跌水景观坝噪声分析与整治方案

王恭兴，张麒麟，廖彬秀

（中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，长沙410014）

1 引言

随着城市的发展，景观坝被越来越多地应用到城市河道中，景观坝运行过程中，在产生良好的景观效益的同时，由于跌水水流产生的噪声对城市河道周边居民的生活带来了一定的影响。目前，国内对景观坝跌水噪声研究及实际整治工程案例较少，据此，本文针对景观坝跌水噪声形成原因进行分析，结合景观坝实际运行情况，在不影响发挥景观坝的景观效益下，提出了降低景观坝跌水噪声影响的具体整治方案。

2 工程概况

城市河道某景观坝其设计方案立面如图1所示，该景观坝为C25混凝土溢流坝，坝轴线为直线，坝顶宽2.0m，坝底宽6.0m，为营造跌水水花景观，分5级阶梯跌水处理，每级宽1.0m，高0.5m，下游护坦设荷花造型过河步蹲，坝体内设放空洞。在运行过程中河水自坝体上游堰顶逐级跌落至下游河道，产生一定的水花和撞击噪声，周边居民反映，雨季及夜间跌水噪声过大，噪声对两岸民居生活造成影响。对现场实地环境进行噪声监测，昼间景观坝溢流坝段堰顶水位高约10cm时，荷花造型汀步位置测得噪声70～75dB（A），噪声特性趋于中高频，属于典型的跌水噪声。夜间居民小区实测噪声值在60～63dB（A）。居民区声环境夜间噪声值超过GB 3096—2008《声环境质量标准》2类区声环境标准，故需要采取措施对景观跌水噪声进行治理【1】。

3 跌水噪声形成原因分析

跌水噪声是落下来的水流冲击低水位水面而产生的。本工程跌水噪声是水流绕过跌水平台边缘，再经自由落体对低水位水面产生冲击形成的噪声。噪声的大小受跌水高度、流速和水流量的影响。其表现在，水流在重力势能的作用之下，转化为动能，水体落在低位水面上，撞击水面，产生噪声。这时部分动能转化为声能，予以四散传递。这种声波大小，密切关涉落水的高差、设定好的降落高度；这些参数与噪声大小凸显了正比关系，即跌水高差越大，流速越快，水流量越大，产生的噪声越大。除此之外，水滴撞击低位水面所产生气泡的体积脉动，也会辐射比较尖锐的噪声。另外，景观坝的坝型、几何形态和周边地形等也会对跌水噪声产生叠加和集中的效果。通过查阅相关文献，在不同流量下，水流自上游跌落产生的噪声大小不一。目前，国内外还没有系统地研究如何彻底消除自然水流跌落撞击噪声，但可通过工程措施适当降低跌水噪声对两岸居民生活带来的影响【2】。

图1 某景观坝设计方案立面

4 跌水噪声处理对策及措施

景观坝上方居民小区是受跌水噪声影响最大的区域，噪声源主要是河流水体击打水面产生的音量。其特性是音量持续、频谱宽、声源级高，因而治理难度高、工程复杂。

在治理方案设计中人们根据噪声声源产生和传播的特点进行噪声超标量分析，做出相应的治理措施。

1）噪声源治理。采取改变水体击打的受体或减缓水体与水面的接触能量来做到降低声源的效果。

2）噪声传播途径治理。采取吸声材料、生态植被阻隔、传播途径屏障等方法来减弱噪声的传播能量。

5 跌水噪声治理方案

5.1 治理工况分析

1）非溢流工况。放空闸门开启或者上游来水较少，景观坝未形成溢流。此种工况下，不会产生跌水噪声。

2）正常运行工况。景观坝上游水面高于溢流坝段，但低于非溢流坝段。此种工况下，景观坝跌水形成，是景观坝运行时间最长的工况，是本次工程研究处理的工况。

3）洪水工况。景观坝上游水面高于非溢流坝段。此种工况下，上游来流较大，淹没非溢流坝段，水流翻坝进入下游，本工况一般发生在汛期，且持续时间较短，不作为本次工程研究处理工况。

