К оценке уровня электромагнитного поля (300 ГГц - 300 МГц) в крупном промышленном центре на базе 3D-моделирования и инструментальных измерений

Кудря Михаил Александович – директор (тел.: 8 (495) 643-24-29).

ния, беспроводной связи и т.п. направленно разрабатываются технологии и средства для максимально плотного «радиопокрытия» территорий постоянного проживания населения. Наличие среди участников телекоммуникационного бизнеса борьбы за рынок сбыта услуг ведет к многократному наложению электромагнитных полей, создаваемых конкурирующими компаниями.

Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) в 1995 г. официально введен термин «глобальное электромагнитное загрязнение окружающей среды», тем самым включившей проблему электромагнитного загрязнения в перечень приоритетных для человечества. ВОЗ реализует Международный электромагнитный проект (WHO International EMF Project), что подчеркивает актуальность и значение, придаваемое международной общественностью этой теме.

Исследования уровней электромагнитных полей (ЭМП), в том числе в контексте оценки экспозиции населения, выполнялись в рамках отдельных научных проектов [1, 7, 12, 15, 16] или комплексных программ, таких, к примеру, как европейская научная программа COST244bis [18]. Ряд авторов рассматривают электромагнитные поля как факторы риска развития злокачественных новообразований [3, 12]. Имеются данные о влиянии электромагнитных излучений в диапазоне радиочастот на формирование неканцерогенных рисков нарушения здоровья населения [11, 13–15, 23, 24]. Встречаются публикации, свидетельствующие о недоказанности некоторых эффектов для здоровья [21]. Однако все исследования в целом подтверждают актуальность изучения воздействия ЭМП на организм человека. В любом случае документы ВОЗ и других международных организаций требуют при оценках безопасности объектов неионизирующего излучения придерживаться принципов предосторожности [17, 22, 25–28]. Это тем важней, что, по мнению многих авторов, в стране имеет место недооценка опасности ЭМП для здоровья, отсутствует системный мониторинг фактора и средства индивидуальной дозиметрии ЭМП.

Следует отметить, что крайне мало исследований при организации и проведении измерений ЭМП уделяется оценке экспозиции как меры контакта фактора с человеком. Сложность корректной оценки экспозиции отмечается многими исследователями. Например, данные, собранные в разных странах в рамках программы СOST224bis об уровнях ЭМП в зонах расположения базовых станций сотовой связи, находились в диапазоне от 0,000001 до 48 мВт/м2. В серии исследований, проведенных на территории Германии, Франции, Швейцарии, также получены данные, отличающиеся друг от друга на несколько порядков: при средних значениях ЭМП на уровне 0,027–0,09 мВт/м2 максимум составлял 3,5 мВт/м2 [19, 28]. В работах отечественных исследователей приведены данные о том, что плотность потока энергии от базовых станций составляет от 0,1 до 5 мкВт/см2. Значительный разброс результатов измерений свидетельствует о необходимости поиска унифицированных подходов к формированию программ наблюдений, методов и протоколов измерений.

В отчете научного комитета по электромагнитным полям Швеции (SSM’s Scientific Council on Electromagnetic Fields, 2016), содержащем наиболее актуальный на текущий момент мета-анализ результатов исследований в системе «электромагнитные поля – здоровье населения», отмечается необходимость общего повышения качества и доказательности эпидемиологических исследований [19].

Последнее особенно важно при проведении санитарно-гигиенических оценок, исследований, расследований, экспертиз в условиях городских поселений. Это объясняется тем, что, по данным ряда авторов, проблема электромагнитного загрязнения усугубляется сложным взаимодействием электромагнитного поля с объектами городской среды (отражением, дифракцией волн), разнонаправленностью антенн, вертикальной изменчивостью поля и т.п. [8–11]. Именно гигиеническая оценка должна лежать в основе планирования и застройки городов высотными зданиями, в том числе предназначенными для постоянного проживания [2]. Актуальным является также совершенствование методов анализа и прогноза санитарно-гигиенической ситуации при выборе мест размещения новых источников излучения (например, базовых станций сотовой связи), установления или снятия ограничений по высотности застройки вблизи передающих радиотехнических объектов (ПРТО) и оптимизации системы точек контроля уровней электромагнитных полей [5]. При этом оптимальным представляется сочетание расчетных методов и прямых измерений, что позволяет при снижении затрат на натурные исследования иметь инструмент для масштабных оценок и ситуационного моделирования [2].

