随着国家工业化程度的提高和经济发展, 大型建筑群增多, 城市用电量增大, 供电部门已将110 kV和220 kV输电线路和变电站引入城市中心区。高压输电线以及变电站电气设备周围都存在着极低频电磁场(Extremely Low Frequency electromagnetic fields, ELF- EMFs), 公众受暴露的可能性、受暴露水平不断增。以深圳电网为例, 现有110 kV及以上变电站219座, 110 kV及以上输电线路共599回, 长度为4247.721 km。110 kV输电线路445回, 占总数的74.29%, 广泛分布于居民区与各类敏感区附近, 110 kV工频电场和磁场为公众受工频电场和磁场暴露的主要来源。目前, 学术界主要集中在建筑物对110 kV高压输电线路工频电磁场空间分布影响、屏蔽效应及电场畸变的研究^[1-3]。现代花园城市, 所有公共活动区域基本都有绿化覆盖, 植物是城市空间常见的介质之一, 国内关于植物对工频电磁场分布的影响作用的研究尚不多见, 研究植物对110 kV工频电场和磁场分布影响具有重要学术意义和社会价值。

1 工频电磁场生物效应

自20世纪60年代开始, 关于ELF-EMFs健康危害引起了学术界的广泛关注。1972年, Korobkova通过对变电站工作人员健康状况的调查, 发现他们中失眠、头痛和呼吸道疾病比普通人群高^[4], 电力设备附近高压电场会对人体健康构成一定的威胁, 从而率先提出了低频电磁场健康影响的课题。1979年Wertheimer和LeePer报道了:电流输电线附近居住的儿童白血病发展为白血病和淋巴瘤的危险度比暴露于低水平环境电磁场的儿童高2~3倍^[5]。1998年美国国家环境卫生研究所(National Institute of Environmental Health Science, NIEHS)召集国际工作组, 采用国际癌症研究署(International Agency for Research on Cancer, IARC)制定的标准, 在对极低频磁场可能对健康危害的结论中明确指出:极低频磁场应被视为"可疑人类致癌物"^[6]。这一结论引起了广泛的关注, 进一步推动了极低频电磁场与健康关系的研究。世界卫生组织(World Health Organization, WHO)于1996年开始, 组织60多个国家及多个国际组织, 开展全球性的"国际电磁场计划"研究, 于2007年已完成了极低频场地全面健康风险评估, 并在《极低频场环境健康标准(EHC NO.238)》中提出^[7]:高水平、短期曝露于电磁场产生的有害健康影响, 已经科学地确认了。国际非电离辐射防护委员会(International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection, ICNIRP)2010年发布的导则指出^[8]:低频电磁场暴露对神经和肌肉组织的直接刺激以及引发视网膜光幻视, 诸如视觉过程和运动协调性等脑功能可能受感应电场短暂地影响。近年来, 流行病学研究已一致性地发现每天长期低强度(超过0.3~0.4 μT)的工频磁场曝露与儿童期白血病风险增加相关联^[9]。国内外许多流行病学调查报告指出, 工频电磁场对人体免疫系统功能异常^[10]、中枢神经系统功能异常^[11]、心血管系统功能异常^[12]有一定的相关性等。

2 材料与方法 2.1 测量仪器

本次监测仪器选用:意大利产NAR- DA Safety Test Solutions公司的PMM8053A电磁辐射测量系统(编号:1420K20939), 配EHP 50B (编号: 2411M21016)电场和磁场探头。EHP 50C探头的测量频率范围为5 Hz~100 kHz, 50 Hz时电场量程0.01 V/m~100 kV/m, 磁场量程1 nT~10 mT。所有测试仪器均经中国计量科学研究院检定, 并处于检定有效期内。

2.2 监测方法和监测仪器、条件 2.2.1 监测方法

严格按照《交流输变电工程电磁环境监测方法(试行)》(HJ 681-2013)规定以及研究关注范围, 监测仪器的探头架设在地面(或立足平面)上方1.5 m高度处, 监测人员与监测仪器探头的距离为2.5~3 m。

2.2.2 监测对象

在深圳市区选取架设最多类型110 kV同塔双回逆向序排列线路110 kV梅某线和110 kV兰某线, 在高压走廊内沿两线路中相导线对地投影点中线经无植被区域、草坪、灌木、高大树木等四个区域进行测量与分析。其中高压线架高14~20 m, 灌木高度为1~2 m, 间距2~3 m; 高大树木为阔叶林高度10~15 m, 枝叶茂盛, 紧密相连, 测点无法看见高压线(见图 1)。

2.2.3 监测条件

天气晴, 温度31℃, 相对湿度69%;高压输电线路运行工况相同(30 min内测量完成, 经查询工况在5%范围内波动认为稳定)。

3 监测结果及分析

在无植被区域、草坪、灌木、高大树木各布设四个监测点位, 进行工频电场、磁场的监测。具体监测布点如图 1所示, 监测结果见表 1。

现代城市为绿化和景观需要, 普遍种植一定数量的乔木、灌木、草类等植物, 这些植物总体上来说都属于电介质, 乔木的相对介电常数ε_r=2~100, 具有不同程度的导电性。

植物的屏蔽作用以削弱率表示, 削弱率为无植被区域工频电场(磁)场数值减去草坪、藻木或高大树木相应的电(磁)场数值的百分率。表 1数据表明植物对工频电场的削弱率为16.1%~99.9%, 草坪对工频电场的削弱率为6.0%~13.6%、灌木对工频电场的削弱率为32.4%~37.1%、高大树木对工频电场的削弱率为98.3%~99.9%;植物对工频磁场的削弱率为6.0%~10.6%, 算上电流负荷的正常波动引起的工频磁场变化, 植物对工频磁场的屏蔽作用不明显。

1~2 m的灌木可以将地面1.5 m高的工频电场强度明显降低, 改善输电线路附件的电磁环境状况, 高大阔叶树木可以屏蔽98%以上的工频电场。

对于一棵植物, 可将其看成一根长度、直径都是均匀的磁介质棒, 当处于外磁场中时, 由于植物介质磁性很弱, 在植物当中, 磁极化强度非常小, 导致附加磁场也很小, 对外磁场的影响可忽略。因此, 植物对工频磁场的影响不明显。

4 结论与对策建议

植物对工频电场的影响非常大, 削弱率为16.1% ~99.9%。除植物本身电介质特征, 植物种类、密度、高度对工频电场的分布影响较大。高大树木对工频电场的削减效果大于灌木, 灌木大于草本植物; 1.5 m高度树木密度越大, 削减效果越好。植物对工频磁场的影响作用不明显。

从防止工频电磁污染、保护人居环境, 城市景观学角度出发, 在城市公共区域、商业区、住宅区等区域种植树木尤其是高大的乔木, 设立自然屏障, 具有重要意义。特别是当高压线路跨越或邻近有人行道和机动车道时, 可以通过道路两边种植高大阔叶树木来降低地面电场强度, 确保行人和车辆的安全。