Seria: B U D O W N IC T W O z. 93 Nr kol. 1514
R afał Ż U C H O W S K l’
P olitechnika Śląska
OCENA KLIMATU AKUSTYCZNEGO W SĄSIEDZTWIE DROGI KRAJOW EJ NR 1 NA ODCINKU SULNO - JĘZOR NA WYSOKOŚCI MIASTA SOSNOWIEC
S tre sz c z e n ie . W pracy podjęto próbę oszacow ania w pływ u hałasu pochodzącego z arterii kom unikacyjnej na k lim at akustyczny teren ó w m ieszkaniow ych w sąsiedztw ie analizow anego odcinka trasy kom unikacyjnej. W yni
ki pom iaru rozkładu poziom u hałasu porów nane zostały z w artościam i teoretycznym i uzyskanym i na podstaw ie statystycznych ro zkładów poziom u hałasu, w yznaczonych w new ralgicznych punktach badanego obszaru.
AN ASSESSMENT OF THE ACOUSTIC CLIMATE ADJACING TO THE PRIMARY ROAD No. 1 IN THE SECTION FROM SULNO TO JĘZOR NEAR THE CITY OF SOSNOWIEC
S u m m a ry . T he paper deals w hit an attem pt to assess o f noise originating from the com m unication artery on clim ate o f the acoustic housing - grounds along the analyzed road section. T he obtained results o f m easurem ents concerned the distribution o f the level o f noise and com pared w ith the theoretical values obtained basing on statistical distributions o f th e noise levels at neuralgic points o f the investigated area.
1. W prowadzenie
Jednym z elem entów ekologii środow iska naturalnego człow ieka je s t akustyka środow i
skow a, zajm ująca się ochroną przed nadm iernym hałasem em itow anym z ciągów kom unika
cyjnych, zakładów przem ysłow ych, linii energetycznych i portów lotniczych. W ciągu wielu lat rozw oju tej dziedziny w iedzy opracow ane zostały procedury pom iarow e hałasu środow i
skow ego, ja k rów nież zaproponow ano różne w arianty m etod prognozow ania hałasu środow i
skow ego i środków ochrony przeciw dźw iękow ej.
Z agadnienia rozprzestrzeniania się hałasu środow iskow ego zajm ują obecnie niezw ykle w ażne m iejsce w szeroko pojętej ochronie środowiska. N a przełom ie ostatnich kilku lat coraz w iększa staje się św iadom ość szkodliw ości i uciążliw ości hałasu w ystępującego w sąsiedz-
*Opiekun naukow y: D r hab. Tadeusz Zakrzew ski, prof. PŚ1.
508 R. Żuchowski
tw ie źródeł dźw ięku o dużym poziom ie. Przykładem tego typu em itora je s t arteria kom unika
cyjna stanow iąca zbiór źródeł punktow ych ułożonych w zdłuż jednej linii. Źródło tego typu m oże prom ieniow ać energię akustyczną zarów no poprzez c a łą sw ą pow ierzchnię, ja k i z w ielu źródeł punktow ych usytuow anych tak blisko siebie, że pow ierzchnia czoła fali em ito
w anej łącznie przez w szystkie źródła zbliżona je s t do pow ierzchni cylindrycznej lub półcylin- drycznej. N iezw ykła złożoność procesów zw iązanych z pow staw aniem i propagacją hałasu kom unikacyjnego pow oduje, że w szelkiego rodzaju próby oszacow ania oddziaływ ania trans
portu drogow ego na klim at akustyczny są dość trudne w realizacji, ja k i mało precyzyjne [1,2,3]. D oskonalenie system ów pom iarow ych, ja k rów nież dynam iczny rozwój modeli m a
tem atyczno-fizycznych opartych na technice kom puterowej, prow adzą do coraz dokładniej
szego opisu zjaw isk dotyczących oddziaływ ania hałasu kom unikacyjnego na środowisko.
