王曉云 齊華月 陳志平

(核工業(yè)二七〇研究所，江西 南昌 330200)

南昌市電磁輻射環(huán)境現(xiàn)狀與評價

王曉云 齊華月 陳志平

(核工業(yè)二七〇研究所，江西 南昌 330200)

以南昌市東湖區(qū)為研究區(qū)，用PMM8053B電磁輻射分析儀對研究區(qū)內(nèi)155個監(jiān)測點的電磁輻射環(huán)境進行監(jiān)測；應用統(tǒng)計學和風險概率計算法對研究區(qū)電磁輻射環(huán)境進行分析和評價，探討該區(qū)域電磁輻射分布規(guī)律、來源及污染水平，并在此基礎上探討電磁污染風險概率。結(jié)果表明：研究區(qū)射頻電場強度及功率密度、工頻電場強度及磁感應強度均低于《電磁環(huán)境控制限值》(GB8702—2014)規(guī)定的限值，電磁輻射環(huán)境污染風險概率幾乎為0；晝、夜射頻電場強度與基站使用程度有關，晝、夜工頻電場強度和磁感應強度主要與變電站及高壓線布設相關；由于公眾活動高峰時段不一致，導致同一點位晝、夜電磁輻射水平也有差異；若電磁輻射以年均8%的速度遞增，研究區(qū)電磁輻射水平將在57.07a后超過GB8702—2014的限值。

電磁輻射環(huán)境 射頻電場 工頻電場 工頻磁感應強度 風險分析

Abstract: Focusing on Donghu Nanchang, this paper monitored the electromagnetic radiation environment of 155 sites using PMM8053B electromagnetic radiation analyzer. The paper explored the probability of electromagnetic pollution risk by statistics and risk probability calculation method to evaluate the electromagnetic radiation environment in the study area. Specifically,the electromagnetic radiation distribution,source and pollution level were discussed. The results showed that the intensity and power density of radio frequency electric field as well as intensity and magnetic induction density of power frequency electric field were all lower than the stipulated value in “Electromagnetic environment control limits” (GB 8702-2014). The probability of environmental pollution risk caused by electromagnetic radiation tended to 0. The radio frequency electric field intensity of day and night was correlated with the use of base stations. The intensity and magnetic induction density of power frequency electric field were mainly related to the layout of substations and high voltage lines. The level of electromagnetic radiation at the same point varied due to different peak hours of public activities. The study area’s level of electromagnetic radiation would exceed the stipulated value after 57.07 years if the electromagnetic radiation increased at an average annual rate of 8%.

Keywords: electromagnetic radiation environment; radio frequency electric field; power frequency electric field; power frequency magnetic induction intensity; risk analysis

隨著電磁技術廣泛應用，城市電磁污染問題逐漸受到人們關注。近年來，國內(nèi)外學者對此做了大量研究。據(jù)報道，如果人體長期暴露在超過安全的輻射劑量環(huán)境中，體內(nèi)細胞會被大面積殺傷或殺死并出現(xiàn)病態(tài)表現(xiàn)[1-7]。從流行病學的角度來講，電磁輻射可對人體各系統(tǒng)產(chǎn)生損傷效應，另外電磁輻射會造成廣播、電視及自動控制信號失誤、干擾醫(yī)療器械及病人心臟起搏器等，從而帶來巨大經(jīng)濟損失[8]。我國城市電磁輻射環(huán)境也出現(xiàn)各種新問題：如城市規(guī)模擴大使得原處于市郊的大功率電磁波發(fā)射臺逐漸被新建居民區(qū)包圍，高壓線和變電站進入城市中心區(qū)、移動通信的發(fā)展使得市區(qū)高層建筑各種天線設置數(shù)量大幅增加等。本研究以江西省南昌市東湖區(qū)電磁輻射環(huán)境為例，應用統(tǒng)計學和風險概率計算法對研究區(qū)電磁輻射環(huán)境質(zhì)量進行分析和評價，并對電磁輻射環(huán)境容量進行了估算，旨在為電磁輻射源的合理布局提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于南昌市東湖區(qū)，西北側(cè)以贛江為界、東側(cè)以青山湖為界、西南側(cè)以二七北路為界、南側(cè)以南京西路為界，研究區(qū)面積約為6.57 km2，屬亞熱帶季風濕潤氣候。區(qū)域多年平均氣溫17.6 ℃，平均日照1 895 h/a，平均降水量1 522 mm/a，平均無霜期280 d/a。

