ПШ достигает 8, 12, 15, 16 дБ. Напротив, LAмакс. при 100 м составляет всего 5дБ. Наименьшие показатели, как и в случае с LAэкв., наблюдаются при 10-20 м посадках.

Наилучшие показатели приходятся на насаждения с сомкнутостью от 0,7 до 1. Разница между основной и контрольной точкой в таких насаждениях составляет от 5 до 16 дБ. Между тем самый низкий ПШ наблюдается в насаждениях с точно такой же сомкнутостью. Этот показатель также нельзя считать определяющим при оценке шумозащиты насаждения. Как и в случае с LAэкв., большие значения наблюдаются у насаждений с сомкнутостью от 0,7 до 1. В целом в точках измерения отмечен более низкий уровень шумозащиты, чем в LAэкв.

При оценке влияния высоты насаждения видно, что максимальные значения лежат в группе 5, 6, 8, и 10-15 м. В других точках посадки с одинаковыми параметрами по этому признаку показывают значительно меньший результат, так что не удается выявить какой-либо четкой закономерности. При оценке LAмакс. также нет определенной зависимости между высотой и способностью к шумозащите, данные сильно различаются, что позволяет судить только о косвенном влиянии. При рассмотрении ПШ в LAмакс. наблюдается та же тенденция, что и в LAэкв. , - смешанные посадки значительно более эффективны, чем монокультурные насаждения.

В зависимости от видового состава насаждений видно, что самые большие значения ПШ наблюдаются в смешанных насаждениях. В чистых посадках березы, липы и клена ПШ не превышает 5 дБ, причем нельзя сделать однозначный вывод о преимуществах какого-либо из них, так как данные отличаются незначительно.

В процессе работы было выявлено, что в большинстве случаев расстояние между деревьями на 1,5-2 м меньше, чем того требуют соответствующие СНиП3. Также многие полосы насаждений расположены в среднем на 1 м ближе к проезжей части.

Заключение

Как показало сопоставление различных характеристик насаждений, наиболее значительной шумозащитной способностью обладают смешанные насаждения, в которых присутствует несколько ярусов: 1. 1 яр. 5К2Ос2Д1Б 2 яр. 4К3Б3Ос 3яр. 5К2Тб 2Лещ1Д, 8. 1 яр. 4Д2Ос2Б2К 2яр. 3К3Б2Лещ1Ос1Тб, 11. 1 яр. 6Б2Л1Лис1К 2яр. 3К3Б3Лис1Л 3яр. 6Лещ2К1Тб1Л ед. Шип, 13. 1 яр. 10Т 2 яр. 10П, 14 1 яр. 5Л3Б2Тб 2яр.8П2С, 15 1 яр.8Т2Б 2 яр.10П, 16 1 яр. 7Л3Т б 2 яр.10П. Наилучший эффект всегда достигается совокупностью характеристик насаждений, хотя безусловно они не равнозначны по данной способности. Четкого преимущества одних видов над другими нами не выявлено, но абсолютно очевидно, что насаждения из нескольких видов деревьев значительно более эффективны, чем одновидовые. Было установлено, что на показатель эффективности шумозащиты в первую очередь оказывает влияние показатель ярусности, а затем - сомкнутости крон. При этом такие параметры насаждений, как средняя высота насаждений и ширина посадки, играют не столь существенную роль в шумозащите.

3 СНиП 2.07.01-89. Градостроительство. Планировка и застройка городских и сельских поселений.

При весенних измерениях LA3KB. имеет близкие значения к LAMaKC. для летних показателей. Данный факт свидетельствует о том, что за исключением довольно широких посадок насаждения в весенний и зимний периоды практически не обладают шумозащитной способностью.

Исследования выполнены при поддержке Программы фундаментальных исследований Президиума РАН «Биологическое разнообразие», подпрограмма «Биоразнообразие: инвентаризация, функции, сохранение» (2009-2013 гг.); гранта РФФИ №11-04-97025, гранта Академии наук Республики Башкортостан № 40/30-П (2011-2013 гг.), гранта МОН РФ № 01201276782 (2012-2013 гг.).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Аксенов И.Я. Транспорт и охрана окружающей среды. М.: Транспорт, 1986. 176 с.

2. Александров В.Ю. Экологические проблемы автомобильного транспорта // Новосибирск: ГПНТБ СО РАН, 1995. 95 с.

3. Кулагин А.А., Шагиева Ю.А. Древесные растения и биологическая консервация промышленных загрязнителей. М.: Наука, 2005. 190 с.

4. Уфа - столица Республики Башкортостан. URL: http://ufacity.info/ufa/index.php (дата обращения: 25.06.2013).

Поступила в редакцию 13.09.13

Yu.A. Gordeev, A.A. Kulagin

NOISE-PROTECTIVE PROPERTIES OF GREEN PLANTATIONS ON URBAN TERRITORIES

Increase of noise pollution connected with increase in transport streams demands the search of optimal ways to decrease the noise level. The purpose of the work is detection of the green plantation ability to protect noise. The object of our research was green space and the noise level along transport streams, near public buildings and in residential area. The comparison of the obtained data on the sound level with sanitary standards on 120 measurements has been carried out. Thus, 63 cases of measuring are equivalent and on the maximum sound level conform to the standard, but 57 cases excess the admissible noise level. During the work it was revealed that in most cases the distance between trees is 1,5-2 m less than demanded Construction Norms and Regulations. Also many green plantation lanes are located in average 1 m closer to the roads. The comparison of various characteristics of green plantations showed that mixed green plantations with some circles possess the most considerable noise-protective ability. Higher rates of noise protection are reached by the combination of such green space factors as layerage, density of kroners, width and average height of plants, although they are not equivalent in this ability. There is still no exact advantage of one type of plants over the others; however green plantations with several species of trees are much more effective than with only one kind of plant.

Keywords: green plantations, noise pollution, volume of traffic, test point, noise-protective properties, sound level meter, traffic flow, equivalent sound level.

Гордеев Юрий Александрович, аспирант E-mail: Doc512@mail.ru

Кулагин Андрей Алексеевич, доктор биологических наук, профессор, зав. каф. экологии и природопользования E-mail: kulagin-aa@mail.ru

ФГБОУ ВПО Башкирский государственный педагогический университет им. М. Акмуллы 450000, Россия, г. Уфа, ул. Октябрьской революции,

Gordeev Yu.A., postgraduate student E-mail: Doc512@mail.ru

Kulagin A.A., Doctor of Biology, Professor,

the head of the ecology and nature using department

E-mail: kulagin-aa@mail.ru

M. Akmullah Bashkir State Pedagogical University Oktyabrskoy Revolutsii St., 3a, Ufa, Russia, 450000

3a