朱志強(qiáng)，王 飛，王東海，劉 石，傅 博

（哈爾濱體育學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150008）

2022年北京冬奧會(huì)是以運(yùn)動(dòng)員為中心，以推動(dòng)冬季奧林匹克運(yùn)動(dòng)發(fā)展為宗旨，向世界展現(xiàn)中國(guó)負(fù)責(zé)任大國(guó)形象的一次盛會(huì)。統(tǒng)籌規(guī)劃冬奧會(huì)所需要賽事雪資源，不但涉及為比賽全過程提供優(yōu)質(zhì)場(chǎng)地，還關(guān)系到為運(yùn)動(dòng)員取得優(yōu)異成績(jī)創(chuàng)造良好條件。目前，國(guó)外研究所涉及問題較具體，如冬奧會(huì)組織者應(yīng)根據(jù)冬奧會(huì)前冬季的氣候和造雪預(yù)測(cè)作出決策（Doyle，2014），對(duì)于冬奧會(huì)滑雪場(chǎng)館，溫暖和陽光會(huì)減少場(chǎng)館的積雪（Rosie et al.，2011）；冬奧會(huì)期間對(duì)降雪密度預(yù)測(cè)可以有特定方法和模型（Mil‐brandt et al.，2012；Scott et al.，2015）；冬奧會(huì)期間對(duì)各種相互矛盾的信息整合和控制，以及在困難情況下的決策都極為重要（Rosie et al.，2011）。但國(guó)內(nèi)相關(guān)研究?jī)H涉及了雪冰物理特征，如密度、融化過程以及化學(xué)成分等（劉寶河 等，2017；王明明 等，2016；周揚(yáng) 等，2017），鮮見滑雪賽事的雪道特征及造雪保障等研究。

由此，本研究考察了2022年北京冬奧會(huì)賽區(qū)雪道條件，并對(duì)黑龍江、吉林、河北、北京等地滑雪場(chǎng)進(jìn)行了對(duì)比性調(diào)研與分析。同時(shí)，為解決賽期雪場(chǎng)可能會(huì)面臨的各種造雪難題，與國(guó)內(nèi)外造雪專家進(jìn)行了多輪研討和相關(guān)論證。研究主要針對(duì)賽事期間相關(guān)造雪、保雪需求進(jìn)行重點(diǎn)問題分析，并對(duì)賽區(qū)造雪水平衡系統(tǒng)形成規(guī)劃與設(shè)計(jì)，在實(shí)際調(diào)研基礎(chǔ)上提出冬奧會(huì)賽事雪資源保障建議。

1 2022年北京冬奧會(huì)滑雪場(chǎng)地基本概況

1.1 項(xiàng)目設(shè)置與場(chǎng)地分類情況

國(guó)際奧委會(huì)在2018年平昌冬奧會(huì)所設(shè)的102個(gè)比賽小項(xiàng)中，雪上項(xiàng)目61項(xiàng)，雪車、雪橇類滑行項(xiàng)目9項(xiàng)，兩者占比68.6%，彰顯了雪上項(xiàng)目在冬奧會(huì)的項(xiàng)目構(gòu)成中占有重要地位。在2018年平昌冬殘奧會(huì)所設(shè)的80個(gè)比賽小項(xiàng)中，有2個(gè)冰上項(xiàng)目（冰橇冰球1項(xiàng)、輪椅冰壺1項(xiàng)），而雪上項(xiàng)目（高山滑雪30項(xiàng)、越野滑雪20項(xiàng)、冬季兩項(xiàng)18項(xiàng)、單板滑雪10項(xiàng)）所占比例達(dá)到了97.5%，其地位更為重要。

