徐 輝，馬俊文

(北京市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)中心，北京 100048)

2012年7月1日起，噪聲自動(dòng)監(jiān)測(cè)站數(shù)據(jù)作為北京市對(duì)各區(qū)縣主要功能區(qū)聲環(huán)境質(zhì)量考核指標(biāo)的計(jì)算依據(jù)，因此自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有效性審核是真實(shí)評(píng)價(jià)北京市聲環(huán)境水平的前提條件。北京市聲環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有效性判定條件目前只考慮了75%的數(shù)據(jù)采集率和個(gè)別可溯源的異常噪聲值的剔除，對(duì)于主要?dú)庀髼l件，如刮風(fēng)和降雨對(duì)噪聲監(jiān)測(cè)結(jié)果的影響由于沒(méi)有具體的國(guó)家技術(shù)規(guī)范要求可循而未納入自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有效性判定中。

國(guó)家對(duì)聲環(huán)境質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)中數(shù)據(jù)有效性規(guī)定“單位小時(shí)內(nèi)，氣象條件滿足《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3096—2008)中的相關(guān)規(guī)定(測(cè)量應(yīng)在無(wú)雨雪、無(wú)雷電天氣，風(fēng)速5 m/s以下時(shí)進(jìn)行)，則小時(shí)數(shù)據(jù)視為有效”［1］。這一規(guī)定是基于手工監(jiān)測(cè)而定的，是否同樣適用于噪聲自動(dòng)監(jiān)測(cè)還需作具體研究。天津市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心研究認(rèn)為風(fēng)對(duì)噪聲自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有影響［2］，筆者將研究影響噪聲監(jiān)測(cè)的另一個(gè)主要?dú)庀笠蛩亍涤陮?duì)噪聲自動(dòng)監(jiān)測(cè)小時(shí)數(shù)據(jù)的影響。對(duì)環(huán)境噪聲測(cè)量產(chǎn)生影響的雨噪聲大小取決于雨量和雨強(qiáng)等參數(shù)，筆者僅對(duì)雨量的影響進(jìn)行研究。

1 研究基礎(chǔ)

1.1 監(jiān)測(cè)儀器

1.1.1 氣象監(jiān)測(cè)儀器

北京市噪聲自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由約100個(gè)固定監(jiān)測(cè)站點(diǎn)、1臺(tái)氣象監(jiān)測(cè)站構(gòu)成。氣象監(jiān)測(cè)站配備在1個(gè)4a類站點(diǎn)上，型號(hào)為芬蘭WXT510，可測(cè)風(fēng)速、雨量、大氣壓等6種參數(shù)，其中雨量的測(cè)量精度為0.01 mm，最小時(shí)間間隔10s，氣象參數(shù)記錄間隔可根據(jù)需要按 5 min，10 min，30 min，60 min 等自行設(shè)定并自動(dòng)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)軟件中，作為測(cè)量數(shù)據(jù)的判定條件對(duì)噪聲數(shù)據(jù)可作及時(shí)的有效性處理。

1.1.2 噪聲自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器

北京市噪聲自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)站點(diǎn)已在線連續(xù)運(yùn)行近5年，其中17個(gè)監(jiān)測(cè)站采用丹麥B＆K公司的3639E監(jiān)測(cè)終端，其4 952型傳聲器在20 KHz以下頻率范圍內(nèi)符合IEC/EN 61672—2002Ⅰ級(jí)精度的要求，傳聲器方向性為90℃，對(duì)噪聲事件能進(jìn)行錄音并同時(shí)記錄頻譜文件;UA1701風(fēng)罩及內(nèi)置防雨罩對(duì)傳聲器起到雙重防雨功能。

1.2 站點(diǎn)選擇

為研究降雨對(duì)不同功能區(qū)環(huán)境噪聲的影響，1類、2類、4a類功能區(qū)分別選取2個(gè)、2個(gè)和1個(gè)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)(離氣象站距離較近，均為B＆K公司的3639E型監(jiān)測(cè)終端)：其中4a類站點(diǎn)(以下稱測(cè)點(diǎn)4)配備了氣象站，監(jiān)測(cè)主干線首體南路(雙向8車道)交通噪聲;1類區(qū)站點(diǎn)(以下分別稱測(cè)點(diǎn)1(a)、1(b))在居民小區(qū)內(nèi)，距離測(cè)點(diǎn)4分別約2.2 km和5.7 km，主要聲源為社會(huì)生活噪聲;2類區(qū)站點(diǎn)(以下稱測(cè)點(diǎn)2(a)、2(b))分別位于一家賓館后院內(nèi)，距離測(cè)點(diǎn)4分別約5.2 km和一個(gè)居民區(qū)小廣場(chǎng)上，距離測(cè)點(diǎn)4約4 km，主要受社會(huì)生活噪聲影響。由于1類、2類功能區(qū)測(cè)點(diǎn)沒(méi)有配備氣象站，但均離測(cè)點(diǎn)4較近，從噪聲事件回放也可判斷5個(gè)測(cè)點(diǎn)的降雨過(guò)程基本一致，因此將測(cè)點(diǎn)4配備的氣象站的降雨數(shù)據(jù)同時(shí)應(yīng)用到其他4個(gè)測(cè)點(diǎn)中。

