（热能工程专业论文）流体加热道路融雪传热传质特性研究.pdf

中文摘要 流体加热道路融雪是近年来发展起来的一项交通养护技术，对于交通安全、 节约能源和环境保护具有重要意义。本文以基于太阳能、地热能等可再生热源的 流体加热道路融雪系统为研究对象，主要针对融雪过程中的有关传热传质过程展 开了一系列基础理论与实验研究，为进一步优化设计与规模化应用提供了指导依 据。概括起来，本文的主要研究工作如下： 1 ) 路面温度场特性研究 建立了路面温度场的三维非稳态导热模型，并对“路面雪层环境”的复杂传 热传质边界进行了处理。通过b r i a na d i 格式算法，对上述模型进行数值求解， 并基于v i s u a lb a s i c 平台，开发了一个通用型的道路融雪模拟分析软件，可输出 路面温度场、雪层厚度、液膜厚度以及路面待融特征曲线等重要结果。 在太阳能辐射模型研究方面，对吴赣昌模型进行了修正，并基于m a l l a t 算法 和d a u b e c h i e s 系列小波，建立了连续太阳能辐射的小波变换模型。模拟结果表 明，该模型在时域和频域都具有良好的分析能力，而且可以推广至其它有关的太 阳能光热应用领域。 2 ) 道路融雪过程数值模拟 在上述温度场分析软件基础上，分别对待融过程、融雪过程和融后过程进行 了模拟研究。在待融过程中，定义了零度界线、零度时间等概念，提出了路面温 度场波动模型，其中考虑了管内流体温度的衰减效应。给出了具有普遍意义的路 面待融特征曲线，将待融负荷、待融时间、融雪等级与降雪速率紧密联系起来。 在此基础上，提出了一种基于图解法的改进融雪热负荷模型。 在融雪过程中，对雪层区域类型及其特性进行了分析，并建立了“路面一雪层 环境”的传热传质模型，其中考虑了雪层多孔结构引起的毛细作用。对各种气象 条件下的动、静态融雪过程进行了数值模拟。结果表明，与加热温度相比，融雪 管道布置对于融雪过程的影响更为明显。此外，合理的待融过程能够有效地缩短 融雪时间。在融后过程中，建立了路面液膜蒸发过程的传热传质模型，并对各种 气象条件下的液膜蒸发过程进行了数值模拟。结果表明，气象参数对融后工况的 影响程度有所不同，基本顺序为：太阳辐射强度 环境温度 环境风速 相对湿度。 在此基础上，提出了一种有利于系统节能的折中加热方案。 3 ) 道路融雪实验研究 建立了一个小型道路融雪实验系统，采用基于径向热流的直接加热法获得了 水泥混凝土路面的导热系数，并初步分析了含水率对路面传热过程的影响。 通过冰雪物理特性、融化面积比、融化速率和融化时间等分析，获得了不同 气象条件下路面的融雪化冰规律，并与理论模拟结果进行了对比。在融化面积比 分析中，采用了基于数码成像和p h o t o s h o p 软件的图像处理方法。实验表明，在 o c 附近，碎冰密度为6 0 5 - - 6 9 0 k g m 3 ，人工雪密度为2 2 5k g m 3 ，自然雪密度为 1 2 5k g m 3 ，而且冰雪的密度与环境温度有直接关系。 融化面积比曲线可分为初始期、缓速期和加速期等三个阶段，且冰和雪的临 界融化面积比有所不同。冰层融化过程中容易存在“翘层”现象，一定程度上会延 缓融化时间，而融雪过程通常不会形成“翘层”现象。就融化速率而言，大小顺序 为：碎冰 实冰 人工雪 自然雪。对于相同厚度的冰雪层，融化时问顺序为：自 然雪 人工雪 碎冰 实冰。 4 ) 雪的物理特性模型 建立了一个计算雪层毛细平衡高度的简化数学模型，使用范围为1 0 0 , - - - 4 0 0 k g m 3 。基于分形理论，构建了一个描述新雪生长过程的随机模型。通过分形维 数分析，初步揭示了运动随机性与多孔结构之问的联系。建立了新雪孔隙率、密 度以及导热系数等参数的数学模型，给出了一个新的导热系数随密度变化的关联 式，且在1 0 0 , - - - 1 5 0 k g m 3 范围内具有较好的模拟精度。 关键词： 道路融雪，流体加热，路面温度场， 传热传质，融雪时间，融化面积比 a b s t r a c t h y & o m cs n o wm e l t i n g i san e wt y p eo fr o a dm a i n t e n a n c et e c h n o l o g yd e v e l o p e d i nr e c e n ty e a r s i tp 1 a y sa n i m p o r t a n tr o l e i nt r a f f i cs a f e t y , e n e r g ys a v i n ga n d e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n a i m i n ga th y d r o n i cr o a ds n o w - m e l t i n gs y s t e m sb