2022年北京冬奧會(huì)將設(shè)109個(gè)比賽小項(xiàng)，其中滑雪比賽分項(xiàng)設(shè)在北京與張家口兩個(gè)賽區(qū)。張家口崇禮賽區(qū)所設(shè)項(xiàng)目為單板滑雪、自由式滑雪、跳臺(tái)滑雪、越野滑雪、冬季兩項(xiàng)、北歐兩項(xiàng)，共6個(gè)分項(xiàng)比賽；延慶賽區(qū)所設(shè)項(xiàng)目為高山滑雪、雪車、雪橇，3類4個(gè)分項(xiàng)比賽。從類別上，2022年北京冬奧會(huì)和冬殘奧會(huì)的滑雪比賽場(chǎng)地可以劃分為3類：第1類，高山滑雪場(chǎng)地、越野滑雪場(chǎng)地、冬季兩項(xiàng)滑雪場(chǎng)地、單板滑雪場(chǎng)地，這類場(chǎng)地雪道長(zhǎng)、面積大、造雪需求量多；第2類，自由式滑雪空中技巧、單板U型場(chǎng)地、自由式滑雪雪上技巧場(chǎng)地，該類場(chǎng)地用雪需要整型，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高，但雪量使用不多；第3類，跳臺(tái)滑雪場(chǎng)、雪車及雪橇場(chǎng)地，該類場(chǎng)地需要依靠設(shè)備技術(shù)，或需要建筑材料整型，如上方鋪設(shè)冰面或冰狀雪的場(chǎng)地等。實(shí)際上，與前幾屆冬奧會(huì)相比，2022年北京冬奧會(huì)和冬殘奧會(huì)的滑雪場(chǎng)地規(guī)劃建設(shè)所面臨的問題有所不同，特別是與各比賽場(chǎng)地的自然條件和地理位置差異性較大，再加上前期建設(shè)基礎(chǔ)不同，使得造雪等工作相對(duì)復(fù)雜。

1.2 場(chǎng)地優(yōu)勢(shì)與挑戰(zhàn)

場(chǎng)地優(yōu)勢(shì)上，2022年北京冬奧會(huì)和冬殘奧會(huì)雪上項(xiàng)目所在區(qū)域適合開展滑雪運(yùn)動(dòng)，并且滑雪周期長(zhǎng)，雪質(zhì)較好，大部分雪上項(xiàng)目所在賽區(qū)的小氣候有利于造雪。其中，北京延慶高山雪場(chǎng)為新建場(chǎng)地，延慶小海坨山山脈海拔2 000 m以上，落差較大，山形地勢(shì)有利，能夠設(shè)計(jì)出符合賽事需求的高山滑雪賽道。此外，高山雪場(chǎng)臨近水庫，具備造雪水源條件。張家口賽區(qū)的雪上項(xiàng)目主要集中在已建的云頂樂園和新建的古楊樹兩個(gè)區(qū)域。由于張家口賽區(qū)已建設(shè)運(yùn)營(yíng)了6家大型滑雪場(chǎng)，因此滑雪場(chǎng)建設(shè)的地域優(yōu)勢(shì)突出，造雪氣象條件合適。特別是在云頂樂園所建設(shè)的單板滑雪和自由式滑雪場(chǎng)地，基礎(chǔ)條件較好，前期場(chǎng)地建設(shè)經(jīng)驗(yàn)和造雪經(jīng)驗(yàn)豐富，易于進(jìn)行冬奧會(huì)相應(yīng)滑雪項(xiàng)目的比賽。張家口古楊樹賽區(qū)將建設(shè)北歐中心，其地勢(shì)起伏，適合進(jìn)行越野滑雪與北歐滑雪比賽。整體上，2022年北京冬奧會(huì)與冬殘奧會(huì)的滑雪場(chǎng)地具有山形地勢(shì)優(yōu)勢(shì)，部分場(chǎng)地能夠借鑒前期相關(guān)雪場(chǎng)的建設(shè)和造雪經(jīng)驗(yàn)，新建雪場(chǎng)區(qū)域條件適合，水源條件具備。

2022年北京冬奧會(huì)和冬殘奧會(huì)雪上項(xiàng)目場(chǎng)地還應(yīng)預(yù)先明確其所存在的挑戰(zhàn)。2022年北京冬奧會(huì)及冬殘奧會(huì)將從2月4日持續(xù)到3月14日，根據(jù)歷史氣象數(shù)據(jù)，這一期間可能存在溫度高、風(fēng)速大等不利氣象條件。而冬奧會(huì)滑雪比賽場(chǎng)地因所需雪質(zhì)、雪量特殊，僅依靠自然降雪將無法滿足賽事要求，為保障賽事順利舉辦，各滑雪場(chǎng)地必須進(jìn)行人工造雪。因此，一方面，溫度提升條件下，特別是冬殘奧會(huì)期間，會(huì)對(duì)滑雪賽道的雪質(zhì)條件提出更高要求，相應(yīng)前期造雪、后期保雪會(huì)形成挑戰(zhàn)；另一方面，小海坨高山雪道因海拔較高，造雪的水資源運(yùn)輸及所面臨的風(fēng)向條件也會(huì)對(duì)場(chǎng)地造雪形成挑戰(zhàn)。由此，進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，在比賽場(chǎng)地合理鋪設(shè)造雪設(shè)施、提前造雪、保雪和賽時(shí)補(bǔ)雪等都非常關(guān)鍵。綜上，為了有效降低賽事期間風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)對(duì)不利因素的挑戰(zhàn)，保障賽事順利舉辦，對(duì)賽事雪資源的保障問題應(yīng)積極應(yīng)對(duì)。