2 數(shù)據(jù)分析

2.1 北京市降雨特點(diǎn)

據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，北京市年平均降水量為630 mm，最多年降水量為1 406 mm(1959年)，最少為261.8 mm(1965年)，2007—2011年降水量見(jiàn)表1。

表1 北京市2007—2011年降水統(tǒng)計(jì)

北京降水量集中在夏半年(4—9月)，占年雨量的90%以上，各月降雨量分布見(jiàn)表2。降水量更集中在夏季6—8月，占年雨量的75%，其中7、8兩月降水量占夏季降水量的84%。

表2 4—9月降雨量分布 mm

2.2 數(shù)據(jù)篩選

2.2.1 雨量數(shù)據(jù)

由于北京年雨量的90%以上集中在夏半年，因此選取2007—2012年夏半年(即2007年8—9月，2008—2011年的4—9月、2012年4—7月)的小時(shí)雨量數(shù)據(jù)，共計(jì) 1 624條記錄，雨量范圍0.01 mm/h ～131.9 mm/h。

2.2.2 噪聲監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

調(diào)取5個(gè)測(cè)點(diǎn)2007—2012年夏半年的有雨時(shí)段的小時(shí)等效聲級(jí)及各測(cè)點(diǎn)該時(shí)段內(nèi)所有的小時(shí)等效聲級(jí)，即總體小時(shí)Leq樣本數(shù)，各約20 000條記錄，見(jiàn)表3。

表3 有雨/無(wú)雨小時(shí)等效聲級(jí)樣本統(tǒng)計(jì)表

2.3 有雨—無(wú)雨聲級(jí)差異性分析

運(yùn)用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件中的Kolmogorov-Smirnov統(tǒng)計(jì)量正態(tài)性檢驗(yàn)法，對(duì)各測(cè)點(diǎn)有雨、無(wú)雨的小時(shí)Leq數(shù)據(jù)(以下分別稱有雨樣本和無(wú)雨樣本)進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)，結(jié)果表明5個(gè)測(cè)點(diǎn)有雨和無(wú)雨時(shí)小時(shí)數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)顯著性水平均小于0.05，即不服從正態(tài)分布。因此在做二者差異性分析時(shí)選擇無(wú)參數(shù)檢驗(yàn)的Mann-Whitney U檢驗(yàn)方法，結(jié)果表明5個(gè)測(cè)點(diǎn)有雨樣本和無(wú)雨樣本的顯著性水平均小于0.05，所以認(rèn)為有雨樣本和無(wú)雨樣本的分布有顯著性差異，即降雨對(duì)噪聲監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的影響顯著，原因主要是有雨噪聲，即降雨敲擊地面、其他固體表面或積水面引起的間歇性聲源干擾產(chǎn)生的。

從5個(gè)測(cè)點(diǎn)有雨、無(wú)雨的24小時(shí)均值變化情況(圖1-3)看，各類功能區(qū)，在有雨和無(wú)雨時(shí)段所得到的測(cè)量值反映出噪聲值變化規(guī)律相同，雨聲使測(cè)量值升高，尤其夜間的增幅非常明顯，是因?yàn)橐归g的噪聲值比晝間低，受其他噪聲干擾影響變化大;2類區(qū)測(cè)點(diǎn)的降雨對(duì)晝間聲級(jí)(主要是上午)的貢獻(xiàn)規(guī)律不突出，分析原因是2類區(qū)的測(cè)點(diǎn)晝間聲源不穩(wěn)定，聲級(jí)變化規(guī)律性不強(qiáng)。

