南充市主城區(qū)電磁環(huán)境調(diào)查與分析

杜 波,田 靜,吳雪梅,王馥云,謝怡卿

(四川省南充生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心站，四川 南充 637000)

1 引言

1831年英國物理學(xué)家法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，人類社會翻開新的篇章，在近200年發(fā)展歷程中，電磁技術(shù)在電工、電子技術(shù)、電氣化、自動化等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生了發(fā)電機(jī)、電報(bào)、雷達(dá)、電腦、手機(jī)等重要產(chǎn)品，加速了社會生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。

我國自改革開放以來，特別是進(jìn)入21世紀(jì)后，電磁技術(shù)得到高速發(fā)展，研究出了特高壓輸電[1～4]、5G通信[5～8]、大數(shù)據(jù)[7～11]等引領(lǐng)世界的新技術(shù)。各類電子技術(shù)產(chǎn)品，如廣播、電視、微波爐、手機(jī)、電腦、汽車導(dǎo)航等深入而廣泛地影響著人們生活。電磁技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用對改善我國人民生活水平、推動經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展和實(shí)現(xiàn)社會主義現(xiàn)代化發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[12]。然而人們在享受電子產(chǎn)品方便快捷同時(shí)也開始擔(dān)心電磁輻射[13～15]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，“十三五”期間，南充市電磁輻射信訪投訴逐年增多，成為中、省環(huán)境保護(hù)督察和12369環(huán)保舉報(bào)熱線污染投訴的熱點(diǎn)問題。南充市電磁輻射信訪投訴主要集中在變電站和通信基站，投訴內(nèi)容與南充市電磁技術(shù)利用特征相吻合。南充市是人口大市，人口723.7萬人，也是電磁技術(shù)應(yīng)用大市，現(xiàn)有廣播電視發(fā)射臺13座、110 kV以上變電站45座、通信基站約11000座，移動通訊終端約600萬個(gè)。近年來，針對電磁設(shè)備、設(shè)施的投訴越來越多，阻礙了電力、通信設(shè)施的建設(shè)[16，17]，影響了城市的發(fā)展和社會和諧。對城市電磁環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，建立電磁環(huán)境信息數(shù)據(jù)庫，是有效開展電磁環(huán)境管理，合理規(guī)劃電力、通信設(shè)施建設(shè)，消除群眾對電磁輻射的疑慮，引導(dǎo)公眾對電磁環(huán)境認(rèn)知的關(guān)鍵[18]。本文針對南充市主城區(qū)電磁環(huán)境缺乏基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的現(xiàn)狀，采用網(wǎng)格法對南充市主城區(qū)工頻、射頻電磁環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，掌握電磁環(huán)境基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為相關(guān)管理部門提供參考和數(shù)據(jù)支持。

2 南充市主城區(qū)電磁環(huán)境調(diào)查

2.1 研究區(qū)概況

南充市主城區(qū)包括順慶區(qū)、高坪區(qū)和嘉陵區(qū)的建成區(qū)，面積約160 km2、人口約145萬人，2021年主城區(qū)生產(chǎn)總值約883.5億元。調(diào)查區(qū)域內(nèi)順慶區(qū)以居住區(qū)、商業(yè)區(qū)及行政辦公區(qū)為主，高坪區(qū)以居住區(qū)、商業(yè)區(qū)、旅游區(qū)和物流區(qū)為主，嘉陵區(qū)以居住區(qū)和工業(yè)區(qū)為主。南充市主城區(qū)電磁設(shè)施(設(shè)備)現(xiàn)狀，據(jù)統(tǒng)計(jì)，主城區(qū)現(xiàn)有廣播電視發(fā)射塔2座，通信基站約5000座，110 kV以上變電站45座，主城區(qū)附近的變電站共計(jì)18座。

