物理性污染和控制工程筆記整理

./第一章緒論什么是物理性污染？人類生活的物理環(huán)境要素在環(huán)境中超過適宜范圍時形成的污染。2.物理性污染有何特點(diǎn)？①局部性,區(qū)域性和全球性很少見。②無后效性,在環(huán)境中不會殘存,污染源消失后,污染即消失。第二章噪聲污染及控制目錄第一節(jié)概述第二節(jié)噪聲污染控制聲學(xué)基礎(chǔ)第三節(jié)噪聲評價(jià)第四節(jié)噪聲的測量第五節(jié)城市噪聲源分析與預(yù)測第六節(jié)環(huán)境噪聲影響評價(jià)第七節(jié)噪聲控制技術(shù)第一節(jié)概述1.1聲音與噪聲聲音定義：是物體的振動以波的形式在彈性介質(zhì)中進(jìn)行傳播的一種物理現(xiàn)象。聲音的作用：提供人類活動所依賴的信息；人與人之間交換感情、傳遞信息的工具。噪聲定義：從廣義上來講,凡是人們不需要的,使人厭煩并干擾人的正常生活、工作和休息的聲音統(tǒng)稱為噪聲。1.2噪聲的主要特性噪聲是一種感覺性污染,傳播時不會遺留下有毒有害的化學(xué)污染物質(zhì)。對噪聲的判斷與個人所處的環(huán)境和主觀愿望有關(guān)。噪聲源的分布廣泛而分散,噪聲具有能量性。但由于傳播過程中發(fā)生能量的衰減,因此其影響范圍有限。噪聲具有波動性和難避免性。噪聲無孔不入、避之不及。噪聲具危害潛伏性。暴露在90dB左右的噪聲條件,能夠忍受,但會對聽力造成傷害。1.3噪聲來源交通運(yùn)輸：城市主要的噪聲源工業(yè)生產(chǎn)：造成職業(yè)性耳聾的主要原因社會生活：在城市噪聲源中的比重上升建筑施工：其噪聲影響面很大1.4噪聲危害a、對人體的生理影響b、對人體的心理影響c、對孕婦和胎兒的影響d、對生產(chǎn)活動的影響e、對動物的影響f、對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響1.5噪聲的利用噪聲發(fā)電:目前,韓國研究人員金智勛等人利用劍橋大學(xué)的研究成果,并利用人耳吸收聲波的原理,制造出了仿照人耳吸收聲音的鼓膜的噪聲發(fā)電機(jī)。噪聲制冷:目前世界上正在開發(fā)一種新的制冷技術(shù),即利用微弱的聲振動來制冷的新技術(shù),第一臺樣機(jī)已在美國試制成功。噪聲除塵:高能量的噪聲能使粉塵相聚,可促進(jìn)除塵噪聲增產(chǎn)噪聲除草噪聲診病第二節(jié)噪聲污染控制聲學(xué)基礎(chǔ)聲學(xué)：是研究介質(zhì)中機(jī)械波的產(chǎn)生、傳播、接受和效應(yīng)的的物理學(xué)分支科學(xué)?，F(xiàn)代聲學(xué)研究內(nèi)容：涉及聲子運(yùn)動、聲子和物質(zhì)的相互作用,以及一些準(zhǔn)粒子和電子等微觀粒子的特性。物理聲學(xué)是聲學(xué)研究基礎(chǔ),聲學(xué)是物理學(xué)最好的一個研究方向。2.1聲波的生產(chǎn)2.1.1聲源2.1.2聲波的產(chǎn)生：聲源產(chǎn)生的振動通過媒介以聲波的形式向外傳播。分為空氣聲、水聲和固體聲。橫波也稱"凹凸波"。質(zhì)點(diǎn)的振動方向與波的傳播方向垂直。橫波在傳播過程中,凡是波傳到的地方,每個質(zhì)點(diǎn)都在自己的平衡位置附近振動?？v波是指振動方向與傳播方向一致或平行的一類波,即媒介〔質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動方向同波的運(yùn)動方向相同或相反。