5.2 景观坝跌水噪声治理

5.2.1 工程措施

通过现场调查，噪声来源除了雨季水流较大之外，另一主要原因在于设计之初考虑水流效果，营造跌水水花景观，各级台阶设置较窄，上级水流下泻后急速转向下级，加之水流下泻时为垂直跌落撞击跌水台阶，水花四溅，水声随之加大【3】。

为控制水流噪声，保留原有跌水景观，仍按5级跌水处理，将原跌水台阶加宽，通过适当的面流消能，降低向下级台阶泄流的流速。上游水流自溢流堰下泻时采用四分之一圆形斜坡从左右两侧跌落至R=1.5m半圆盘内，中间采用R=5.0m半圆加宽溢流堰顶。同时减少跌落高差，中间跌水高差1.0m，两侧各级跌水高差0.5m，依次跌落至下游190.00m水位高程河道，形成“大珠小珠落玉盘”的水景观效果。保留每级跌水台阶亲水效果，在台阶边缘设跌水鼻坎。在高程191.00m跌水台增设跌水竖井控制跌水台阶的面流流量，为保障小流量时段水流从跌水台阶逐级下泻，竖井口设150mm高鼻坎，竖井口跌水鼻坎高出台阶边缘鼻坎50mm，竖井为立模现浇混凝土，上口直径D=2.0m，底部直径D=1.5m。竖井下接长×宽=1.0m×1.0m方形涵管，采用淹没出流形式流至下游。

跌水台阶向下游延伸，为控制下泻水流不飞溅至两侧过河台阶，新建C25钢筋混凝土导墙，长3.9m，高0.7m，加长高程190.30m过河景观平台长5.0m。对原有左右两侧混凝土台阶进行M10水泥砂浆抹面处理。下游护坦仍保持原状。拆除原有汀步，在下游处新建过河汀步。治理方案如图2、图3所示。

图2 景观坝噪声治理平面图

图3 景观坝噪声治理剖面图

5.2.2 物理措施

物理措施为设置声屏障。在景观坝两岸沿河道设置透明弧形声屏障，阻止直达声的传播，并使绕射声有足够的衰减，从而达到降噪目的【4】。

5.2.3 生态措施

生态措施为生态混凝土贴面绿化吸声。景观坝左岸有较高浆砌石挡墙，为减少跌水噪声反射影响，将此处现有高挡墙进行生态改造，改造措施为生态混凝土+生态袋种草，利用生态措施将发散到挡墙墙面的跌水噪声吸收降噪。

5.2.4 管理措施

1）改变夜间水流方式，降低噪声影响。现阶段跌水噪声产生的主要原因是河水从坝顶向下游各级台阶逐级跌落时形成，夜间对周边居民影响较大。为不影响夜间景观坝亮化灯光水幕效果，综合考虑亮化灯光管理运行时段，每晚23：00～次日7：00根据上游来水量开启坝体放空洞放水，放空洞为淹没式出流，无水流噪声。

2）减少昼间跌落水量降低噪声影响。通过实验研究，水流量减少50%，可以降低水流噪声3dB（A）以上。控制放空洞阀体开度减少上部跌落水量，保证落水噪声在可以接受的范围【5】。

6 结语

1）对景观坝以采用跌水台阶加宽的工程治理措施为主，以设置弧形声屏障的物理措施及加强后期运营管理措施为辅。跌水台阶增加竖井泄水效果，根据国内已建项目，其跌水景观效果非常理想。声屏障为透明材质，不影响沿河既有景观，同时对本项目的噪声治理起到辅助作用，其噪声治理方案是可行的。

2）河道两岸空间、坝型、水流和流速大小及流态等边界条件非常复杂，对噪声产生、传递和扩散均有不同影响。通过本治理方案，噪声治理能满足2类区昼间60dB，夜间50dB的声环境标准及景观美化的目标。