2. Opis układu arteria komunikacyjna - teren przyległy - obiekt chroniony
B adania rozkładu hałasu przeprow adzono na w ydzielonym odcinku drogi krajowej nr 1 o długości około 1 km, która przebiega na ukształtow anym sztucznie nasypie. R ozpatryw any odcinek drogi na trasie Sulno - Jęzor rozpoczyna się przy w iadukcie zlokalizow anym nad d rogą lokalną (ulica W ileńska) a kończy się na w ysokości stacji paliw BP i stanowi dw upa
sm ow ą trasę d rogow ą szybkiego ruchu. N a rys. 2.1 przedstaw iono plan sytuacyjny rozpatry
w anego odcinka trasy w raz z rozm ieszczeniem punktów pom iarow ych oraz usytuow aniem zagrożonych obiektów budow lanych. W pobliżu rozpatryw anej drogi w ystępuje teren traw ia
sty z n iew ielką ilością drzew, na którym znajduje się zabudow a m ieszkaniow a jednorodzinna z usługam i rzem ieślniczym i. Z abudow a ta posadow iona je st około 6 m niżej w stosunku do naw ierzchni drogowej.
B udynek 5 - kondygnacyjny
p rzy ul. W ileńskiej 142 Kondygnacje pomiarowe:
- 1 ,2 m
~ - 4,0 m
- IV Dietro P unkt p o m ia r o w y - n r 2
^ ¡ l J L
D roga k ra jo w a n r 1 G d a ń s k - C ieszyn
FI ^
i ) Ulica Wileńska
P unkt pom iarow y-nr 1 . 1. Przekrój przez punkty pom iarow e nr 1 i nr 2
1. C ross - section o f the m easuring points 1 and 2
A iH
J U L
Z kolei rys. 2.2 przedstaw iono plan sytuacyjny rozpatryw anego odcinka trasy w raz z roz
m ieszczeniem punktów pom iarow ych oraz usytuow aniem zagrożonych obiektów budow la
nych.
IM
Punkty pomiarowe : 1 - Pkt. pom. przy krawędzi
jezdni 2 -W ile ń sk a 142
3 - Kleberga 1 4 - Kleberga 15 5 - K leberga 39 6 - K leberga 51 7 - B raterstw a Broni 18 8 - B raterstw a Broni 34 9 - B raterstw a Broni 15
ul. Braterstw a Broni
DK 1 Cieszyn - G dańsk
Rys. 2.2. Plan sytuacyjny rozpatryw anego odcinka drogi krajow ej nr 1 i zabudow y m ieszkaniow ej z lokalizacją punktów pom iarow ych hałasu środow iskow ego
Fig. 2.2. Site plan o f th e considered section o f the m otor road No. 1 and the com pact settlem ent, pointing out the m easuring points o f environm ental noise
510 R. Żuchowski
3. Parametry statystyczne hałasu nieustalonego
W przypadku hałasów nieustalonych (losow o zm iennych w czasie), ja k np. hałasów dro
gow ych, kolejow ych, lotniczych, nie m ożna jednoznacznie w yznaczyć w artości chwilowej poziom u ciśnienia akustycznego, w yznacza się w ówczas tzw. param etry statystyczne hałasu.
Do podstaw ow ych param etrów statystycznych hałasu nieustalonego w czasie zalicza się [4,6]:
• praw dopodobieństw o rozkładu w artości chw ilow ych am plitud (poziom ów),
• gęstość praw dopodobieństw a rozkładu w artości chw ilow ych am plitud (p o z io m ó w ),
• dystrybuanta rozkładu statystycznego am plitud ,
• skum ulow ana gęstość praw dopodobieństw a am plitud ,
• param etry pozycyjne rozkładu am plitud (poziom ów) określone przez wskaźniki Lio ,Lso, L90.
W yszczególnione param etry statystyczne w yznacza się dośw iadczalnie za pom ocą staty
stycznych analizatorów poziom u dźwięku. Dodatkow o w yznacza się jeszcze tzw. parametry pozycyjne rozkładu w yrażone przez w skaźniki Lio , L50 ,L90. Param etry pozycyjne wyznacza się ja k o rzuty procentow ych wartości gęstości skum ulowanej w ynoszące odpow iednio 10, 50, 90% poprzez krzyw ą gęstości skum ulowanej na oś odciętych (poziom ów). Param etry pozy
cyjne Lio . L50 , L90 określają, ja k ie poziom y dźwięku w ystępują co najmniej przez 10%, 50%
oraz 90% przedziału czasu, w którym w ykonane zostały pomiary.