2 相關(guān)調(diào)研結(jié)果

從2016年末，通過實(shí)地調(diào)研，針對(duì)2016—2017雪季、2017—2018雪季分別收集整理并比較分析了黑龍江、吉林、北京和張家口地區(qū)12家雪場(chǎng)的數(shù)據(jù)，同時(shí)全面考察了賽區(qū)雪道建設(shè)條件，重點(diǎn)對(duì)賽區(qū)雪場(chǎng)雪情、水資源情況、造雪設(shè)施、人員配置等內(nèi)容進(jìn)行調(diào)研。在此基礎(chǔ)上，還通過對(duì)比性區(qū)域調(diào)研對(duì)雪場(chǎng)泵站、水資源進(jìn)行了詳細(xì)勘察，獲取了雪道造雪面積、水資源儲(chǔ)備、泵站能力、造雪設(shè)備及造雪時(shí)數(shù)、造雪天數(shù)、造雪厚度和雪期結(jié)束時(shí)間等重要數(shù)據(jù)。

2.1 區(qū)域性造雪能力存在的共性問題

在對(duì)比性區(qū)域調(diào)研中，發(fā)現(xiàn)不同區(qū)域在造雪設(shè)備、設(shè)施及造雪涉及的水循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)上存在一定共性問題。

1）絕大部分雪場(chǎng)由于存在水庫容量過小或水源補(bǔ)充不足（因補(bǔ)水系統(tǒng)能力不足或水源問題，水庫容量充分但水庫內(nèi)存水過少）導(dǎo)致暫停造雪等待補(bǔ)水問題。調(diào)研的12家滑雪場(chǎng)中8家滑雪場(chǎng)存在水庫總?cè)萘康陀谠煅┖乃繂栴}，北京和張家口地區(qū)尤為突出（6家滑雪場(chǎng)水庫總?cè)萘烤陀谠煅┖乃浚ū?）。

表1 對(duì)比性區(qū)域滑雪場(chǎng)水庫總?cè)萘颗c造雪耗水量比較Table 1 Comparisons of Total Capacity and Snowmaking Water Consumption of Regional Ski Resort Reservoirs 萬m3

2）沒有備用電源，雪場(chǎng)受到因停電導(dǎo)致造雪暫停問題的困擾。在所調(diào)研的12家滑雪場(chǎng)中，僅哈爾濱亞布力滑雪場(chǎng)、帽兒山滑雪場(chǎng)及吉林北大壺滑雪場(chǎng)有備用電源，其他9家滑雪場(chǎng)均沒有備用電源，極易出現(xiàn)因停電導(dǎo)致造雪暫停問題。

3）泵站能力不足，導(dǎo)致造雪機(jī)使用效率降低。調(diào)研的12家滑雪場(chǎng)在主水泵全部工作（包括備用主水泵），不計(jì)設(shè)備效率、管線損耗等因素的情況下，主水泵全負(fù)荷工作達(dá)到造雪總耗水量至少需要200 h以上，最多達(dá)到1 000 h以上（表2），若考慮其他影響因素，相關(guān)雪場(chǎng)造雪時(shí)數(shù)甚至?xí)丁Ｍ瑫r(shí)，由于泵站能力不足，使得造雪機(jī)難以獲得充足水量，進(jìn)而造成造雪機(jī)使用率降低。

表2 對(duì)比性區(qū)域滑雪場(chǎng)達(dá)到造雪耗水量造雪時(shí)數(shù)Table 2 List of Snow-making Hours to Achieve Snow-making Water Consumption in Contrastive Regional Skiing Grounds

4）造雪機(jī)配置不合理，影響造雪能力和進(jìn)度，在所調(diào)研的12家滑雪場(chǎng)中，造雪機(jī)配置不合理，如在風(fēng)速較大的山頂區(qū)域采用射程更遠(yuǎn)的塔式造雪機(jī)會(huì)影響造雪效果、造雪能力和造雪進(jìn)度。