Важность и актуальность разработки методических подходов к построению динамиче- ских 3D-карт электромагнитного загрязнения территорий для задач градостроительного планирования, оптимизации социально-гигиенического мониторинга, последующих гигиенических оценок определили цель и задачи настоящего исследования [2, 5].

Цель исследования состояла в разработке и верификации инструментальными методами динамической трехмерной векторной карты электромагнитных полей крупного промышленного центра в сопряжении с тематической пространственной информацией о местах постоянного проживания населения.

Были поставлены задачи: инвентаризации основных источников ЭМИ, расположенных на территории города, определения их характеристик, расчета ЭМП на всей территории города на 22 разных высотах от 2 до 75 м над уровнем основания источника, критериальной оценки полученных результатов, зонирования территории города по уровням ЭМП и верификации полученных результатов прямыми измерениями фактора.

Материалы и методы. Объектом исследования являлись территория и население г. Перми – крупного промышленного центра Западного Урала. Общая площадь поселения – 720 км², население порядка 1 млн человек. Для территориальной привязки использовали векторную карту города в среде геоинформационной системы ArcGIS, версия 9,3 (общая площадь расчетного прямоугольника 1,085 тыс. км²).

Обработку собранных первичных данных осуществляли как в общепринятых программах, например Microsoft Excel, с последующей возможностью передачи данных в программные средства для расчетов уровней ЭМП.

В расчетах учтены объемные параметры 31 949 зданий, в том числе маркированы 17 307 жилых и 3160 административных зданий, 307 дошкольных и 105 школьных общеобразовательных учреждений. Данные о 2011 источниках ЭМИ по г. Перми предоставлены ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Пермском крае». В базу данных вошли объекты телекоммуникационной деятельности и оборудования, которые являются причиной насыщения окружающей среды электромагнитной энергией в различных диапазонах:

– 30…300 МГц (10…1 м) – подвижная связь, частотно-модулированное радиовещание (УКВ), телевизионное вещание, скорая помощь;

– 0,3…3 ГГц (100… 10 см) – радиорелейные линии, подвижная связь, радиолокация, радионавигация, телевизионное вещание;

– 3…30 ГГц (10…1 см) – радиолокация, спутниковая связь, подвижная связь, метеорологические локаторы, радиорелейные линии;

– 30…300 ГГц (10…1 мм) – радиолокация, спутниковая связь, радиорелейные линии, радионавигация.

Базовые станции сотовой связи излучают электромагнитную энергию в диапазоне частот от 463 до 2200 Гц. Учитывали, что антенны базовых станций устанавливаются на высоте 15–100 метров от поверхности земли на уже существующих постройках (общественных, служебных, производственных и жилых зданиях, дымовых трубах промышленных предприятий и т. д.) или на специально сооруженных мачтах.

В качестве основы для выполнения оценки существующего уровня воздействия ЭМП был использован специализированный программный продукт ПК АЭМО 4.0, МУК 4.3.1167-02 «Определение плотности потока энергии электромагнитного поля в местах размещения радиосредств, работающих в диапазоне частот 300 МГц – 300 ГГц» и МУК 4.3.1677-03 «Определение уровней электромагнитного поля, создаваемого излучающими техническими средствами телевидения, ЧМ радиовещания и базовых станций сухопутной подвижной радиосвязи».

Расчеты проводили в городской системе координат в 109 тысячах точек. Каждый расчет формировал картину распространения ЭМП в плоскости на заданной высоте, что позволяло установить уровень экспозиции в контрольной точке по результатам «среза» и построить 3D-модель загрязнения.

В качестве критериев допустимого уровня ЭМП рассматривали гигиенические нормативы, установленные в СанПиН 2.1.8/2.2.4.1383-03 «Гигиенические требования к размещению и эксплуатации передающих радиотехнических объектов» и СанПиН 2.1.8/2.2.4.1190-03 «Гигиенические требования к размещению и эксплуатации средств сухопутной подвижной радиосвязи». В соответствии с указанными СанПиН в диапазоне 30 МГц – 300 ГГц предельно допустимые уровни для населения составляют 10 мкВт/см2

Инструментальные исследования, верифицирующие расчеты, были выполнены лабораторно-испытательным центром ООО «Центр санитарии и эпидемиологии», г. Москва (аттестат аккредитации № RA.RU.21ЦСО1 от 29.01.2016 г.). Плотность потока энергии измеряли в соответствии с МУК 4.3.1.67-02 «Определение плотности потока энергии электромагнитного поля в местах размещения радиосредств, работаю- щих в диапазоне частот 300 МГц – 300 ГГц» измерителем уровней электромагнитных излучений ПЗ-41. В течение года выполнено 80 замеров на разных высотах в жилых и общественных зданиях в зонах наибольшей расчетной плотности потоков энергии.

