管登高,孫傳敏,孫 遙,徐冠立,林金輝,何政偉
(1.成都理工大學(xué)材料與化學(xué)化工學(xué)院,成都 610059;2.礦產(chǎn)資源化學(xué)四川省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,成都 610059;3.成都理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院,成都 610059)
隨著城市經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展、人口劇增和現(xiàn)代電磁技術(shù)的廣泛應(yīng)用,各種頻率電磁波的交互作用使城市中人為電磁能量顯著增加[1]。由空間、時(shí)間和頻譜3個(gè)要素組成并存在于城市環(huán)境中所有電磁現(xiàn)象的總和稱為城市電磁環(huán)境。由電磁輻射引起的城市電磁環(huán)境的復(fù)雜與惡化已成為一種新的城市現(xiàn)代病——被稱為“隱形殺手”的城市電磁環(huán)境污染,對(duì)城市發(fā)展與正常生產(chǎn)生活造成的危害越來(lái)越嚴(yán)重[2-3]。為此,電磁環(huán)境污染已被世界衛(wèi)生組織(WHO)列為繼大氣污染、水污染和噪音污染之后的世界第四大環(huán)境污染,聯(lián)合國(guó)人類環(huán)境大會(huì)已將其列入必須控制的主要污染物之一。
加強(qiáng)城市電磁環(huán)境保護(hù)、提高城市的電磁兼容水平已成為城市發(fā)展和日常運(yùn)行過(guò)程中十分重要的內(nèi)容之一。隨著城市發(fā)展理念和建設(shè)水平的逐漸提高以及人們對(duì)城市電磁環(huán)境污染研究的進(jìn)一步深入,人們?cè)絹?lái)越重視對(duì)城市電磁環(huán)境污染的防護(hù)與治理。因此,探討城市電磁環(huán)境污染的產(chǎn)生、危害與防治對(duì)策,對(duì)加強(qiáng)城市電磁環(huán)境污染的防治和提高城市電磁兼容水平,以及對(duì)促進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步與環(huán)境保護(hù)三者保持高度和諧統(tǒng)一具有十分重要的作用和現(xiàn)實(shí)意義。
廣播電視發(fā)射系統(tǒng)主要包括長(zhǎng)、中、短波廣播、調(diào)頻廣播、電視及差轉(zhuǎn)發(fā)射臺(tái)。其中,從環(huán)境電磁輻射電平來(lái)看,廣播電視發(fā)射塔對(duì)城市電磁環(huán)境所造成的污染最大[4]。發(fā)射塔越建越高,這是為了讓電視發(fā)射天線更高,信號(hào)播送的范圍更大。如我國(guó)的廣州塔塔高450 m,天線桅桿160 m,總高達(dá)610 m,是當(dāng)前世界上最高的電視塔之一[5]。發(fā)射塔多用電磁輻射性能更好的天線和增大發(fā)射功率,以使天線輻射的有用電磁信號(hào)更強(qiáng),從而提高信號(hào)的有效接收距離。部分城市的電視發(fā)射頻率已逐漸從甚高頻(VHF,30~300 MHz)向特高頻(UHF,300~3000 MHz)發(fā)展,電視發(fā)射功率由幾十千瓦發(fā)展到幾百千瓦。發(fā)射塔多位于人口較為稠密的市區(qū)或近郊區(qū),以使這些地區(qū)有較高場(chǎng)強(qiáng)的電平,從而方便用戶接收到較高質(zhì)量的電視信號(hào)。因此,在廣播電視發(fā)射系統(tǒng)附近尤其是沿主輻射方向區(qū)域,存在較強(qiáng)的電磁環(huán)境污染。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道[4],在距離高達(dá)525 m的莫斯科電視塔(發(fā)射功率315 kW)300 m處的地面的電磁輻射場(chǎng)強(qiáng)高達(dá)3.8 V/m。