1.2 監(jiān)測點布設

監(jiān)測點布設以東湖區(qū)地形圖為基準，參照《輻射環(huán)境保護管理導則 電磁輻射監(jiān)測儀器與方法》(HJ/T 10.2—1996)，將研究區(qū)按200 m×200 m劃分網(wǎng)格，監(jiān)測點位取網(wǎng)格的交叉點，考慮地形地物的影響，實際測點避開高層建筑物、樹木、金屬結(jié)構(gòu)、河湖面等，盡量選空曠地帶。本研究共設有效監(jiān)測點位155個(標記為1#～155#)，監(jiān)測過程中允許對規(guī)定監(jiān)測點進行調(diào)整，最大調(diào)整量為方格邊長的1/4。

1.3 監(jiān)測條件與方法

根據(jù)HJ/T 10.2—1996對監(jiān)測環(huán)境的規(guī)定，在無雪、無雨、無霧、無冰雹，天氣晴朗，溫度4 ℃以上，相對濕度小于80%，風力小于3級的條件下對輻射環(huán)境進行監(jiān)測，監(jiān)測采用PMM8053B電磁輻射分析儀。測量指標為：電場強度(E，V/m)；磁感應強度(B，μT)。監(jiān)測時間為2014年5—6月，對各監(jiān)測點分晝間(8：00—17：00)、夜間(19：00—23：00)兩次監(jiān)測。測量前，先用全球定位系統(tǒng)(GPS)定位監(jiān)測點位置，記錄各個監(jiān)測點的經(jīng)緯度，并記錄周圍的環(huán)境狀況，監(jiān)測高度距地面約1.7 m，每個監(jiān)測點測量5次，每次測量觀察時間不少于15 s。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 18.0軟件對研究區(qū)各監(jiān)測點電磁輻射環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析；采用Winsurf 6.0軟件中Kriging插值法繪制研究區(qū)射頻電場強度、工頻電場強度、工頻磁感應強度空間分布圖，借此分析研究區(qū)電磁輻射的空間分布特征。

1.5 風險概率計算法

目前城市電磁輻射源主要為廣播電視發(fā)射及移動通訊設備，近年來移動通訊基站每年不斷增加，不同時間段的發(fā)射功率與手機用戶的數(shù)量有關，具有隨機性，在此本研究采用概率論為基礎的數(shù)理模型定量研究城市電磁輻射污染風險[9]。

2 結(jié)果分析

2.1 電磁輻射環(huán)境現(xiàn)狀

研究區(qū)各監(jiān)測點晝、夜電磁輻射環(huán)境狀況統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表1。將監(jiān)測數(shù)據(jù)輸入SPSS 18.0軟件，根據(jù)分析結(jié)果，各指標的監(jiān)測數(shù)據(jù)均符合正態(tài)分布，說明監(jiān)測數(shù)據(jù)有效。由表1可見，夜間射頻電場強度、工頻電場強度、工頻磁感應強度監(jiān)測值普遍高于晝間，整體呈“夜間>晝間”的規(guī)律。

表1 研究區(qū)各監(jiān)測點晝、夜電磁輻射環(huán)境監(jiān)測指標統(tǒng)計結(jié)果

根據(jù)表1中監(jiān)測數(shù)據(jù)，計算各指標監(jiān)測值的變異系數(shù)(變異系數(shù)=標準差/平均值)，結(jié)果見表2。

