长江上游涪陵至丰都河段船舶水下噪声声源特性研究

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三峡水库蓄水后,长江上游涪陵至丰都河段的通航条件逐年改善、船舶通过量不断增长,船舶大型化显著,船舶噪声对生态环境的影响日益突出,对流域生态系统、水生态环境敏感地区造成一定程度的影响。因此,本文主要基于现场测量及数值模拟,在分析不同船舶水下噪声特性的基础上,分别探讨了不同船型、不同吨位船舶的水下噪声特性,以及船舶航速和吨位对声压及能量占比的影响,从而对长江上游典型常见船舶水下噪声有一个总体性认识。研究结果如下所示:
  (1)本文首先根据船舶通过量分析,初步确定长江上游航道涪陵至丰都河段主要通过船舶的船型;然后基于水下声波传播的基本理论和船舶水下噪声测量的基本理论,结合各个被测船舶的基本结构参数,搭建了一套可以用于船舶水下噪声测量的监测系统,并设计好实验设备的现场布放方案;最后通过声音信号的处理手段,如傅里叶变换、小波变换等,对实际测得的船舶水下噪声信号进行处理,以便保证实验结果的准确性,更好地为后文不同船舶水下噪声声源特性分析做准备。
  (2)通过现场监测及实测数据分析可以得到,散装货船、内河客船和集装箱船的水下噪声差异不大,船舶水下噪声声压级基本均在150~185dB之间,且船舶行驶速度从6km/h增大到13km/h时,船舶水下噪声的声源信号幅值和声压值均随之增大,船舶水下噪声能量主要集中在低频(40~80Hz)和2~4阶(150~1250Hz)高频带上;快艇的水下噪声特性较其他三种船型的船舶有明显区别,快艇的行驶速度过快,一般最大航速可达50km/h~60km/h,因此其水下噪声声压级也较大,本文所测的快艇的水下噪声声压级在160~205dB之间,且也存在水下噪声的声源信号幅值和声压值随船舶行驶速度增大而增大的特点,船舶水下噪声能量主要集中在低频和1~3阶(80~625Hz)高频带上。
  (3)通过对不同吨位的散装货船的水下噪声监测及分析得到,当其行驶速度相同时,船舶水下噪声随船舶吨位的增大而增大,即船舶水下噪声与船舶吨位成正相关;分析不同船舶行驶速度下的噪声数据发现,当船舶行驶速度较低时(6km/h~8km/h),声压级增大较为明显;船舶行驶速度较高时(10km/h~13km/h),声压级增大相对不明显。并且随着船速的增大,低吨位船舶水下噪声声压级间差距逐渐缩小。船舶水下噪声能量主要集中在低频和2~4阶(150~1250Hz)高频带上。
  (4)基于数值模拟结果可知,不同声源频率对船舶水下噪声声场模拟的影响结果较大,当声源频率增大时,船舶水下噪声声场分布增大,声场传播损失增大;单个船舶噪声源和多个船舶噪声源的声场衰减规律最大的区别在于由于各个声波间的耦合叠加作用,在波的重叠区域里各点的振动的物理量等于各列波在该点引起的物理量的矢量和,因此声场中存在加强区和减弱区。
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