如空氣中聲波傳播靠空氣分子交替的壓縮和擴(kuò)張完成波長是指相鄰兩個密部或疏部之間的距離。固體有切變彈性,所以在固體中能傳播橫波,液體和氣體沒有切變彈性,因此只能傳播縱波,而不能傳播橫波。2.1.3聲波的基本物理量聲壓——聲音在媒質(zhì)中引起的附加壓強(qiáng)。符號P,單位帕〔Pa聲強(qiáng)——聲音的強(qiáng)度,指1秒內(nèi)通過聲音前進(jìn)方向垂直1平方米面積上的能量,用J表示,單位是瓦/平方米。計(jì)算公式：聲功率——聲源在單位時間內(nèi)通過某一面積的聲能.聲頻——聲源在單位時間內(nèi)振動的次數(shù)稱為聲頻率,單位赫茲<Hz>.人耳只能聽到頻率在20~20000Hz的聲音.低于20Hz為次聲,高于20000Hz為超聲.次聲來源?危害多大？2.1.4聲波的基本類型理想流體：理想流體介質(zhì),就是介質(zhì)在運(yùn)動過程中沒有能量的損耗,即介質(zhì)是無粘的。在流體介質(zhì)中聲波傳播過程的研究中,還必須假設(shè)介質(zhì)是連續(xù)、靜態(tài)和均勻的流體,并且在介質(zhì)中傳播的是小振幅聲波。小振幅聲波,即：聲壓比大氣壓要小得多;質(zhì)點(diǎn)的位移比波長要小得多;質(zhì)點(diǎn)振動速度比聲速要小得多;介質(zhì)密度的相對變化要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1。波動方程：聲波方程：聲振動必須滿足三個基本的物理定律,即牛頓第二定律、質(zhì)量守恒定律以及描述壓強(qiáng)、溫度、體積等狀態(tài)參數(shù)的狀態(tài)方程。應(yīng)用這三個定律可以推導(dǎo)出聲波傳播中的運(yùn)動方程。牛頓第二定律導(dǎo)出聲波的運(yùn)動方程：質(zhì)量守恒定律連續(xù)性方程：溫度、體積等狀態(tài)參數(shù)〔PV=nRT>狀態(tài)方程：綜合上述三方程得出聲波的波動方程：空間行波在同一時刻由相位相同的各點(diǎn)構(gòu)成的軌跡曲面稱為波陣面,波陣面垂直于波傳播的方向。平面波是波陣面為平面的波,球面波是波陣面為同心球面的波,而柱面波是波陣面為同軸柱面的波。平面聲波:振輻恒定,媒質(zhì)具有特性阻抗。聲阻抗率〔Zs>定義：在聲場中某位置的聲壓與該位置質(zhì)點(diǎn)振動速率之比Zs=p/u。單位帕*秒/米〔Pa·s/m球面聲波通常具有如下的傳播特性：振輻不是一個常數(shù),而與聲波的傳播距離成反比,即隨r的增加而減少。在三維空間中只需取某點(diǎn)到聲源的距離,即同心球的半徑r為參數(shù)。2.2聲波的反射與透射當(dāng)聲波入射到兩種介質(zhì)時,一部分會經(jīng)界面反射返回〔反射波,另一部分則透入另一介質(zhì)〔透射波。通常用聲壓〔或聲強(qiáng)的反射系數(shù)〔γp、γI和透射系數(shù)〔τp、τI來表示界面處聲波的反射、透射特性。平面聲波垂直入射：γp=？γI=？τp=？τI=？〔P28討論無限介質(zhì)：當(dāng)介質(zhì)2比1硬；當(dāng)介質(zhì)2比1軟。工程實(shí)際中有很多介質(zhì)是有限大小的,比如隔聲墻。設(shè)有一厚度為h,特性阻抗Z2的中間介質(zhì)置于特性阻抗為Z1的無限介質(zhì)中。討論此時的透射性。