北方寒地海綿城市建設——含鹽融雪劑的研究

摘要：為了紓解降雪對交通的影響，環(huán)衛(wèi)部門難以避免會使用融雪劑，雖然使用含鹽融雪劑被認為是道路上清除冰和雪的最便宜和最有效的手段之一，但使用含鹽融雪劑的副作用也較為明顯。北方寒地應用海綿城市技術應用過程中，融雪劑帶來的影響是最難解決的問題之一。對于融雪劑的特點、影響、管理措施等問題，國內的相關研究較少，因此需借鑒歐美發(fā)達國家的管理經驗，本文通過對融雪劑運輸存儲、防冰預濕工程措施等方面進行管理改進，以期降低融雪劑的使用對環(huán)境的影響。

關鍵詞：含鹽融雪劑；北方寒地；最佳管理措施；防冰；預濕

中圖分類號：U418.41 文獻標識碼：A""" 文章編號：

Sponge City Construction in Northern Cold Region：Stuty on Salt Snow Melting Agent

Abstract：In order to alleviate the impact of snowfall on traffic，the use of snow melting agents by sanitation authorities is unavoidable，and although the use of salt snow melting agents is considered to be one of the cheapest and most effective means of removing ice and snow from the road，the side effects of using salt snow melting agents are also obvious.In the application of sponge city technology in the cold region of the north，the impact of snow melting agent is one of the most difficult problems to solve.For the characteristics，impacts，management measures and other issues of snow melting agent，there are few relevant studies in China，so it is necessary to learn from the management experience of developed countries in Europe and the United States，and this paper improves the management of snow melting agent transportation and storage，anti-icing and pre-humidification engineering measures，etc.，in order to reduce the impact of the use of snow melting agent on the environment.

Keywords：salt-containing deicing agent；the cold of the north；best management practices；anti-icing；pre-wet

0 引言

“鹽”可以指任何由陰陽離子結合而成的化合物，在道路上使用的含鹽融雪劑通常有4類氯鹽產品：氯化鈉（NaCl） 是目前使用最廣泛的產品，其次有氯化鈣（CaCl2），另外還有氯化鎂（MgCl2）和氯化鉀（KCl）使用比較少。含鹽融雪劑對路邊的植物生長、鋼混結構、地下水和地下管線都有負面影響[1]。對于融雪劑國內相關的研究比較少，目前最有效的方式是借鑒發(fā)達國家成熟經驗，少走彎路。例如，美國和加拿大早已認識到冬季使用的含鹽融雪劑對環(huán)境的影響。加拿大每年在道路養(yǎng)護中大約使用500萬t的含鹽融雪劑。使用含鹽融雪劑對北方寒地城市應用海綿城市技術存在一定消極影響，為了解決這一難題，本文對含鹽融雪劑進行研究，

1 融雪劑管理

含鹽融雪劑通常應用于路面以防止路面上形成冰層，同時使用含鹽融雪劑也可以讓道路除冰除雪變得容易。如果不用含鹽融雪劑，一旦路面上形成冰層便很難去除。同時，待冰層形成后再使用含鹽融雪劑去融化冰層的效率就會降低[2]。加拿大的環(huán)保法案（一個聯邦政策法案）要求所有地方和區(qū)政府制定含鹽融雪劑管理計劃。

含鹽融雪劑的管理計劃重點如下。

1） 含鹽融雪劑的安全運輸和儲存

冬季下雪前，地方政府通常要購買大量的含鹽融雪劑存放于融雪劑存儲倉庫。如果這些存儲的含鹽融雪劑暴露于自然環(huán)境中，經歷風雨天氣后，地面雨水徑流會把高濃度的含鹽融雪劑帶到地表水或地下水中形成污染。所以存放融雪劑的存儲倉庫和卡車裝卸區(qū)需嚴格封閉。設計存儲倉庫和卡車裝卸區(qū)周圍的路面標高時應注意尋找有坡度的地段，讓地面徑流的流向背離倉庫。所有倉庫地面的雨水徑流必須經過收集處理才可排放。倉庫的選址應當遠離地表水、對鹽敏感的區(qū)域和其他要求嚴格環(huán)境保護的區(qū)域。