近年來(lái),由于集群專業(yè)網(wǎng)、移動(dòng)、尋呼等通信業(yè)務(wù)的迅速發(fā)展,位于高層建筑的移動(dòng)通信基站、專業(yè)通信網(wǎng)站、尋呼通信基站、微波通信臺(tái)和地面衛(wèi)星發(fā)射臺(tái)等用以通信的發(fā)射基站、發(fā)射臺(tái)和發(fā)射天線的數(shù)量日益增多,其電磁場(chǎng)強(qiáng)度日漸增強(qiáng),局部區(qū)域存在超標(biāo)現(xiàn)象。文獻(xiàn)[6]報(bào)道的北京架設(shè)移動(dòng)通信天線的某樓頂平臺(tái)電磁輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)值大多數(shù)小于30μW/cm2,但部分平臺(tái)區(qū)域達(dá)40~80μW/cm2,超過(guò)了國(guó)家規(guī)定的限值。
電力設(shè)備系統(tǒng)的電磁環(huán)境污染主要來(lái)源于各類電力傳輸線路和變電站等。目前,我國(guó)電網(wǎng)輸送的是50 Hz工頻交流電,其輸送電壓主要為220/380 V(0.4 kV)、3 kV、6 kV 、10 kV 、20 kV、35 kV、66 kV、110 kV 、220 kV、330 kV和500 kV等,其中,110 kV以上的為高壓。輸送導(dǎo)線周圍和變電站附近產(chǎn)生的工頻電場(chǎng)和工頻磁場(chǎng),對(duì)人體健康有一定的危害。此外,高壓架空送電線路和高壓變電站產(chǎn)生的放電頻率可達(dá)幾十千赫的電暈放電和放電頻譜可高達(dá)數(shù)百兆赫的絕緣子放電,這類電磁噪聲會(huì)對(duì)廣播和無(wú)線通信產(chǎn)生一定的電磁干擾[7]。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道[3],在某露天500 kV高壓線下電磁輻射場(chǎng)強(qiáng)竟高達(dá)5000 V/m左右,大于4000V/m的限值。
工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療用射頻設(shè)備是指除無(wú)線電通信和信息技術(shù)設(shè)備領(lǐng)域外,為工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)療(包括具體用途)目的而產(chǎn)生和/或使用射頻能量的設(shè)備或器具[8]。這部分設(shè)備的主要用途是將高頻電磁能轉(zhuǎn)化成熱能,如中高頻感應(yīng)加熱設(shè)備、高頻介質(zhì)加熱設(shè)備、微波加熱及醫(yī)療設(shè)備、射頻醫(yī)療設(shè)備、射頻弧焊設(shè)備、電動(dòng)工具和辦公用電子電氣設(shè)備等。目前,這類設(shè)備的年增長(zhǎng)率基本都保持在20%以上。這些現(xiàn)代化的設(shè)備在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的射頻電磁騷擾并向城市空間輻射,從而影響周圍電子電氣設(shè)備的正常工作,加劇城市空間電磁環(huán)境污染。表1[8]為國(guó)際無(wú)線電干擾特別委員會(huì)(International Special Committee on Radio Interference,CISPR)根據(jù)《工業(yè),科學(xué)和醫(yī)療(ISM)射頻設(shè)備電磁騷擾特性的測(cè)量方法和限值》CISPR11-1990提供的2.5 GHz以下工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療用設(shè)備的電磁輻射騷擾實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。
表1 2.5 GHz以下工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療用設(shè)備的電磁輻射騷擾實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)Table 1 Measured data of electromagnetic radiation disturbance of ISM devices under 2.5 GHz