5）融雪后水回收率較低，水資源浪費(fèi)嚴(yán)重。所調(diào)研的12家滑雪場(chǎng)中僅北京石京龍滑雪場(chǎng)有截水設(shè)施，但儲(chǔ)水池僅為2 000 m3，其他滑雪場(chǎng)均沒有雪融化后水的回收裝置或系統(tǒng)，造成了水資源嚴(yán)重浪費(fèi)。

6）造雪等進(jìn)口設(shè)備配件采購(gòu)周期過長(zhǎng)，影響設(shè)備維護(hù)、維修、使用。所調(diào)研的12家滑雪場(chǎng)中，所采用的水泵、造雪機(jī)、纜車、壓雪車等設(shè)備一半以上為進(jìn)口設(shè)備，相關(guān)配件采購(gòu)周期嚴(yán)重影響了其維護(hù)、維修和使用。

此外，調(diào)查還顯示，古楊樹賽區(qū)作為冬季兩項(xiàng)、越野、跳臺(tái)的比賽場(chǎng)地，地處1 600 m高海拔地區(qū)，植被與水資源相對(duì)短缺，需要對(duì)其所處環(huán)境的植被、水系統(tǒng)等進(jìn)行改造。

2.2 區(qū)域性造雪環(huán)境差異對(duì)造雪效果的影響

由于不同雪場(chǎng)所處地理位置與氣候環(huán)境有所區(qū)別，因此造雪過程中涉及的氣溫、風(fēng)向及濕度等直接性環(huán)境因素會(huì)影響各區(qū)域的造雪效果，即使是在同樣的造雪設(shè)備和造雪供水系統(tǒng)保障下，不同區(qū)域的最終造雪效果也會(huì)不同。造雪過程中，溫度、濕度和風(fēng)力的影響最為關(guān)鍵。一方面，造雪溫度的特定限制使合適的氣溫成為主要影響因素，而風(fēng)力及風(fēng)向會(huì)決定造雪的散落方向，濕度則會(huì)影響造雪的最終質(zhì)量。因此，通過不同區(qū)域的調(diào)研對(duì)比發(fā)現(xiàn)，造雪最終結(jié)果受地理及氣候環(huán)境因素影響較大。另一方面，造雪過程中，雪道與陽光的直射角度也有密切關(guān)系，即造雪后的積雪停留時(shí)間會(huì)因雪道的方向不同而不同，最終的保雪效果也會(huì)有所差異。由此，不同區(qū)域的雪場(chǎng)都在探索與具體造雪氣候條件及所擁有的造雪設(shè)備相結(jié)合的設(shè)計(jì)合理的造雪方案。

另外，即使是同一區(qū)域，不同時(shí)間、不同氣候條件下也會(huì)產(chǎn)生不同的造雪效果，特別是極端氣候條件下，同一區(qū)域的造雪效果會(huì)有顯著差別。調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，河北區(qū)域各雪場(chǎng)所處地理位置普遍風(fēng)速較大，因此造雪中針對(duì)風(fēng)速對(duì)造雪效果的影響需要額外關(guān)注，包括及時(shí)調(diào)整造雪機(jī)位置，以保障不同氣候條件的造雪效果。而延慶區(qū)域一些雪場(chǎng)由于融雪后水流失嚴(yán)重，因此還需針對(duì)性形成融雪的水回收措施，以保障下個(gè)雪季造雪對(duì)用水的循環(huán)性利用。

3 賽區(qū)雪道量化標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)方案設(shè)計(jì)

3.1 雪質(zhì)雪量分析

對(duì)于同區(qū)域雪道，平均造雪厚度與滑雪結(jié)束時(shí)間呈正相關(guān)，根據(jù)前期相關(guān)調(diào)研得出不同雪場(chǎng)雪道平均造雪厚度和雪道結(jié)束時(shí)間（表3）。

表3 各調(diào)研區(qū)域雪場(chǎng)平均造雪厚度與營(yíng)業(yè)結(jié)束時(shí)間Table 3 Average Snow-making Thickness and End-of-business Time of Snow Resorts in Different Regions

1）延慶高山賽道以1 m的造雪厚度作為基礎(chǔ)造雪量，主要是因?yàn)榘诉_(dá)嶺滑雪場(chǎng)與石京龍滑雪場(chǎng)往年平均累計(jì)造雪厚度約為1 m，營(yíng)業(yè)結(jié)束時(shí)間同為3月初，為保障延慶賽區(qū)比賽效果，初步判斷高山賽道造雪厚度應(yīng)累計(jì)達(dá)到1.35 m以上，通過實(shí)地調(diào)研結(jié)合2020年高山雪道現(xiàn)有融雪情況后，建議高山賽道厚度可增至約1.50 m，以克服氣溫上升形成的融雪損失（圖1）。

