基于SWAT模型的滑雪场融雪剂迁移与积累研究

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我国冰滑雪行业快速发展,滑雪运动场所一般在山区,其道路和停车场等交通设施密集,在应对冰雪天气时不可避免大量使用融雪剂。融雪剂工作原理是通过降低冰点融化道路上的积雪,给我们带来很多便利,但它的很多危害也慢慢为人所知。融雪剂随地表径流在土壤、水系中迁移与积累,对水体、水生生物、土壤、陆地植物和陆地动物都存在影响。现有对融雪剂的研究大多是融雪剂对环境影响的定性研究,本研究选择冬奥会延庆赛区作为研究区域核心,把融雪剂看作非点源污染进行定量研究。力求弥补融雪剂对环境影响定量研究的空白,旨在为融雪剂的工程应用提供参考和指导,为完善融雪剂管理措施提供支撑。考虑到不同类型融雪剂在价格、性能、环境影响等特点的差异性,利用结合灰色关联度的TOPSIS法对不同寒冷程度、不同敏感度等环境下进行融雪剂使用方案择优研究,确定不同环境的不同融雪剂适配方案。在针对研究区域选定融雪剂方案后,在冰雪路面添加融雪剂构成水、冰、融雪剂溶液物理模型(Water-Ice-Salt,简称WIS),以仿真模拟软件Star-CCM+为研究工具模拟融雪过程,确定不同天气状况下的融雪剂标准用量。最后选择研究区域构建SWAT模型,结合天气数据输入融雪剂用量,对研究区域延庆赛区融雪剂在土壤和水系的迁移和积累情况进行模拟预测。本研究利用结合灰色关联度的TOPSIS法评价模型,对氯化钠、氯化钙、氯化镁、氯盐混合型融雪剂和乙酸钙镁这5种常用融雪剂,在四种特定环境高寒高敏地、高寒低敏感地、低寒高敏感地、低寒低敏感地进行融雪剂方案优劣性评价。本研究中选取的融雪剂种类为氯化镁融雪剂。以仿真模拟软件Star-CCM+为研究工具模拟道路除雪过程,考虑环境温度、风速和降雪等级等环境因素,模拟WIS物理模型融化过程。文中共模拟出风速为0m/s、1m/s、2m/s、3m/s,环境温度分别为0℃、-3℃、-5℃、-7℃、-10℃,降雪为小雪、中雪、大雪、暴雪下100种不同环境条件融雪剂用量模拟值。为确定融雪剂在研究区域土壤和水系积累情况,建立研究区域SWAT模型。对研究区域最优融雪剂使用方案进行适配,结合研究区域各子流域的道路、停车场面积,在各子流域输入逐日不同天气状况下的融雪剂标准用量厚度。通过对水系和各子流域在使用融雪剂后氯离子含量变化的模拟结果分析,并对模拟结果和水生生物、植物等耐受性进行比较,可以看出,融雪剂的使用会使研究区域的氯离子含量增长,但仅在研究周期前段2021年到2027年氯离子含量增长较快,2027年后氯离子含量增长逐渐稳定,并基本不会对水体和土壤等环境造成很大影响。
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