表2 研究區(qū)電磁輻射環(huán)境各監(jiān)測指標的變異系數(shù)

依據(jù)變異系數(shù)分級標準：變異系數(shù)<0.1為弱變異；變異系數(shù)在0.1～<0.3為中等變異；變異系數(shù)≥0.3為強變異[10]。從表2可見，晝、夜間電磁輻射環(huán)境中射頻電場強度、工頻電場強度、工頻磁感應強度的變異系數(shù)均超過0.3，屬于強變異，尤其是工頻電場強度晝、夜間的變異系數(shù)分別高達4.37、4.27，說明該指標監(jiān)測結(jié)果差異較大，可能受外界人為干擾明顯。

2.1.1 射頻電磁輻射環(huán)境

根據(jù)《電磁環(huán)境控制限值》(GB 8702—2014)規(guī)定，射頻輻射源頻率在30～3 000 MHz時，電場強度的公眾暴露控制限值為12 V/m，功率密度公眾暴露控制限值為40 μW/cm2，由于本研究監(jiān)測的射頻電場頻率主要集中在30～300 MHz中，屬于微波段，根據(jù)表1中的監(jiān)測結(jié)果，研究區(qū)晝間射頻電場強度為0.14～2.16 V/m，平均值為0.45 V/m，僅為標準限值的3.8%；夜間射頻電場強度為0.13～3.55 V/m，平均值為0.49 V/m，僅為標準限值的4.1%。根據(jù)HJ/T 10.2—1996中的推薦公式，利用射頻電場強度監(jiān)測值計算射頻電場的功率密度，得到晝間各監(jiān)測點功率密度為0.01～1.23 μW/cm2，平均值為0.05 μW/cm2，僅為標準限值的0.1%；夜間各監(jiān)測點功率密度為0.01～3.34 μW/cm2，平均值為0.06μW/cm2，僅為標準限值的0.2%。綜上所述，研究區(qū)域內(nèi)整體電磁輻射水平較低，未出現(xiàn)超標狀況。

2.1.2 工頻電磁輻射環(huán)境

根據(jù)GB 8702—2014規(guī)定，頻率在0.025～1.200 kHz的工頻輻射源其電場強度的公眾暴露控制限值為4 kV/m，磁感應強度公眾暴露控制限值為100 μT，根據(jù)表1中的監(jiān)測結(jié)果，研究區(qū)晝間工頻電場強度為0.04～1 708.00 V/m，平均值為39.15 V/m，夜間工頻電場強度為0.03～2 044.00 V/m，平均值為52.32 V/m，晝間工頻磁感應強度平均值為0.088 μT，夜間工頻磁感應強度平均值為0.147 μT。綜上可以看出，研究區(qū)工頻電場強度及磁感應強度的晝夜監(jiān)測平均值遠低于控制限值，未出現(xiàn)超標現(xiàn)象，工頻電場強度及磁感應強度環(huán)境質(zhì)量較好。

將研究區(qū)內(nèi)射頻電場強度與國內(nèi)其他城市相比(見表3)，可以看出研究區(qū)射頻電場強度處于全國中低水平。

表3 不同城市射頻電場強度比較

2.2 電磁輻射分布規(guī)律分析

2.2.1 射頻電場強度空間分布

研究區(qū)晝、夜間射頻電場強度空間分布差異較為明顯(見圖1)，73%的監(jiān)測點監(jiān)測值不超過0.5

V/m，晝間射頻電場強度最高的監(jiān)測點為88#(2.16 V/m)，其次為136#(1.56 V/m)和133#(1.44 V/m)，夜間射頻電場強度最高的監(jiān)測點為136#(3.55V/m)，其次為88#(1.64 V/m)和30#(1.57 V/m)。通過對監(jiān)測點現(xiàn)場勘察，88#監(jiān)測點旁設有移動基站，136#監(jiān)測點周邊分布多臺移動基站。由圖1分析可知，研究區(qū)晝、夜間射頻電場強度高值相對一致。但是由于不同環(huán)境功能區(qū)域公眾活動高峰時段不一致，導致同一點位晝、夜間射頻電場輻射水平有所差異。