2.2 調(diào)查因子

此次調(diào)查覆蓋了從5 Hz～3000 MHz的寬廣頻譜，包含了電力、交通、廣播電視、通信、雷達(dá)、工業(yè)、科研、醫(yī)療等絕大多數(shù)電磁應(yīng)用設(shè)施(設(shè)備)的工作頻率，調(diào)查更具廣度。根據(jù)大量實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，電力電磁特征主要為50 Hz工頻磁場與工頻電場，無線電干擾或電磁騷擾(射頻段)雖然頻段較寬，但影響極其有限。工業(yè)、科研、醫(yī)療等涉及頻譜較廣，但在一般城市區(qū)域應(yīng)用較少且場所做了防護(hù)措施，因此對電磁環(huán)境的影響可以忽略。城市區(qū)域較為普遍的電磁輻射設(shè)施(設(shè)備)有移動通信(數(shù)量多，分布廣)、廣播電視、雷達(dá)等，此類設(shè)施主要產(chǎn)生射頻電磁場。因此此次南充市城區(qū)電磁環(huán)境調(diào)查因子為：工頻電場、工頻磁場、0.1～3000 MHz射頻綜合場。

2.3 調(diào)查方法

南充市電磁設(shè)施(設(shè)備)主要集中在建成區(qū)，因此本次調(diào)查范圍確定為南充市主城區(qū)即建成區(qū)，總面積約為160 km2，根據(jù) 《輻射環(huán)境保護(hù)管理導(dǎo)則電磁輻射監(jiān)測儀器和方法》 ( HJ /T 10. 2—1996)[19]對南充市主城區(qū)劃分1 km × 1 km 網(wǎng)格進(jìn)行實(shí)地監(jiān)測，取網(wǎng)格中心為測量位置，監(jiān)測布點(diǎn)見圖 1。

圖1 調(diào)查區(qū)電磁環(huán)境調(diào)查布點(diǎn)

調(diào)查區(qū)共布設(shè)160個(gè)電磁環(huán)境調(diào)查測量點(diǎn)，測量時(shí)間選定工作日 8: 00～22: 00 的時(shí)間段。布點(diǎn)后考慮到地形地物的影響，實(shí)際測點(diǎn)應(yīng)避開高層建筑物、樹木、高壓線以及金屬結(jié)構(gòu)體等，盡量選擇空曠地方測試工，允許對規(guī)定測點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，測點(diǎn)調(diào)整最大值為網(wǎng)格邊長的1/4。本次監(jiān)測儀器主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 調(diào)查監(jiān)測儀器名稱及主要技術(shù)參數(shù)

2.4 評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)《電磁環(huán)境控制限值》( GB8702-2014) 規(guī)定的公眾暴露控制限值，其中工頻電場強(qiáng)度評價(jià)限值為4000 V/m，工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度評價(jià)限值為 100 μT，30 M～3000 MHz射頻等效平面波功率密度為0.4 W/m2。

3 監(jiān)測結(jié)果

本次電磁環(huán)境調(diào)查按照1 km × 1 km 網(wǎng)格布設(shè)了160個(gè)點(diǎn)位，因河流、地勢、建筑工地封閉等原因，實(shí)際完成的測量點(diǎn)位為144個(gè)，完成率達(dá)到90%，能夠完全反映南充市主城區(qū)電磁環(huán)境現(xiàn)狀。實(shí)際測量點(diǎn)位見圖2。

圖2 調(diào)查區(qū)電磁環(huán)境調(diào)查實(shí)際測量點(diǎn)位

3.1 南充市主城區(qū)工頻電磁監(jiān)測結(jié)果分析

為更好地了解調(diào)查區(qū)的工頻電磁環(huán)境質(zhì)量狀況，對南充市主城區(qū)工頻電磁環(huán)境監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行分段統(tǒng)計(jì)，具體結(jié)果見表2。主城區(qū)工頻電場強(qiáng)度均值為4.96 V/m，87個(gè)點(diǎn)位小于2.0 V/m，占測量點(diǎn)位總數(shù)的60.4%，最小值為0.0464 V/m ；12個(gè)點(diǎn)位大于20.0 V/m，占測量點(diǎn)位總數(shù)的8.3%，最大值為61.428 V/m，( 遠(yuǎn)低于公眾曝露控制限制 4000V /m)[20]，統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明南充市主城區(qū)工頻電場環(huán)境良好。主城區(qū)工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度均值為0.046 μT，105個(gè)點(diǎn)位小于0.05 μT，點(diǎn)測量點(diǎn)位總數(shù)的75.0%，最小值為0.003 μT；5個(gè)點(diǎn)位大于0.2 μT，占測量點(diǎn)位總數(shù)的3.5%，最大值為0.438 μT( 遠(yuǎn)低于公眾曝露控制限制 100 μT)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明南充市主城區(qū)工頻磁場環(huán)境良好。