圖1 延慶高山賽道融雪損失Figure 1.Pictures of Snow-melt Loss in Yanqing Alpine Track

2）張家口崇禮賽區(qū)冬季兩項(xiàng)、越野滑雪、跳臺(tái)滑雪和北歐兩項(xiàng)場(chǎng)地為新建場(chǎng)地，因賽道用雪厚度少于高山雪道厚度，在結(jié)合比賽項(xiàng)目特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，該賽區(qū)平均造雪厚度累計(jì)應(yīng)達(dá)到1 m以上即可；3）對(duì)于崇禮云頂樂園，往年平均累計(jì)造雪厚度為1 m，因該場(chǎng)地具備一定比賽滑雪經(jīng)驗(yàn)，因此為保證比賽效果，建議該賽區(qū)造雪厚度達(dá)到1.25 m以上即可。

根據(jù)場(chǎng)地調(diào)研所得賽道數(shù)據(jù)，結(jié)合賽道設(shè)置、造雪過程及造雪密度等專家訪談結(jié)果，通過計(jì)算，對(duì)各賽區(qū)具體雪質(zhì)雪量分析如下。

1）延慶賽區(qū)高山雪場(chǎng)雪道及熱身與連接雪道主要包括6條，分別為：速降雪道、超級(jí)大回轉(zhuǎn)雪道、回轉(zhuǎn)雪道、大回轉(zhuǎn)雪道、連接雪道和熱身雪道，結(jié)合賽道適宜寬度，可以形成雪道造雪主區(qū)域面積和延展區(qū)域面積的統(tǒng)計(jì)（表4）。

表4 延慶高山賽區(qū)雪場(chǎng)雪道造雪面積Table 4 Statistics of Snow-making Area in Alpine Snowfield of Yanqing Competition Area

當(dāng)雪道長(zhǎng)度為9 814 m，在雪道造雪厚度大于1.50 m，延展區(qū)域平均厚度大于0.6 m時(shí)（造雪密度依據(jù)國(guó)際單項(xiàng)聯(lián)合會(huì)對(duì)賽道鋪設(shè)的要求進(jìn)行調(diào)整），考慮賽道基底層雪質(zhì)和賽道表面雪質(zhì)有所差別等因素，得到高山雪場(chǎng)雪道造雪量（表5）。

2）崇禮冬季兩項(xiàng)、越野、跳臺(tái)、北歐兩項(xiàng)場(chǎng)地的雪質(zhì)雪量。調(diào)研得出，該區(qū)域雪道主要包括冬季兩項(xiàng)場(chǎng)地、越野場(chǎng)地、跳臺(tái)場(chǎng)地，雪道總長(zhǎng)度22.2萬m。通過計(jì)算，雪道基本造雪量約為7.55萬m3，基本造雪用水量約為3.4萬m3，延展區(qū)域面積約為13.58萬m3（表6）。

表5 延慶高山賽區(qū)雪場(chǎng)雪道造雪量Table 5 Snow-making Statistics of Alpine Snowfield in Yanqing Competition Area

表6 崇禮冬季兩項(xiàng)、越野、跳臺(tái)、北歐兩項(xiàng)場(chǎng)地造雪面積Table 6 Statistical Snow-making Area of Chongli Biathlon，Cross Country Skiing，Ski Jumping and Nordic Combined

該賽區(qū)雪場(chǎng)雪道的造雪厚度應(yīng)依據(jù)國(guó)際單項(xiàng)聯(lián)合會(huì)對(duì)賽道鋪設(shè)要求進(jìn)行調(diào)整（表7）。

表7 崇禮冬季兩項(xiàng)、越野、跳臺(tái)、北歐兩項(xiàng)場(chǎng)地造雪量Table 7 Statistical of Snow Production in Chongli Biathlon，Cross Country Skiing，Ski Jumping and Nordic Combined

3）調(diào)研得出，崇禮云頂賽區(qū)雪道總面積約73.16萬m2；延展區(qū)域總面積約7.31萬m2（表8）。相對(duì)而言，云頂賽區(qū)雪場(chǎng)雪道的造雪面積較大。