由于城市機(jī)動(dòng)車、電氣化軌道交通等的快速發(fā)展,交通干線兩側(cè)的電磁環(huán)境污染日漸增強(qiáng)。城市電氣化軌道交通產(chǎn)生電磁輻射的設(shè)備主要是配電及牽引變壓器等變電設(shè)備及附屬設(shè)施,以及由集群基站等組成的通信與控制系統(tǒng)等設(shè)備和變頻變壓電動(dòng)列車。據(jù)文獻(xiàn)[9]報(bào)道,北京地鐵八通線列車型式試驗(yàn)結(jié)果表明,在型號(hào)為VVVF的變頻變壓電動(dòng)列車客室內(nèi)距地面450 mm測(cè)得其磁場(chǎng)強(qiáng)度小于等于10 G,在距地面900 mm其磁場(chǎng)強(qiáng)度小于等于5 G。
機(jī)動(dòng)車發(fā)電機(jī)的整流器、發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火系統(tǒng)、電動(dòng)喇叭、蓄電池的大電流瞬時(shí)通斷等會(huì)產(chǎn)生一定的電磁噪聲。例如,當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)點(diǎn)火時(shí)可產(chǎn)生火花電流脈沖和電弧,其中,火花電流的頻譜包括基波、諧波和X頻段[2]。相對(duì)于一般的內(nèi)燃機(jī)汽車,混合動(dòng)力汽車的電磁騷擾特性更復(fù)雜,電磁干擾問(wèn)題更嚴(yán)重。文獻(xiàn)[10]報(bào)道了某混合動(dòng)力汽車按GB/T 18387-2008標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其電磁場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果表明,該車在12~17 MHz和24~30 MHz頻段其電場(chǎng)強(qiáng)度超標(biāo),而在26~30MHz頻段其磁場(chǎng)強(qiáng)度超標(biāo)。
在城市生活中,家用電器也是重要的電磁環(huán)境污染源,主要是以高頻輻射為主的微波爐、手機(jī)等以及以低頻輻射為主的電視機(jī)、空調(diào)和電腦等,其電磁環(huán)境污染的程度與這些輻射源的數(shù)量、功率、空間分布及使用頻率等有關(guān)。文獻(xiàn)[11]報(bào)道了房軍等人依據(jù)GB9175-88《環(huán)境電磁波衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》于2004年前后對(duì)北京市昌平等城區(qū)的8個(gè)居民小區(qū)的174戶市民家中的微波爐等家用電器的電磁輻射強(qiáng)度進(jìn)行了測(cè)試,結(jié)果見(jiàn)表2。
表2 北京市部分家用電器電磁輻射檢測(cè)結(jié)果Table 2 Detection result of electromagnetic radiation of partial household electronic appliances in Beijing city
綜上所述,通信、廣播電視發(fā)射系統(tǒng),電力設(shè)備系統(tǒng),工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療用高頻設(shè)備,城市交通設(shè)備系統(tǒng)及家用電器等是城市中的主要電磁環(huán)境污染源。隨著城市進(jìn)一步發(fā)展,城市電磁輻射污染源更多、更復(fù)雜,局部電磁環(huán)境污染更為嚴(yán)重。