表2 工頻電磁環(huán)境監(jiān)測結(jié)果統(tǒng)計(jì)

為了更直觀地了解南充市主城區(qū)的工頻電磁環(huán)境，根據(jù)網(wǎng)格法的測量數(shù)據(jù)，繪制出南充市主城區(qū)工頻電場等值色差線圖和工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度等值色差線圖，見圖 3與圖 4。

圖3 調(diào)查區(qū)工頻電場強(qiáng)度等值色差線

從圖3、圖4可以看出，此次南充市電磁環(huán)境調(diào)查區(qū)域工頻電磁場測值很小，工頻電場大部分區(qū)域測值在0～5 V/m，最大值為61.428 V/m，工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度大部分區(qū)域在0～0.04 μT，最大值為0.438 μT,等值線圖色彩分布均勻、色差小，反映出了調(diào)查區(qū)域內(nèi)的工頻電磁場分布情況。調(diào)查區(qū)域邊界附近工頻電磁場相對較高，原因是調(diào)查區(qū)域邊界基本上靠近城市郊區(qū)，周邊有大量架空輸電線路、變電站、高壓輸電線將電力輸送到郊區(qū)變電站降壓，再輸送進(jìn)主城區(qū)，對工頻電磁場造成了影響。調(diào)查區(qū)域西南片區(qū)屬于嘉陵區(qū)工業(yè)園區(qū)，測值相對較高，原因是附近有110 kV火花變電站、110 kV保光變電站、220 kV大方變電站，片區(qū)內(nèi)有大量企業(yè)用電且輸電線路沒有下地。順慶區(qū)文化路、人民中路附近屬于順慶區(qū)老城區(qū)，由于輸變電線路下地工程還未全覆蓋，測點(diǎn)附近受輸變電線路影響，測值相對較高。順慶區(qū)北部兩處測值高點(diǎn)均是由高坪區(qū)到順慶區(qū)的高壓輸電線路引起的。高坪區(qū)內(nèi)的幾處測值高點(diǎn)均位于高坪老城區(qū)，測量時(shí)周圍均有民用輸變電線路，因線路多采用地面架設(shè)，對環(huán)境工頻電磁場貢獻(xiàn)較大，對測量值有很大影響。工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度與工頻電場強(qiáng)度具有一定有相關(guān)性，因?yàn)槎咧饕茏冸娬?、輸變電線路影響，其強(qiáng)度變化與南充市主城區(qū)及周邊變電站和輸變電線路分布走勢基本吻合。

圖4 調(diào)查區(qū)工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度等值色差線

3.2 南充市主城區(qū)射頻電磁監(jiān)測結(jié)果分析

射頻電磁環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測結(jié)果同樣采取分段統(tǒng)計(jì)，具體見表3。主城區(qū)0.1～3000 MHz射頻綜合場均值為0.001898 W/m2，44個(gè)點(diǎn)位小于0.0002 W/m2，占測量點(diǎn)位總數(shù)的30.55%,最小值為0.000106 W/m2；29個(gè)點(diǎn)位測值在0.0002～0.0005 W/m2，占測量點(diǎn)位總數(shù)的20.14%，10-3W/m2數(shù)量級測值點(diǎn)位占點(diǎn)位總數(shù)的61.11%；4個(gè)點(diǎn)位大于0.0100 W/m2，占測量點(diǎn)位總數(shù)的2.78%，一些相對較大的測值位置主要在商業(yè)區(qū)、學(xué)校等區(qū)域，最大值為0.024578 W/m2( 遠(yuǎn)低于公眾曝露控制限制 0.4 W/m2)。最大值出現(xiàn)在嘉陵區(qū)春江路與燕京大道十字附近，該點(diǎn)位嘉陵區(qū)工業(yè)園區(qū)，周圍有移動通信基站。從上述數(shù)據(jù)可看出，南充市主城區(qū)環(huán)境射頻綜合場測值均未超國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，射頻電磁環(huán)境良好。

表3 射頻電磁環(huán)境監(jiān)測結(jié)果統(tǒng)計(jì)