a s e do n r e n e w a b l ee n e r g yi n c l u d i n gs o l a ra n dg e o t h e r m a le n e r g y , t h eb e h a v i o ro fh e a ta n d m a s st r a n s f e r d u r i n g t h e s n o w - m e l t i n gp r o c e s s i ss t u d i e d t h e o r e t i c a l l y a n d e x p e r i m e n t a l l yi nt h ep r e s e n tw o r k , w h i c hc a nb et a k e na sr e f e r e n c e sf o rs y s t e m d e s i g na n dl a r g e s c a l ea p p l i c a t i o n si nf u t u r e m a i nc o n c l u s i o n sa r es u m m a r i z e da s f o l l o w s ： 1 ) c h a r a c t e r i s t i c so ft h ep a v e m e n tt e m p e r a t u r ef i e l d at w o d i m e n s i o n a lt r a n s i e n th e a tc o n d u c t i v em o d e li sp r e s e n t e da n db o u n d a r y c o n d i t i o n sa m o n gt h ep a v d m e n t s n o wl a y e r sa n dt h ea m b i e n ta r ec o n s i d e r e d u s i n g b r i a na d ia l g o r i t h m t h em o d e li ss o l v e dn u m e r i c a l l ya n das n o w m e l t i n gs i m u l a t i o n p r o g r a mi sd e v e l o p e db a s e do nt h ec o m p i l e ro f v i s u a lb a s i c t h i sp r o g r a mc a no u t p u t s o m ei m p o r t a n tr e s u l t si n c l u d i n gt h ep a v e m e n tt e m p e r a t u r ef i e l d ，t h eh e i g h to fs n o w l a y e r s ，t h eh e i g h to fl i q u i df i l ma n d t h ei d l i n gc h a r a c t e r i s t i cc h iv e 。 f o rt h es o l a rr a d i a t i o nm o d e l 也ee r r o ro fw r u m o d e ld u r i n gt h ee x p a n s i o no f f o u r i e rs e r i e si sm o d i f i e d b a s e do nm a l l a ta l g o r i t h ma n dd a u b e c h i e s - t y p ew a v e l e t s ， an e ww a v e l e tt r a n s f o r mm o d e li sp r e s e n t e df o rc o n t i n u o u ss o l a rr a d i a t i o n s i m u l a t e d r e s u l t ss h o wt h a tt h em o d e lh a sab e t t e ra n a l y s i sc a p a c i t yo nb o t ht i m ed o m a i na n d f r e q u e n c yd o m a i n ，a n dc a na l s ob eu s e di no t h e rs o l a rp h o t o t h e r m a la p p l i c a t i o n s 2 ) n u m e r i c a ls i m u l a t i o no fr o a ds n o w - m e l t i n gp r o c e s s 