2.2.2 工頻電場強度空間分布

研究區(qū)晝、夜間工頻電場強度空間分布趨勢大致相同(見圖2)，大部分監(jiān)測點的監(jiān)測值小于100 V/m，變電站或高壓線附近區(qū)域，監(jiān)測數(shù)值偏高。晝、夜間高值監(jiān)測點相對一致，主要為48#、143#、65#，其晝間監(jiān)測值分別為1 708.00、779.50、721.40 V/m；其夜間監(jiān)測值分別為2 044.00、755.80、748.00 V/m。其中48#監(jiān)測點晝、夜間監(jiān)測值均為最高。經(jīng)資料收集及現(xiàn)場勘察發(fā)現(xiàn)，48#監(jiān)測點位于原南昌電廠220 kV升壓站及高壓線附近，65#監(jiān)測點位于塘山220 kV開關站及高壓線附近，143#監(jiān)測點在高壓線走廊附近。受高壓線或輸變電線路影響，工頻電場強度的監(jiān)測值差異較大，根據(jù)作圖需要，圖2將監(jiān)測的數(shù)值轉(zhuǎn)為用底數(shù)為10的對數(shù)值表示后所作。

2.2.3 工頻磁感應強度空間分布

研究區(qū)晝、夜間工頻磁感應強度空間分布趨勢大致相同(見圖3)，大部分監(jiān)測點的監(jiān)測值小于1.000 μT，晝間工頻磁感應強度最高的監(jiān)測點為48#(1.222 μT),其次為20#(1.064 μT)、62#(0.556 μT)。夜間出現(xiàn)3個高值監(jiān)測點110#(1.707 μT)、20#(1.413 μT)、48#(1.181 μT)。經(jīng)所收集資料分析及現(xiàn)場勘察，高值監(jiān)測點均與周邊變電站及高壓線布設有關。

圖1 研究區(qū)晝夜間射頻電場強度空間分布Fig.1 Spatial distribution of the radio frequency electric field intensity in the study area during the day and night

圖2 研究區(qū)晝夜間工頻電場強度空間分布圖Fig.2 Spatial distribution of the power frequency electric field intensity in the study area during the day and night

圖3 研究區(qū)晝夜間工頻磁感應強度空間分布Fig.3 The spatial distribution of power frequency magnetic induction intensity in the study area during the day and night

從圖2、圖3可以看出，研究區(qū)晝、夜工頻電場強度和工頻磁感應強度輻射范圍相對一致，且高值監(jiān)測點也相對一致；同時，隨著變電站及高壓線供電負荷在不同時段的變化，同一點位晝、夜間工頻電磁場的監(jiān)測值有所波動。

2.3 風險概率評價結(jié)果及電磁輻射環(huán)境容量評估

假設電磁輻射環(huán)境監(jiān)測值服從期望值為μ，方差為σ2的正態(tài)分布函數(shù)，電磁污染環(huán)境保護標準限值為α(V/m)，則監(jiān)測值超標的風險概率密度函數(shù)g(μ,σ)為：

(1)

(2)

(3)

根據(jù)城市空間人為電磁能量估算城市電磁輻射環(huán)境發(fā)展容許容量，計算公式如下：

Α=Β(1+R)t

(4)

式中：A為電磁輻射電場強度防護限值，V/m；B為電磁輻射電場強度環(huán)境現(xiàn)狀水平，V/m；t為發(fā)展年限，a；R為電磁輻射年增長率。

將監(jiān)測數(shù)據(jù)代入式(1)至式(3)進行計算，得到射頻電場強度、工頻電場強度和工頻磁感應強度造成的電磁超標的風險概率均幾乎為0。然而，設置的采樣點不能代表研究區(qū)內(nèi)所有空間的電磁水平，且電磁波在空間傳播受多種因素影響，本研究只考慮了部分頻率段的電磁輻射水平，因此評價結(jié)果比實際情況保守。