聲波通過中間層時的透射特性不僅與兩種介質(zhì)的特性阻抗比有關(guān),還與中間層的厚度h以及聲波在中間層的波數(shù)k2有關(guān)。透射系數(shù)tp=當(dāng)k2h<<1時,說明在中間層相對于波長而言很小的情況下,中間層在聲學(xué)上就象不存在一樣,聲波能夠全部通過。當(dāng)k2h=n時,說明當(dāng)中間層的厚度等于半波長的整數(shù)倍時,聲波可以完全透過,就象中間層不存在一樣。當(dāng)k2h=〔n-1/2,即中間層的厚度為1/4波長的奇數(shù)倍時,聲波完全不能透過,中間層隔絕了聲波。這一規(guī)律為隔聲技術(shù)提供了理論基礎(chǔ)。斜入射聲波的反射、折射入射聲波、反射聲波與折射聲波滿足折射定律：入射聲波在界面失去的能量與入射聲能量之比稱為吸聲系數(shù),用α表示：α=1-γp22.3聲級2.3.1聲壓級的計(jì)算聲壓級<L>是聲壓的平方與純音聽閾聲壓平方之比的對數(shù)值,并取1/10作為單位,定名為分貝<dB>.計(jì)算公式如下:僅可聽聞的聲壓級為:震耳欲聾的聲壓級為:注:除聲壓級外,噪聲的量度還包括聲強(qiáng)級,聲功率級。二者計(jì)算公式如下:聲強(qiáng)級:聲功率級:與聲壓級一樣,聲強(qiáng)級與聲功率級都是描述空間某處聲音強(qiáng)弱的物理量,在自由聲場中,它們在數(shù)值上近似相等。城市區(qū)域環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)GB3096-930類標(biāo)準(zhǔn)適用于療養(yǎng)區(qū)、高級別墅區(qū)、高級賓館區(qū)等特別需要安靜的區(qū)域。位于城郊和鄉(xiāng)村的這一類區(qū)域分別按嚴(yán)于0類標(biāo)準(zhǔn)5dB執(zhí)行。1類標(biāo)準(zhǔn)適用于以居住、文教機(jī)關(guān)為主的區(qū)域。鄉(xiāng)村居住環(huán)境可參照執(zhí)行該類標(biāo)準(zhǔn)。2類標(biāo)準(zhǔn)適用于居住、商業(yè)、工業(yè)混雜區(qū)。3類標(biāo)準(zhǔn)適用于工業(yè)區(qū)。4類標(biāo)準(zhǔn)適用于城市中的道路交能干線道路兩側(cè)區(qū)域,穿越城區(qū)的內(nèi)河航道兩側(cè)區(qū)域。穿越城區(qū)的鐵路主、次干線兩側(cè)區(qū)域的背景噪聲<指不通過列車時的噪聲水平>限值也行該類標(biāo)準(zhǔn)。2.3.2聲壓級的加和及平均例1:兩個不同聲壓級L1和L2相加,求L1+2?<推導(dǎo)>例2：幾個聲壓級的平均值〔Ln>如何求？分貝和增值表：其中⊿L：聲壓級的迭加計(jì)算要遵守對數(shù)運(yùn)算法則,幾個聲壓級相加由其中最大的一個來決定,其它幾個較小的聲壓級對總聲壓級貢獻(xiàn)不大,而且隨聲壓差增大,這種貢獻(xiàn)遞減.級的相減聲場中的總聲壓級為LT,背景噪聲的聲壓級為LB,真實(shí)噪聲聲壓級為LS。由聲的相加可得出：扣除背景噪聲后的真實(shí)噪聲級為：2.4聲源的輻射2.4.1聲場:聲波影響所及的范圍稱為聲場。近場〔遠(yuǎn)場：對于輻射表面比較大的聲源,在離聲源的距離與聲源的幾何尺寸可以比擬的的范圍內(nèi)的聲場。反之稱為遠(yuǎn)場。自由場：聲場所處的介質(zhì)是均勻的,而且沒有反射面叫自由場。半自由場：如果所處的范圍比較大,除地面外,其它反射可以忽略。