惡化的電磁環(huán)境會(huì)降低城市電磁兼容水平。所謂城市電磁兼容性(Urban Electromagnetic Compatibility,UEMC)是指設(shè)備或系統(tǒng)在城市電磁環(huán)境中既能滿足其功能要求又不會(huì)對(duì)城市環(huán)境中的任何事物帶來(lái)不能容忍的任何可能引起裝置、設(shè)備或系統(tǒng)性能降低或?qū)τ猩驘o(wú)生命物質(zhì)產(chǎn)生損害作用的電磁現(xiàn)象的能力。UEMC包括傳導(dǎo)、輻射兩種類型的電磁干擾(Electromagnetic Interference,EMI)和電磁耐受(Electromagnetic Susceptibility,EMS)等。其中,電磁干擾的危害尤為嚴(yán)重,可造成數(shù)字系統(tǒng)與數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中數(shù)據(jù)的丟失,影響收音機(jī)、電視機(jī)的正常收看和收聽(tīng),引起儀器的假計(jì)數(shù)甚至誤動(dòng)作,造成導(dǎo)航系統(tǒng)的工作失常、起爆裝置的無(wú)意爆炸和石油、化工等工業(yè)過(guò)程控制功能的失效等,導(dǎo)致從小的麻煩到大的災(zāi)難性后果[12]。
電磁環(huán)境污染會(huì)危及城市電磁信息安全。在電子信息設(shè)備工作過(guò)程中產(chǎn)生一定的電磁信息泄密的原因在于[13]:由于計(jì)算機(jī)顯示器、通信線路、主機(jī)、打印機(jī)等輸出設(shè)備存在的“硬缺陷漏洞”而使計(jì)算機(jī)易產(chǎn)生電磁泄漏;由于軟件程序等存在的“軟缺陷漏洞”而使計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)較為脆弱和易受攻擊。據(jù)文獻(xiàn)[14]報(bào)道,荷蘭學(xué)者Wim VanEck 1985年在《Computer&Security》上首次報(bào)道了用改裝的黑白電視機(jī)把1000 m之外的計(jì)算機(jī)顯示器上的信息復(fù)現(xiàn)出來(lái)的研究結(jié)果。目前,其竊取、復(fù)現(xiàn)與還原的最遠(yuǎn)接收距離可達(dá)1600 m以外甚至更遠(yuǎn)距離。而對(duì)于“手機(jī)監(jiān)聽(tīng)王”,用戶只要在其上輸入被監(jiān)聽(tīng)手機(jī)號(hào)碼,可監(jiān)聽(tīng)該手機(jī)通話資訊長(zhǎng)達(dá)20 h以上[15]。因此,由電磁環(huán)境污染引起的城市電磁信息安全問(wèn)題越來(lái)越引起世界各國(guó)的高度重視。
隨著城市空間電磁環(huán)境污染的加劇,人類在盡情享受各種各樣的電磁技術(shù)帶來(lái)的高效、便捷服務(wù)的同時(shí),作用于人體的電磁輻射會(huì)通過(guò)熱效應(yīng)、非熱效應(yīng)和積累效應(yīng)對(duì)人體的健康造成一定的危害[16]。由于人體是電磁波的良導(dǎo)體,當(dāng)能量過(guò)大(功率密度大于100 mW/c)的電磁輻射持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間穿過(guò)人體時(shí),被人體吸收的電磁能量不容易及時(shí)通過(guò)人體自身的熱調(diào)節(jié)機(jī)制散發(fā)出去,就會(huì)引起人體溫度升高,這就是電磁輻射的熱效應(yīng)。如果電磁波長(zhǎng)時(shí)間作用于人體神經(jīng)系統(tǒng),會(huì)影響腦電流以及人體的循環(huán)、免疫、生殖和代謝等功能,甚至誘發(fā)癌癥等,這就是電磁輻射的非熱效應(yīng)和積累效應(yīng)。多種頻率電磁波長(zhǎng)時(shí)間作用于人體,易使人的精力、體力減退,生物鐘紊亂,記憶、思考和判斷力降低,甚至誘發(fā)白內(nèi)障、腦腫瘤、心血管疾病以及婦女流產(chǎn)和不孕等病變。
由此可見(jiàn),惡化的城市電磁環(huán)境,既會(huì)降低城市的電磁兼容水平,又會(huì)危及電磁信息安全,還會(huì)危害市民健康。
隨著城市電磁環(huán)境污染源日益增多,城市局部區(qū)域的電磁環(huán)境污染越來(lái)越嚴(yán)重,對(duì)城市的發(fā)展及正常生產(chǎn)和生活造成了一定的危害。因此,迫切需要加強(qiáng)政府相關(guān)職能部門對(duì)電磁環(huán)境污染源的約束和監(jiān)管。
