Содержание к диссертации
Введение
1 Звуковая среда в городах 9
1.1 Понятие о природе звука, физические свойства звука и звуковых волн 9
1.2 Классификация техногенных шумов 13
1.3 Дорожные и транспортные факторы, влияющие на уровни шума 14
1.4 Распространение шума в урбанизированном пространстве 17
1.5 Биологическое действие шума на человека 21
1.6 Нормирование городского шума 27
2 Методика изучения шумового загрязнения урбанизированных территорий 29
2.1 Методика натурных измерений шумовых характеристик автотранспортных потоков 29
2.2 Методы изучения влияния шума на организм человека 34
2.3 Порядок определения и оценки необходимого снижения уровня звука у населенных пунктов 39
2.4 ГИС-технологии 45
2.5 Шумозащитные мероприятия 48
3 Общая эколого-географическая характеристика территории 59
3.1 Географическое положение 59
3.2 Геолого-геоморфологические особенности территории 59
3.3 Ландшафтная характеристика 62
3.4 Климатические особенности 65
3.6 Почвенный покров 68
4 Шумовое загрязнение г.Воронежа автотранспортом 70
4.1 Актуальность проблемы шумового загрязнения для г.Воронежа 70
4.2 Геоэкологическая оценка шумового загрязнения улиц, этапы натурных измерений. 73
4.3 Натурные измерения уровней шума в различно-ориентированных квартирах по ул.Новосибирской и Московскому проспекту 83
4.4 Опрос населения о влиянии шума 87
4.5 Проект расширения городских улиц с пропуском транзитного транспорта, оценка эффективности. 91
4.5.1 Натурные измерения на этапе подготовки проекта. 91
4.5.2 Расчет проектных эквивалентных уровней дневного шума 95
4.5.3 Расчет проектных эквивалентных уровней ночного шума 101
4.5.4 Шумозащитные мероприятия 102
4.5.5 Оценка эффективности проекта расширения городских улиц с пропуском транзитного транспорта. 104
4.6 Алгоритмическая реализация комплексного подхода к методикам оценки акустического загрязнения 107
4.7 Программный модуль «NoiseZONE» 110 Оценка экономического ущерба от автотранспортного шума 117
4.8.1 Оценка шумовой нагрузки на население. 118
4.8.2 Оценка снижения стоимости жилья из-за шума. 120
4.9 Рекомендации по снижению уровня шума 124
Заключение 126
Список использованной литературы 128
- Понятие о природе звука, физические свойства звука и звуковых волн
- Методика натурных измерений шумовых характеристик автотранспортных потоков
- Геолого-геоморфологические особенности территории
- Актуальность проблемы шумового загрязнения для г.Воронежа
Введение к работе
Актуальность исследования. Сегодня шум - один из важных факторов вредного влияния нашей цивилизации на окружающую среду, он опасен не менее чем загрязнение воздуха или воды. От 30 до 40% современных горожан проживает в условиях шумового дискомфорта. Акустическое загрязнение становиться причиной различных заболеваний, ведет к ухудшению качества жизни и экономическим потерям, снижает производительность труда на предприятиях.
Основным источником шума в современных городах, в том числе и в Воронеже, является автомобильный транспорт, вклад которого составляет 60 - 80% всех шумов, проникающих в места пребывания человека. Автомобильный парк города и области постоянно растет, за последнее десятилетие он увеличился на 83%, в основном за счет легкового транспорта. Вместе с этим продолжает увеличиваться доля автомобилей с большим сроком эксплуатации, выработавших свой технический ресурс и являющихся наиболее неблагоприятными по акустическим характеристикам.
Острой для Воронежа является проблема транзитного транспорта. Подавляющая часть межрегиональных транспортных автомагистралей не имеют обходов города и связаны между собой в пределах городских улиц и дорог, что ведет к концентрированию транспортных потоков. Кроме этого, в г. Воронеже необходимо отметить следующие недостатки архитектурно- планировочной организации территории, негативно влияющие на акустический фон городской среды: низкую пропускную способность автомагистралей, сокращение площади зеленых насаждений, несоответствие градостроительного баланса города нормативному.
Создание акустического благополучия в городе - проблема многих отраслей градостроительства. Её решение возможно только при комплексном подходе, максимально учитывающем все геоэкологические особенности
исследуемой территории. Наиболее точно это можно сделать при использовании геоинформационных систем и технологий.
Цель исследования - геоэкологическая оценка акустического режима примагистральных территорий г. Воронежа.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи.
Определен методический подход к современным методам оценки акустического загрязнения и разработки шумозащитных мероприятий.
Дана оценка природных, транспортных и градостроительных факторов влияющих на акустический режим примагистральных территорий.
Выявлена степень влияния акустического загрязнения на население исследуемых примагистральных территорий.
Разработана пространственная картографическая модель акустического загрязнения примагистральных территорий на базе расчетно- аналитического модуля ГИС.
Разработан комплекс шумозащитных мероприятий для исследуемых > примагистральных территорий.
Дана геоэкологическая оценка исследуемых примагистральных ' территорий.
Объект исследования - примагистральные территории г. Воронежа.
Предмет исследования - акустическое загрязнение, создаваемое автомобильным транспортом на примагистральных территориях города.
Теоретической основой наших исследований являются труды зарубежных и отечественных ученых: Г. Хафлинга (1990), Г. Л. Осипова (1977, 1993), П. И. Поспелова (1981, 2001), Б. И. Кочурова (1999), Л. В. Дунаевского (1986, 1995), В. П. Подольского (1996), В. К. Батурина (2003), Ю. С. Козлова (2000), Н. П. Мамчика (2002), В. И. Федотова (1996), С. А. Куролапа (2002), А. Я. Григорьевской (1990), В. Н. Жердева (2006), В. М. Смольянинова (1996), А. Б. Власова (2005) и других, разработавших геосистемные, ландшафтные, экологические и природоохранные аспекты изучения антропогенного воздействия на городскую среду, в том числе методические подходы к
изучению акустического загрязнения городской среды.
Методы исследования и исходные материалы. При проведении исследований на всех этапах использовались системный, сравнительно- географический, картографический, экспертный, социологический и статистические методы. При анализе научных работ были выделены и в дальнейшем использовались различные методические подходы к оценке акустического загрязнения городской среды и разработке природоохранных мероприятий на основе геоинформационных технологий и картографического моделирования для разработки и составления карт акустического режима.
При проведении диссертационного исследования были учтены имеющиеся данные по акустическому загрязнению следующих организаций: Управление ростехнадзора по Воронежской области, Воронежского государственного архитектурного университета, Воронежского высшего военного авиационного инженерного училища (военного института). Все перечисленные организации рассматривают вопросы акустического загрязнения в узконаправленном аспекте. Автором впервые проблемы акустического загрязнения исследуемой территории рассматривались с позиций дорожно-транспортного комплекса.
Научная новизна и теоретическая значимость.
Предложен комплексный подход к оценке акустического загрязнения и разработке шумозащитных мероприятий.
Впервые проблемы акустического загрязнения исследуемой территории рассматривались с позиций дорожно-транспортного комплекса.
Впервые для исследуемой территории проведены социологические исследования: «Реакция населения на проникающий в жилые квартиры шум от автотранспорта».
На основе современных ГИС - технологий создана пространственная модель, используемая для оценки акустического режима примагистральных территорий.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
Комплексный подход к методикам оценки акустического загрязнения и разработки шумозащитных мероприятий.
Результаты анализа факторов, влияющих на акустический режим примагистральных территорий.
Геоэкологическая оценка акустического загрязнения исследуемых примагистральных территорий.
Пространственно-картографическая модель на базе расчетно- аналитического модуля для оценки акустического режима примагистральных территорий с применением ГИС - технологий.
Комплекс рекомендуемых природоохранных мероприятий по снижению акустического загрязнения на примагистральных территориях.
Практическая значимость работы. Материалы диссертационной работы были использованы при подготовке проекта администрации г. Воронеж по расширению городских улиц с пропуском транзитного транспорта. Методические разработки и созданная пространственная модель могут быть использованы для оценки акустического режима примагистральных территорий любых населенных пунктов.
Изложенные в диссертационной работе материалы использованы в учебном процессе при подготовке студентов по специальности «Экология» в Воронежском государственном педагогическом университете.
Апробация работы. Результаты исследования доложены на международной экологической студенческой конференции «Экология России и сопредельных территорий. Экологический катализ» (Новосибирск, 2001); на V международной экологической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «РИО+Ю: устойчивое развитие» (Москва 2002); на всероссийской научно-практической конференции молодых специалистов «Инженерные изыскания в строительстве» (Москва 2005); на всероссийской научно- практической конференции «Экологические проблемы промышленных городов» (Саратов 2005); на ежегодных региональных научно-практических конференциях в Воронежском государственном педагогическом университете (2002-2007).
По теме диссертации опубликовано 13 работ, в том числе 1 работа - в ведущем рецензируемом издании, рекомендованном ВАК РФ.
Личный вклад автора заключается в сборе, обработке и анализе данных, использованных при написании диссертационной работы; в проведении натурных измерений; в разработке комплексного подхода к методикам оценки акустического загрязнения и разработки шумозащитных мероприятий; в разработке пространственной модели распространения звуковой волны на базе расчетно-аналитического модуля; в разработке рекомендаций по комплексу шумозащитных мероприятий.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников и приложения.
Она включает 152 страницы машинописного текста, 29 таблиц, 17 рисунков, 6 приложений. Список использованной литературы насчитывает 131 наименование, в том числе 29 на иностранном языке.
1. ЗВУКОВАЯ СРЕДА В ГОРОДАХ
1.1 Понятие о природе звука, физические свойства звука и звуковых волн
Звук как физическое явление представляет собой волновое колебание упругой среды; звук как физиологическое явление определяется ощущением, воспринимаемым органом слуха при воздействие звуковых волн. Под шумом понимается беспорядочное сочетание звуков различной частоты и интенсивности [5].
Источниками звука могут быть разнообразные процессы и явления, вызывающе возмущение звуковой среды относительно среднего равновесного состояния.
Процесс распространения колебательного движения в среде с определенной частотой называют звуковой волной. Звуковые волны возникают в том случае, когда в упругой среде имеется колеблющееся тело или когда, частицы упругой среды приходят в колебательное движение вследствие воздействия на них какой - либо возмущающей силы. При этом энергия передается от источника с помощью звуковых волн, а частицы упругой среды совершают только колебательные движения по отношению к положению равновесия [45].
Не все колебательные движения воспринимаются органами слуха как физиологическое ощущение звука; ухо человека может ощущать только те колебания, частота которых (количество в 1 сек) находится в пределах от 16 до 20000 Гц. Колебания с частотой менее 16 Гц называются инфразвуком, а с частотой выше 20000 Гц — ультразвуком и ухом не воспринимаются. В дальнейшем речь будет идти только о слышимых звуковых колебаниях [77].
