Исследование звукопоглощающих свойств массивов зеленых насаждений в градостроительстве по методике расчета коэффициентов звукопоглощения

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗВУКОПОГЛАЩАЮЩИХ СВОЙСТВ МАССИВОВ ЗЕЛЕНЫХ НАСАЖДЕНИЙ В ГРАДОСТРОИТЕЛЬСТВЕ ПО МЕТОДИКЕ РАСЧЕТА КОЭФФИЦИЕНТОВ ЗВУКОПОГЛОЩЕНИЯ

Ю.А. Винников

МГСУ

В статье приведена методика расчета применения посадок зеленых насаждений в качестве шумозащитных мероприятий.

Article shows calculation of projecting noice-protecting green plants as noice-reducing workterms.

Акустический комфорт жилой застройки в градостроительной практике достигается соблюдением допустимых уровней шума за счет применения ряда шумозащитных мероприятий.

В городских территориальных комплексных схемах рассматриваются как мобильные источники шума, а именно: потоки всех видов наземного, автомобильного и рельсового транспорта на улично-дорожной сети городов и внегородских магистралях; авиационный, водный и железнодорожный транспорт, так и стационарные источники шума, такие как: промышленные предприятия; предприятия по обслуживанию всех видов транспорта, крупные трансформаторные подстанции; открытые спортивные сооружения.

Преобладающим по времени звучания и интенсивности шума является городской автотранспорт. Определенное влияние на распространение шума автотранспортных потоков оказывают шумозащитные полосы зеленых насаждений из-за их звукопоглощающей способности. Значение этого влияния зависит от ширины полосы зеленых насаждений, ее плотности, дендрологического состава и др. факторов. С целью определения влияния звукопоглощающих свойств зеленых насаждений на акустическую обстановку селитебных территорий города были проведены макетные исследования на полигоне учебно-опытного лесхоза Брянской государственной инженерно-технологической академии, и натурные наблюдения на примагистральных посадках вдоль автодорог Брянск-Гомель, Брянск-Орел, Брянск-Рославль. Исследования проводились с конца мая по сентябрь в течении трех лет.

Погодные условия во время проведения исследований были примерно одинаковыми и находились в рамках рабочих пределов: атмосферное давления 740-760мм ртутного столба, температура воздуха 16-22 градусов по Цельсию, относительная влажность воздуха 60-80%, скорость ветра - до 2м/сек. Во время выпадения осадков измерения не производились.

Из натурных посадок полосы подбирались шириной 4-6м, протяженностью 50-80м, высотой не менее 4-8м, хорошо сформированные с учетом лесоводственно-биологических особенностей древесных пород в местных условиях, имеющих определенный породный состав, конструкцию посадок, которые могут быть использованы в озеленении городов. Исследованные фрагменты полезащитных полос расположены на сельхозугодьях и предназначены для защиты от ветра, удержания снега и т.п. целей.

1/2010 мв.ВЕСТНИК

Однако, с точки зрения звукозащиты их состояние и конструкция наиболее удовлетворяют условиям эксперимента и являются оптимально близкими к предъявляемым шу-мозащитным требованиям. Выбор натурных объектов производился также в соответствии с требованиями методики измерений и с требованиями к акустическим измерениям в натурных условиях: низкий акустический фон порядка 30-40дБ, ровный рельеф местности, отсутствие экранирующих предметов, объектов дополнительного шума, однородный почвенный покров.

Для каждой исследуемой полосы зеленых насаждений выполнялась съемка местности с учетом неровностей рельефа, способных повлиять на результаты измерений, составлялась схема конструкции полосы с точным измерением ее параметров: высота, ширина, расстояние между рядами деревьев, между деревьями в ряду, ширина крон исследуемых пород и их смыкаемость, высота штамба, протяженность кроны в вертикальном направлении. Определялся возраст и состояние пород, составляющих полосу. Брались пробы для определения плотности крон деревьев.

Каждому исследуемому сечению присваивался порядковый номер. Результаты измерений заносились в полевой журнал.

По окончании измерений производилась математическая и статистическая обработка результатов, подсчитывались средние значения удельных коэффициентов звукопоглощения для каждой октавной полосы каждой породы, для каждого значения продольного разрыва.