首先,要成立相應(yīng)的行政主管部門,落實(shí)其監(jiān)管權(quán)利和職責(zé)。為此,國(guó)家環(huán)保部專門設(shè)立了主要負(fù)責(zé)與電磁環(huán)境保護(hù)等有關(guān)的法律、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的制定、組織實(shí)施及監(jiān)督管理的核安全管理司(輻射安全管理司),及主要負(fù)責(zé)組織管理國(guó)家環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)、組織實(shí)施各地的重點(diǎn)和基礎(chǔ)監(jiān)測(cè)站對(duì)電磁污染源進(jìn)行監(jiān)督監(jiān)測(cè)等的環(huán)境監(jiān)測(cè)司。
其次,要與時(shí)俱進(jìn),建立科學(xué)、實(shí)用和可操作性強(qiáng)的電磁輻射標(biāo)準(zhǔn)體系,規(guī)范電磁輻射劑量,統(tǒng)一監(jiān)管依據(jù)。
最后,要及時(shí)開(kāi)展城市電磁環(huán)境污染源申報(bào)登記,建立城市電磁環(huán)境污染源數(shù)據(jù)庫(kù),弄清城市電磁輻射污染設(shè)施的分布、運(yùn)行功率、頻率分布等情況,并及時(shí)將各類電磁輻射污染源全部納入監(jiān)控范圍,提高監(jiān)管能力。
為此,國(guó)家環(huán)保總局在1997—1998年組織實(shí)施了首次全國(guó)電磁輻射污染源調(diào)查。徐州市環(huán)保局已對(duì)徐州市電磁輻射環(huán)境的污染現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)查[17],這對(duì)城市電磁環(huán)境污染源的控制與治理具有重要的作用和意義。
為了提高城市電磁兼容水平,還需充分發(fā)揮環(huán)保部門在城市建設(shè)中對(duì)電磁環(huán)境規(guī)劃布局的指導(dǎo)作用,實(shí)施強(qiáng)制電磁環(huán)境影響評(píng)價(jià)與認(rèn)證制度,特別是對(duì)新上電磁輻射設(shè)備、項(xiàng)目嚴(yán)格執(zhí)行環(huán)境影響評(píng)價(jià)與認(rèn)證制度。例如,在廣播電視塔、變電站、高壓線、手機(jī)基站等大型項(xiàng)目的規(guī)劃布局及開(kāi)工建設(shè)前要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的電磁環(huán)境影響評(píng)價(jià),建成后需接受專業(yè)機(jī)構(gòu)的檢測(cè)、驗(yàn)收。環(huán)保部門還需加強(qiáng)對(duì)城市環(huán)境中電磁輻射等的常規(guī)監(jiān)測(cè)、督察和執(zhí)法,對(duì)局部區(qū)域內(nèi)造成電磁環(huán)境污染較嚴(yán)重的設(shè)備及其設(shè)施提出整改指令,并督促其達(dá)到整改效果。此外,還要加強(qiáng)合作,共同采取措施提高電子電氣產(chǎn)品的EMC性能和進(jìn)入城市流通的門檻。為此,我國(guó)已于2002年5月1日起對(duì)電子電氣等強(qiáng)制性產(chǎn)品實(shí)行CCC認(rèn)證制度,規(guī)定凡列入強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證目錄內(nèi)的產(chǎn)品必須獲得經(jīng)國(guó)家指定的專門機(jī)構(gòu)的CCC認(rèn)證方可上市流通。目前,我國(guó)CCC認(rèn)證的第二類標(biāo)志即為“CCC+EMC”電磁兼容類認(rèn)證標(biāo)志,第三類標(biāo)志為“CCC+S&E”安全與電磁兼容認(rèn)證標(biāo)志。將電磁輻射污染控制在國(guó)家規(guī)定的安全標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi),杜絕產(chǎn)生新的電磁輻射污染源,從源頭上控制電磁輻射污染,這對(duì)城市電磁環(huán)境污染源的控制具有重要的作用和意義。