При распространении звуковой волны следует различать два различных явления: движение частиц среды в волне и перемещение самой волны в среде. Обычно колебательные скорости частиц среды в несколько раз меньше скорости звука.
Фронтом звуковой волны называют поверхность, проходящую через частицы среды, совершающие колебания в одной и той же фазе. Направление распространения звука в каждой точке фронта является нормалью к его поверхности. Различают три типа звуковых волн, отличающихся друг от друга формой фронта: плоские, имеющие фронт в виде полоски, нормальной к направлению распространения; шаровые с фронтом в виде сферы и цилиндрические, форма фронта которых имеет вид боковой поверхности цилиндра [64].
В изотропных средах скорость распространения звука V связана с длиной волны X, частотой / и периодом Т простой зависимостью [61 с. 12]
V = А/Т (1.1)
Область пространства, в которой наблюдаются звуковые волны, называется звуковым полем [5].
Физическое состояние среды в звуковом поле характеризуется звуковым давлением р - разностью между мгновенным значением полного давления и средним давлением, которое наблюдается в среде при отсутствии звукового поля (единицы измерения -
Н/м') [64].
Любой источник звука может характеризоваться звуковой мощностью Р — количеством звуковой энергии (Езв) в Вт, излучаемой в единицу времени. Звуковая энергия состоит из кинетической энергии колеблющихся частиц и потенциальной энергии упругой деформации [45].
Интенсивность звука (сила звука) I определяется средней по времени энергией, переносимой звуковой волной в единицу времени через единицу площади перпендикулярной направлению распространения волны [61 с. 13]:
1 = Езв/(1*8) (1.2)
Важной характеристикой всякого источника звуковых волн (источника шума) является направленность излучения. Обычно реальные источники шума имеют неравномерное излучение по различным направлениям. Неравномерность излучения характеризуется фактором (коэффициентом) направленности [61 с. 14]
Ф=р„2/р2ср, (1.3)
где р„ - звуковое давление, измеренное на фиксированном расстоянии от источника в заданном направлении;
Рф - звуковое давление, усредненное по всем возможным направлениям при том же фиксированном расстоянии.
Характеристики направленности излучения включают:
а) угловое распределение относительных уровней звукового давления;
б) показатель направленности излучения - ПН.
Угловое распределение относительных уровней представляет собой совокупность значений уровней звукового давления, измеренных, обычно, через каждые 30 в какой-либо плоскости на сферической или полусферической поверхности и отнесенных к одному из измеренных значений, принятому за основное.
Показатель направленности ПН связан с фактором направленности Ф простым соотношением [61 с. 16]
ПН^Ю^Ф (1.4)
Помимо указанных выше характеристик акустических величин пользуются относительными параметрами. Введены понятия относительных уровней звукового давления и интенсивности. Условным порогом звукового давления считается величина равная 2*10"5 Па. Разность двух уровней 1Ь 12 определяется соотношением [61 с. 17]
Ь1 = 18(12/1,) (1.5)
Единицей измерения разности уровней является бел (Б), определяемый как логарифм отношения интенсивностей при 12/ II = 10. При этом десятичный логарифм равен 1.
(1-6)
(1.7)
Используя соотношение I = р /(р*у), определяют разность уровней
(1.9)
(1.8)
Логарифмические единицы уровней являются не абсолютными, а относительными и поэтому безразмерными единицами. Однако после того как пороговое значение было стандартизовано, определяемые относительно него уровни интенсивности и уровни звукового давления приобрели смысл абсолютных. Они однозначно определяют соответствующие абсолютные значения интенсивности и звукового давления [5]. Абсолютные уровни звукового давления ряда источников шума приведены в приложении 1.
Разложение сложного колебательного процесса на простейшие составляющие называют частотным анализом шума, а величину, указывающую характер распределения энергии шума по частотному диапазону, - его частотным спектром.
В практике измерения шумов и проведения акустических расчетов принято представлять спектры в полосах частот определенной ширины. Чаще всего при измерениях используют анализаторы с постоянной относительной полосой пропускания фильтров. Полоса частот, у которой отношение 2I\ = 2, называется октавой. Если = 1,26, то ширина полосы равна 1/3 октавы [5].
1.2 Классификация техногенных шумов
По физической природе происхождения техногенные шумы могут быть подразделены на следующие группы:
механические шумы, возникающие при взаимодействии различных деталей в механизмах, а также при вибрациях поверхностных устройств;
электромагнитные шумы, возникающие вследствие колебаний деталей и элементов электромеханических устройств под действием электромагнитных полей;
аэродинамические шумы, возникающие в результате вихревых процессов в газах;
гидродинамические шумы, вызываемые различными процессами в жидкостях [45].
По характеру спектра шумы подразделяются на широкополосные и тональные. Под широкополосными шумами понимаются шумы, имеющие непрерывный спектр шириной более октавы. В технике приняты октавные полосы со среднегеометрическими частотами: 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц. В спектре тонального шума присутствуют отдельные слышимые дискретные тона. Тональность шума определяют в процессе измерения уровней звукового давления в третьоктавных полосах частот при превышении уровня в одной полосе над соседними более чем в 10 дБ [63].
По частотному распределению уровней шумы могут быть разбиты на низкочастотные — шумы с максимальными уровнями звукового давления в области частот ниже 300 Гц, среднечастотные — шумы с максимальными уровнями звукового давления в области частот 300 — 800 Гц и высокочастотные
шумы с максимумом звукового давления в области частот выше 800 Гц [1].
По временным характеристикам шумы подразделяются на постоянные, уровни звука которых изменяются во времени не более чем на 5 дБА, и непостоянные, уровни звука которых изменяются во времени более чем на 5 ДБА.
Непостоянные шумы делятся на импульсные, прерывистые и колеблющиеся во времени. Импульсные состоят из одного или нескольких следующих друг за другом ударов длительностью- менее 1с. Прерывистые характеризуются резким падением уровня звука до фонового шума несколько раз за время наблюдения, причем длительность интервалов, в течение которых уровень остается постоянным и превышающим уровень фонового шума, составляет 1с и более. Колеблющиеся во времени отличаются тем, что уровень шума меняется со временем. К ним относится шум транспортного движения [45].
Источник шума можно рассматривать как точечный, если его размеры малы по сравнению с расстоянием до приемника звука. К точечным относятся многие источники шума, включая промышленные предприятия, самолеты, автомобили. Такие источники чаще всего излучают сферические звуковые волны.
Протяженный в одном направлении источник шума, имеющий непрерывное излучение звука, называется линейным. Примером линейного источника может являться трубопровод с турбулентным потоком, транспортный поток, железнодорожный состав. Такие источники обычно излучают цилиндрические звуковые волны [64].
1.3 Дорожные и транспортные факторы, влияющие на уровни шума
Основным источником шума в городах являются транспортные потоки.
На городской улице шум двигателя преобладает над шумом движения. Наиболее сильный шум производят тяжелые грузовики и автобусы, на втором месте - мотоциклы и мопеды, затеем, легкие грузовики и легковые автомобили [6].
Особенно много шума создает уличное движение в центре города, где машинам приходится часто тормозить и разгоняться снова, а также подолгу стоять с включенными моторами. При проезде 210 машин в час по городской улице с гладким, чистым и сухим покрытием создается шум уровнем 60 дБ(А), при увеличении оживленности до 1000 машин в час, уровень шума возрастает до 67дБ(А) [97].
Таблица 1
Шумовые характеристики имеют математическую зависимость от многочисленных факторов, которые можно разделить на транспортные и дорожные [26].
К транспортным факторам относятся: эксплуатационное состояние автомобиля, объем и характер груза, скорость движения, его интенсивность и состав, использование звуковых сигналов.
Уровни шума, создаваемые различными видами транспорта
К дорожным факторам относятся такие характеристики автомобильных дорог, как число полос движения, наличие разделительной полосы, продольный и поперечный профиль дороги, устройство перекрестков, вид и состояние покрытия, его шероховатость, тип поверхности между дорогой и точкой измерения. Математические зависимости шумовых характеристик позволяют прогнозировать динамику изменения шумового режима на магистральных улицах.
Математическую зависимость шумовых характеристик от интенсивности, скорости движения и состава транспортных потоков, позволяющую прогнозировать динамику шумового режима на стадиях разработки проектов детальной планировки и проектов застройки, иллюстрирует таблица приложения 2, с учетом поправок приведенных в таблицах 2-6.
Таблица 2
Таблица 3
Поправка к эквивалентному уровню звука на число полос движения
Таблица 4
Поправка к эквивалентному уровню звука на продольный уклон дороги
Таблица 5
Поправка к эквивалентному уровню звука на тип покрытия дороги
Поправки, учитывающие устройство перекрестков приведены в таблице 6.
Таблица 6
Поправки на устройство перекрестков
1.4 Распространение шума в урбанизированном пространстве
Распространение колебаний в воздушной среде происходит в форме продольных волн объемных деформаций. Вид продольных звуковых волн, распространяющихся от источника, зависит от типа источника, соотношения между его размерами и длиной излучаемой волны и от расстояния между ним и рассматриваемой точкой звукового поля.
Многие реальные источники можно рассматривать как сферические излучатели, особенно в тех случаях, когда их размеры малы по сравнению с длиною волны излучаемого звука.
Звуковое давление в сферической волне от точечного ненаправленного источника обратно пропорционально расстоянию от центра (источника звука). Если уровень звукового давления на расстоянии г0 обозначить через Lo, то уровень на расстояние г вычисляется по формуле [62]:
L = L0 - 20 Ig (r/ro). (1.10)
Если мощность Р акустического излучения точечного ненаправленного источника звука задана, то на расстоянии г достигается уровень звукового давления L в дБ, определяемый соотношениями [62]:
L=101g(P/P0)-201gr-ll; Р0=Ю"12,Вт. (1.11)
В случае, когда из-за геометрического ограничения излучение заполняет
не все пространство, как предполагается, а только некоторый пространственный угол 2, то в первой части этого уравнения дополнительно вводится поправочный член +10 ^ (4тг/ Ц).
Излучение в полупространство возникает, например, когда источник звука находится непосредственно над твердой поверхностью [62].
На практике многие источники звука имеют значительные размеры и обладают направленностью излучения. При этом звуковое поле вблизи излучателя имеет сложную структуру. Однако на достаточно большом расстоянии (в дальнем звуковом поле) снова справедлива простая закономерность: как и у сферических волн, звуковое давление обратно пропорционально квадрату расстояния, но излучение звука в различных направлениях в соответствие с диаграммой направленности источника звука неодинаково. В этом случае используют выражение для уровня в точке измерений, находящейся от источника звука мощности Р на расстоянии г в направлении х:
Ь = 10 ^ (Р/Р0) - 20 ^ г +10 1ё (4тг/ П) +ПН - 11, (1.12) где ПН - показатель направленности источника звука для рассмотренного направления точки измерения.