Количество исследуемых сечений, одинаковых по дендрологическому составу и геометрической форме расчетного сечения, выбиралось таким образом, чтобы было возможным получить результат исследований с достаточной степенью достоверности, избежать грубых ошибок и определить характерную зависимость акустических свойств по частотному диапазону от ряда вышеперечисленных факторов. Результаты измерений подвергались компьютерной статистической обработке.

Достоверность результатов в доверительном интервале плюс 0,012с имеет значение 95%-97%. В результате расчетов получены соответствующие аппроксимированные частотные кривые зависимости объемных коэффициентов звукопоглощения различных пород зеленых насаждений от ширины продольного разрыва между кронами.

Поскольку крона дерева неоднородна и обладает переменной плотностью, весь объем кроны в расчетах заменялся его эффективным приведенным сечением, определение которого производилось по методике, использованной в своих работах Г.П.Берфиной [1]. Размеры эффективного сечения определяются той частью крон деревьев, которая имеет достаточно плотную не просматриваемую структуру с постоянной с точки зрения акустики плотностью.

По данной методике процесс определения приведенного сечения заключался в следующем: производились замеры геометрических параметров крон деревьев, имеющихся в составе исследуемых полос зеленых насаждений.

Осредненные геометрические характеристики отобранных для исследований модельных и натурных полос зеленых насаждений и соответствующие им приведенные сечения сведены в табличную форму (таблица 1). По таблице 1 определялись размеры приведенного сечения крон исследуемых пород деревьев. Указанные размеры приведенных эффективных сечений использовались в дальнейших расчетах акустических свойств зеленых насаждений за исключением части кроны, которая выходила за пределы измерительного объема.

Измерения времени реверберации пустого измерительного объема необходимого размера проводились на ровном участке местности с травяным покрытием непосредственно перед проведением исследований на полосах зеленых насаждений.

Таблица 1 - Определение размеров приведенного сечения крон с переменной плотностью

Наименование пород Высота посадки, м Уменьшение ширины посадки на а1 см (на сторону) Уменьшение высоты на а2, см

Каштан конский обыкновенный 6-10 30-35 45

более 35-40 55

Клен остролистный 8-10 15-20 75-85

более 20 - 25 85-95

Береза повислая 5-10 15-20 50 - 60

более 20-25 60-70

Тополь дельтавид-ный 6-10 20-30 50-60

более 25-35 60-70

Дуб черешчатый до 10 15-20 155-165

более 20-25 165 - 175

Ель европейская 8-10 25-30 75-85

более 30-35 85-95

Лиственница европейская до 10 85-90 135-145

более 90-95 145 - 155

Туя западная 3-4 15-20 30-50

более 20-25 40-60

Липа мелколистная 5-8 20-30 50 - 60

более 30 - 40 60-70

Ясень обыкновенный 6-10 15-25 75 - 85

более 25-30 85-95

Активный и пассивный щиты устанавливались параллельно друг другу на расстоянии на 1м превышающем размер поперечного сечения исследуемой посадки. Время реверберации замерялось в трех точках, расположенных на оси поперечного сечения объема. Количество замеров - минимально по три в каждой октавной полосе в каждой измерительной точке.

При порывистом ветре замеры не производились, т.к. из-за трудно учитываемого импульсного фонового шума разброс результатов измерений доходил до 25%. Особенно ярко это было выражено в объемах шириной более 5 метров. После измерения времени реверберации пустого измерительного объема щиты переносились и устанавливались так же параллельно и на том же расстоянии, но с полосой зеленых насаждений внутри. Расположение измерительных точек соответствовало их положению внутри пустого объема. Процесс измерений повторялся. После проведения акустических измерений для их связи с биометрическими показателями зеленых насаждений производились замеры плотности крон по методике, использованной в своих работах

1/2010 ВЕСТНИК

Г.П.Берфиной [1], А.В.Городковым [3] и В.И.Поляковым [4]. Методика, заключалась в срезании (с последующим взвешиванием листьев) облиственных веток по периферии кроны внутри разборного «скелетного» кубика со стороной 0,5 метра.

На основе полученных осредненных результатов измерений производился расчет следующих характеристик исследуемых насаждений:

- добавочное звукопоглощение, вносимое зелеными насаждениями в пустой измерительный объем, при условии, что метеорологические условия, влияющие на постоянную затухания звуковой энергии, существенно не изменились:

ДА=55,3 У/С

V - объем измерительного объема, куб.м.; С - скорость звука в воздухе, при м.у. 343,8м/сек; Т1 - время реверберации пустого объема, сек; Т2 - то же с зелеными насаждениями, сек.