為了更直觀地了解南充市主城區(qū)的射頻電磁環(huán)境，根據(jù)網(wǎng)格法的測量數(shù)據(jù)，繪制出南充市主城區(qū)0.1～3000 MHz射頻綜合場測值等值色差線圖，見圖5。

從圖5可以看出，此次南充市電磁環(huán)境調(diào)查區(qū)域0.1～3000 MHz射頻綜合場測值測值很小，大部分區(qū)域在0～0.010 W/m2，整個(gè)測試范圍內(nèi)的色差同樣非常小?！?.01 W/m2這區(qū)間的測值占總量的絕大多數(shù)(140個(gè))，占比97.22%; 最大值為0.024578 W/m2, 大多數(shù)區(qū)域的顏色趨于一致，整個(gè)等值線圖色彩分布均勻、色差小，反映出了調(diào)查區(qū)域內(nèi)的0.1～3000 MHz射頻綜合場測值分布情況。

圖5 調(diào)查區(qū)0.1～3000MHz射頻綜合場測值等值色差線

本次南充市電磁環(huán)境調(diào)查區(qū)域西南部分相對較高，該片區(qū)位嘉陵區(qū)工業(yè)園區(qū)，建筑物和移動通信基站相對較少，為了覆蓋大面積地區(qū)，單基站功率反而更大，因此基站附近測值相對較高。市政新區(qū)、石油大學(xué)、南充職業(yè)技術(shù)學(xué)院屬于辦公、學(xué)習(xí)、人員集中場所，人員密集，人口分布密度大，因此測值相對較高。順慶區(qū)藍(lán)光1227片區(qū)、高坪區(qū)王府井廣場片區(qū)屬于南充市的商業(yè)娛樂區(qū)，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，人員密集，移動通信話務(wù)、數(shù)據(jù)傳輸量巨大，移動通信基站密集，因此2個(gè)區(qū)域的測值也相對較高。南充市氣象雷達(dá)位于順慶區(qū)氣象公園，氣象雷達(dá)臨近區(qū)域測值相比其他區(qū)域的射頻綜合場無明顯增大，該設(shè)施對周邊地面區(qū)域無明顯貢獻(xiàn)。

4 電磁環(huán)境與區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)關(guān)系

為進(jìn)一步摸清電磁環(huán)境的貢獻(xiàn)來源及其相關(guān)因素，對本次調(diào)查涉及的順慶區(qū)、高坪區(qū)、嘉陵區(qū)的人口、經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了調(diào)查。

從表4可以看出[21]，順慶區(qū)人口密度最大，其次是高坪區(qū)，最后是嘉陵區(qū)。順慶區(qū)是南充市的主城區(qū)、核心區(qū)，是南充的經(jīng)濟(jì)、科教、文化中心，擁有城市綜合體、商業(yè)街、商貿(mào)物流市場等商業(yè)中心。高坪區(qū)有王府井、保利金融廣場等商業(yè)圈。本次調(diào)查的區(qū)域覆蓋了各區(qū)城市面積、人口95%以上，表明本次調(diào)查覆蓋區(qū)域有一定的普遍性各代表性，可以反映各區(qū)城區(qū)電磁環(huán)境狀況，且各區(qū)社會經(jīng)濟(jì)及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)查結(jié)果能夠較好反映各區(qū)的社會經(jīng)濟(jì)情況。

表4 調(diào)查涉及行政區(qū)經(jīng)濟(jì)及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)一覽

將工頻電場、工頻磁場、射頻綜合場監(jiān)測結(jié)果與各區(qū)社會經(jīng)濟(jì)、人口、產(chǎn)業(yè)分布結(jié)合分析得出：

(1)除極個(gè)別點(diǎn)位外，各區(qū)工頻電場強(qiáng)度和工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度測值總體無明顯差別。調(diào)查區(qū)域中人口總量、人口密度，與工頻電場強(qiáng)度和工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度并無明顯相關(guān)性。產(chǎn)業(yè)分布與工頻電場強(qiáng)度和工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度有一定的相關(guān)性，工業(yè)園區(qū)與輸變電分布與工頻電場強(qiáng)度和工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度走勢基本吻合。