Элементарным источником излучения может служить, например, идеальный сферический излучатель. Другой элементарный источник, встречающийся в практике, может быть представлен в виде равномерно излучаемой прямой линии бесконечной длины (линейный источник). В этом случае излучаются цилиндрические волны, которые являются двумерным аналогом сферических волн. Уменьшение уровня в поле цилиндрических волн определяется уравнением [62]:
Ь = Ь0-101ё(г/г0). (1.13)
В дальнем свободном звуковом поле, создаваемым источником конечных размеров в безграничной атмосфере без поглощения, звук распространяется по прямым линиям - лучам, перпендикулярным фронту волны. С увеличением расстояния от источника поверхность фронта также увеличивается, вследствие чего интенсивность звука падает [64].
Однако в реальной атмосфере интенсивность звука снижается больше, чем на величину, зависящую только от расстояния до источника звука. Дополнительное снижение интенсивности обуславливается поглощением звука.
Поглощение звука в спокойной атмосфере обусловлено обменом импульсами в результате теплового движения молекул между частями звуковой волны, движущимися с различными скоростями (классическое поглощение из- за вязкости и теплопроводности воздуха), а также перераспределением энергии между молекулами с различными степенями свободы (молекулярное поглощение). Последнее играет основную роль в снижение интенсивности, а классическим поглощением в большинстве случаев можно пренебрегать.
Величина молекулярного поглощения звука зависит от частоты звука, температуры и влажности воздуха. Оно сильно возрастает при увеличении частоты и его максимум соответствует минимуму относительной влажности воздуха [5].
Изменения плотности и температуры приводят к изменению волнового сопротивления среды и изменению скорости звука в среде. Температурный градиент в общем случае является функцией координат. Искривление лучей происходит таким образом, что они всегда отклоняются в сторону областей с меньшей скоростью звука, характеризующихся более низкой температурой.
Градиент скорости звука также подвержен влиянию ветра. Скорость распространения звука в атмосфере равна векторной сумме скорости звука в неподвижной атмосфере и скорости ветра, что служит причиной рефракции звуковых волн.
Днем с наветренной стороны от источника шума влияния ветра и температуры складываются и вызывают искривление звуковых лучей кверху. С подветренной стороны эти влияния вычитаются. Ночью с подветренной стороны оба эффекта складываются и вызывают искривление книзу, в то время как с наветренной стороны оба эффекта вычитаются. Большое влияние на распространение звука оказывает турбулентность атмосферы. Вызываемые ей изменения скорости распространения звука приводят к флуктуациям уровня звукового давления, которое составляет 20-25 дБА при сильном порывистом ветре. Турбулентность атмосферы приводит также к значительному дополнительному поглощению звука, которое для диапазона частот 250-4000 Гц может достигать 15-22 дБ/км при слабом ветре и 50-90 дБ/км при сильном ветре [108].
Поглощение поверхностью земли вызывает затухание уровня. Во многих случаях при распространении внешнего шума источник и приемник находятся на высоте всего лишь несколько метров над поверхностью земли. Следовательно, звук распространяется параллельно земле или отражается от неё под небольшим углом. Поэтому можно предположить, что акустические свойства земной поверхности оказывают влияние на уровень звука в точке приема и что, грунт, сильно поглощающий звук, вызывает большое падение уровня звука, чем это получилось бы только из-за геометрического расхождения звуковых волн. При этом влиянием низкого растительного покрова практически можно пренебречь [62].
Эффект снижения шума в зеленых насаждениях зависит от характера посадок, пород деревьев и кустарников, времени года, а также спектрального состава шума.
Для обеспечения существенного снижения шума посадки должны быть с густыми кронами, смыкающимися между собой, а пространство под кронами необходимо заполнять кустарниками, так чтобы не было просветов. Следующим условием является ширина защитной посадки. Как показали натурные обследования защитных древесно-кустарниковых полос, минимальная ширина полосы, дающая достаточный эффект шумопоглощения, составляет не менее 10 м.
Характер посадки деревьев также имеет определенное значение.
Например, полоса, где все кроны деревьев смыкаются, в сравнении с полосой, состоящей из нескольких рядов деревьев, с разрывами между этими рядами, показывает более интенсивное снижение шума. Степень снижения шума при одинаковой ширине полосы той и другой конструкции посадок зависит от количества рядов в полосе [76].
Значительное снижение шума наблюдается, когда на пути его распространения есть экраны- барьеры. При распространении шума за экраном возникает звуковая тень. Однако в зоне тени шум от источника, экранируемого барьером, не исключается полностью.
Проникновение звуковой энергии за экран зависит от соотношения между размером препятствия и длиной волны. Чем больше длина звуковой волны X, тем меньше при данном размере препятствия область тени.
1.5 Биологическое действие шума на человека
В современных городах транспортный шум стал одним из серьезных факторов внешней среды, отрицательно влияющих на самочувствие и здоровье человека. Он воздействует на организм человека ежедневно и круглосуточно. Но, тем не менее, вопрос воздействия на организм человека транспортного шума изучен гораздо меньше, чем воздействие промышленных шумов.
Городской шум, ввиду непрерывного, длительного характера действия, можно отнести к постоянным раздражителям внешней среды, обладающим кумулятивными качествами. Акустические раздражения, накапливаясь в организме, угнетают нервную систему и во многих случаях становятся причиной преждевременного утомления, головных болей, раздражительности, ослабления внимания и памяти, снижения работоспособности и травматизма [6].
Звуковые раздражения человек воспринимает звуковым анализатором - органом слуха. Звуковой анализатор представляет собой сложный механизм, обладающий высокой чувствительностью, способностью осуществлять тонкий анализ и синтез, выбирать из всей массы звуков полезные и защищать кору головного мозга от нежелательных вредных звуков.
Вся область слышимых звуков укладывается в шкалу уровней от 0 до 130 - 140 дБ. За 0 дБ принята величина звукового давления р0 = 2-103 Па. Верхняя граница является порогом болевого ощущения и мало зависит от частоты.
По интенсивности все звуки можно разделить на три основные области. Первая область распространяется от слухового порога человека до уровня звукового давления 40 дБ и охватывает весьма ограниченное количество сигналов внешней среды. Вследствие отсутствия повседневной тренировки звуковой анализатор мало чувствителен к восприятию звуков таких уровней.
Вторая область включает уровни звукового давления от 40 до 80 - 90 дБ и содержит основную массу полезных и бесполезных звуков окружающей среды; повседневное воздействие их приводит к созданию навыков восприятия. В пределах этой области расположены уровни звукового давления речи, музыкальные звуки, большинство шумов в быту и на производстве, предупредительные сигналы. В этой области наблюдается способность к наиболее тонкой дифференциации и анализу всех качеств звука. И хотя уровни шума во второй области относительно не высокие, проведенные исследования доказывают, что в диапазоне низких частот, соответствующих транспортному шуму, уровень звука интенсивностью 65 дБ вызывает временное снижение слуха на 10 дБ.
Третья область охватывает уровни звукового давления от 80 - 90 дБ до порога болевого ощущения звука (до уровня 120 - 130 дБ). Из-за стремительного развития современной техники эти уровни начинают приобретать существенное значение в жизни человека. В этой области уровней звукового давления наблюдаются существенные отличия в деятельности звукового анализатора по сравнению с первой и второй областями. Уровень шума 80 дБ вызывает снижение слуховой чувствительности на 17-25 дБ. То есть наблюдается явление утомления органа слуха. Поэтому важнейшее значение приобретает фактор времени действия раздражителя [62].
Кроме интенсивности, особенности биологического действия шума определяются характером спектра. Более неблагоприятные действия оказывают высокие частоты. Частоты выше 1000 Гц более опасны по сравнению с шумами частоты 31,5 — 125 Гц. К биологически агрессивному шуму относится импульсный шум, в спектре которого имеются дискретные тона.
Звуковой анализатор только одно из звеньев сложной цепи восприятия шума. Являясь общебиологическим раздражителем, звук действует на многочисленные элементы центральной нервной системы и влияет на все органы и системы органов. Следовательно, ответ на шумовой раздражитель не может носить односторонний локализованный характер [75].
В зависимости от интенсивности и спектра шума ученые выделяют следующие градации его действия на организм человека:
Мешающее действие. Оно растет с увеличением громкости и зависит от индивидуального восприятия. Организм способен адаптироваться к данному действию шума. Благодаря эффекту привыкания, люди, находясь на улице или рабочем месте, готовы терпеть более громкие шумы, чем дома, где верхний предел привыкания составляет днем 40 дБ(А), а ночью 35дБ(А).
Активация. Данное воздействие вызывается шумом малой интенсивности и выражается в возбуждении центральной и вегетативной нервной системы, нарушением сна, заметным усилением реакций связанных с испугом. Его можно объяснить утомлением от большого количества предупредительных сигналов, которые вызывают у человека реакцию, сходную с реакцией страха и беспокойством из-за восприятия шума как признака угрозы.
Особенно неблагоприятно такое шумовое воздействие в ночное время: оно нарушает сон и отдых человека. Сон становится поверхностным, человек с трудом засыпает, часто просыпается. Изучение сна у жителей домов, расположенных на различных улицах, показало, что сон значительно нарушается при уровне шума 40 дБА, а при 50 дБА период засыпания удлиняется до одного часа, глубина сна сокращается до 60%. Сон протекает нормально, если шум не превышает 30 - 35 дБ А. При этом период засыпания в среднем составляет 14-20 мин, глубина сна - 82% [4].
Влияние на работоспособность. Вопросы производительности труда и интенсивности шума имеют большое экономическое значение. Многие исследователи отмечают снижение производительности труда в ряде отраслей промышленности, где производственные процессы сопровождаются шумом. Понижение работоспособности происходит вследствие ослабления внимания и замедления латентного времени реакций. Производительность труда понижается как в количественном, так и качественном отношении. По некоторым данным шум может снизить производительность труда до 60%. Многочисленные данные свидетельствуют о неблагоприятном влиянии шума на производительность умственного труда. Уже при уровни шума 60 дБА, снижаются скорость переноса информации, объем кратковременной памяти и умственная работоспособность [100].
Помехи для передачи информации и нарушения ориентации в звуковой среде. Это действие шума напрямую зависит от уровня громкости. Особую проблему в производственных, жилых и учебных помещениях составляют помехи коммуникации посторонними шумами (производственным шумом, шумом от транспорта и т.д.), которые маскируют звуки речи. Установлено, что при превышении шумом уровня 70 дБА человек не различает от 20 до 50% слов [77].
5. Профессиональная глухота и шумовая болезнь. Проявления шумовой патологии могут быть условно подразделены на специфические, наступающие в звуковом анализаторе, и неспецифические, возникающие в других органах и системах [34].
Результаты многолетних клинических наблюдений и обследований больших групп рабочих различных специальностей, связанных с воздействием интенсивного шума, дают основание считать шумовую болезнь самостоятельной формой профессиональной патологии. Но на сегодняшний день шумовую болезнь нельзя считать только профессиональной патологией людей, занятых на шумных производствах. В условиях современных городов шум, особенно транспортный, достигает уровней производственных шумов.