4. Wyniki pomiarów rozkładu poziomu hałasu
Celem m iarodajnej oceny hałasu środow iskow ego generowanego w sąsiedztw ie rozpatry
w anego odcinka arterii kom unikacyjnej przeprow adzone zostały badania środowiskowe, na podstaw ie których wyznaczono:
> param etry geom etryczne arterii kom unikacyjnej,
> dobow y rozkład poziom u dźw ięku,
> rozkłady statystyczne m ierzonego hałasu,
> rzeczyw iste natężenie ruchu oraz określone czynniki środow iskowe.
Średniodobow y rozkład poziom u hałasu w zaznaczonych przedziałach czasu przedstaw io
no na rys. 4.1.
9^
‘N"O Eo NO
CL
110,0 100,0 90.0 80.0 70.0 60.0 50.0 40.0 30.0 20.0 10,0 0,0
iL e q Lmin -L m ax
u i n u
O •— fN
O' O —
fN <N
fN fN
Godzina pomiaru
Rys. 4.1. Ś redniodobow e rozkłady poziom u hałasu kom unikacyjnego przy D K 1 n a w ydzielonym odcinku arterii Fig. 4.1. D istribution o f the level the noise caused by traffic at the m otor road 1 throughout the day (24 hours)
□ H istogram □ G ęstość skum ulow ana
L90 = 66,7 dB L,o = 83,5 dB
Rys. 4.2. H istogram i krzyw a skum ulow anej gęstości praw dopodobieństw a dla reprezentatyw nego punktu po
m iarow ego w okresie m aksym alnego natężenia ruchu pory dnia, pom ierzonej w odległości odniesienia od kraw ędzi je z d n i w ynoszącej 1 m
Fig. 4.2. B ar chart and curve o f the cum ulated density o f probability fo r a representative m easuring point during the m axim um intensity o f traffic m easured at a reference distance from the edge o f the road am ounting to 1 m
Ls0 = 74,5 dB
N a rys. 4.2 przedstaw iono histogram i krzyw ą skum ulowanej gęstości praw dopodobień
stw a dla reprezentatyw nego punktu pom iarow ego, dla najbardziej niekorzystnej godziny pory
512 R. Żuchowski
dnia, pom ierzonej w odległości odniesienia od kraw ędzi jezd n i w ynoszącej 1 m. N atom iast w tabeli 4.1 zestaw iono w artości param etrów pozycyjnych rozkładu dla punktu pom iarowego nr 1 i nr 2 w okresie m aksym alnego i m inim alnego natężenia ruchu dla pory dnia oraz dla m aksym alnego i m inim alnego natężenia ruchu dla pory nocy.
Tabela 1 Pom ierzone param etry pozycyjne rozkładu określone w skaźnikam i Lio, L 50, L90 w punktach pom iarow ych P I i P2 w okresie m aksym alnego i m inim alnego natężenia ruchu dla pory dnia
oraz dla m aksym alnego i m inim alnego natężenia ruchu dla pory nocy
Nr punktupomia rowego Wysokośćpunktu pomiarowego, m Odległość punktu pomiarowegood krawędzi jezdni, m Parametry pozy cyjne rozkładu, % W artości poziom ów dźw ięku, dB
pora dzienna pora nocna
okres m inim alne
go natężenia ruchu
okres m aksym al
nego natężenia ruchu
okres m inim alne
go natężenia ruchu
okres m aksym al
nego natężenia ruchu
L10 80,2 82,5 79,6 81,1
1 1,2 1,0 1-30 71,2 72,5 66,5 70,4
L90 64,2 65,7 56,6 60,6
L10 55,7 59.4 53,8 55,0
1,2 150,0 L50 48,9 52,8 50,4 51,6
L90 45,4 48,7 46,5 47,3
L10 60,8 60,9 57,4 57,6
2 4,0 150,0 L50 53,1 52,8 54,0 53,8
Loo 49,5 47,6 50,2 50,6
Lio 63,8 66,0 63,5 62,4
16,0 150,0 L50 58,9 61,6 59,9 57,9
L90 55,1 57,3 57,7 53,5
5. Analiza uzyskanych wyników pomiarowych
W prow adzonych badaniach w ykorzystane zostały następujące zależności teoretyczne um ożliw iające w yznaczenie param etrów pozycyjnych na podstaw ie natężenia ruchu pojaz
dów: L10 = 10 log Q + 51 dB,
Lso = 10 log Q + 3 5 dB, (4.1)
L 90 = 10 log Q + 29,5 dB, gdzie: Q - natężenie ruchu, pojazdy / godzinę.