2） 文檔管理

嚴格記錄相關部門的工作日志并存檔。其文檔可為以后追尋相關工作的歷史記錄提供依據，也為管理者闡述降雪期間的工作內容提供資料。融雪劑的庫存量應滿足2個～3個星期的下雪后溶解量的需求。保持好的文檔管理也能為預測需要的融雪劑庫存量提供依據。

3） 使用含鹽融雪劑和沙子的混合物

含鹽融雪劑通常是和砂混合在一起使用，以提供額外的車輪摩擦力。此方法可以減少融雪劑中鹽的濃度，以防鹽的過度使用。鹽或沙子的混合率在不同地區(qū)有所不同。在許多地區(qū)，30%的鹽和70%的砂是比較常見的配比。含鹽融雪劑和沙子混合使用實際上會降低路面上積雪的清除成本，因為多數情況下鹽和沙子混合產品的成本約為單獨使用含鹽融雪劑成本的一半。

2 融雪劑使用措施改進

在防止道路結冰和除冰過程中，管理者和執(zhí)行者應當注意采取以下措施。

1） 避免浪費含鹽融雪劑

注意不要過度使用含鹽融雪劑，因鹽和氯離子會對環(huán)境造成一定污染，包括淡水資源、自然植被，和其他景觀結構。為防止含鹽融雪劑的過度使用，最佳的做法是用相關設備測量與校準融雪劑潑灑用量，選擇最適于當地的含鹽融雪劑使用量。根據預設好的融雪劑使用量，設備操作人員應把握好每次操作過程中使用了多少融雪劑。在美國馬薩諸塞州，州高速公路部門規(guī)定每條車道使用的含鹽融雪劑≤160 kg/km。

2） 預先潑灑含鹽融雪劑的措施（防冰）

建議在降雪前先潑灑除冰劑。除冰劑可以在地面鋪裝層和雪層之間形成化學鹽水。這層鹽水具有降低冰點的作用，它可以使降落到地表上的冰和（或）雪融化，以便降雪更容易被機械清理，這已被證明是一種有效的平衡環(huán)境和安全問題的措施。在馬薩諸塞州，州高速公路部門規(guī)定對每條車道每公里可以投大約 70 L液態(tài)CaCl2做防冰凍處理。

3） 預濕

預濕含鹽融雪劑和沙子的混合物可以使其效果更顯著，從而減少其需要使用的量。預濕后的融雪劑混合物在潑灑過程中不易被濺到路邊植被上。在美國馬薩諸塞州，州高速公路部門規(guī)定對含鹽融雪劑混合物的預濕率為35升水/t混合物。

4） 使用現代化的設備

使用現代化的設備，諸如特制的雪犁、遠程監(jiān)控、自動除冰噴霧劑、紅外路面溫度監(jiān)視器、路面摩擦監(jiān)測設備，和安裝位置較低的噴頭，都可以幫助減少鹽的使用。

5） 使用正確的含鹽融雪劑

測量表面溫度。了解表面溫度是決定是否使用融雪劑的第一步。需要使用含鹽融雪劑時，根據時間，并不是所有的路面情況都一樣，也不是所有路面溫度都一樣。NaCl （或鹽巖） 通常在-9 ℃～0 ℃的效果最好。MgCl2在-17 ℃～-9 ℃時最有效。CaCl2的使用范圍大約是-26 ℃～-9 ℃。

6） 使用含鹽融雪劑的替代材料

甲醋酸（C2H3KO2）和醋酸鈣鎂Mg2Ca（OAc）是最常用的含鹽融雪劑的替代產品。它們可以有效的除冰融雪而且對環(huán)境無害。但由于成本高，大多數公路管理局選擇不用這些產品。通常而言，甲醋酸（C2H3KO2）和醋酸鈣鎂Mg2Ca（OAc）的成本比一般含鹽融雪劑高了約10倍。

7） 設備升級的長期規(guī)劃

由于資金的原因，很多情況下可能做不到把所有現有設備更新換代，但每個社區(qū)應將設備的更新換代納入長期計劃，通過長期的努力實現減少含鹽融雪劑的使用。

8） 人行道上的除雪

大多數城市和城鎮(zhèn)已建立了地方性法規(guī)，例如要求每位業(yè)主負責清除其負責人行道上的冰雪。這種做法已經被證明是成功保持人行道干凈并減少將公共資源用于人行道除雪的有效辦法。一些地方政府還為其下社區(qū)提供人行道上除雪的含鹽融雪劑和沙子混合物。