Шумовая болезнь - это общее заболевание организма с преимущественным поражением органа слуха, дисфункцией центральной нервной и сердечнососудистой систем. В дальнейшем развиваются сдвиги невротического характера. Функциональные сдвиги со стороны центральной нервной и сердечнососудистой систем предшествуют развитию специфических изменений в слуховом анализаторе.
Орган слуха выполняет две функции: обеспечивает организм сенсорной информацией, что позволяет ему приспособиться к окружающей обстановке и обеспечивает самосохранение, т.е. противостоит повреждающему действию акустического сигнала. В условиях шума обе эти функции вступают в противоречия. С одной стороны, слух должен обладать высокой разрешающей чувствительностью к несущим информацию сигналам, с другой, с целью приспособления к шуму, слуховая чувствительность должна снижаться. Исходя из этого, организм вырабатывает компромиссное решение, выражающееся в виде снижения слуховой чувствительности, временного смещения порога слуха (ВСП), т.е. внутренней адаптации органа слуха с одновременным снижением адаптационной способности организма в целом [77].
Длительное воздействие шума или звука приводит к патологическому утомлению органа слуха. Такое утомление характеризуется не только более значительными сдвигами в чувствительности, но и более замедленной обратной адаптацией. Оно наступает при чрезмерном раздражении звукового анализатора и снижает работоспособность анализатора. При частых и длительных нагрузках, а так же в случае недостаточного отдыха, наступают стойкие явления понижения слуха, и выявляется картина шумовой или звуковой травмы.
Реакция со стороны сердечнососудистой системы наблюдается уже при 2 - 4 часовом действии шума интенсивностью 80 - 90 дБ А. Отмечается значение городского шума высоких уровней в патогенезе гипертонической болезни. Существует зависимость между ростом общей заболеваемости и длительностью проживания в шумных городских условиях [39].
Угнетение нервной системы так же начинается при относительно низких уровнях шумового загрязнения. Особое значение имеют нарушения подвижности нервных процессов в коре головного мозга, изменения условно- рефлекторной деятельности и регуляции вегетативной нервной системы [3].
Низкочастотный шум малой интенсивности отрицательно влияет на высшую нервную деятельность. Закономерное снижение величины условного рефлекса, удлинение скрытого периода и наличие срыва условного тормоза свидетельствуют о возникновении внешнего пассивного торможения. Это связано со снижением подвижности нервных процессов в коре головного мозга и является результатом ослабления работоспособности корковых клеток [3]. Гипертрофированные процессы торможения в коре головного мозга оказывают неблагоприятное влияние на поведенческие реакции человека, на условно-рефлекторную деятельность. Нарушение состояния центральной нервной системы под влиянием шума приводит к снижению внимания и работоспособности [102].
Шумовое воздействии высоких уровней воспринимается организмом, как стрессовая ситуация. Длительное вынужденное пребывание в таких условиях приводит к истощению нервной системы и развитию сдвигов невротического характера [3].Так же доказано, что постоянное действие шума может явиться причиной язвенной болезни, гастрита в результате нарушения секреторной и моторной функции желудка, нарушения функций надпочечников и щитовидной железы [77].
Восприятие человеком шумовых нагрузок и их влияние на организм носит субъективный характер. Оно зависит от возраста, состояния здоровья, занятия человека, физического и душевного состояние в момент действия шума. Степень воздействия шума зависит от того, насколько он превышает привычный окружающий шумовой фон. Так раздражающее действие шума обычно возрастает с увеличением возраста людей. Наиболее чувствительным к шуму является детский организм.
1.6 Нормирование городского шума
При установлении нормативов шума в большинстве случаев приходится исходить не из оптимальных или комфортных, а из терпимых условий, при которых вредное воздействие шума на человека либо не проявляется, либо незначительно. При установлении норм шума нельзя также пренебрегать экономической стороной дела. Выбирать нормы с большим запасом в сторону ужесточения нецелесообразно; такого рода нормы не послужат стимулом для развития работ по борьбе с шумом. Занижение же норм может оказаться сильнейшим тормозом в этом деле, ввиду того, что достигнуть таких норм в практических условиях невозможно из-за отсутствия достаточно эффективных шумозаглушающих средств или из-за непомерно больших экономических затрат. Необходимо подчеркнуть большое практическое значение санитарных норм предельно допустимого шума в различных местах и обстоятельствах.
Эти нормы позволят определить и разработать те или иные технические решения, направленные на снижение шума от различных источников.
Нормируемыми параметрами постоянного или прерывистого шума являются уровни в децибелах Ь среднеквадратичных звуковых давлений в октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц, определяемые по формуле [45]:
Ь = 201ё(р/2* 10"5 ), дБ (1.14)
р - среднеквадратичная величина звукового давления; 2*10"5 -пороговая величина среднеквадратичного звукового давления.
Нормируемыми параметрами непостоянных шумов являются: эквивалентный уровень звука Ьэкп максимальный уровень звука Ьтах Под эквивалентным (по звуковой энергии) уровнем звука Ьэкв непостоянного шума понимается уровень звука постоянного широкополосного шума, у которого среднеквадратичные звуковые давления равны за определенный временной интервал.
Расчет эквивалентного уровня звука производится по формуле [45]
Ьэкв = 10 1ё (0,01 2 10 о ш), (1.15)
где - средний уровень класса [ в дБ(А);
- время воздействия шума класса 1 в % от общего времени измерения.
За максимальный уровень интенсивности звука Ьтач (дБА) принят уровень интенсивности звука, соответствующий максимальному показанию шумомера, в течение 1% времени измерения.
Нормирование требований к городским шумам устанавливается в соответствии с СН 2.2.4/2.1.8.562 - 96. Допустимые уровни звукового давления, уровни звука, эквивалентные и максимальные уровни звука проникающего шума в помещения жилых и общественных зданий и территории жилой застройки приведены в приложении 3.
2. МЕТОДИКА ИЗУЧЕНИЯ ШУМОВОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ.
2.1 Методика натурных измерений шумовых характеристик автотранспортных потоков
Проведение натурных измерений автотранспортного шума необходимо, во- первых, для получения наиболее достоверных шумовых характеристик автотранспортных потоков на существующих улицах и дорогах. Во-вторых, натурные измерения необходимы для уточнения расчетных методик.
На практике используется единая методика измерения шумовых характеристик автотранспортных потоков, а также аналогичная методика, но по отношению к оценке шумового режима в жилой застройке (на селитебной территории) [57].
Натурные измерения шумовых характеристик автотранспортных потоков проводятся в соответствии с ГОСТ 20444-85. В качестве шумовой характеристики автотранспортного потока ГОСТ 20444-85 установил эквивалентный уровень шума Ьдэквч дБА, измеренный на расстоянии 7,5±0,2 м от оси ближней к точке измерения полосы движения транспорта на высоте 1,5±0,1 м от уровня проезжей части. В условиях стесненной застройки допускается располагать измерительный микрофон на расстоянии меньшем 7,5 м от оси ближней полосы, но не ближе 1 м от стен зданий, сплошных заборов и других сооружений или элементов рельефа, отражающих звук. В случае расположения улицы или дороги в выемке измерительный микрофон устанавливают на бровке выемки, на высоте 1,5 ± 0,1 м от уровня земли.
Места проведения измерений выбираются на прямолинейных горизонтальных участках улицы или дороги с установившейся скоростью движения автотранспортных средств и на расстоянии не менее 50 м от транспортных узлов и остановок общественного транспорта. Измерения проводятся при хорошей погоде (при отсутствии осадков или тумана) и при условии, что поверхность проезжей части улицы или дороги является чистой и сухой. Скорость ветра в момент проведения измерений не должна превышать 5 м/с. При скорости ветра свыше 1 м/с на измерительный микрофон должен быть надет противоветровой колпак [77].
Измерения шумовых характеристик проводятся в период максимальной интенсивности движения транспортных средств (днем - в час «пик», ночью - в наиболее шумный час).
Натурные измерения выполняются с помощью акустической аппаратуры - интегрирующих шумомеров, комбинированных измерительных систем, автоматических устройств, удовлетворяющих требованиям ГОСТ 17187-81 и ГОСТ 17168 и имеющих действующие свидетельства о государственной поверке. Значения уровней шума должны считываться с приборов с точностью не хуже 1 дБ (дБА). Перед началом и после проведения каждого измерения аппаратура должна калиброваться.
В качестве измерительной аппаратуры рекомендуется использовать аппаратуру фирмы «Брюль и Къер» (Дания) и, прежде всего, - прецизионные шумомеры типа 2230 и 2231 и других более поздних типов, анализатор уровней шума типа 4426. Возможно применение других акустических приборов, в том числе и разработанных другими фирмами.
Возможны два способа выполнения натурных измерений. При первом, шумовая характеристика определяется непосредственно на месте измерений. При втором способе, исследуемый шум записывается в натурных условиях на магнитофоне. Полученные магнитные записи шума затем анализируются в лабораторных условиях.
Измерительные микрофоны приборов во время измерений направляются в сторону транспортного потока. Для уменьшения влияния на точность измерений отражений звука оператор должен находиться на расстоянии не менее 0,5 м от измерительного микрофона. Переключатель частотной характеристики приборов устанавливается в положение коррекции «А», а переключатель временной
характеристики - в положение «быстро».
Как правило, предпочтительными являются измерения шумовых характеристик приборами, непосредственно автоматически измеряющих эквивалентные уровни шума. И лишь при отсутствии таких приборов ГОСТ 20444-85 допускает проведение измерений с помощью приборов со стрелочным индикатором уровней звука При этом интервалы между отсчетами уровней звука должны составлять 5-7 с, отсчеты должны проводиться в течение всего периода измерений как при наличии на участке транспортных средств, так и при их отсутствии.
Многочисленными измерениями, проводившимися НИИСФ и другими научно- исследовательскими организациями, было неоднократно доказано, что для получения надежного значения шумовой характеристики автотранспортного потока в часы «пик» достаточно проводить измерения шума в течение 10-30 минут (в зависимости от интенсивности движения транспорта). Поэтому с учетом этого фактора продолжительность каждого отдельного измерения должна находиться в указанных пределах. В целом следует руководствоваться правилом, что во время измерений мимо точки измерений должно проехать не менее 200 транспортных единиц суммарно в обоих направлениях [43].
Уровни шума помех, создаваемых посторонними источниками шума в период измерения шумовой характеристики автотранспортного потока, должны быть не менее чем на 20 дБА ниже уровней шума транспортных средств при прохождении их мимо измерительной точки.
Во время натурных измерений одновременно с определением шумовых характеристик автотранспортного потока подсчитывается: количество транспортных средств каждого вида (легковые, грузовые автомобили, автобусы, мотоциклы), что позволяет рассчитать затем фактическую интенсивность движения и фактический долевой состав транспортного потока.
При натурных измерениях следует также оценивать среднюю скорость движения автотранспортного потока. Для этого проводятся измерения времени проезда различными транспортными средствами участка дороги длиной 20-30 м.