Результаты и их обсуждение. Установлено, что внешнесредовую нагрузку в краевом центре формирует 2011 источников телекоммуникационной деятельности и оборудования, которые являются причиной насыщения окружающей среды электромагнитной энергией в различных диапазонах. Сформирована база данных об источниках электромагнитного излучения, в которую включены:

– 1666 базовых станций подвижной связи с мощностью передатчиков от 10 до 20 Вт, которые расположены равномерно по всей территории города, излучают электромагнитную энергию в диапазоне частот от 400 до 3000 Гц, установлены на высоте 15–100 метров от поверхности земли на уже существующих постройках (общественных, служебных, производственных и жилых зданиях, дымовых трубах промышленных предприятий и т.д.) или на специальных мачтах;

• –    248 единиц радиорелейных линий связи, образованных цепочками ретрансляционных радиостанций;

• –    95 антенн, составляющих антенные поля трех передающих радиоцентров различной ведомственной принадлежности;

• –    2 трассовых обзорных радиолокатора с мощностью передатчиков 4100 Вт, работающих на частоте 3000 МГц, и иные источники излучения.

Источники на территории города расположены неравномерно. Наибольше число источников ПРТО расположено в центральной части города на участках повышения рельефа. Практически все источники размещены непосредственно в селитебных зонах или максимально приближены к ним.

По результатам проведения всего спектра расчетов уровней ЭМП на высотах от 2 до 70 метров был получен массив расчетных точек в границах расчетного параллелепипеда с результатами расчетов уровней ЭМП на каждой отдельно взятой высоте. В результате сопряжения полученных результатов с векторными слоями зданий и сооружений с учетом высотности застройки была получена трехмерная картина распределения воздействия, фрагмент которой представлен на рис. 1.

Рис. 1. Пример трехмерной визуализации уровня ЭМП (высоты от 3 до 35 м над уровнем земли)

Расчеты и последующее картографирование ЭМП на территории города показали отсутствие превышений ПДУ в городской черте.

Наибольший ожидаемый уровень ЭМП в исследованном диапазоне составил 15,2 КБ в зоне размещения радиолокатора аэропорта, осуществляющего связь воздушно-транспортных средств с диспетчерской. Объект находится в нескольких километрах за чертой города на территории Пермского района. В настоящее время в зоне с ненормативным уровнем ЭМП расположена жилая застройка и даны рекомендации для генерального плана города.

Порядка 80 % всех расчетных точек характеризовались параметрами ЭМП в диапазоне 1–10 КБ. Максимальные значения находились в диапазоне 4,0–5,5 КБ и были установлены на высотах 4–7-х этажей в разных зонах города (рис. 2).

С увеличением высоты расчетные значения ЭМП в целом по городу возрастали, достигая максимума на уровнях 9–18 м, затем постепенно снижались, продолжая оставаться более высокими, чем в приземном слое.

Площадь территории с уровнем 1–10 КБ в пределах расчетного прямоугольника на высоте 3 м (первые этажи зданий) составляла 5,86 км2, на высотах 12 м (2–4-е этажи зданий) – 20,9 км2, на высоте 30 (9–11-е этажи зданий) – 13,6 км2, на высотах 48 м – порядка 14,5 км2.

В зонах, характеризующихся плотностью потока энергии от 1 до 10 КБ, где были выполнены и инструментальные исследования, расположены около 1000 домов, в которых на текущий момент проживает около 145 тысяч человек. Количество жителей, постоянно проживающих в зонах наибольшего расчетного электромагнитного загрязнения исследованного диапазона (более 3 КБ), составляет порядка 15 тысяч человек. Здесь же расположен ряд детских дошкольных и школьных учреждений (рис. 3).