髓ew h o l es n o w - m e l t i n gp r o c e s s ，i n c l u d i n gt h ei d l i n gp r o c e s s ，t h es n o w m e l t i n g p r o c e s sa n dt h ea f t e r - s n o wp r o c e s s ，i ss i m u l a t e d f o rt h ei d l i n gp r o c e s s ，s o m et e r m s i n c l u d i n gt h ez e r ob o u n d a r ya n dt h ez e r ot i m ea r ed e f i n e d , a n daw a v e s h a p e dm o d e l o ft h ep a v e m e n tt e m p e r a t u r ef i e l di sp r e s e n t e d ，w h i c ht a k e st h ed e c a y i n ge f f e c to ft h e f l u i dt e m p e r a t u r ei n t oa c c o u n t ag e n e r a li d l i n gc h a r a c t e r i s t i cc u r v ea n da ni m p r o v e d i d l i n gm o d e l ，l i n k i n gt h ei d l i n gl o a d ，t h ei d l i n gt i m e ，t h es n o w f a l lv e l o c i t ya n d s n o w m e l t i n gc l a s s e s ，a r ep r e s e n t e d f o rt h es n o w m e l t i n gp r o c e s s ，t h et y p e sa n dc h a r a c t e r i s t i c so fs n o wl a y e r sa r e a n a l y z e d a n dt h eh e a ta n dm a s st r a n s f e rm o d j e la m o n g t h ep a v e m e n t , s n o wl a y e r sa n d t h ea m b i e n ti se s t a b l i s h e db a s e do nt h ec a p i l l a r ye f f e c to f p o r o u sm e d i a d y n a m i ca n d s t a t i cs i m u l a t e dr e s u l t su n d e rd i f f e r e n tc o n d i t i o n ss h o wt h a t , c o m p a r e dw i t ht h e h e a t i n gt e m p e r a t u r e ，t h el a y o u to fe m b e d d e dp i p e sh a sm o r eo b v i o u se f f e c t so nt h e s n o w m e l t i n gp r o c e s s b e s i d e s ，ap r o p e ri d l i n gp e r i o dc a ne f f e c t i v e l yr e d u c et h e s n o w m e l t i n gt i m e f o rt h ea f t e r - s n o wp r o c e s s ，ah e a ta n dm a s st r a n s f e rm o d e lf o rt h e e v a p o r a t i o no ft h el i q u i df i l mo np a v e m e n t si se s t a b l i s h e d s i m u l a t e dr e s u l t ss h o w t h a tt h eo r d e ro fw e a t h e rp a r a m e t e r sa f f e c t i n gt h ee v a p o r a t i o ni sa sf o l l o w s ：s o l a r r a d i a t i o n a m b i e n tt e m p e r a t u r e w i n ds p e e d r e l a t i v eh u m i