Полученные значения времени проезда для разных автомобилей каждого типа (легковые, грузовые и автобусы) затем усредняются.
Средневзвешенная скорость потока в целом определяется по формуле [51]:
Уср = (Уя *РЛ +Угр *Ргр +Уа *Ра)/100, (2.1)
где V - средняя скорость легковых, грузовых автомобилей и автобусов соответственно,
Р - процентная доля в потоке легковых, грузовых автомобилей и автобусов соответственно.
При этом для отдельного транспортного средства скорость У определяется по формуле [51]:
М=36*у^ км/4 (2.2)
где и - время проезда 1 - ым транспортным средством, = длина участка улицы (дороги).
Средняя скорость транспортных средств определенного вида рассчитывается по формуле [51]:
Уср=ЕУ/п, (2.3)
где п - число измерений.
Методика измерения уровней звука на селитебной территории соответствует ГОСТ 23333-78 и применяется для оценки уровней шума, создаваемого внешними источниками, в частности, автотранспортными потоками на участках селитебной территории и в помещениях жилых и общественных зданий.
Измерения проводятся с помощью тех же приборов (при тех же требованиях к ним и к помехам окружающей среды), что и при измерении шумовой характеристики автотранспортных потоков. Однако здесь имеются некоторые отличия, заключающиеся в следующем:
- измерительные точки выбираются в зависимости от назначения участков селитебной территории на высоте 1,2 - 1,5 м над уровнем территории и на границе участка, наиболее близкой к транспортной магистрали. При измерениях уровней автотранспортного шума около фасадов зданий измерительные точки выбираются в 2-х м от фасадов и на уровне середины окон первого и последнего (или иного представляющего особый интерес) этажа здания;
- при проведении измерений внутри помещений зданий выбирается в больших помещениях не менее 3-х измерительных точек, в небольших помещениях (обычных жилых комнатах) обычно одна измерительная точка на высоте 1,2-1,5 м над уровнем пола и на расстоянии не менее 1,5 м от окна. При измерениях окна и двери помещения должны быть закрыты. Если вентиляция помещения производится через открытую форточку, фрамугу, узкую створку или т. п. (согласно требованиям санитарных норм), то эта форточка во время измерений должна быть открыта.
При измерениях шума около фасада здания окна, балконные двери, около которых производится измерение шума, должны быть закрыты, а измерительный микрофон должен быть укреплен на штанге, выдвинутой из открытого окна соседнего помещения, и расположен в измерительной точке.
Во время измерений все посторонние источники шума в помещениях должны быть отключены. Непосредственная длительность измерений такая же, как и при измерении шумовой характеристики автотранспортных потоков, а общее время оценки шумового режима в помещении или на участке селитебной территории следует принимать в дневной период суток равным 8 часам, в ночной период, равным 0,5 часа [77].
Во время проведения измерений должна быть зафиксирована вся необходимая информация об источнике шума, о месте, времени и условиях измерений, о применявшейся аппаратуре.
Дня изучения закономерностей снижения автотранспортного шума с увеличением расстояния от улицы (дороги) рекомендуется проводить одновременные измерения шума в двух точках, расположенных по перпендикуляру к улице или дороге, но на разных расстояниях. При этом одна точка постоянно располагается в 7,5 м от оси ближней полосы движения (как и при определении шумовой характеристики), а вторая точка измерений располагается последовательно на расстоянии 15; 30; 60 и 120 м и т.п. от дороги (возможен набор других расстояний). Разность уровней звука в опорной точке (7,5 м) и второй точке характеризует снижение шума с расстоянием между этими точками. Анализ разностей уровней позволяет получать закономерности снижения шума с расстоянием независимо от изменения шумовой характеристики потока от одной серии измерений к другой и представлять их в виде графика. В получавшихся при измерениях уровнях шума автоматически учитываются все факторы, влияющие на распространение транспортного шума на соответствующем участке прилегающей территории [64].
Полученные при измерениях данные могут быть использованы как для непосредственной оценки шумовых характеристик автотранспортных потоков и шумового режима на селитебной территории и в застройке, так и для разработки и уточнения методик расчета ожидаемого шумового режима в застройке и при разработке шумозащитных мероприятий, в частности, при проектировании шумозащитных экранов.
2.2 Методы изучения влияния шума на организм человека
Основной целью работ, изучающих влияние шума на здоровье человека, является выявление порога неблагоприятного влияния шума и обоснование гигиенических нормативов шума для различных контингентов населения, для разных условий и мест пребывания. Исследования проводятся также с целью обоснования и оценки эффективности мероприятий по ограничению уровней шума в городах [39].
Влияние шума на организм человека изучается в натурных и лабораторных условиях. Физиолого-гигиенические исследования предусматривают широкое изучение характера действия шума на организм человека и на население в целом, включают выявление жалоб, функционального состояния отдельных органов и систем, обменных процессов, сна, состояния здоровья и заболеваемости. Большое внимание уделяется психологической оценке городского шума.
Полученные данные анализируются по половым, возрастным, профессиональным признакам, длительности проживания в шумных условиях. Для физиолого-гигиенического изучения характера действия городского и жилищно-бытового шума на организм разработана комплексная схема, включающая следующие исследования:
Натурные исследования:
опрос населения о беспокоящем воздействии шума по специальной анкете или анализ жалоб;
различные психологические тесты на внимание и умственную работоспособность;
изучение продолжительности и глубины сна;
изучение состояния здоровья отдельных коллективов клиническими методами;
изучение состояния заболеваемости городского населения статистическими методами.
Лабораторные исследования:
Экспериментальные исследования на биологических моделях:
изучение острого и хронического влияния шума с целью определения механизма действия на лабораторных животных.
проект вертикальной планировки территории жилого района или микрорайона с привязкой существующих (опорных) и проектируемых зданий и с указанием их этажности и назначения;
вертикальная планировка и поперечные профили улиц и дорог с указанием продольных уклонов и типа дорожного покрытия проезжей части;
характеристики движения и состава потоков автомобилей, автобусов и троллейбусов (интенсивность движения в обоих направлениях, авт/ч; средняя скорость движения, км/ч; доля грузовых и общественных транспортных средств от общего числа транспортных средств в потоке, %) на примагистральных улицах и дорогах, а также на жилых улицах со систематическим движением транспорта;
роза ветров на данной местности.
выявление источников шума и определение их шумовых характеристик;
установление расчетных точек;
разбивка территории застройки на участки, отличающиеся по условиям распространения шума;
определение уровней звука в расчетных точках;
определение допустимых уровней звука в расчетных точках;
определение требуемого снижения уровней звука в расчетных точках.
между источником шума и расчетной точкой расположены какие-либо экраны;
шум в расчетную точку поступает с двух или более улиц или дорог;
улица или дорога в пределах застраиваемого участка изменяет свое направление [64].
- физиологические, биохимические, гематологические и другие объективные методы исследования функционального состояния различных органов и систем.
Все приведенные в данной схеме методы можно разделить на две большие категории: исследования субъективных реакций человека и объективных функциональных состояний организма.
Объективные физиологические методы исследования направлены, прежде всего, на выявление функционального состояния слухового анализатора, центральной нервной и сердечнососудистой систем. Они проводятся как в натурных условиях при массовом обследовании жителей
районов, подверженных влиянию городского шума, так и в лаборатории.
В качестве объективных критериев неблагоприятного действия шума служат величина сдвига отдельных функций и время восстановления их по сравнению с показателями, полученными во время пребывания человека в тишине (25-30 дБ А) [105].
Использование субъективных методов оценки транспортного шума имеет ряд преимуществ: они довольно просты, не требуют применения сложной аппаратуры и высокой квалификации специалиста [39].
К методам исследования субъективных реакций человека относятся: метод прослушивания, метод исследования внимания и умственной работоспособности, метод анкетного опроса, методика проведения словесно- ассоциативного эксперимента. Рассмотрим более подробно две последние из указанных методик, так как именно эти методы использовались автором работы в практических исследованиях.
Целью проведения анкетного опроса является выявление отношения населения к различным источникам шума и их размещению относительно жилой застройки, определение пороговых и недействующих подпороговых уровней шума. Эти данные используются при разработке санитарных нормативов городского шума и для обоснования проведения мероприятий по снижению шума.
При опросе определяется реакция человека на действие шума в конкретной ситуации. Степень раздраженности зависит от индивидуальной чувствительности, половых, возрастных, профессиональных особенностей, шумового анамнеза. Массовость обследования дает возможность провести статистическую обработку и получить достоверные результаты [38].
Опрос населения должен сочетаться с обязательными однократными или динамическими измерениями уровней шума. Опрос может проводиться путем раздачи или рассылки анкет, либо, так называемым, методом «интервью». Второй способ наиболее предпочтителен, так как тесный контакт обследователя и обследуемого позволяет с большой достоверностью выяснить реакцию на шум и провести затем целенаправленный анализ жалоб.
Опрос лучше всего проводить в вечерние часы, когда жители возвращаются домой с работы, учебы. Целесообразно опрашивать лиц в возрасте от 17 до 60 лет, не имеющих тяжелых заболеваний и грубых нарушений слуха. Анкету заполняют на каждого члена семьи. Для опроса населения применяются специальные анкеты, включающие паспортную часть, социологические вопросы о профессии, благоустройстве квартиры, составе семьи и пункты об отношении к различным источникам шума [39].
Оценка жалоб производится по четырем критериям: «не беспокоит», «слабо беспокоит», «беспокоит», «сильно беспокоит». Помимо этого, уточняют, в чем выражается неблагоприятное влияние шума на самочувствие и различного рода деятельность в домашних условиях (раздражительность, помехи сну, умственной работе) [77].
Статистическая обработка материала преследует цель дать характеристику неблагоприятного влияния определенного вида шума того или иного уровня по различным показателям, установленным в программе исследования (пол, возраст, род занятий, срок проживания, идентичность реакций) [39].
Предлагаемый метод анкетного опроса населения обладает большой информативностью, позволяет выявить отношения к источнику шума, влияющего на условия жизни, труда и отдыха населения, эффективность мероприятий по снижению шума.
Сущностью словесно-ассоциативного эксперимента является определение времени ответной словесной реакции на слова - условные раздражители. Он позволяет судить об изменениях нейродинамики, в основе которых, по-видимому, лежит усиление тормозных процессов в соответствующих нервных центрах, и состоянии второй сигнальной системы человека [39].
Если при словесном эксперименте возбуждение от слова-раздражителя доходит до заторможенных участков коры мозга, то нарушается правильное течение ответной реакции, что выражается в удлинении скрытого периода времени реакции. На торможение указывают и отказные реакции, т. е. когда испытуемый при данном слове-раздражителе не находит ответа в течение регламентированного времени.
Негативные ответы свидетельствуют о наличии отрицательных ассоциаций, возникающих в коре головного мозга на данное слово, а тавтология - о застойных явлениях в коре.