3 現有融雪劑特點

在美國馬薩諸塞州，州高速公路部門規(guī)定液態(tài)CaCl2為道路防凍的使用量大約為70 L/車道/km。高速公路部門同時規(guī)定，當溫度降到-25 ℃以下，只在道路上使用砂，因為含鹽融雪劑在此低溫下效果不好，反而會造成浪費。目前加拿大艾伯塔省僅在選定地區(qū)使用NaCl和只在山上使用MgCl2。加拿大艾伯塔省交通局規(guī)定在-10 ℃以上使用NaCl，當溫度低于-10 ℃時則混合使用CaCl2和MgCl2。在冬季道路維護過程中使用含鹽融雪劑的特點見表1。

4 雪的處置

在一般情況下，建議將雪清理到一個臨時堆放站點而不是使用大量含鹽融雪劑將雪融化。雪通常被清理堆積在公路邊，停車場邊或較遠處的處置設施，使其在氣溫升高時自然融化。這種做法可以減少含鹽融雪劑的使用量，減少鹽對環(huán)境的影響。許多政府機構已經建立了雪處置指導方案，為公共機構和私人企業(yè)提供以下指導：雪處置場址選擇、場地準備和維護，為保護自然資源而建立緊急處理方案。

在清理道路、停車場、橋梁、人行道上的積雪時，找場地處置收集到的雪是地方政府和企業(yè)面臨的挑戰(zhàn)。過多積雪會對公眾安全造成一定威脅，同時收集的雪中所含的鹽，砂，垃圾和汽車上的污染物（例如油），也會對公眾健康和環(huán)境造成危害。積雪融化后，鹽、砂、垃圾和其他污染物隨融雪進入地表水或滲透入土壤進入地下水。含鹽融雪劑和其他污染物在一定程度上會污染水源，毒害水生生物。沙子沖入水體會形成沙洲，或填進濕地、池塘，影響水生生物的生長，造成洪水泛濫，影響這些資源的使用。社區(qū)可以采用以下措施以減少雪處置對公眾健康和環(huán)境的影響。這些措施將幫助社區(qū)避免造成飲用水污染、水體退化和洪水。當地政府官員和工作人員在保護水資源中發(fā)揮著極其重要的作用。實施這些措施的目的是幫助市政府和企業(yè)從降雪前到積雪融化的過程中選擇、準備和維護好雪處置場地[3-4]。

4.1 選址

有效的雪處置場地應在鄰近透水的高地表面，或在不透水的高地表面但具有雨水管理系統(tǒng)并且遠離水資源和飲用水資源。在以上地點，雪融水可被土壤過濾，沙子等雜質可以在春天被去除。場地的選擇應避免以下幾種情況。

1） 避免從公共供水的保護區(qū)之外或私人水井25 m之內引入雪，這樣可能會污染水源。

2） 避免把雪倒在任何的水體中，包括河流、海洋、水庫、池塘或濕地。這樣做除了對水質有影響并有可能產生洪澇災害，當雪凍結成冰塊時還會造成航行危險。

3） 避免把雪倒在地下水位高的地區(qū)，會污染地下水。

4） 避免把雪倒在填埋場和砂石場。雪融水將增加填埋場垃圾滲濾液，對地下水造成危害。在砂石場，雪融水中的污染物不容易被土壤過濾，這是由于地下水接近地表面。

5） 避免把雪倒在雨水收集洼地或溝渠。雪混合泥沙和雜物可能堵塞雨水排水系統(tǒng)，造成當地洪澇災害。當積雪融化后，其中夾帶的大量泥沙和垃圾也可能很快被帶入到地表水中。

6） 避免把雪倒在陡峭的坡地或土壤易流失的地方。

7） 避免把雪倒在人們活動的區(qū)域，如廣場和球場等。

8） 避免地下水較淺和基巖有斷裂的地方。所選擇地區(qū)的地表水和地下水之間要有足夠深度的土壤（最低800 mm）。細粒度的肥沃土壤含有較多的有機質，比沙土或基巖更易過濾截留潛在的污染物。

