南昌市电磁辐射环境现状与评价

王晓云 齐华月 陈志平

(核工业二七〇研究所，江西 南昌 330200)

南昌市电磁辐射环境现状与评价

王晓云 齐华月 陈志平

(核工业二七〇研究所，江西 南昌 330200)

以南昌市东湖区为研究区，用PMM8053B电磁辐射分析仪对研究区内155个监测点的电磁辐射环境进行监测；应用统计学和风险概率计算法对研究区电磁辐射环境进行分析和评价，探讨该区域电磁辐射分布规律、来源及污染水平，并在此基础上探讨电磁污染风险概率。结果表明：研究区射频电场强度及功率密度、工频电场强度及磁感应强度均低于《电磁环境控制限值》(GB8702—2014)规定的限值，电磁辐射环境污染风险概率几乎为0；昼、夜射频电场强度与基站使用程度有关，昼、夜工频电场强度和磁感应强度主要与变电站及高压线布设相关；由于公众活动高峰时段不一致，导致同一点位昼、夜电磁辐射水平也有差异；若电磁辐射以年均8%的速度递增，研究区电磁辐射水平将在57.07a后超过GB8702—2014的限值。

电磁辐射环境 射频电场 工频电场 工频磁感应强度 风险分析

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

随着电磁技术广泛应用，城市电磁污染问题逐渐受到人们关注。近年来，国内外学者对此做了大量研究。据报道，如果人体长期暴露在超过安全的辐射剂量环境中，体内细胞会被大面积杀伤或杀死并出现病态表现[1-7]。从流行病学的角度来讲，电磁辐射可对人体各系统产生损伤效应，另外电磁辐射会造成广播、电视及自动控制信号失误、干扰医疗器械及病人心脏起搏器等，从而带来巨大经济损失[8]。我国城市电磁辐射环境也出现各种新问题：如城市规模扩大使得原处于市郊的大功率电磁波发射台逐渐被新建居民区包围，高压线和变电站进入城市中心区、移动通信的发展使得市区高层建筑各种天线设置数量大幅增加等。本研究以江西省南昌市东湖区电磁辐射环境为例，应用统计学和风险概率计算法对研究区电磁辐射环境质量进行分析和评价，并对电磁辐射环境容量进行了估算，旨在为电磁辐射源的合理布局提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于南昌市东湖区，西北侧以赣江为界、东侧以青山湖为界、西南侧以二七北路为界、南侧以南京西路为界，研究区面积约为6.57 km2，属亚热带季风湿润气候。区域多年平均气温17.6 ℃，平均日照1 895 h/a，平均降水量1 522 mm/a，平均无霜期280 d/a。

1.2 监测点布设

监测点布设以东湖区地形图为基准，参照《辐射环境保护管理导则 电磁辐射监测仪器与方法》(HJ/T 10.2—1996)，将研究区按200 m×200 m划分网格，监测点位取网格的交叉点，考虑地形地物的影响，实际测点避开高层建筑物、树木、金属结构、河湖面等，尽量选空旷地带。本研究共设有效监测点位155个(标记为1#～155#)，监测过程中允许对规定监测点进行调整，最大调整量为方格边长的1/4。

1.3 监测条件与方法

根据HJ/T 10.2—1996对监测环境的规定，在无雪、无雨、无雾、无冰雹，天气晴朗，温度4 ℃以上，相对湿度小于80%，风力小于3级的条件下对辐射环境进行监测，监测采用PMM8053B电磁辐射分析仪。测量指标为：电场强度(E，V/m)；磁感应强度(B，μT)。监测时间为2014年5—6月，对各监测点分昼间(8：00—17：00)、夜间(19：00—23：00)两次监测。测量前，先用全球定位系统(GPS)定位监测点位置，记录各个监测点的经纬度，并记录周围的环境状况，监测高度距地面约1.7 m，每个监测点测量5次，每次测量观察时间不少于15 s。

1.4 数据处理

采用SPSS 18.0软件对研究区各监测点电磁辐射环境监测数据进行分析；采用Winsurf 6.0软件中Kriging插值法绘制研究区射频电场强度、工频电场强度、工频磁感应强度空间分布图，借此分析研究区电磁辐射的空间分布特征。

1.5 风险概率计算法

目前城市电磁辐射源主要为广播电视发射及移动通讯设备，近年来移动通讯基站每年不断增加，不同时间段的发射功率与手机用户的数量有关，具有随机性，在此本研究采用概率论为基础的数理模型定量研究城市电磁辐射污染风险[9]。

2 结果分析

2.1 电磁辐射环境现状

研究区各监测点昼、夜电磁辐射环境状况统计数据见表1。将监测数据输入SPSS 18.0软件，根据分析结果，各指标的监测数据均符合正态分布，说明监测数据有效。由表1可见，夜间射频电场强度、工频电场强度、工频磁感应强度监测值普遍高于昼间，整体呈“夜间>昼间”的规律。