Словесный эксперимент можно и желательно проводить одновременно с опросом населения, после заполнения анкеты. При выявлении неблагоприятного влияния шумового фактора словесно-ассоциативный эксперимент ставят на опытной группе населения, проживающего в условиях акустического дискомфорта, и на идентичной по социальной структуре контрольной группе из тихого жилого района.
Эксперимент проводится по специально разработанным таблицам, состоящим из общесмысловых слов (дом, книги, цветы и т. д.), которые чередуются со словами, взятыми из транспортной терминологии (автомобиль, дорога, поезд и т. д.), что ассоциируется с шумом. Отдельно анализируются слова «бессонница» и «тишина», характеризующие ночной сон. Именно на эти слова чаще регистрируются негативные ответы и удлинение латентного периода. Всего в таблице 15 - 16 слов. Для каждого источника шума составляется отдельная таблица [39].
При проведении исследования после инструктажа о цели и порядке исследования каждому наблюдаемому предлагаются слова-раздражители, на которые он должен, как можно быстрее, отвечать словом, с которым этот предмет ассоциируется. Например, дом - большой, кирпичный, уютный. При помощи секундомера регистрируют время ответной реакции, а также характер ответа. Проводя количественный анализ результатов, высчитывают средний период ответов по группе общесмысловых слов, слов, связанных с транспортом, и на слова «бессонница», «тишина». При качественном анализе учитываются отказные реакции, количество негативных ответов и повторений [38].
Предлагаемый метод позволяет адекватно оценить реакцию большого контингента жителей, а полученные данные объективно подтверждают результаты опроса о неблагоприятном влиянии шума.
23 Порядок определения и оценки необходимого снижения уровня звука у населенных пунктов
Оценку ожидаемого шумового режима застраиваемых или реконструируемых примагистральных территорий, выбор наиболее целесообразных, эффективных и экономичных средств снижения транспортного шума, их расчет и проектирование производят на основе расчета уровней звука в застройке. Для акустического расчета необходимы следующие исходные материалы:
Акустический расчет состоит из следующих этапов:
Расчетные точки на территориях, непосредственно прилегающих к жилым
и общественным зданиям, следует намечать на расстоянии 2 м от ограждающих конструкций этих зданий, ориентированных на источник шума, на уровне середины окон, как правило, первого и верхнего этажей зданий. При необходимости расчет производится для промежуточных этажей зданий. В тех случаях, когда защищаемое от шума здание расположено на расстоянии свыше 100 м от источника шума, расчетные точки допускается располагать только на уровне середины окон верхнего этажа. В тех случаях, когда здание частично находится в зоне звуковой тени, а частично в зоне видимости источника шума, расчетные точки должны располагаться вне зоны звуковой тени. Расчетные точки на площадках отдыха микрорайонов, кварталов и групп жилых домов, на площадках детских дошкольных учреждений, на участках школ следует намечать на ближайшей к источнику шума границе площадок на высоте 1,5 м от их поверхности предпочтительно в зоне видимости источника шума.
Разбивка территории застройки на отдельные участки, отличающиеся по шумовым характеристикам или условиям распространения шума, производится в следующих случаях:
В этих случаях из расчетной точки (РТ) на плане застраиваемого или реконструируемого участка проводят лучи через края экранов, через точки пересечения улиц или дорог, а также через вершины углов поворота улиц или дорог до пересечения с осью первой полосы движения транспортных средств.
Эквивалентные уровни звука ЬАжи тср, дБА, в расчетных точках на площадках отдыха микрорайонов, кварталов и групп жилых домов, на площадках детских дошкольных учреждений, на участках школ определяют по формуле [51]
ЬАэквТСр = 101ё1100'1ЬАэкв1 (2.4)
где Ьдэкв { — эквивалентный уровень звука, дБА, в расчетной точке от экранированного ЬЛ; экр , или неэкранированного ЬА;СВ участка улицы или дороги;
Ьдэкв тер — суммарный эквивалентный уровень звука, дБА, в расчетной точке, определяемый по таблице.
Эквивалентный уровень звука ЬА^а, дБА, в расчетной точке от 1-го неэкранированного участка улицы или дороги определяют по формуле[51]
Гд'1са — 1-^Аэкв ~ Д^драс - Д1^дпок- ДГдзоу- Д1_,Азел- Д1^Аа,, (2.5)
где Ьдэкв — шумовая характеристика транспортного потока или потока железнодорожных поездов, дБА;
ДЬАрае — снижение уровня звука, дБ А, в зависимости от расстояния между источником шума и расчетной точкой;
АЬАп0к — снижение уровня звука, дБА, вследствие влияния покрытия территории;
ДЬавоз — снижение уровня звука, дБА, вследствие затухания звука в воздухе;
АЬдзсл — снижение уровня звука, дБА, полосами зеленых насаждений;
АЬАш — снижение уровня звука, дБА, вследствие ограничения угла видимости улицы или дороги из расчетной точки.
Эквивалентный уровень звука ЬАэКр| , дБА, в расчетной точке от 1-го экранированного участка улицы или дороги определяют по формуле [51]
(2.6)
где ЛЬдькр — снижение уровня звука, дБА, ьм экраном. Уровни звука ЬЛтср2, дБА, в расчетных точках на территориях, непосредственно прилегающих к жилым и общественным зданиям (в 2 м от ограждающих конструкций), определяют по формуле [51]
(2-7)
где ЛЬдагр - поправка, дБА, учитывающая вклад шумовой энергии, отраженной от ограждающих конструкций зданий.
В условиях сложной шумовой ситуации и во всех других случаях, когда необходимо определить расчетный спектр транспортного шума у фасадов зданий, ориентированных на источники шума, следует использовать относительные спектры шума.
Требуемое снижение уровней звука ДЬ^дтер? дБА, в расчетных точках на селитебной территории определяют для каждого источника шума раздельно по формуле [51]
(2.8)
где Ьдтер — эквивалентный или максимальный уровень звука в расчетной точке, дБА;
Ьдтер д011 — допустимый эквивалентный или максимальный уровень звука, дБА, на селитебной территории.
Требуемое снижение уровней звука ДЬ^апомэ дБА, в расчетных точках в помещениях жилых и общественных зданий определяют по формуле [51]
(2.9)
где АЬд0К — снижение уровня звука, дБА, конструкцией окна;
Ьдпом доп — допустимый эквивалентный или максимальный уровень звука, дБ А, в помещении.
Снижение эквивалентного уровня звука потоков автомобилей, автобусов, троллейбусов и трамваев АЬЛрас дБА, в зависимости от расстояния г, м, между источником шума и расчетной точкой и числа полос движения проезжей части улицы или дороги можно определять по номограмме рис. 3 [64].
Снижение максимального уровня звука транспортных средств, дБА, в зависимости от расстояния гп, м, между источником шума и расчетной точкой определяют по графикам рис. 5 [64].
Расстояние г„, м, отсчитывают от условного акустического центра источника шума (для потоков автомобильного транспорта). Условный акустический центр потоков автомобильного транспорта располагают по оси ближней к расчетной точке полосы (пути) движения на высоте 1 м от уровня поверхности проезжей части улицы или дороги.
Снижение уровня звука вследствие влияния акустически мягкого покрытия территории (рыхлый грунт, трава и др.) ДЬАгюк, дБА, можно определять по таблице 7 в зависимости от параметра а [64].
а = 0,1 с1п/ Ьрт * 10 ь-0'5. (2.10)
Таблица 7
Снижение уровня звука вследствие влияния акустически покрытия территории
Для потоков средств автомобильного и железнодорожного транспорта в случаях, когда проезжая часть улицы или дороги расположена на одном уровне с поверхностью территории защищаемого от шума объекта, [64]
а = 0ДШпЛу, (2.11)
где с1п — расчетное расстояние, м; для потоков средств автомобильного, транспорта с!п =1,41п; для источников шума на территории микрорайонов, кварталов и групп жилых домов ёп = ]п;
Ьрт — высота, м, расчетной точки над условной плоскостью территории защищаемого от шума объекта;
Ьцш — высота, м, условного акустического центра источника шума над условной плоскостью территории защищаемого от шума объекта;
1П— длина, м, проекции расстояния гп на условную плоскость территории
защищаемого от шума объекта.
При распространении шума над акустически жестким покрытием территории (плотный грунт, асфальт, бетон, вода) его влиянием можно пренебречь.
Снижение уровня звука вследствие поглощения звука в воздухе ЬАп03, дБ А, можно определять по номограмме рис. 7 [64] в зависимости от кратчайшего расстояния 1'п, м, между расчетной точкой и акустическим центром источников шума.
Снижение уровня звука экраном-стенкой ДЬАсг, дБА, можно определять по кривым рис. 8 [64] в зависимости от числа Френеля N и вида источника шума. Число Френеля [64]:
N = 25/^ (2.12)
где 5 — разность длин путей звукового луча, м;
X — длина звуковой волны, м.
Разность длин путей звукового луча 6, м, в соответствии с расчетными схемами экранов следует определять по формуле [64]
А = (а + Ь) - с, (2.13)
где а — кратчайшее расстояние, м, между акустическим центром источника шума и верхней кромкой экрана;
Ь - кратчайшее расстояние, м, между расчетной точкой и верхней кромкой экрана;
с - кратчайшее расстояние, м, между акустическим центром источника и расчетной точкой.
Снижение уровня звука ДЬАаЬ дБА, вследствие ограничения угла видимости улицы или дороги из расчетной точки можно определять по таблице 8 [64].
Таблица 8
Снижение уровня звука ДЬАаь дБА, вследствие ограничения угла видимости
Снижение уровня звука плотными полосами зеленых насаждений ДЬдзел дБА, с примыканием крон деревьев друг к другу и с заполнением подкронового пространства густым кустарником можно определять по номограмме рис. 11 [64]. Номограмму допускается применять при ширине полосы зеленых насаждений не более 100 м. Снижение уровня звука плотными полосами зеленых насаждений свыше 100 м принимают равным 8 дБ А.
Снижение уровня звука плотными полосами зеленых насаждений учитывают при расчете уровней звука на площадках отдыха микрорайонов, кварталов и групп жилых домов, на площадках детских дошкольных учреждений, на участках школ, а также в помещениях пионерских лагерей, домов отдыха и пансионатов, функционирующих только в летний период. Допускается учитывать снижение уровня звука плотными полосами зеленых насаждений в помещениях жилых и общественных зданий в случаях, когда полосы сформированы из вечнозеленых пород деревьев и кустарников, а вершины деревьев возвышаются над прямой линией, соединяющей акустический центр источника шума с расчетной точкой.
Обычные полосы зеленых насаждений с редкой посадкой деревьев и кустарников при расчете уровней звука можно не учитывать.
2.4 ГИС-технологии
В современном городе акустическое поле имеет сложную структуру и интенсивную динамику изменения во времени. Для анализа акустического режима территории традиционно используются карты шума, строящиеся на основе данных натурных измерений и расчетных значений уровней шума. Необходимо учитывать большое количество разнообразных факторов, влияющих на структуру акустического поля, что делает процесс создания шумовых карт, даже с использованием ЭВМ, трудоемким, длительным и связанным со значительными экономическими затратами. К тому же отображение на плоскости пространственной информации сопряжено с рядом трудностей и неизбежно ведет к частичной потере данных.