(2)市政新區(qū)、石油大學(xué)、南充職業(yè)技術(shù)學(xué)院等辦公、學(xué)習(xí)集中區(qū)，順慶區(qū)藍(lán)光1227片區(qū)、高坪區(qū)王府井廣場片區(qū)等商業(yè)娛樂區(qū)在調(diào)查區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、商業(yè)集中度高、人口分布密度大、人群活動度高，0.1～3000 MHz射頻綜合場測值測值較大。環(huán)境射頻綜合場測值與調(diào)查區(qū)域中人口總量、人口密度、人群活動度、區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)在一定范圍內(nèi)正相關(guān)。由此可見，經(jīng)濟(jì)越發(fā)達(dá)、人口密度越大、人群活動度越高、商業(yè)集中程度越高，環(huán)境射頻綜合場測值越大。

5 結(jié)論與討論

(1)南充市主城區(qū)工頻電磁環(huán)境與射頻電磁環(huán)境統(tǒng)計(jì)分析表明，南充市電磁環(huán)境良好，所有網(wǎng)格的工頻電磁場、射頻綜合場測值均小于《電磁環(huán)境控制限值》( GB8702-2014) 規(guī)定的公眾暴露控制限值。

(2)產(chǎn)業(yè)分布與工頻電場強(qiáng)度和工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度有一定的相關(guān)性，工業(yè)園區(qū)分布和城市周邊輸變電分布與工頻電場強(qiáng)度和工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度分布走勢基本吻合，證明了城市主要工頻電磁污染來自于變電站與輸變電線路設(shè)施。0.1～3000 MHz射頻綜合場與調(diào)查區(qū)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度、人口分布、商業(yè)分布相吻合，調(diào)查區(qū)域中人口總量、人口密度、人群活動度、區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與環(huán)境射頻綜合場測值有一定的相關(guān)性，人口密度、人群活動度、商業(yè)集中程度與環(huán)境射頻場測值在一定范圍內(nèi)正相關(guān)，經(jīng)濟(jì)總量越大、人口密度越大、人群活動度越高、商業(yè)集中程度越高，環(huán)境射頻綜合場測值越大。

(3)根據(jù)本次電磁環(huán)境調(diào)查結(jié)果，電磁環(huán)境現(xiàn)狀測值總體很小，一些明顯電磁輻射體存在的區(qū)域，電磁環(huán)境測值在距離電磁輻射體一定范圍內(nèi)都出現(xiàn)了明顯的增高，電磁項(xiàng)目在建成地會影響臨近區(qū)域內(nèi)的電磁環(huán)境。因此，在對電磁類項(xiàng)目審批時(shí)應(yīng)嚴(yán)格把關(guān)，要調(diào)查、掌握建設(shè)地點(diǎn)的電磁環(huán)境現(xiàn)狀，明確項(xiàng)目貢獻(xiàn)值及項(xiàng)目建成后的電磁環(huán)境最終值。避免出現(xiàn)項(xiàng)目建成后公眾活動區(qū)域電磁環(huán)境測值超標(biāo)的情況。

(4)通過本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)，城市化進(jìn)程使得郊區(qū)變城區(qū)，原本位于郊區(qū)的一些電磁輻射設(shè)施(如變電站、輸變電線)也融入城市之中，這些設(shè)施周邊位置生活和工作的人群電磁輻射暴露水平自然會高于其他區(qū)域。隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，公眾獲取知識的渠道增多，環(huán)境意識相比之前已經(jīng)大幅度提升，也逐漸開始關(guān)注電磁環(huán)境及工作、生活中的電磁輻射設(shè)施。城市化進(jìn)程還在繼續(xù)，電磁輻射設(shè)施的建設(shè)也不會停止，尤其是5G通信技術(shù)的應(yīng)用，相關(guān)電磁設(shè)備會越來越多。因此，城市規(guī)劃應(yīng)該具有足夠的前瞻性，應(yīng)該將電磁環(huán)境因素納入考慮范圍，要充分考慮城市整體功能區(qū)劃分布與電磁輻射設(shè)施的關(guān)系，以及城區(qū)向外擴(kuò)張的速度，其次，新建電磁設(shè)施在前期立項(xiàng)時(shí)，可以結(jié)合城市總體規(guī)劃、發(fā)展規(guī)劃，進(jìn)行合理的選址與布局。