2.4.2聲輻射的指向特性多數(shù)聲源向周圍輻射的聲能不均勻,有的方向強(qiáng),有的方向較弱,通過指向性因數(shù)〔Q、指向性指數(shù)〔DI可描述聲源的特指性。2.4.3點(diǎn)聲源2.4.4線聲源2.4.5面聲源2.5噪聲的衰減聲源在傳播過程中會發(fā)生衰減,聲波的衰減通常包括五個方面〔總的衰減值則得各項(xiàng)之和：聲隨距離的發(fā)散傳播引起的衰減〔Ad>〔從r1到r2處>空氣吸收引起的衰減<Aa>20℃的空氣衰減公式：f聲波頻率、d、傳播距離Φ相對濕度對不同溫度的衰減公式：⊿T指與20℃相差的溫度、β=4×10-6地面吸收引起的衰減<Ag1>適用條件：預(yù)測點(diǎn)距聲源50米以上；聲源距地面高度和預(yù)測點(diǎn)距地面高度平均值小于3米；聲源與預(yù)測點(diǎn)的地面類型被草地、森林、水體等覆蓋。衰減計(jì)算式：〔不管傳播多遠(yuǎn),地面衰減的上限是10dB聲屏障引起的衰減氣象條件引起的衰減對聲波影響較大的是風(fēng)和溫度〔影響聲速、雨雪霧等對聲波散射引起的衰減量比較小,大約1000米衰減0.5dB.※第三節(jié)噪聲評價(jià)3.1響度、等響曲線和響度級〔1響度級如果某一頻率的純音和1000Hz的純音聽起來一樣響時,1000Hz純音所對應(yīng)的聲壓級就是該待定聲音的響度級。用LN表示,單位：方〔phon>。例：一純音：Lp=95dB,f=30Hz,聽起來和Lp=70dB,f=1000Hz的一樣響,則該純音的響度級LN=70方〔2等響曲線同樣響度級時,頻率和聲壓級的關(guān)系曲線。P36圖12〔3響度用來描述聲音大小的主觀感覺量。用N表示,單位為宋〔sone>。規(guī)定響度級為40方時響度為1宋。經(jīng)驗(yàn)得出,響度級每增加10方,響度增加一倍：〔phon><sone>〔4斯蒂文斯響度的計(jì)算寬頻帶噪聲中,不同頻率噪聲之間會產(chǎn)生掩蔽效應(yīng)。因此需考慮計(jì)權(quán)因素：響度指數(shù)最大的頻帶貢獻(xiàn)最大,其他頻帶對總響度的貢獻(xiàn)應(yīng)乘上一個小于1的修正因子。此修正因子和頻帶寬度的關(guān)系為：注:1/3倍頻程,即在兩個相距為1倍頻程的頻率之間插入兩個頻率,其4個頻率成如下比例：f1、f2為任一頻程的下限頻率和上限頻率：當(dāng)n=1/3,稱為1/3倍頻程,n=1稱倍頻程。各頻程的中心頻值：帶寬<>n=1,=0.707f0;n=1/3=0.23f0例:由下表所列頻譜<倍頻帶>給出的聲壓級,求出這一聲音的響度。解:=25+0.3×<93-25>=45.4宋3.2.A聲級：環(huán)境噪聲的度量,不僅與噪聲的物理量有關(guān),還與人對聲音的主觀聽覺有關(guān).20世紀(jì)30年代人們選取了40方、70方、100方這三條曲線,按這三條曲線的反曲線設(shè)計(jì)了由電阻、電容等電子器件組成的計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò),設(shè)置在聲級計(jì)上,使聲級計(jì)分別具有A、B、C計(jì)權(quán)特性。用聲級計(jì)的A、B、C計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)分別測出的聲級即為A聲級、B聲級、C聲級。