9） 推薦的雪堆放場地選擇程序

選擇適當場地堆積雪是需要當地政府不同部門和機構共同努力的。應采取下列步驟：①預估雪季需要的雪處置能力，以便選擇和準備足夠數量的處置場地。②確定可能會被用于雪處置的地方，如城市開放空間（例如停車場或公園）。應首先選擇對環(huán)境影響較小的高地。③如需要更多的存儲空間，應優(yōu)先考慮對環(huán)境影響最低的地方 （使用地點選擇標準以當地的地圖作為指南）。在可能的情況下，當地政府應該利用地理信息系統(tǒng)，以確定場地與任何其他已知的資源保護領域不沖突。

4.2 場地準備和維護

在入冬前，除了仔細選擇雪堆放場地，還要準備并維護場地使其自身效用最大化。所選雪處置場地應采取下列維護措施：①淤泥柵欄或等效的屏障應穩(wěn)固地安放在雪處置場地的低坡度一邊。②為了過濾雪融水，生長季節(jié)的15 m植被緩沖地應設置在雪堆積場地和鄰近水體之間。③在雪堆積場地使用前，現場應清除垃圾。在雪季結束后或不遲于每年的5月15日，雜物應從現場清除和妥善處理。

4.3 雪處置審批

相關部門應考慮建立規(guī)則和條例，以促使當地政府和企業(yè)通過下列審批程序之一適當地進行雪處置。

1） 例行的雪處置——當雪堆積在滲透的高地或不滲透的高地但有雨水管理系統(tǒng)時，需要進行行政審查。使用滲透的高地而不是濕地可以過濾雪融水，補給地下水。

2） 這一過程將最大可能地處理大部分的積雪，直到每一個社區(qū)盡最大可能提供雪處置場地。雪處置場地的地位將有助于促進提升每個社區(qū)的例行雪管理能力。

3） 緊急認證——如果一個社區(qū)或企業(yè)證明沒有可行的高地來處置雪，政府可以發(fā)出緊急認證，使雪處置場地可以靠近濕地、某些開放的水域和某些濕地資源領域，即在洪泛平原內。在這種情況下，緊急認證只能由政府公共機構發(fā)出，基于保障公共健康和安全的需要。在這種緊急情況下使用以下指南：①雪處置在開闊的水面，有充足的流動與混合，并防止冰壩形成。②不要把雪處理在鹽沼、植被的濕地、環(huán)境敏感地區(qū)、貝類養(yǎng)殖場、泥灘、飲用水水庫的支流和保護區(qū)的公共或私人供水井。③不要把雪處置在卡車的行進路線上，可能損害海岸線或侵蝕。

4） 緊急聲明——在遇到極端惡劣天氣事件時，地方政府可發(fā)出緊急聲明，在處置雪的做法上允許市政部門具有更大的靈活性。緊急聲明通常授權更多雪處理選項，但同時需保護公共飲用水供應、水池、土地包含貝類、指定泄洪地、沿海沙丘和鹽沼特別敏感資源。如果高地處置場地都已用盡，地方政府發(fā)出的緊急聲明可以允許雪處置在附近水體。在這種情況下，處置地點和水體之間仍將保持15 m以上的緩沖區(qū)。此外，至關重要的是遵循準備和維護雪處置場地的其他準則，以盡量減少對鄰近水體的威脅。在特殊條件下，當陸地雪處置的所有選項都已用盡，地方政府發(fā)出的緊急聲明也可以把雪在一定條件下處置在某些水體中。

5 結語

中國北方寒冷地區(qū)冬季含鹽融雪劑的使用帶給環(huán)境的負面影響，明顯，但使用含鹽融雪劑又是在冬天下雪期間保持道路安全的必要手段。多年來，政府已采取了很多減少含鹽融雪劑對環(huán)境的影響措施，也進行了很多減少含鹽融雪劑對環(huán)境影響的研究，本文結合國內外融雪劑使用經驗和最佳管理措施，可通過對雪進行合理處置，優(yōu)化場地選擇，促進雪處置審批流程等方式，從而盡可能將融雪劑影響降低，減小環(huán)境污染負荷。

參考文獻

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