根據(jù)江西省輻射環(huán)境監(jiān)督站提供的數(shù)據(jù)，南昌市東湖區(qū)電磁輻射源的年增長率約為8%，根據(jù)式(4)計算結(jié)果可知，電場強度達到GB 8702—2014限值時的t值為57.07 a，即如對現(xiàn)有的電磁輻射環(huán)境不加控制，東湖區(qū)電磁輻射電場強度平均值將在57.07 a后超過控制限值。

3 討 論

3.1 電磁輻射環(huán)境空間分布差異分析

城市電磁輻射環(huán)境空間變化與所在功能區(qū)性質(zhì)、人類活動強度及輻射源的分布等相關。研究區(qū)各指標空間變異很強，說明該區(qū)域電磁輻射環(huán)境受外界干擾很大。這種強變異很大程度上是由人為活動空間分布不均造成的。各指標夜間監(jiān)測值普遍高于晝間，這可能與夜間選取的監(jiān)測時段有關，夜間監(jiān)測時段為19：00—23：00，屬于人為活動高峰期，各類電磁系統(tǒng)使用頻繁，使得該時段電磁輻射環(huán)境監(jiān)測值明顯升高。

3.2 電磁輻射源分析

研究區(qū)多數(shù)監(jiān)測點射頻電場功率密度小于0.1 μW/cm2，未出現(xiàn)超標狀況；從分布區(qū)域上看，射頻電磁強度較高的區(qū)域主要分布在道路沿線及部分大街，可能與中心商業(yè)區(qū)內(nèi)較多的手機基站、尋呼臺和電視臺發(fā)射塔以及密集的移動電話的使用等有關。這與國內(nèi)外同類研究相比存在相似之處，有學者認為：射頻電場強度主要取決于無線電對講系統(tǒng)、電視臺發(fā)射機、移動通信發(fā)射機和交通指揮發(fā)射塔等[17-18]。

研究區(qū)域內(nèi)工頻電場強度和工頻磁感應強度均遠低于國家規(guī)定限值，說明該區(qū)域的工頻電磁輻射環(huán)境較好；從分布區(qū)域上看，工頻電場強度和工頻磁感應強度出現(xiàn)的高值范圍大體相同，高值點也相對一致，主要分布在變電站及高壓線附近區(qū)域。故研究區(qū)域中的工頻電場與工頻磁感應強度較高值極有可能與變電站及高壓線的布設有關。

4 結(jié) 論

(1) 研究區(qū)現(xiàn)有電磁輻射環(huán)境水平在所測的頻率范圍內(nèi)均未超過GB 8702—2014規(guī)定標準限值。相比國內(nèi)其他城市，該區(qū)域射頻電場強度處于中低水平；射頻電場強度、工頻電場強度、工頻磁感應強度整體呈“夜間>晝間”的規(guī)律；各指標均屬強變異,很大程度上是人為活動空間分布不均造成的。

(2) 研究區(qū)晝、夜間射頻電場強度高值監(jiān)測點相對一致，但由于公眾活動高峰時段不一致，導致同一監(jiān)測點晝、夜間射頻電場強度有差異；射頻電場強度與基站使用程度有關。晝、夜間工頻電場強度和工頻磁感應強度高值點均相對一致，主要與變電站及高壓線布設相關，變電站及高壓線的布設是引起研究區(qū)工頻電場強度和工頻磁感應強度值升高的主要原因。

(3) 基于GB 8702—2014中規(guī)定的電磁輻射環(huán)境質(zhì)量限值，應用以概率論為基礎的數(shù)理模型對研究區(qū)域的電磁輻射環(huán)境進行評估，得到電磁輻射超標的風險概率幾乎為0，說明電磁輻射環(huán)境單指標污染水平可以接受，但電磁波在空間傳播受多種因素影響，并不意味著無風險，且本研究只考慮了部分頻率段的電磁輻射水平，因此評價結(jié)果比實際情況保守。東湖區(qū)電磁輻射若以年均8%的速度遞增，57.07 a后電磁輻射水平將超過控制限值。

[1] ROBERT E.Teratogen update:electromagnetic fields[J].Teratology,1996,54(6):305-313.