人們總結(jié)具有A、B、C計(jì)權(quán)特性的聲級計(jì)近40年的實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)A聲級能較反映人對噪聲的主觀感覺.因此根據(jù)聽覺特性,在聲學(xué)測量儀器中設(shè)置有"A計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)"使收到的噪聲在低頻時有較大的衰減而在高頻甚至有所放大.A聲級反映了人耳對低頻和高頻不敏感的聽覺特性。許多與噪聲有關(guān)的國家規(guī)范都是按A聲級作為指標(biāo)的。A計(jì)權(quán)聲級是模擬人耳對55分貝以下低強(qiáng)度噪聲的頻率特性；

B計(jì)權(quán)聲級是模擬人耳對55分貝到85分貝的中等強(qiáng)度噪聲的頻率特性；

C計(jì)權(quán)聲級是模擬高強(qiáng)度噪聲的頻率特性；

D計(jì)權(quán)是對噪度參量的模擬,專用飛機(jī)噪聲的測量。3.2.1等效連續(xù)A聲級我國工業(yè)企業(yè)噪聲檢測規(guī)范<草案>規(guī)定：穩(wěn)態(tài)噪聲,測量A聲級；非穩(wěn)態(tài)噪聲,測量等效連續(xù)聲級,或測量不同A聲級下的暴露時間。等效連續(xù)聲級<LAeq>:用能量平均的方法以A聲級表示該段時間內(nèi)的噪聲大小,公式如下,單位為dB：LAeq在T段時間內(nèi)的等效連續(xù)A聲級,LpA指T時間A聲級,T連續(xù)采樣時間如果采取等間隔采樣,計(jì)算公式為:Li第i次取樣的A聲級,N為取樣總數(shù)非穩(wěn)態(tài)噪聲工作環(huán)境下,一個工作日〔8小時的等效連續(xù)A聲級〔或噪聲暴露率可通過下式計(jì)算〔P43：n為中心聲級的段號數(shù),n=1～8；T為n段中心聲級在一個工作日內(nèi)所積辦的時間min；480為8h的分鐘數(shù)。例：某工人一天工作8h,受噪聲的影響狀況如下：每小時4次噪聲達(dá)到102dB,每次持續(xù)6min,1次達(dá)106dB,持續(xù)時間1min,其余時間僅受背景噪聲79dB影響。求該工人一天接觸噪聲的等效聲級。解：102dB的段數(shù)n＝5,又t5＝6×4×8＝192min106dB的段數(shù)n＝6,又t6＝1×8＝8min79dB的段數(shù)n＝1,又t1＝<480-192-8>＝280minLeq=96.7dB3.2.2晝夜等效聲級<Ldn>晝夜等效聲級是考慮了夜間對人影響更為嚴(yán)重,將夜間的噪聲進(jìn)行增加10dB的加權(quán)處理后,用能量平均方法得出24小時A聲級的平均值,單位為dB.Ld晝間T個小時的等效聲級Ln夜間T個小時的等效聲級3.2.3統(tǒng)計(jì)聲級〔累計(jì)百分聲級累計(jì)百分?jǐn)?shù)聲級也適用于非穩(wěn)態(tài)噪聲,并且還能反應(yīng)出噪聲隨機(jī)起伏程度。累計(jì)百分?jǐn)?shù)聲級Lx表示在測量時間內(nèi)高于Lx聲級所占的時間為x%。如：L10=70dB,表示噪聲級高于70dB的時間占10%,其余90%的時間內(nèi)噪聲級均低于70dB.通常認(rèn)為：L90相當(dāng)于本底噪聲級,L50相當(dāng)于中值噪聲級,L10相當(dāng)于峰值噪聲級。偶發(fā)性噪聲〔如交通噪聲,常使用累積分布聲級3.2.4交通噪聲指數(shù)<TNI>考慮到噪聲氣候的范圍,本底噪聲情況,引入調(diào)節(jié)量來獲得比較習(xí)慣的數(shù)值。