Более точно сложную структуру акустического поля можно отразить, построив трехмерную пространственную модель. Создание таких моделей стало возможным благодаря использованию современных ГИС-технологий.
Геоинформационные технологии - это специфические информационные системы, предназначенные для манипулирования пространственными данными, их представления и анализа [42].
Начав развиваться более 30 лет назад, сегодня геоинформационные технологии находят применение почти во всех областях человеческой деятельности. Общими функциями ГИС являются: ввод и обновление данных; хранение и манипулирование данными; анализ данных; вывод и представление данных и результатов. Основные направления практического использования ГИС: создание и ведение банков данных; автоматизированное картографирование; пространственный анализ природных, природно- хозяйственных и социально-экономических территориальных систем; моделирование природных, природно-хозяйственных и социально- экономических процессов; поддержка принятия решений в планировании, проектировании и управлении. При этом два последних направления отражают современную тенденцию в использовании ГИС-программ.
Основным способом отображения пространственной информации, по- прежнему, остается карта. Бесспорными преимуществами электронных карт являются возможность работы с их базами данных, получения сведений о любом отображаемом объекте или явлении, манипулирование и преобразование данных с получением картографической информации. ГИС- картографирование позволяет значительно сократить разрыв между составлением и использованием карт, быстро корректировать изображение при изменение или уточнение данных, что особенно важно при работе с тематическими оперативными картами.
Наиболее точно пространственную информацию можно отразить в трехмерных моделях, создаваемых при помощи современных ГИС. Большое количество задаваемых переменных (параметров) позволяет максимально приблизить моделируемые процессы к реальным. Моделирование пространственных задач позволяет наглядно отобразить физические явления и процессы, проследить их развитие во времени и пространстве, сделать прогноз на основе полученных данных и найти оптимальное решение. Особую значимость моделирование имеет при разработке проектных градостроительных решений, например, разработка шумозащитных мероприятий при проектирование новых жилых районов. В таких случаях пространственная модель дает проектировщику единственную возможность для эксперимента.
Модели могут быть статические и динамические [88]. Вторые, в отличие от первых, учитывают изменения характеристик объектов во времени и пространстве. Каждая модель разрабатывается для решения конкретной пространственной задачи.
В случае трехмерной задачи объемы вычислений и сложность математических процедур для работы с моделью многократно возрастают. Поэтому при решении таких сложных и специфических задач, как например моделирование акустического поля населенных пунктов, ГИС общего назначения используют вместе с другим программным обеспечением. В качестве дополнительного обеспечения либо берут готовый специализированный пакет, либо разрабатывают пользовательское приложение на базе основной ГИС.
Понятие о природе звука, физические свойства звука и звуковых волн
Звук как физическое явление представляет собой волновое колебание упругой среды; звук как физиологическое явление определяется ощущением, воспринимаемым органом слуха при воздействие звуковых волн. Под шумом понимается беспорядочное сочетание звуков различной частоты и интенсивности [5].
Источниками звука могут быть разнообразные процессы и явления, вызывающе возмущение звуковой среды относительно среднего равновесного состояния.
Процесс распространения колебательного движения в среде с определенной частотой называют звуковой волной. Звуковые волны возникают в том случае, когда в упругой среде имеется колеблющееся тело или когда, частицы упругой среды приходят в колебательное движение вследствие воздействия на них какой - либо возмущающей силы. При этом энергия передается от источника с помощью звуковых волн, а частицы упругой среды совершают только колебательные движения по отношению к положению равновесия [45].
Не все колебательные движения воспринимаются органами слуха как физиологическое ощущение звука; ухо человека может ощущать только те колебания, частота которых (количество в 1 сек) находится в пределах от 16 до 20000 Гц. Колебания с частотой менее 16 Гц называются инфразвуком, а с частотой выше 20000 Гц — ультразвуком и ухом не воспринимаются. В дальнейшем речь будет идти только о слышимых звуковых колебаниях [77].
При распространении звуковой волны следует различать два различных явления: движение частиц среды в волне и перемещение самой волны в среде. Обычно колебательные скорости частиц среды в несколько раз меньше скорости звука.
Фронтом звуковой волны называют поверхность, проходящую через частицы среды, совершающие колебания в одной и той же фазе. Направление распространения звука в каждой точке фронта является нормалью к его поверхности. Различают три типа звуковых волн, отличающихся друг от друга формой фронта: плоские, имеющие фронт в виде полоски, нормальной к направлению распространения; шаровые с фронтом в виде сферы и цилиндрические, форма фронта которых имеет вид боковой поверхности цилиндра [64]. В изотропных средах скорость распространения звука V связана с длиной волны X, частотой / и периодом Т простой зависимостью [61 с. 12] V = А/Т (1.1) Область пространства, в которой наблюдаются звуковые волны, называется звуковым полем [5].
Физическое состояние среды в звуковом поле характеризуется звуковым давлением р - разностью между мгновенным значением полного давления и средним давлением, которое наблюдается в среде при отсутствии звукового поля (единицы измерения Н/м ) [64].
Любой источник звука может характеризоваться звуковой мощностью Р — количеством звуковой энергии (Езв) в Вт, излучаемой в единицу времени. Звуковая энергия состоит из кинетической энергии колеблющихся частиц и потенциальной энергии упругой деформации [45].
Интенсивность звука (сила звука) I определяется средней по времени энергией, переносимой звуковой волной в единицу времени через единицу площади перпендикулярной направлению распространения волны [61 с. 13]: 1 = Езв/(1 8) (1.2)
Важной характеристикой всякого источника звуковых волн (источника шума) является направленность излучения. Обычно реальные источники шума имеют неравномерное излучение по различным направлениям. Неравномерность излучения характеризуется фактором (коэффициентом) направленности [61 с. 14] Ф=р„2/р2ср, (1.3) где р„ - звуковое давление, измеренное на фиксированном расстоянии от источника в заданном направлении; РФ - звуковое давление, усредненное по всем возможным направлениям при том же фиксированном расстоянии. Характеристики направленности излучения включают: а) угловое распределение относительных уровней звукового давления; б) показатель направленности излучения - ПН.
Угловое распределение относительных уровней представляет собой совокупность значений уровней звукового давления, измеренных, обычно, через каждые 30 в какой-либо плоскости на сферической или полусферической поверхности и отнесенных к одному из измеренных значений, принятому за основное.
Показатель направленности ПН связан с фактором направленности Ф простым соотношением [61 с. 16] ПН Ю Ф (1.4)
Помимо указанных выше характеристик акустических величин пользуются относительными параметрами. Введены понятия относительных уровней звукового давления и интенсивности. Условным порогом звукового давления считается величина равная 2 10"5 Па. Разность двух уровней 1Ь 12 определяется соотношением [61 с. 17] Ь1 = 18(12/1,) (1.5)
Единицей измерения разности уровней является бел (Б), определяемый как логарифм отношения интенсивностей при 12/ II = 10. При этом десятичный логарифм равен 1.
Методика натурных измерений шумовых характеристик автотранспортных потоков
Проведение натурных измерений автотранспортного шума необходимо, во- первых, для получения наиболее достоверных шумовых характеристик автотранспортных потоков на существующих улицах и дорогах. Во-вторых, натурные измерения необходимы для уточнения расчетных методик.
На практике используется единая методика измерения шумовых характеристик автотранспортных потоков, а также аналогичная методика, но по отношению к оценке шумового режима в жилой застройке (на селитебной территории) [57].
Натурные измерения шумовых характеристик автотранспортных потоков проводятся в соответствии с ГОСТ 20444-85. В качестве шумовой характеристики автотранспортного потока ГОСТ 20444-85 установил эквивалентный уровень шума Ьдэквч дБА, измеренный на расстоянии 7,5±0,2 м от оси ближней к точке измерения полосы движения транспорта на высоте 1,5±0,1 м от уровня проезжей части. В условиях стесненной застройки допускается располагать измерительный микрофон на расстоянии меньшем 7,5 м от оси ближней полосы, но не ближе 1 м от стен зданий, сплошных заборов и других сооружений или элементов рельефа, отражающих звук. В случае расположения улицы или дороги в выемке измерительный микрофон устанавливают на бровке выемки, на высоте 1,5 ± 0,1 м от уровня земли.
Места проведения измерений выбираются на прямолинейных горизонтальных участках улицы или дороги с установившейся скоростью движения автотранспортных средств и на расстоянии не менее 50 м от транспортных узлов и остановок общественного транспорта. Измерения проводятся при хорошей погоде (при отсутствии осадков или тумана) и при условии, что поверхность проезжей части улицы или дороги является чистой и сухой. Скорость ветра в момент проведения измерений не должна превышать 5 м/с. При скорости ветра свыше 1 м/с на измерительный микрофон должен быть надет противоветровой колпак [77].
Измерения шумовых характеристик проводятся в период максимальной интенсивности движения транспортных средств (днем - в час «пик», ночью - в наиболее шумный час).
Натурные измерения выполняются с помощью акустической аппаратуры - интегрирующих шумомеров, комбинированных измерительных систем, автоматических устройств, удовлетворяющих требованиям ГОСТ 17187-81 и ГОСТ 17168 и имеющих действующие свидетельства о государственной поверке. Значения уровней шума должны считываться с приборов с точностью не хуже 1 дБ (дБА). Перед началом и после проведения каждого измерения аппаратура должна калиброваться.
В качестве измерительной аппаратуры рекомендуется использовать аппаратуру фирмы «Брюль и Къер» (Дания) и, прежде всего, - прецизионные шумомеры типа 2230 и 2231 и других более поздних типов, анализатор уровней шума типа 4426. Возможно применение других акустических приборов, в том числе и разработанных другими фирмами.
Возможны два способа выполнения натурных измерений. При первом, шумовая характеристика определяется непосредственно на месте измерений. При втором способе, исследуемый шум записывается в натурных условиях на магнитофоне. Полученные магнитные записи шума затем анализируются в лабораторных условиях.
Измерительные микрофоны приборов во время измерений направляются в сторону транспортного потока. Для уменьшения влияния на точность измерений отражений звука оператор должен находиться на расстоянии не менее 0,5 м от измерительного микрофона. Переключатель частотной характеристики приборов устанавливается в положение коррекции «А», а переключатель временной характеристики - в положение «быстро».
Как правило, предпочтительными являются измерения шумовых характеристик приборами, непосредственно автоматически измеряющих эквивалентные уровни шума. И лишь при отсутствии таких приборов ГОСТ 20444-85 допускает проведение измерений с помощью приборов со стрелочным индикатором уровней звука При этом интервалы между отсчетами уровней звука должны составлять 5-7 с, отсчеты должны проводиться в течение всего периода измерений как при наличии на участке транспортных средств, так и при их отсутствии.