d i t y a ni m p r o v e d h e a t i n gm o d ei sa l s op r e s e n t e d ，w h i c hi su s e f u lf o re n e r g ys a v i n g 3 ) e x p e r i m e n t a li n v e s t i g a t i o no fas n o w - m e l t i n gs y s t e m as m a l l - s c a l es n o w - m e l t i n ge x p e r i m e n t a ls y s t e mi sb u i l ts u c c e s s f u l l y h e a t c o n d u c t i v i t yo fc o n c r e t ec e m e n tp a v e m e n ti sm e a s u r e du s i n gt h ed i r e c t h e a t i n g m e t h o d ，a n dt h ee f f e c t so fm o i s t u r ec o n t e n to nt h eh e a tt r a n s f e ra r ea n a l y z e d t h r o u g ht h et e s to np h y s i c a lp r o p e r t i e so fs n o wa n di c e ，t h ef r e e a r e ar a t i o ，t h e s n o w m e l t i n gv e l o c i t ya n dt h es n o w - m e l t i n gt i m e ，t h em e l t i n gb e h a v i o ro fs n o wa n d i c eu n d e rd i f f e r e n tw e a t h e rc o n d i t i o n sa r eo b t a i n e da n dc o m p a r e dw i t hs i m u l a t e d r e s u l t s f o rt h ef r e e - a r e ar a t i oc u r v e ，a ni m a g ep r o c e s s i n gm e t h o db a s e do nt h e p h o t o s h o ps o f t w a r ei su s e d e x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a tt h ed e n s i t yo fc r u s h e di c e a r t i f i c i a ls n o wa n dn a t u r a ls n o wa to o ci sa b o u t6 0 5 , - - 一6 9 0 k g m 3 ，2 2 5 k g m 3 ，1 2 5 k g m 3 ， r e s p e c t i v e l y t h ef r e e a r e ar a t i oc u r v ec a nb ed i v i d e di n t ot h r e es t a g e s ：i n i t i a ls t a g e s l o ws t a g e a n dr a p i ds t a g e f o ri c ea n ds n o wl a y e r , t h ec r i t i c a lf r e e a r e ar a t i oi sd i f f e r e n t d u r i n g t h ei c e - m e l t i n gp r o c e s s ，t h ea i r - l a y e rp h e n o m e n o nb e t w e e n t h er o a ds u r f a c ea n dt h e b o t t o mo fi c el a y e rm a yo c c u r , w h i c hm a y p r o l o n gt h em e l t i n gt i m et os o m ee x t e n t h 1 c o n t r a s t ，t h ea b o v ep h e n o m e n o nu s u a l l yd o e s n th a p p e nd u r i n gt h es n o w - m e l t i n g p r o c e s s w i 出r e g a r dt ot h ea v e r a g em e l t