2.4 聲級(jí)-降雨相關(guān)性分析

有雨時(shí)段的小時(shí)等效聲級(jí)與降雨的相關(guān)系數(shù)見(jiàn)表4，數(shù)據(jù)分析顯示：(1)降雨與聲級(jí)有較明顯相關(guān)性，夜間的相關(guān)性較強(qiáng);(2)不同類別功能區(qū)測(cè)量結(jié)果反映出，背景噪聲不同，雨聲影響程度不同，相關(guān)性大小亦不同;(3)1、2類區(qū)主要聲源為社會(huì)生活噪聲，晝間活動(dòng)多而夜間活動(dòng)少，因此環(huán)境背景噪聲在夜間明顯降低，則凸顯了雨聲的影響強(qiáng)度;而4類區(qū)晝夜背景噪聲變化不大，則反映其影響沒(méi)有顯著差異。雨聲主要來(lái)自于雨滴在地表下墊面濺落時(shí)產(chǎn)生的音響，下墊面環(huán)境不同其音響大小不同：(1)1類區(qū)測(cè)點(diǎn)周邊環(huán)境可能較為復(fù)雜(如建筑物、植被等)，其聲學(xué)特征相對(duì)復(fù)雜，2類區(qū)相對(duì)1類區(qū)較空曠，特別是測(cè)點(diǎn)2(b)位于廣場(chǎng)，聲學(xué)特征則較為簡(jiǎn)單;(2)進(jìn)一步驗(yàn)證了文中的原因分析，即晝間1、2類區(qū)背景噪聲高，影響不顯著，夜間背景噪聲降低，突出了影響，而4類區(qū)晝夜背景噪聲變化不大，則反映其影響沒(méi)有顯著差異。

表4 聲級(jí)-降雨相關(guān)系數(shù)

2.5 平均聲級(jí)-雨量變化趨勢(shì)分析

1 624條小時(shí)雨量樣本按不同區(qū)間分類后對(duì)應(yīng)的小時(shí)平均噪聲值變化規(guī)律(見(jiàn)圖4)可以看出：(1)無(wú)論晝間、夜間隨著雨量的增加，小時(shí)平均聲級(jí)均呈上升趨勢(shì)，特別是夜間上升幅度更明顯，說(shuō)明雨量對(duì)夜間聲級(jí)變化的貢獻(xiàn)更大一些;(2)晝間各功能區(qū)測(cè)點(diǎn)受雨聲影響平均小時(shí)聲級(jí)上升3 dBA的小時(shí)雨量區(qū)間分別為：1類區(qū)1～5mm以上，2類區(qū)5～10 mm以上，4a類區(qū)10～20 mm以上;夜間各功能區(qū)測(cè)點(diǎn)受雨聲影響平均小時(shí)聲級(jí)上升3 dBA的小時(shí)雨量區(qū)間分別為：1類區(qū)0.5～1 mm以上，2類區(qū)5～10 mm以上，4a類區(qū)10～20 mm以上;(3)但夜間在雨量＞50 mm以上時(shí)噪聲值出現(xiàn)了下降趨勢(shì)，原因是這個(gè)區(qū)間雨量對(duì)應(yīng)的是特大暴雨，發(fā)生的機(jī)率小，樣本數(shù)據(jù)只有3個(gè);另外雨量＞50 mm以上時(shí)雖然雨噪聲比其他雨量的雨噪聲大，但樣本數(shù)據(jù)時(shí)間出現(xiàn)在凌晨0點(diǎn)、2點(diǎn)和3點(diǎn)，是一天中噪聲值本底最低時(shí)段，疊加雨聲后，聲級(jí)依然低于其他時(shí)段受雨量影響的噪聲值。

圖4 5個(gè)測(cè)點(diǎn)小時(shí)平均聲級(jí)-雨量變化趨勢(shì)

3 結(jié)論與建議

通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)差異性、相關(guān)性及圖表的變化趨勢(shì)分析，降雨對(duì)噪聲自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有一定影響，因環(huán)境背景噪聲不同，夜間影響高于晝間，1類、2類功能區(qū)影響比4a類明顯，雨量在0.5～1 mm/h以上、5～10 mm/h以上及10～20 mm/h以上時(shí)雨聲分別對(duì)1類、2類和4a類噪聲自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有3 dBA以上的影響。因此建議噪聲自動(dòng)監(jiān)測(cè)站建立時(shí)應(yīng)同步安裝氣象站，充分考慮降雨對(duì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的影響，并進(jìn)一步詳細(xì)研究數(shù)據(jù)有效性判定中降雨的量化判斷條件，以保證對(duì)聲環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。

［1］GB 3096—2008聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)［S］

［2］魏巍，張金艷，張朋.風(fēng)對(duì)環(huán)境噪聲自動(dòng)監(jiān)測(cè)的影響分析［J］.環(huán)境監(jiān)控與預(yù)警，2006，2(3)：26-29.