Рис. 2. Уровень электромагнитного поля на территории г. Перми на разных высотах от поверхности земли: а – 3 м; б – 6 м; в – 18 м; г – 30 м

ед. КБ

■ 0.0035 ■ 0,01 ■ 0,02 ■ 0,03 ’ ; 0,04 S 0,06 ■ 0,07 0,08

■ 0,10 0.12 0.15 0.17 0,20 0,22 0,25 0,29 0,33 0,38 0,44 0.51 0,59 0.68

■ 0,77 ■ 0.88

■ 1,10 ■ 1,17

■ 1,35 ■ 1,53

■ 1.84 ■ 2,16 ■ 3,00 ■ >10

Рис. 3. Уровень ЭМП в центральной части города и расположенные в зонах влияния ПРТО детские дошкольные учреждения (обозначены синим цветом)

Показатели интенсивности ЭМП на разных этажах жилых зданий в центральной части г. Перми в зоне повышенных расчетных величин КБ

Инструментальные измерения показали довольно высокую сходимость с расчетными показателями. Уровни ЭМП по данным натурных исследований в «красно-оранжевой зоне», для которой по результатам моделирования ситуации расчетами был определен уровень ЭМП от 0,3 до 3,0 КБ, характеризовались средней измеренной величиной ППЭ на уровне 0,52 мкВт/см2.

Полностью нашел подтверждение факт изменения плотности потока энергии по высотам. Для Перми «критическими» на исследованном участке явились высоты 18–25 м над основанием здания (таблица). Именно на этих высотах были зафиксированы наиболее высокие уровни ЭМП (таблица).

В силу того что исследования заведомо выполнялись в местах потенциально наибольших уровней ЭМП, инструментальными исследованиями был выявлен ряд превышений критерия безопасности. В 9 из 80 проб критерий безопасности был выше 1,0, кратность превышения составила почти 6 раз. Максимальный уровень плотности потока энергии (31,29 мкВт/см2) с учетом неопределенности «+» U+ (26,68 мкВт/см2), что составило 5,8 КБ, был зафиксирован на высоте порядка 18 метров. В этом же жилом доме, на верхнем, 5-м, этаже при следующем замере зарегистрирован показатель 2,35 КБ при максимальном уровне плотности потока энергии 12,73 мкВт/см2, с учетом неопределенности «+» U+ – 10,85 мкВт/см2. Повторные нарушения гигиенических нормативов свидетельствуют об актуальности системного мониторинга уровней ЭМП, оценки рисков для здоровья жителей и обоснования последующих решений по минимизации рисков.

Выводы. В целом проведенные исследования позволили сделать вывод об адекватности общей оценки ситуации на основе расчетных методов в среде геоинформационной системы. Базисом и основным условиям качественной оценки является формирование максимально полной и корректной базы данных об источниках электромагнитного загрязнения города и их геокодирование с применением векторной карты территории.

В проведенном исследовании установлено, что наибольшие уровни электромагнитного загрязнения на исследованной территории краевого центра формируются на уровнях 18–25 метров над основанием зданий, что определяется спецификой размещения излучающих и принимающих антенн.

В зонах наибольшей расчетной плотности потока энергии на высотах 18–25 метров регистрируются превышения допустимых уровней ЭМП с кратностью до 4–6 раз, что требует настороженности относительно безопасности среды обитания для диц, постоянно проживающих на исследованной территории.

Полученные данные предназначены для обоснования точек инструментальных измерений в рамках специальных исследований или социально-гигиенического мониторинга, а также для последующей оценки экспозиции и риска для здоровья. В рамках эпидемиологических исследований материалы могут быть использованы для сопряженного пространственного анализа уровней потока энергии и заболеваемости взрослых и детей болезнями, доказанно или вероятностно ассоциированными с электромагнитным излучением (лейкозы, менингиомы, болезни крови и т.п.).

Показатель	Точки проведения измерений
	Придомовая территория	1–2-е этажи (3–6 м)	3–5-е этажи (9–15 м)	6–9-е этажи (18–27 м)	10–14-е этажи (30–42 м)
Средний уровень ППЭ, мкВт/см2	0,91	0,96	1,58	4,21	1,30
Неопределенность «–» U–	0,45	0,47	0,78	2,07	0,64
Неопределенность «+» U+	0,77	0,82	1,35	3,59	1,11
∑ (Е/ПДУ)2	0,04	0,16	0,07	0,13	0,09
КБ ср	0,20	0,34	0,35	0,87	0,32
Максимальный уровень, ППЭ, мкВт/см2	1,64	2,56	12,73	31,29	4,21
Неопределенность «–» U–	0,81	1,26	6,25	15,37	2,07
Неопределенность «+» U+	1,39	2,18	10,85	26,68	3,59
∑ (Е/ПДУ)2	0,01	0,57	–	–	0,25
КБ max	0,31	1,05	2,36	5,80	1,03