i n gv e l o c i t y ( g m a n ) t h eo r d e ri sa sf o l l o w s ： c r u s h e di c e s o l i di c e a r t i f i c i a ls n o w n a t u r a ls n o w f o rt h es a m et h i c k n e s s h o w e v e r , t h eo r d e ro ft h em e l t i n gt i m ei sa sf o l l o w s ：n a f i a r a ls n o w a r t i f i c i a ls n o w c r u s h e di c e s o l i di c e 4 ) m o d e lo fp h y s i c a lp r o p e r t i e so fs n o w a s i m p l i f i e dm o d e lf o rt h ec a p i l l a r yh e i g h ti ns n o wi sb u i l ta n ds u i t a b l ew i t h i n t h er a n g eo f10 0 - - - 4 0 0 k g m 3 af r a c t a lm o d e li sp r e s e n t e dt od e s c r i b et h er a n d o m g r o w t hp r o c e s so ff r e s hs n o w t h ei n t r i n s i cr e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h em o v e m e n t r a n d o m n e s sa n dp o r o u ss t r u c t u r ei sr e v e a l e d b e s i d e s ，an e wa l g o r i t h mo nt h eh e a t c o n d u c t i v i t yv a r y i n gw i t ht h ed e n s i t yi so b t a i n e d , w h i c hh a sag o o da c c u r a c yw i t h i n t h er a n g eo f1 0 0 1 5 0 k g m 3 k e yw o r d s ：r o a ds n o wm e l t i n g ，h d r o n i ch e a t i n g ，p a v e m e n tt e m p e r a t u r ef i e l d , h e a ta n dm a s st r a n s f e r , s n o w m e l t i n gt i m e ，f r e e a r e ar a t i o 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨壅盘鲎或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作：王吁 签字嗍训7 年m 幻日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解墨盗盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权叁鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学雠文储躲玉吁 签字日期：u 口7 年p - 月劢日 导师签名：瑰锑 i 签字嗍：刁钆堋堋 天津大学博：卜学位论文 第章绪论 1 1 课题研究背景 第一章绪论 交通运输是国民经济的主要动脉之一，而公路与桥梁则是交通运输设施的重 要组成部分，对于整个循环经济发展起着至关重要的作用。根据国家统计公报数 据，截至2 0 0 5 年底，我国公路总长度已达2 0 0 万公里，其中高速公路4 1 万公 里；桥梁3 1 万座，总长度1 2 5 万公里【l j 。 但是，随着道桥里程的跨越增长，交通事故也在大幅度增加，已经成为一个 比较严重的社会问题。图1 1 和图1 2 分别为我国1 9 9 0 , - - - , 2 0 0 4 年间交通事故总量 和交通事故死亡人数的变化曲线【2 】。可以看出，2 0 0 1 , - - - 2 0 0 2 年以前，我国交通事 故增长飞快，2 0 0 2 年后开始出现下滑，说明交通事故在一定程度上得到遏制， 然而死亡人数却基本保持着上升趋势。百公里道路死亡人数和万车死亡率是衡量 道路安全风险的两个重要指标。