屏蔽、接地與濾波是抑制電磁輻射提高EMC的三大關(guān)鍵技術(shù)[18]。屏蔽是用電磁波屏蔽材料對(duì)電子電氣設(shè)備及其所處環(huán)境進(jìn)行防護(hù)的技術(shù),屏蔽材料是實(shí)現(xiàn)電磁波屏蔽技術(shù)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。接地是為了防止電磁干擾而將屏蔽體與地或干擾源的金屬殼體之間所做的永久良好的電氣連接,這樣既可有效保護(hù)屏蔽接地體內(nèi)的設(shè)備免受外界電磁波的干擾,又可通過(guò)降低屏蔽體外的電磁波強(qiáng)度來(lái)減輕或消除電磁波對(duì)人體的危害。濾波就是通過(guò)濾波器、濾波電路等從含有噪聲或干擾的接收信號(hào)中將特定頻段頻率濾除,從而提取有用信號(hào)分量的一種技術(shù)方法。這三大關(guān)鍵技術(shù)在成本、電磁輻射防護(hù)性能、使用和維護(hù)的難易程度等方面各有特點(diǎn)。研發(fā)和推廣經(jīng)濟(jì)實(shí)用的電磁輻射抑制技術(shù)對(duì)改善城市電磁環(huán)境提高電磁兼容水平方面具有十分重要的作用和意義。
加強(qiáng)電磁輻射污染防護(hù)的宣傳和教育工作,既利于消除市民由于對(duì)電磁輻射的誤解而導(dǎo)致的不必要的恐慌,又利于引導(dǎo)市民科學(xué)預(yù)防電磁環(huán)境污染。為此,國(guó)家環(huán)保部專門設(shè)立了主要負(fù)責(zé)組織、指導(dǎo)和協(xié)調(diào)全國(guó)環(huán)境保護(hù)宣傳教育工作和促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的環(huán)境保護(hù)宣傳教育司,各級(jí)地方政府也成立了與此相對(duì)應(yīng)的職能機(jī)構(gòu),宣傳教育引導(dǎo)市民在日常生活和工作中注意加強(qiáng)對(duì)電磁輻射污染進(jìn)行時(shí)間和空間防護(hù)[19]。例如,要教育市民正確擺放各種電子電氣設(shè)備,要與電子電氣設(shè)備保持適當(dāng)距離,要避免同時(shí)啟用多種電子電氣設(shè)備,要縮短電子電氣設(shè)備的使用時(shí)間,每天可服用一定量的維生素C或者多吃些富含維生素C的新鮮蔬菜(如西紅柿、辣椒、香椿、菜花、菠菜等)、水果(如柑橘、棗等)和富含維生素A、C和蛋白質(zhì)的食物(如瘦肉、動(dòng)物肝臟等)。這些措施可在一定程度上起到積極預(yù)防和減輕電磁輻射對(duì)人體造成傷害的作用。
可見(jiàn),為了加強(qiáng)電磁環(huán)境保護(hù)、提高城市電磁兼容水平,加強(qiáng)政府相關(guān)職能部門對(duì)電磁環(huán)境污染源的約束和監(jiān)管,需加強(qiáng)規(guī)劃布局實(shí)施強(qiáng)制電磁環(huán)境影響評(píng)價(jià)與認(rèn)證制度,研發(fā)和推廣經(jīng)濟(jì)實(shí)用的抑制電磁輻射技術(shù)和加強(qiáng)電磁輻射污染防護(hù)的宣傳教育工作。
城市主要的電磁環(huán)境污染源主要包括通信、廣播電視發(fā)射系統(tǒng),電力設(shè)備系統(tǒng),工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療用高頻設(shè)備,城市交通設(shè)備和系統(tǒng)以及家用電器等。惡化的城市電磁環(huán)境會(huì)降低城市的電磁兼容水平、危及電磁信息安全和危害市民健康。為了加強(qiáng)電磁環(huán)境保護(hù)提高城市電磁兼容水平,需加強(qiáng)政府相關(guān)職能部門對(duì)電磁環(huán)境污染源的約束和監(jiān)管,加強(qiáng)規(guī)劃布局實(shí)施強(qiáng)制電磁環(huán)境影響評(píng)價(jià)與認(rèn)證制度,研發(fā)和推廣經(jīng)濟(jì)實(shí)用的抑制電磁輻射的新材料、新器件和新技術(shù),以及加強(qiáng)電磁輻射污染防護(hù)的宣傳教育工作。
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