Для связи величины ДА с геометрическими и биометрическими параметрами посадок авторы работ [1,4] определяли такие удельные коэффициенты звукопоглощения, как:

поверхностный а8 = АЛ/Б,

где Б - площадь поверхности посадки, кв.м;

весовой ар = ДА/Р,

где Р - вес посадки, кг/кв.м.;

или объемный ау = АЛ/У,

где V - объем посадки, куб.м.

Хотя вышеперечисленные удельные коэффициенты звукопоглощения связывают звукопоглощающие свойства посадок с различными их геометрическими параметрами, использование их в практических целях затруднено, или из-за некорректного прогнозирования приводит к большим погрешностям. Наиболее приемлемым с практической точки зрения является использование удельного объемного коэффициента звукопоглощения, где V- приведенный объем, определяемый по таблице, в отличие от ранее используемого общего объема посадки. Результаты экспериментальных замеров и полученные по ним расчетные данные были сведены в таблицы. Как было описано в методике, продольный разрыв между рядами крон создавался размерами 500; 600; 700 и 800мм. В исходном состоянии посадка имеет плотную постоянную сомкнутость крон. Первоначально предполагалось создавать разрыв при помощи оттяжек, отгибая ряды деревьев друг от друга.

Первый же эксперимент показал, что из-за низкой гибкости стволов даже модельных посадок, этот вариант очень трудоемок и тяжело исполним. В последующих экспериментах разрыв необходимой величины создавался при помощи притягивания крайних ветвей к стволу при помощи отрезков толстой капроновой лески или веревки. Разрыв создавался на высоту 3м, т.к. выше расположенные ветви выходили за пределы измерительного объема и на результаты исследований влияния не оказывали.

По результатам расчетов были построены частотные зависимости удельного объемного коэффициента звукопоглощения (спектры) по породам и конструкциям макетных посадок. Анализируя полученные данные можно отметить следующие закономерности:

• наибольшими значениями удельных коэффициентов звукопоглощения обладают широколиственные породы. Причем максимальные значения ^ имеет каштан конский, обладающий помимо широкой еще и гибкую листовую пластину, близкую к длине воспринимаемой звуковой волны. Меньшими значениями обладает клен остро-

листный, обладающий меньшей и более жесткой листовой пластинкой. Т.е. звукопоглощающие свойства пород, составляющих шумозащитные зеленые насаждения пропорциональны размерам их листовых пластинок;

• максимальным звукопоглощением в области низких частот обладают хвойные породы. Однако у них с ростом частоты рост звукопоглощения гораздо меньший, чем у лиственных пород;

• наличие и размеры продольных разрывов в полосе ШЗН между рядами крон оказывает влияние на величину коэффициента звукопоглощения, увеличивая или уменьшая его. Связано это с внутренней реверберацией звука в разрыве. Обусловлено изменение спектра резонансными явлениями;

• увеличение количества продольных разрывов в полосе ШЗН увеличивает ее звукопоглощающие свойства.

Литература.

1.Берфина Г.П. Шумозащитные свойства зеленых насаждений и их эффективное использование в конструкциях примагистральных посадок: Автореф.дис.канд.с.-х.наук.-Брянск, 1986.-14с. - В надзаг.: Брян.ордена Трудового Красного Знамени технол.ин-т.

2.Болховитина М.М. Исследование влияния зеленых насаждений на снижение шума городских территорий: Автореф. дис. канд.с.-х.наук.-Л.,1977.-22с.-В надзаг.: ЛТА им.С.М.Кирова.

3.Городков A.B. Влияние зеленых насаждений на снижение уровня промышленного шума в крупных городах центрального района PC ФСР; Автореф. дис. канд. с.-х. наук. Брянск.1988,-24с.

4.Поляков В.И. Снижение шума зелеными насаждениями в межцеховых пространствах промышленных зон: автореф. дис. канд.техн.наук.- М., 1999.-22с.- В надзаг.: БГИТА.

5.Цыганков В.В. Снижение шума при помощи зеленых насаждений в городской среде: Автореферат, дис...докт. с.-х.наук.-М.,1997.-22с.-В надзаг.:БГИТА.

Статья представлена Редакционным советом «Вестника МГСУ»

E-mail автора: svkolobova@yandex.ru