以2 0 0 2 年为例，我国百公里道路死亡人数为6 , 7 人，美国和日本分别为0 7 人和0 8 人；我国万车死亡率为1 6 2 人，美国和日本 分别为1 9 人和1 2 人。由此可见，我国当前的道路交通安全形势十分严峻，仍 处于事故高发时期【3 】。 路面状况是影响道桥交通事故的一个重要因素，尤其是在北方冬季，经常会 出现较为恶劣的天气条件，使交通运输的安全性经受很大考验。徐丽丽【4 j 等人研 究表明，在我国交通事故中，道路条件因素的影响比例约占4 5 ，而国外约占 1 0 。根据交通部统计，2 0 0 5 年全国共发生道路交通事故4 5 0 2 5 4 起，呈“马鞍 型”分布规律，即年末年初月份事故最多，中间月份事故相对较少垆j 。 在影响冬季路面状况的诸多因素中，积雪结冰问题最为关键，常常导致一系 列的负面连锁反应。有关方面对世界范围内大中城市的调查结论表明【6 j ，道桥积 雪结冰引起的交通事故约占冬季交通事故总量的3 5 。此外，道桥积雪经车辆 辗压后，容易形成坚硬的实雪层或冻冰层，造成路面摩擦系数减小，使车辆运行 速度下降约2 3 ，大大降低了车辆使用效率。j e l i s e j e v s 。7 】等人对拉脱维亚洲际公 路网的调查分析还指出，由于道桥积雪结冰，致使车辆的燃料消耗增加约3 3 ， 同时尾气排放量也大幅增加。 道桥积雪结冰还往往伴随着巨大的经济损失，这方面的报导更是屡见纸端。 1 9 9 6 年1 月，美国东北部由于暴风雪交通中断4 天，直接经济损失达1 0 0 亿美 元。2 0 0 5 年1 1 月，德国西北部连续降雪，导致2 0 0 0 多起交通事故，直接经济 天津大学博：l 学位论文第一章绪论 损失达1 亿欧元【8 j 。根据不完全统计，我国每年因各类降雪造成的直接经济损失 为4 0 - - 一2 0 0 亿元，约占全部自然灾害损失的2 - 1 0 t 9 1 。2 0 0 5 年1 2 月，山东威 海、烟台等地遭遇一次持续1 5 天的特大暴风雪，直接经济损失达3 7 亿元。2 0 0 6 年2 月，京津地区因大范围降雪造成高速公路、机场等交通一度中断，直接经济 损失达5 。5 亿元。限于篇幅，类似情况不再逐一列举。 1 9 9 01 9 9 2 1 9 9 41 9 9 61 9 9 82 0 0 0 2 0 0 22 0 0 4 年份 图1 1 我国交通事故统计 r 、 籁 3 o 8 6 4 2 0 受t軎旺暴岍褪 天津大学博二b 学位论文第章绪论 表1 3 黑龙江城i 道路靖雪规范 融雪剂用最g 秆 温度范阿 小雪中雪 大雪 1 0 152 0 - - 3 0 1 2 2 3 融雪荆的负面效应 融亏齐i j 的负而l 姓府十要表现存两方丽：道桥腐蚀和环境污染，已经引起世界 各国的高度霞视，分别简迷如r ： 1 道桥腐蚀 氯盐融雪荆对路面结构( 钢筋、混凝土、沥青等) 具有强烈的腐蚀性，通常 在1 0 18 f t 之内就会严重破坏桥梁结构，是h 前威胁道桥安全的t 因之一。氯盐 融雪剂对混凝土破坏能力的排列次序为：氯化钾 氯化镁 氯化钙 氯化钠。 根据牲略统计i ”j ，每使用1 吨融雪荆，就会造成6 1 5 美元道桥腐蚀损失、1 13 美元车辆腐蚀损失和7 5 戋元植物腐蚀损失，返在某种程度上可以反映出融雪剂的 负面作州。美国商业部统计表明1 2 ，美国每年消耗融雩剂约2 3 亿美元，每年修复 氯盐腐蚀道桥的直接费用为6 43 1 0 l5 亿美元。以1 9 9 9 年为例，美国修复5 83 万 座氯盐腐蚀桥梁( 占总桥梁的1 5 ) 的费用达8 3 亿美元。根据美国交通研究委员 会的调查结果1 2 “，美国每年片j 于新桥氯盐维护的费用为2 5 6 5 亿美元。图17 蚓 11 0 反映了美国公路桥粱氧盐腐蚀的实际情况。 m e n z i e s 口”统显示，在美目氯盐融雪地区，每年车辆腐蚀损失约为2 04 亿 美元。此外，美崮每年还需花费约6 亿美元解决近l8 0 0 0 个大中型停车场的氯盐 腐蚀问题。 篝鬻“i 圈l7 桥梁腐蚀图1 8 桥梁腐蚀 天津大学l 吼i 学化论文 雕 图l9 桥梁睹蚀斟i i o 桥梁脚蚀 1 9 7 2 年，美国在一条高速公路上修建了li 座桥梁，由于氯盐腐蚀问题，频频 山现钢箭开裂现象，截军1 9 8 7 年，维修桥梁的费h j 已经相当于建桥投资的i6 倍 ”。加拿大他用3 0 年以上的桥粱，其中约4 0 因氯盐腐蚀问题而修复或重建。月 麦哥本哈根对1 0 2 座性剧融雪剂的桥梁进行了调查，结祟表明近5 0 桥梁钢筋遭到 严重腐蚀”o 。 我国哈绥公路水泥砼面层工程竣二l _ 两年后发现在撇盐路面上山玑犬面积剥 蚀现象”。北京原两直门桥、东直桥和三元桥都曾出现过混凝十表山粉化脱应、 钢筋锈蚀开裂等氯害现象其巾西直门桥有落水u 的墩柱氯化物古量占混凝上晕 量的02 9 ，侵八量超过8 0m m ，足保护层厚的2 3 倍，钢筋失覃率边笠_ 2 3 i 。