表1 研究区各监测点昼、夜电磁辐射环境监测指标统计结果

根据表1中监测数据，计算各指标监测值的变异系数(变异系数=标准差/平均值)，结果见表2。

表2 研究区电磁辐射环境各监测指标的变异系数

依据变异系数分级标准：变异系数<0.1为弱变异；变异系数在0.1～<0.3为中等变异；变异系数≥0.3为强变异[10]。从表2可见，昼、夜间电磁辐射环境中射频电场强度、工频电场强度、工频磁感应强度的变异系数均超过0.3，属于强变异，尤其是工频电场强度昼、夜间的变异系数分别高达4.37、4.27，说明该指标监测结果差异较大，可能受外界人为干扰明显。

2.1.1 射频电磁辐射环境

根据《电磁环境控制限值》(GB 8702—2014)规定，射频辐射源频率在30～3 000 MHz时，电场强度的公众暴露控制限值为12 V/m，功率密度公众暴露控制限值为40 μW/cm2，由于本研究监测的射频电场频率主要集中在30～300 MHz中，属于微波段，根据表1中的监测结果，研究区昼间射频电场强度为0.14～2.16 V/m，平均值为0.45 V/m，仅为标准限值的3.8%；夜间射频电场强度为0.13～3.55 V/m，平均值为0.49 V/m，仅为标准限值的4.1%。根据HJ/T 10.2—1996中的推荐公式，利用射频电场强度监测值计算射频电场的功率密度，得到昼间各监测点功率密度为0.01～1.23 μW/cm2，平均值为0.05 μW/cm2，仅为标准限值的0.1%；夜间各监测点功率密度为0.01～3.34 μW/cm2，平均值为0.06μW/cm2，仅为标准限值的0.2%。综上所述，研究区域内整体电磁辐射水平较低，未出现超标状况。

2.1.2 工频电磁辐射环境

根据GB 8702—2014规定，频率在0.025～1.200 kHz的工频辐射源其电场强度的公众暴露控制限值为4 kV/m，磁感应强度公众暴露控制限值为100 μT，根据表1中的监测结果，研究区昼间工频电场强度为0.04～1 708.00 V/m，平均值为39.15 V/m，夜间工频电场强度为0.03～2 044.00 V/m，平均值为52.32 V/m，昼间工频磁感应强度平均值为0.088 μT，夜间工频磁感应强度平均值为0.147 μT。综上可以看出，研究区工频电场强度及磁感应强度的昼夜监测平均值远低于控制限值，未出现超标现象，工频电场强度及磁感应强度环境质量较好。

将研究区内射频电场强度与国内其他城市相比(见表3)，可以看出研究区射频电场强度处于全国中低水平。

表3 不同城市射频电场强度比较

2.2 电磁辐射分布规律分析

2.2.1 射频电场强度空间分布

研究区昼、夜间射频电场强度空间分布差异较为明显(见图1)，73%的监测点监测值不超过0.5

V/m，昼间射频电场强度最高的监测点为88#(2.16 V/m)，其次为136#(1.56 V/m)和133#(1.44 V/m)，夜间射频电场强度最高的监测点为136#(3.55V/m)，其次为88#(1.64 V/m)和30#(1.57 V/m)。通过对监测点现场勘察，88#监测点旁设有移动基站，136#监测点周边分布多台移动基站。由图1分析可知，研究区昼、夜间射频电场强度高值相对一致。但是由于不同环境功能区域公众活动高峰时段不一致，导致同一点位昼、夜间射频电场辐射水平有所差异。

2.2.2 工频电场强度空间分布

研究区昼、夜间工频电场强度空间分布趋势大致相同(见图2)，大部分监测点的监测值小于100 V/m，变电站或高压线附近区域，监测数值偏高。昼、夜间高值监测点相对一致，主要为48#、143#、65#，其昼间监测值分别为1 708.00、779.50、721.40 V/m；其夜间监测值分别为2 044.00、755.80、748.00 V/m。其中48#监测点昼、夜间监测值均为最高。经资料收集及现场勘察发现，48#监测点位于原南昌电厂220 kV升压站及高压线附近，65#监测点位于塘山220 kV开关站及高压线附近，143#监测点在高压线走廊附近。受高压线或输变电线路影响，工频电场强度的监测值差异较大，根据作图需要，图2将监测的数值转为用底数为10的对数值表示后所作。

2.2.3 工频磁感应强度空间分布

研究区昼、夜间工频磁感应强度空间分布趋势大致相同(见图3)，大部分监测点的监测值小于1.000 μT，昼间工频磁感应强度最高的监测点为48#(1.222 μT),其次为20#(1.064 μT)、62#(0.556 μT)。夜间出现3个高值监测点110#(1.707 μT)、20#(1.413 μT)、48#(1.181 μT)。经所收集资料分析及现场勘察，高值监测点均与周边变电站及高压线布设有关。

图1 研究区昼夜间射频电场强度空间分布Fig.1 Spatial distribution of the radio frequency electric field intensity in the study area during the day and night

图2 研究区昼夜间工频电场强度空间分布图Fig.2 Spatial distribution of the power frequency electric field intensity in the study area during the day and night