86,0 84.0 82.0 80,0
!§ 78,0
J
76,074.0 72.0 70.0 68.0
23,8 24,9 25,5 27,4 27,5 28,2 28,3 29,5 29,8 29,9 30,4 30,5 30,6 30,7 30,7 30,7 30,8 31,1 31,2 31,8 10 log Q
j l 1 W artości obliczo n e W artości zm ierzone R óżnica pom iędzy w artościam i obliczonym i a zmierzonymi j
Rys. 4.3. Porów nanie pom ierzonych i obliczonych przebiegów w artości poziom ów L ,0 hałasu drogow ego w zależności od liczby kursujących pojazdów
Fig. 4.3. C om parison o f the m easured and the calculated values o f the traffic noise level L 10 depending on the n u m b er o f vehicles using the road
23,8 24,9 25,5 27,4 27,5 28,2 28,3 29,5 29,8 29,9 30,4 30,5 30,6 30,7 30,7 30,7 30,8 31,1 31,2 31,8 10 log Q
W artości o b liczo n e ircnm-l W artości zm ierzone R óżnica pom iędzy w artościam i obliczonym i a zmierzonymi
Rys. 4.4. Porów nanie pom ierzonych i obliczonych przebiegów w artości poziom ów L50 hałasu drogow ego w zależności od liczby kursujących pojazdów
Fig. 4.4. C om parison o f the m easured and the calculated values o f the traffic noise level L 50 depending on the num ber o f vehicles using the road
A by dokonać porów nania pom iędzy zależnościam i teoretycznym i a dośw iadczalnym i, przeprow adzono pom iary i obliczenia param etrów pozycyjnych rozkładu Lio , L50 i L90 dla poszczególnych godzin doby.
514 R. Żuchowski
O trzym ane wyniki zostały przedstaw ione na rys. 4.3, 4.4, 4.5, 4.6.
23,8 24,9 25,5 27,4 27,5 28,2 28,3 29,5 29,8 29,9 30,4 30,5 30,6 30,7 30,7 30,7 30,8 31,1 31,2 31,8 10 log Q
W artości obliczone W artości zm ierzone * ■Różnica pom iędzy w artościam i obliczonymi a zmierzonymi
Rys. 4.5. P orów nanie pom ierzonych i obliczonych przebiegów w artości poziom ów L<J0 hałasu drogow ego w zależności od liczby kursujących pojazdów
Fig. 4.5. C om parison o f the m easured and th e calculated values o f the traffic noise level L90 depending on the num ber o f vehicles using the road
ca
■a
Godziny doby
■ U 0 zmierzone
"L-50 obliczone
-L -50 zmierzone
"L-90 zmierzone
A 1 L-10 obliczone
■L-90 obliczone
Rys. 4.6. Porów nanie pom ierzonych i obliczonych przebiegów w artości poziom ów L 10, L 50 i L90 hałasu drogow ego w ciągu doby
Fig. 4.6. C om parison o f the m easured and th e calculated values o f the traffic noise levels L |0, L50 and L90 in the course o f 24 hours
N a podstaw ie przedstaw ionych wyżej w yników pom iaru w skaźników pozycyjnych otrzy
m ano skorygow ane zależności poziom ów pozycyjnych w funkcji natężenia ruchu na analizo
w anym odcinku drogi w postaci:
Ljo — 10 log Q + 51 dB,
Lso = 10 log Q + 40 dB, >- (5.1)
Lqo — 10 log Q + 32 dB, gdzie: Q - natężenie ruchu, pojazdy / godzinę.
