中波广播电磁辐射环境影响水平预测模型的研究

文章编号:1000󰀁8020(2005)05󰀁0631󰀁02

卫󰀁生󰀁研󰀁究

JOURNALOFHYGIENERESEARCHVol.34󰀁No.5Sep.󰀁2005󰀁631

󰀂实验研究󰀂

中波广播电磁辐射环境影响水平预测模型的研究

戈鹤山󰀁许宁󰀁谢明

中国疾病预防控制中心环境与健康相关产品安全所,北京󰀁100050

摘要:目的󰀁根据国家有关电磁辐射环境水平的规定预测中波广播频段近区场范围内对人体健康的影响。方法󰀁对模拟测试对象的场强垂直分布实测值进行曲线拟合,然后分析归纳出以地面场强实测值和楼层高度为参数的高层楼房场强垂直分布的解析表达式。结果󰀁楼层高度在30米以上时,电场强度随着楼层高度的增高大致按照等比规律增加。结论󰀁本文提出的预测模型可用于估算中波电磁辐射对居住环境的影响,可作为中波广播电磁辐射环境影响水平预测模型的参考模式。

关键词:中波电磁辐射󰀁预测模型󰀁环境影响评价中图分类号:R594󰀂8󰀁TN93󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁文献标识码:A

󰀁󰀁随着现代科技的高速发展,各种形式、不同频率、不同强度的电磁辐射源所产生的电磁波都不可避免地对人体产生一定程度的影响,电磁辐射环境影响日益受到各界的关注。为了在环境影响评价中能够定量估算拟建项目的场强垂直分布,作者于2005年3月对北京某中波发射台所在地附近的3座20层以上高层居民楼的电场垂直分布状况进行了监测,对测量数据进行分析处理,提出了用等比衰减模式对拟建高层建筑的电场垂直分布定量预测的方法,并对其参数进行了误差分析,可作为中波广播电磁辐射环境影响水平预测的参考模式。

2󰀁监测内容与方法

选择三栋20层以上的楼房作为模拟测试对象,分别测量其电场强度的垂直分布,1#模拟对象位于天线区东北侧约800米处,2#模拟对象位于天线区西侧约300米处,3#模拟对象位于天线区西侧约400米处,各模拟对象均测量面向天线区的窗外30厘米处的综合电场强度。逐层测量,每个测点读取3个读数,取算术平均值作为该点测量值。测量仪器为PMM8053A综合场强仪,探头为EP330型,测试频率范围为100KHz~3GHz,测量范围为1~300V󰀁m。监测时间为2005年3月。该发射台天线发射塔分为南北两座,两塔相距约400米。天线工作形式是拉线塔辐射垂直极化波,发射台主要工作参数列于表1。

表1󰀁发射台主要工作参数

频率(kHz)发射功率(kW)

8281026603927

50502525

天线高度(米)

147147118118

天线位置天线方向性南塔南塔北塔北塔

全向全向全向全向

1󰀁模型的建立

电磁辐射场区一般分为远区场和近区场。以场源为中心,在三个波长范围内的区域通常称为近区场,也称为感应场。以场源为中心,半径为三个波长之外的空间范围称为远区场,也称为辐射场。近区场的电磁场强度比远区场大得多,电磁防护的重点在近区场。对于中波广播频段(535~1605kHz),近区场覆盖半径大约为1680米。对位于近区场范围内的拟建高层建筑,通过地面场强实地测量预测该处拟建高层建筑的电场垂直分布状况是电磁环境影响评价的主要内容之一。 辐射环境保护管理导则电磁辐射监测仪器和方法!(HJ/T10.2∀1996)推荐采用舒来依金-范德波尔公式估算中波发射天线对环境的影响:

300

P󰀂G󰀂AE=r3󰀁监测结果及数据处理

(1)

式中:r∀∀∀被测位置与发射天线中心的距离,km;P∀∀∀发射机标称功率,kW;G∀∀∀相对于基本振子的天线增益,dB;A∀∀∀地面衰减因子。舒来依金-范德波尔公式是在自由空间应用的理式,对地形平坦无高大障碍物的开阔地区可视为自由空间,场强分布基本符合舒来依金-范德波尔公式;而现场测试证明,对于高大建筑物的近侧,由于电场畸变的影响,其场强分布已不能用舒来依金-范德波尔公式描述。

图1󰀁1#模拟对象楼层󰀁电场强度衰减曲线

对1#、2#、3#模拟对象测量数据的统计处理表明,在30~60米高度范围内用等比曲线能很好地拟合楼层高度-场强测量数据。图1~图3中分别标出了1#、2#、3#模拟对象楼层因数-场强关系式的拟合直线,1#模拟区的衰减系数平

作者简介:戈鹤山,男,硕士,副研究员

均值约为1󰀂10,2#模拟区的衰减系数平均值约为1󰀂13,3#模拟区的衰减系数平均值约为1󰀂14。从图1和图3可以看出,

632卫󰀁󰀁生󰀁󰀁研󰀁󰀁究

E=E0󰀂q(H-1)