Многочисленными измерениями, проводившимися НИИСФ и другими научно- исследовательскими организациями, было неоднократно доказано, что для получения надежного значения шумовой характеристики автотранспортного потока в часы «пик» достаточно проводить измерения шума в течение 10-30 минут (в зависимости от интенсивности движения транспорта). Поэтому с учетом этого фактора продолжительность каждого отдельного измерения должна находиться в указанных пределах. В целом следует руководствоваться правилом, что во время измерений мимо точки измерений должно проехать не менее 200 транспортных единиц суммарно в обоих направлениях [43].
Уровни шума помех, создаваемых посторонними источниками шума в период измерения шумовой характеристики автотранспортного потока, должны быть не менее чем на 20 дБА ниже уровней шума транспортных средств при прохождении их мимо измерительной точки.
Во время натурных измерений одновременно с определением шумовых характеристик автотранспортного потока подсчитывается: количество транспортных средств каждого вида (легковые, грузовые автомобили, автобусы, мотоциклы), что позволяет рассчитать затем фактическую интенсивность движения и фактический долевой состав транспортного потока.
Геолого-геоморфологические особенности территории
В целом климат Воронежа умеренно-континентальный с сухим и жарким летом и умеренно холодной зимой, с устойчивым снежным покровом и хорошо выраженными переходными сезонами [40]. Климат Воронежа имеет все типичные черты климата умеренных широт. Суммарная радиация за год составляет 94 ккал. Из 1800 часов солнечного сияния за год свыше 1500 приходится на теплый период. Максимальная высота солнца в день солнечного стояния составляет 6150 [40].
Средняя многолетняя температура воздуха за год составляет +5,9С, что на 0,4С выше, чем в ЦЧР в целом: января - 9,5 - 9,0С, июля +19,5 - +20,0С. Средний из абсолютных минимумов - около 35,0С. Продолжительность периода с устойчивой средней температурой воздуха выше +10С в Воронеже составляет 150 дней. Продолжительность безморозного периода — 150-155 дней [71].
Находясь на Среднерусской возвышенности, в "дождевой тени", Воронеж получает 520 мм осадков, что на 20,8 мм выше среднего значения по ЦЧР и на 61-86 мм выше, чем по области [40], и что на 100 мм меньше, чем западные склоны возвышенности. Климат Воронежа отличается неустойчивостью увлажнения, примерно один год из трёх засушливый.
В осенне-зимние месяцы относительная влажность колеблется в интервале 81,3-87,3%, с переходом в весенне-летние - снижается до 73,0 - 61,0%. Многолетняя среднемесячная относительная влажность воздуха равна 73,7%.
С ноября по март температура в почве держится ниже нуля. Минимальная температура (-40С) была в феврале 1967 года, а максимальная (+60С) в июле 1972 года.
Преобладающее направление переноса воздушных масс в среднем за год направленно на восток — северо-восток. Перенос воздушных масс в холодный период времени направлен в северную часть города, а в теплый и переходный периоды - в юго-восточную часть [40], вызывая суховеи. Во время таких ветров относительная влажность воздуха падает и может понижаться среди дня на 1015%.
Зимой преобладает пасмурная с морозами погода, которая часто сменяется оттепелью. Устойчивый снежный покров образуется обычно в первой декаде декабря и лежит 100-115 дней в году. Средняя из наибольших декадных высот снежного покрова за зиму около 25 см.
Лето в Воронеже тёплое и солнечное. Нередко осадки выпадают в форме коротких ливней. Иногда случаются грозовые ливни, переходящие в настоящие ураганы.
Загрязнённая атмосфера города уменьшает прямую солнечную радиацию вследствие поглощения её различными аэрозолями. Однако эти потери в условиях города с избытком компенсируются влиянием других факторов и условий, в целом повышают температуру воздуха. В центре города (университет) средние месячные температуры воздуха на 0,1-0,3С выше, в сельской местности (опытное поле) [25].
Водохранилище оказывает влияние на микроклимат прилегающей зоны шириной несколько сот метров. На левом берегу зона этого влияния шире, чем на правом. Весной наблюдается некоторое охлаждение воздуха вблизи водохранилища (на 0,1-0,3С), осенью наоборот, повышение (0,1-0,4С). В летний период днём температура воздуха чуть понижается у берега, а ночью повышается. Влажность воздуха увеличивается в мае - сентябре [46].
Значительно теплее правобережной части Воронежа оказалась левобережная. В вечерние часы летних месяцев значение разности температур достигают 2,3С. Это объясняется различием физико-географических условий, а также антропогенными факторами. В среднем за год температура левого берега бывает выше температуры окраины на 0,5С, а правобережной - на 0,3С.
Термические различия между городскими районами и окраиной наиболее ярко выражены в тихую ясную погоду вечером и ночью, когда с ослаблением ветра уменьшается турбулентное перемешивание в преземном слое атмосферы, и город, прикрытый городской дымкой, в отличие от окрестностей ещё долго сохраняет накопленное тепло. В ясные тихие ночи температура воздуха в центре города на 2,0 — 2,5 С может превышать температуру воздуха на окраине.
Более высокие температуры города сказываются на продолжительности безморозного периода. В Воронеже на 2 - 3 дня позже, чем в пригороде, образуется устойчивый снежный покров и на несколько дней раньше наблюдается его сход [46].
В заключение можно сказать, что в городе сформировался свой местный климат, который отличается от окрестностей и далеко неоднороден внутри самого Воронежа. Микроклиматические особенности городской территории обусловлены изменением радиационного, температурного, ветрового режимов.
Они определяются своеобразием светового поглощения и излучения, хода температуры, влажности воздуха и температуры подстилающей поверхности, атмосферного давления и направления ветра. Они являются следствием реконструкции естественного растительного и почвенного покрова в процессе градостроительства и замены деятельного слоя на покрытие разнообразными строительными материалами, сооружения многоэтажных зданий, а в некоторых случаях и водоёмов. В условиях преобразованного ландшафта отличие характеристик микроклимата в различных частях города неизбежно.
Актуальность проблемы шумового загрязнения для г.Воронежа
Для изучения ситуации, связанной с шумовым загрязнением городской среды автотранспортом, нами была проведена серия натурных измерении уровней шума на основных транспортных магистралях.
Измерения проводились по описанной выше методике, в соответствии с ГОСТ 20444 - 85 "Шум. Транспортные потоки. Методы измерения шумовой характеристики". Все измерения проводились в дневное время в "час пик" (с 9.00 до 12.00 и с 16.00 до 18.00), когда интенсивность движения транспорта максимальна.
Натурные измерения уровней шума на основных транспортных магистралях осуществлялись в три этапа.
На первом этапе замеры уровней шума осуществлялись прецизионным шумомером типа 2231 фирмы «Брюль и Къер», удовлетворяющим требованиям ГОСТ 17187-81 и ГОСТ 17168 и имеющим действующие свидетельство о государственной поверке. Запись и обработка магнитной ленты производилась совместно с инженером КБ Химавтоматика Олениным А.Н. на промышленном оборудовании.
Измерения проводились на ул. Ворошилова и ул. 45-ой стрелковой дивизии. Выбор этих магистралей объясняется тем, что они на момент проведения измерений имели приблизительно одинаковую интенсивность движения и разные типы застройки и озеленения.
Улица Ворошилова представляет собой оживленную транспортную магистраль, с интенсивностью движения 18500 авт/сут (картограмма интенсивности движения по магистральным улицам г. Воронежа на 2002 год). Средняя скорость движения транспортного потока 40км/ч. Состав транспортного потока в целом соответствует составу городского автомобильного парка. Дорога имеет по две полосы движения в каждом направлении. По центру проезжей части проложены трамвайные пути. Проезжая часть заасфальтирована. На момент измерений покрытие находилось в удовлетворительном состоянии.
По улице Ворошилова расположены корпуса двух крупных промышленных предприятий города. Это Воронежский Механический завод и Воронежский мясокомбинат. Основная застройка улицы - многоэтажные жилые дома. Жилые дома удалены от дороги в среднем на 250 - 300 метров. Расположение зданий периметральное.
Озеленена улица крайне неравномерно. В начале улицы расположен сквер, с многоярусной растительностью. Дальше зеленые насаждения встречаются эпизодически и представлены только деревьями. В конце улицы зеленые насаждения отсутствуют. Зеленые насаждения представлены следующими древесными породами: клен платановидный, береза повислая, липа мелколистная, тополь пирамидальный.
Замеры уровней шума на улице Ворошилова проводились 05.07.2001 и осуществлялись по трем профилям перпендикулярным магистрали.
Интенсивность движения транспорта на ул. 45 -ой стрелковой дивизии составляла 20500 авт/сут. Средняя скорость движения транспортного потока 45 км/ч. Состав транспортного потока в целом соответствует составу городского автомобильного парка. Дорога имеет по две полосы движения в каждом направлении Трамвайное полотно присутствует на половине протяженности улицы.
На момент проведения измерений состояние асфальтового покрытия проезжей части можно оценить как ниже удовлетворительного.
Ул. 45 - ой Стрелковой дивизии застроена частными домами, преимущественно одноэтажными, расположение зданий периметральное.
Зеленые насаждения на ул.45 - ой Стрелковой дивизии представлены 3 ярусами: 1) кустарник в виде живой изгороди; 2) плодовые деревья; 3) тополя пирамидальные, береза повислая. - Зеленые насаждения распространены равномерно на всем протяжении улицы. - Зеленые насаждения примыкают непосредственно к домам. Измерения уровней шума на ул. 45-ой Стреловой дивизии проводились
10.10.2001 по 4 профилям
Результатом приведенных выше исследований стал сравнительный анализ шумового режима примагистральных территорий ул. Ворошилова и ул. 45 - ой Стрелковой дивизии, имеющих разные типы застройки и озеленения, изложенные в публикациях Терентьевой (Никушкиной) Л.С. [57,58,59].
На втором этапе замеры уровней шума осуществлялись интегрирующим шумомером ШИ - 01, удовлетворяющим требованиям ГОСТ 17187-81 и ГОСТ 17168 и имеющим действующие свидетельство о государственной поверке.
В 2003 году внедрен проект администрации Воронежской области по расширению городских улиц с пропуском транзитного транспорта. В связи с этим проводились повторные измерения на улице 45-ой Стрелковой Дивизии с целью выявить изменения шумовых характеристик, связанные с изменением состава транспортного потока и условий его движения. Измерения проводились 24.02.2005г.
На момент проведения измерений интенсивность движения транспорта на ул. 45-ой стрелковой дивизии составляла 20800 авт/сут. Средняя скорость движения транспортного потока 60 км/ч. По сравнению с предыдущим наблюдением, в составе транспортного потока доля грузовых автомобилей выросла до 35%, соответственно уменьшилась доля легковых автомобилей до 63 %, процентное отношение автобусов осталось прежним 2%.
Количество полос движения осталось прежним, по две полосы движения в каждом направлении. Трамвайное полотно присутствует на половине протяженности улицы. На момент проведения измерений состояние асфальтового покрытия проезжей части можно оценить как ниже удовлетворительного.