O trzym ane w yrażenia znacznie lepiej odzw ierciedlają rzeczyw iste zależności m iędzy w y
szczególnionym i w skaźnikam i a natężeniem ruchu pojazdów.
6. Wnioski i uwagi końcowe
Z otrzym anych w yników pom iarow ych rozkładu poziom u hałasu rów now ażnego ja k rów
nież analizy am plitudow o-częstotliw ościow ej w ynikają następujące w nioski zarówno o cha
rakterze ogólnym , ja k i szczegółowym :
> hałas generow any przez badany odcinek arterii kom unikacyjnej, przenikający do środow i
ska, charakteryzuje się w czasie doby stosunkow o niewielkim i zm ianam i w artości pozio
mu nie przekraczającym i 10 dB;
> poziom hałasu generow anego do środow iska w bliskim sąsiedztw ie zlokalizow anych obiektów m ieszkalnych cechuje się w artościam i znacznie przekraczającym i dopuszczalne poziom y dźw ięku, co w pływ a negatyw nie na klim at akustyczny terenu zabudow anego;
> najw iększym praw dopodobieństw em w ystępow ania charakteryzuje się hałas drogowy w przedziale w artości 68 - 78 dB,
> uzyskane skorelow ane zależności teoretyczne określające w skaźniki pozycyjne znacznie dokładniej odzw ierciedlają rozkłady poziom ów cząstkow ych w sąsiedztw ie analizowanej trasy kom unikacyjnej.
L ITER A TU R A
1. K om pała J.: Ilościow a ocena klim atu akustycznego w ojew ództw a katow ickiego - R oz
praw a doktorska, GIG, K atow ice 1996.
2. Lebiedow ska B.: H ałas w okół autostrad. M etoda prognozow ania, W ydaw nictw o P oli
techniki Łódzkiej, Ł ódź 1998.
516 R. Żuchowski
3. K ucharski R.J., K raszew ski M.: Zanieczyszczenie środow iska hałasem w świetle badań W IO Ś 1994 roku, Biblioteka M onitoringu Środowiska, W arszaw a 1995.
4. Engel Z.: O chrona środow iska przed hałasem i drganiam i, PW N, W arszawa 1993.
5. E ngel Z. i inni: Ekrany akustyczne, Instytut M echaniki i W ibroakustyki AGE1, Kraków 1990.
6. Lipow czan A.: Podstaw y pom iarów hałasu, G łów ny Instytut G órnictw a, Liga Walki z H ałasem , K atow ice - W arszawa 1987.
7. K ucharski R.J. i inni: O cena zagrożenia hałasem na obszarach położonych wzdłuż tras kom unikacyjnych, Zlecenie G lO Ś, W arszawa 1993.
8. Zakrzew ski T.: A kustyka budowlana, W ydaw nictw o Politechniki Śląskiej, Gliwice 1997.
9. Engel Z., Panuszka R.: Podstawy akustyki, W ydaw nictw o AGH, Kraków 1989.
10. Engel Z., Sadowski J.: Hałas i w ibracje w środowisku, W ydaw nictwo Ligi O chrony Przy
rody, W arszaw a 1992.
11. K ucharski R.J.: Zasady prow adzenia przed- i poinw estycyjnego m onitoringu hałasu dla tras szybkiego ruchu, Inspekcja O chrony Środow iska, B iblioteka M onitoringu Środowi
ska, W arszaw a.
12. K ucharski R.J.: M etody prognozow ania hałasu kom unikacyjnego (drogow ego i uliczne
go), Państw ow a Inspekcja O chrony Środowiska, Instytut O chrony Środowiska, W arszawa 1996.
Recenzent: Prof, dr hab. inż. Zbigniew Engel
Abstract
The paper provides an assessm ent o f the influence o f the road traffic param eters on the distribution o f the values o f the level o f noise along the analyzed section o f m otor road. The obtained values o f the level o f noise have been com pared with the theoretical values obtained basin on statistical distributions o f the noise levels determ ined at neuralgic points in the in
vestigated area.