第34卷

(2)

式中:E∀∀∀估算场强值,V󰀁m;E0∀∀∀地面场强值,V󰀁m;H∀∀∀楼层因数,层;q∀∀∀衰减系数。对于一般居民住宅楼,楼层因数可用下式表示:

H=L󰀁C(3)

式中:H∀∀∀楼层因数,层;L∀∀∀测量点的高度,米;C∀∀∀楼

图2󰀁2#模拟对象楼层󰀁电场强度衰减曲线

层高度,米(C一般取2󰀂9~3󰀂1米)。

(2)式即为高层建筑场强垂直分布的预测模型。与舒来依金-范德波尔公式不同,(2)式是由测量数据经统计处理得出的经验公式。

4󰀂2󰀁预测模型的误差

等比预测模型是按地面场强实测值来估算空间场强的垂直分布的,从(2)式可以看出,其误差主要来自衰减系数q和地面实测场强值E0。根据等比级数的导数性质可以得知,楼

图3󰀁3#模拟对象楼层󰀁电场强度衰减曲线

󰀁

在30米以下场强衰减较快,且规律性较差,统计结果表明,30米以下的楼层因数与场强之间没有显著的等比相关关系,这可能是低楼层场强分布受到地面衰减因子不确定性影响所致。

层越高估算场强变化率越大,也就是说楼层越高,估算场强的误差对衰减系数q和地面实测场强值E0的误差就越敏感。由于中波是地表面波,其传播损耗主要是地面吸收损耗,地面实测场强值E0不仅与场源的发射功率和距场源的距离有关,还受地形地貌、地浅表层介电性质、地面建筑物分布及大气不均匀性等诸多环境条件的影响,在场强梯度很大的近区场尤其如此。从监测结果看,1#模拟对象的地面场强值应为10󰀂8V󰀁m,2#模拟对象的地面场强值应为7󰀂35V󰀁m,3#模拟对象的地面场强值应为6󰀂68V󰀁m。这与1#、2#、3#楼模拟对象现场测得的地面场强数值有一定差距。将天线区南侧780米和880米处地面场强实测值代入楼层-场强关系式(q=1󰀂10),可得出该处待建楼房各楼层的场强估算值,同时列出1#模拟对象(与场源距离800米)场强实测值作为对照,如表2所示。

V󰀁m

1627󰀂729󰀂7

1730󰀂532󰀂7

1833󰀂535󰀂955󰀂1

1936󰀂939󰀂5

2040󰀂3󰀂570󰀂2

4󰀁分析与讨论

4󰀂1󰀁预测模型的导出

对测量数据的统计处理表明,在30~60米高度范围内电

场强度的对数值与楼层高度有很好的线性拟合关系,线性相关系数在0󰀂88以上,说明空间电场场强与楼层高度的关系基本符合等比规律,用一元线性回归的方法做出相关数据的拟合直线,再利用外推法得出地面场强的估算值E0,即可得出高度-场强关系如下式所示:

表2󰀁模拟测试楼层场强估算值

楼层因数780m估算场强值880m估算场强值1模拟对象实测场强

#

1015󰀂616󰀂825󰀂5

1117󰀂218󰀂8

1218󰀂920󰀂332󰀂5

1320󰀂822󰀂3

1422󰀂924󰀂5

1525󰀂227󰀂044󰀂3

󰀁󰀁从表2可以看出,780m和880m监测点与1#模拟对象距场源的距离相差不大,但使用1#模拟对象的等比模式对两处

进行估算时,估算场强值明显偏低,60米高处的误差达到40%左右。当q值在1󰀂1~1󰀂2之间时,由地面场强实测值E0产生的估算误差可用下式表示:

W=#E0󰀂(1󰀂2H-1-1󰀂1H-1)

(4)

式中#E0是地面场强实测值E0的误差。根据预测模型可以推导出,地面实测场强误差值#E0每增加1V󰀁m,60米处的估算值将产生最大25V󰀁m左右的偏差。

q值是预测模型的重要参数,测量数据表明,q值基本上随着与场源距离的增加而减小,在近区场内q值大致在1󰀂1~1󰀂2之间。

4󰀂3󰀁预测模型的适用性

(2)式是在中波发射塔周边1000米左右范围内得出的,

并且楼层高度不超过70米,远低于天线高度。由于地面场强实测值E0一般低于按等比模式外推得出的地面场强估算值,按预测模型估算的垂直场强分布趋于偏低。当q值在1.1~1.2之间变化时,60米以上楼层的估算场强误差较大。从实测结果看,对地面场强实测值进行修正后该预测模型基本能满足一般居住区环境预评价的要求,60米高度处的误差在40%~60%左右。

随着我国城市化进程的加快,城市中高层居民楼越建越多,许多原先处于市郊开阔地域的电力电讯设施逐渐被新建居民楼所包围。保障公众居住区的环境安全成为决策部门必须面对和重视的问题。本文提出预测高层建筑电场垂直分布的模型,可以作为环境预评价时的参考。

(2005󰀁03󰀁08收稿)