天津市也有然建成仪1 0 年的讧变桥，由于氧盐腐蚀而现边梁碱化、 帽梁7 昆凝士裂缝剥落、钢筋锈蚀外露、墩柱严重损坏等现象，同时一些新建不足 5 年的道路路面也开始山现火山积裂缝。 2 环境污染 氯盐融雪剂刘蚪境的污染丰要体现在四个方山：1 ) 士壤结构；2 ) 周围植物； 3 ) 区域水源：4 ) 大气环境。 融雪剖经雪水稀释后，际极少量蒸发外，绝大多数扯流至周同土壤或者城i l 】 水道管网中，并不断被稀释，很难进行处殚。十壤中盐分的祟积作用根容易造 成土质变硬、渗透性差、p h 值升高等- u 题，同刚还会影响植物根部吸收氯分和 水分，j l 起营养失蒯，使i 二妊速度变陧。隋? 兑严重时，植物还会出现c l 中奇玑 蒙，表现为叶了枯巷脱萍，寿命缩短。2 0 0 6 年，北京市市政管委会和同林部门 的项统计显示，北京市城区吲融雪剂所致枯死的行道树达9 0 0 0 多林，绿篱8 5 万株，草坪3 0 万t i l i ”j 。 融雪剂对土壤和植物的影响与距离远近有直接关系。l a c a s s e 3 4 j 等人研究表 明，只有距离公路9 m 以内的植物组织r r 】，才会出现c 】聚集现琢。g i d l e y t ”1 研 究表明，氯盐对距高公路1 2 m 外的绿色灌木不会造成侵害。h a l l 3 6 1 等人研究表明， 天津大学博士学位论文第章绪论 融雪剂对距离公路3 5 m 范围内植物的生长速度有明显影响，7 5 m 以外基本无变 化。1 9 9 0 年，内华达州交通部( n d o t ) 对该州公路两侧3 5 m 范围内的1 5 万棵 树( 2 0 6 个品种) 进行了取样化验，其中l o 1 5 出现了c r 聚集【3 。尽管上述 观点存在一定分歧，但目前多数学者认为：融雪剂对土壤和植物的影响距离分别 为5 m 和3 5 m 。 氯盐融雪剂通常都是强电解质，一旦进入水体( 如溪流、湖水等) 后可能会 破坏原有的电解平衡，对生物以及人类造成侵害。g o d w i n t 3 8 j 等人测试表明，由 于公路喷洒氯盐融雪剂，使新纽约州m o h a w k 河流域的n a + 和c l 一浓度在 1 9 5 2 1 9 9 8 年间分别增长1 2 0 和2 4 3 。但需要指出的是，与植物和土壤相比， 氯盐融雪剂对实际水体的影响要小得多。l i l l i e 和m a s o n ”】的研究认为，使用氯 盐融雪剂而导致的c r 浓度增加量约为2 0 - - - 5 0 m g l ，通常不会威胁水体生态系 统。但在特殊条件下，也可能出现c l _ 浓度过高( 超过5 0 0 m g l ) 而导致鱼类死 亡的情况。例如，s c h r a u 伍a g e l m 】曾发现在春季消融初期，安大略州和威斯康星 州的公路径流中c 1 - 浓度高达1 0 0 0m g l 。 鉴于氯盐融雪剂的上述负面效应，世界各国近年来纷纷开始制定相应的技术 规范与约束制度。例如，德国于1 9 8 3 年开始禁止使用氯盐除雪化冰，而在路面 撒一层粒径5 - - - 7 m m 沙砾防滑，春季时由管理部门回收，并筛选补充以备冬用。 日本1 9 9 6 年制定了雪寒法，对机械除雪、化学融雪以及热融化除雪等有关技 术措施进行了规定。英国1 9 9 9 年颁布了路桥设计指南( b d 4 7 p 1 9 9 9 ) ，其中明 确规定，为防止氯离子渗入钢筋混凝土桥体，必须采取有效的防渗隔离层和顺畅 的排水系统。在政策研究方面，j e l i s e j e v s 7 】提出了一个综合各种驱动力、政府影 响和服务责任等因素的d p s i r 管理模型。s h i 4 l 】等提出了基于系统监测、信息评 价与资源分配的s i c a m s 管理框架体系。 北京市质量技术监督局于2 0 0 2 年颁布了我国第一个融雪剂技术标准融雪 剂( d b l l t1 6 1 2 0 0 2 ) ，其中对道路融雪剂的1 7 项技术指标做出了明确规定( 详 见本文附录a 1 ) ，这对于进一步促进我国融雪剂的科学使用具有直接指导意义。 1 2 3 热融化法 热融化法是指在道路下面铺设一定深度的管道或导电装置，然后通过热传导 方式来达到融雪化冰的效果。根据加热介质差异，通常可分为电加热和流体加热 两种方式。对于流体加热方法，主要包括燃煤、燃油、天然气以及可再生能源等 热源形式，而加热装置可采用锅炉或热泵机组等方式。与融雪剂相比，热融化法 具有融雪效果好、安全无腐蚀、环境友好、社会经济效益明显等优点，但也存在 初投资偏高、能源效率较低等缺点。 天津大学博士学位论文第一章绪论 目前，电热材料主要是矿物质绝缘电缆( m i n e r a li n s u l a t e dc a b l e ) 和电阻线 ( r e s i s t a n c ew i r e ) 。矿物