[2] JAUCHEM J R.Exposure to extremely-low-frequency electromagnetic fields and radiofrequency radiation-cardiovascular effects in human[J].International Archives of Occupational and Environmental Health,1997,70(1):9-21.

[3] SHER L.The effects of natural and man-made electromagnetic fields on mood and behavior：the role of sleep disturbances[J].Medical Hypotheses,2000,54(4):630-633.

[4] WALACH H,BETZ H D,SCHWEICKHARDT A.Sferics and headache：a prospective study[J].Cephalalgia,2001,21(6):685-690.

[5] ALHEKAIL Z O.Electromagnetic radiation from microwave ovens[J].Journal of Radiological Protection,2001,21(3):251-258.

[6] ELWOOD J M.A critical review of epidemiologic studies of radiofrequency exposure and human cancers[J].Environmental Health Perspectives,1999,107(Suppl.1):155-168.

[7] TAURISANO M D,VORST A V.Experimental thermographic analysis of thermal effects induced on a human head exposed to 900 MHz fields of mobile phones[J].IEEE Transactions on Microwave Theory & Techniques,2000,48(11):2022-2032.

[8] 陶麗.電磁輻射的環(huán)境影響及其控制[J].環(huán)境科學導刊，2001,20(增刊1):80-81.

[9] 高彥偉,王笑晗,張靜.吉林省三所城市電磁輻射監(jiān)測結(jié)果統(tǒng)計分析與評價[J].世界地質(zhì),2011,30(3):435-438.

[10] 王天陽,王國祥.昆承湖水質(zhì)參數(shù)空間分布特征研究[J].環(huán)境科學學報,2007,27(8):1384-1390.

[11] 殷建華,張健.北京市局部地區(qū)電磁輻射監(jiān)測結(jié)果分析[J].地球物理學進展,2006,21(4):1346-1351.

[12] 黃景.城市環(huán)境電磁輻射水平調(diào)查與評估[D].包頭:內(nèi)蒙古科技大學,2014.

[13] 韋慶,潘葳.城市移動通信基站電磁輻射環(huán)境調(diào)查與評價——以連云港為例[J].環(huán)境監(jiān)測管理與技術,2012,24(4):33-36.

[14] 胡迪琴,李錦林,鄭絲雨，等.廣州市環(huán)境電磁輻射水平及頻譜分析[J].廣州環(huán)境科學,2011,26(4):27-31.

[15] 張勇強,陳玉杰,武靈生.石家莊城區(qū)環(huán)境電磁輻射調(diào)查及防護研究[J].綠色科技,2013(9):161-163.

[16] 謝小英.蘇州市環(huán)境電磁輻射水平調(diào)查和評估[D].蘇州:蘇州大學,2007.

[17] 孟凡軍,劉智.牡丹江市區(qū)電磁波污染狀況及防治對策[J].牡丹江師范學院學報(自然科學版),2003(2):30-31.

[18] 何志輝,朱大明.高層天臺移動通信天線電磁輻射影響水平探討[J].環(huán)境科學導刊,2003,22(增刊2):5-7.

PresentsituationandevaluationofelectromagneticradiationenvironmentinNanchang

WANGXiaoyun，QIHuayue，CHENZhiping.

(ResearchInstituteNo.270ofCNNC，NanchangJiangxi330200)

10.15985/j.cnki.1001-3865.2017.07.022

2016-12-27)

王曉云，女，1986年生，碩士，工程師，主要從事輻射環(huán)境影響評價與核技術應用研究。