只適用于機(jī)動車輛噪聲對周圍環(huán)境干擾的評價(jià),而且限于車流量較多及附近無固定聲源的環(huán)境。3.2.5噪聲污染級〔LNP用以評價(jià)噪聲對人的煩惱程度的一種評價(jià)量,它既包含了對噪聲能量的評價(jià),同時也包含了噪聲漲落的影響。K=2.56對于隨機(jī)分布的噪聲,噪聲污染級和等效連續(xù)聲級或累計(jì)百分?jǐn)?shù)聲級之間,有如下關(guān)系：3.2.6噪聲沖擊指數(shù)〔NNI噪聲沖擊指數(shù)等于總計(jì)權(quán)人數(shù)除以總?cè)藬?shù),表示受噪聲短期或長期影響的居民百分?jǐn)?shù)。計(jì)算公式如下：式中：Pi——受全年晝夜等效聲級〔Ldn影響的人口數(shù)；Wi——在某晝夜等效聲級〔Ldn范圍內(nèi)的干擾因〔見P40,表1-13.2.7噪聲的控制標(biāo)準(zhǔn)〔自學(xué)第四節(jié)噪聲的測量4.1環(huán)境噪聲監(jiān)測方法城市區(qū)域環(huán)境噪聲測量網(wǎng)格測法:將要普查測量的城市某一區(qū)域或整個城市劃分成多個等大的正方格,網(wǎng)格要完全覆蓋住被普查的區(qū)域或城市。每一網(wǎng)格中的工廠、道路及非建成區(qū)的面積之和不得大于網(wǎng)格面積的50％,否則視為該網(wǎng)格無效。有效網(wǎng)格總數(shù)應(yīng)多于100個。定點(diǎn)監(jiān)測法：在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的城市建成區(qū)中,優(yōu)化選取一個或多個能代表某一區(qū)域或整個城市建成區(qū)環(huán)境噪聲平均水平的測定。如何計(jì)算某一城區(qū)晝間〔夜晚的環(huán)境噪聲平均水平？如果需要了解城市噪聲隨時間的變化時,則可以在不同功能區(qū)選取代表性的樣點(diǎn)〔不少于7個長期監(jiān)測。道路交通噪聲測量測量道路交通噪聲樣點(diǎn)應(yīng)選在市區(qū)交通干線〔每小時車流量不少于100輛一側(cè)的人行道上,距離馬路20cm處,此處距離兩交叉路口距離大于50m。交通噪聲的聲級符合正態(tài)分布,可通過等效連續(xù)A聲級和累計(jì)百分?jǐn)?shù)聲級近似計(jì)算。機(jī)動車噪聲測量航空噪聲的測定測量條件:無雪、無雨；地面上10m高處的鳳速不大于5m/s,相對濕度不超過90%；測量器安裝在開闊地,距離地面1.2m；被測飛機(jī)最大噪聲值應(yīng)高于背景值20dB。測量單個飛行事件的噪聲<P56>測量一系列飛行事件的噪聲級持續(xù)時間內(nèi)飛行事件引起的噪聲測量計(jì)權(quán)有效連續(xù)感覺噪聲級是在有效感覺噪聲級的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,用于評價(jià)航空噪聲的方法。其特點(diǎn)是既考慮了在24h內(nèi)飛機(jī)通過某一股定點(diǎn)所產(chǎn)生的總噪聲級,同時也考慮了不同時間內(nèi)飛機(jī)對周圍環(huán)境造成的影響。飛機(jī)一日計(jì)權(quán)有效連續(xù)感覺噪聲級的計(jì)算公式如下：式中：——N次飛行的有效感覺噪聲級的能量平均值,dB；N1——白天7～1