图3 研究区昼夜间工频磁感应强度空间分布Fig.3 The spatial distribution of power frequency magnetic induction intensity in the study area during the day and night

从图2、图3可以看出，研究区昼、夜工频电场强度和工频磁感应强度辐射范围相对一致，且高值监测点也相对一致；同时，随着变电站及高压线供电负荷在不同时段的变化，同一点位昼、夜间工频电磁场的监测值有所波动。

2.3 风险概率评价结果及电磁辐射环境容量评估

假设电磁辐射环境监测值服从期望值为μ，方差为σ2的正态分布函数，电磁污染环境保护标准限值为α(V/m)，则监测值超标的风险概率密度函数g(μ,σ)为：

(1)

(2)

(3)

根据城市空间人为电磁能量估算城市电磁辐射环境发展容许容量，计算公式如下：

Α=Β(1+R)t

(4)

式中：A为电磁辐射电场强度防护限值，V/m；B为电磁辐射电场强度环境现状水平，V/m；t为发展年限，a；R为电磁辐射年增长率。

将监测数据代入式(1)至式(3)进行计算，得到射频电场强度、工频电场强度和工频磁感应强度造成的电磁超标的风险概率均几乎为0。然而，设置的采样点不能代表研究区内所有空间的电磁水平，且电磁波在空间传播受多种因素影响，本研究只考虑了部分频率段的电磁辐射水平，因此评价结果比实际情况保守。

根据江西省辐射环境监督站提供的数据，南昌市东湖区电磁辐射源的年增长率约为8%，根据式(4)计算结果可知，电场强度达到GB 8702—2014限值时的t值为57.07 a，即如对现有的电磁辐射环境不加控制，东湖区电磁辐射电场强度平均值将在57.07 a后超过控制限值。

3 讨 论

3.1 电磁辐射环境空间分布差异分析

城市电磁辐射环境空间变化与所在功能区性质、人类活动强度及辐射源的分布等相关。研究区各指标空间变异很强，说明该区域电磁辐射环境受外界干扰很大。这种强变异很大程度上是由人为活动空间分布不均造成的。各指标夜间监测值普遍高于昼间，这可能与夜间选取的监测时段有关，夜间监测时段为19：00—23：00，属于人为活动高峰期，各类电磁系统使用频繁，使得该时段电磁辐射环境监测值明显升高。

3.2 电磁辐射源分析

研究区多数监测点射频电场功率密度小于0.1 μW/cm2，未出现超标状况；从分布区域上看，射频电磁强度较高的区域主要分布在道路沿线及部分大街，可能与中心商业区内较多的手机基站、寻呼台和电视台发射塔以及密集的移动电话的使用等有关。这与国内外同类研究相比存在相似之处，有学者认为：射频电场强度主要取决于无线电对讲系统、电视台发射机、移动通信发射机和交通指挥发射塔等[17-18]。

研究区域内工频电场强度和工频磁感应强度均远低于国家规定限值，说明该区域的工频电磁辐射环境较好；从分布区域上看，工频电场强度和工频磁感应强度出现的高值范围大体相同，高值点也相对一致，主要分布在变电站及高压线附近区域。故研究区域中的工频电场与工频磁感应强度较高值极有可能与变电站及高压线的布设有关。

4 结 论

(1) 研究区现有电磁辐射环境水平在所测的频率范围内均未超过GB 8702—2014规定标准限值。相比国内其他城市，该区域射频电场强度处于中低水平；射频电场强度、工频电场强度、工频磁感应强度整体呈“夜间>昼间”的规律；各指标均属强变异,很大程度上是人为活动空间分布不均造成的。

(2) 研究区昼、夜间射频电场强度高值监测点相对一致，但由于公众活动高峰时段不一致，导致同一监测点昼、夜间射频电场强度有差异；射频电场强度与基站使用程度有关。昼、夜间工频电场强度和工频磁感应强度高值点均相对一致，主要与变电站及高压线布设相关，变电站及高压线的布设是引起研究区工频电场强度和工频磁感应强度值升高的主要原因。

(3) 基于GB 8702—2014中规定的电磁辐射环境质量限值，应用以概率论为基础的数理模型对研究区域的电磁辐射环境进行评估，得到电磁辐射超标的风险概率几乎为0，说明电磁辐射环境单指标污染水平可以接受，但电磁波在空间传播受多种因素影响，并不意味着无风险，且本研究只考虑了部分频率段的电磁辐射水平，因此评价结果比实际情况保守。东湖区电磁辐射若以年均8%的速度递增，57.07 a后电磁辐射水平将超过控制限值。

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PresentsituationandevaluationofelectromagneticradiationenvironmentinNanchang

WANGXiaoyun，QIHuayue，CHENZhiping.

(ResearchInstituteNo.270ofCNNC，NanchangJiangxi330200)

10.15985/j.cnki.1001-3865.2017.07.022

2016-12-27)

王晓云，女，1986年生，硕士，工程师，主要从事辐射环境影响评价与核技术应用研究。