表8 崇禮賽區(qū)云頂滑雪場(chǎng)雪道造雪面積Table 8 Statistics of Snowmaking Area of Yunding Ski Resort in Chongli Competition Area

崇禮云頂賽區(qū)的造雪量和用水量主要應(yīng)依據(jù)國(guó)際單項(xiàng)聯(lián)合會(huì)對(duì)賽道鋪設(shè)的要求進(jìn)行調(diào)整。但需要注意的是，云頂賽道位于陽坡，歷年造雪厚度達(dá)1 m，雪期在3月中旬結(jié)束，考慮冬奧會(huì)對(duì)雪質(zhì)的特殊要求，并為保障冬殘奧會(huì)需要，估算得到雪道造雪量（表9）。

3.2 相關(guān)技術(shù)方案設(shè)計(jì)

冬奧會(huì)與冬殘奧會(huì)期間，雪務(wù)保障主要應(yīng)對(duì)的氣象風(fēng)險(xiǎn)集中在自然降雪不足、高溫、降雨、大風(fēng)、沙塵等情況。極端天氣的出現(xiàn)對(duì)造雪、保雪、運(yùn)雪和囤雪等技術(shù)環(huán)節(jié)提出了更高要求，為保障賽事期間用雪需求，必須針對(duì)可能出現(xiàn)的氣象風(fēng)險(xiǎn)作出可操作技術(shù)預(yù)案，為賽事用雪安全提供必要支持。根據(jù)造雪流程、保雪原理及實(shí)地調(diào)研中不同雪場(chǎng)的實(shí)地操作經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合專家建議可以針對(duì)雪務(wù)保障技術(shù)形成相應(yīng)方案（表10）。

表9 崇禮賽區(qū)云頂滑雪場(chǎng)雪道造雪量Table 9 Snow-making Capacity of Yunding Skiing Ground in Chongli Competition Area

表10 雪務(wù)保障相關(guān)技術(shù)方案及具體應(yīng)用Table 10 Snow Safeguard Related Technologies and Their Specific Application

4 2022年北京冬奧會(huì)造雪水系統(tǒng)保障

4.1 水資源保障與區(qū)域水平衡保障

造雪水系統(tǒng)保障的前提是形成區(qū)域水系統(tǒng)平衡，目前很多雪場(chǎng)的區(qū)域水資源面臨用水緊張的嚴(yán)峻考驗(yàn)，由于全球變暖的影響，人工造雪系統(tǒng)已成為滑雪場(chǎng)正常運(yùn)營(yíng)的必要條件，也是提升雪道品質(zhì)的重要保證。但人工造雪用水量大，如何保證水源的可靠性，以及采用了何種節(jié)水措施來減少用水量，實(shí)現(xiàn)用水高效和生態(tài)良好，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，成為滑雪場(chǎng)區(qū)域水系統(tǒng)平衡研究的重點(diǎn)。實(shí)際上，水平衡無論對(duì)水源保障、水域治理，還是對(duì)地表土壤的影響都非常重要（潘興瑤 等，2008；沈百鑫 等，2016），而區(qū)域水平衡是質(zhì)量守恒原理在水文學(xué)上的應(yīng)用，指地球上任一區(qū)域或水體在一定時(shí)段內(nèi)，輸入水量與輸出水量之差等于該區(qū)域水體的蓄水變量。實(shí)際上，區(qū)域水平衡研究對(duì)雪場(chǎng)的建設(shè)具有重要意義：一方面，區(qū)域水平衡可以從環(huán)境上降低資源負(fù)荷，提高用水安全和用水保證率，如把雨雪、生活污水收集起來用在最需要的地方；另一方面，區(qū)域水平衡能夠在經(jīng)濟(jì)上降低運(yùn)營(yíng)成本等。

4.1.1 延慶高山滑雪場(chǎng)地

根據(jù)調(diào)研與專家研討，延慶賽區(qū)應(yīng)形成三級(jí)水資源保障系統(tǒng)（圖2）。其中，一級(jí)必備蓄水池：建造6～9個(gè)蓄水池，總?cè)萘考s達(dá)20～30萬m3；二級(jí)儲(chǔ)備蓄水池：建造2個(gè)蓄水池，每個(gè)25～35萬m3左右；三級(jí)備用水庫：形成白河堡水庫、佛峪口水庫作為賽事的保障性水庫，以滿足賽事區(qū)域各種用水需求。此外，在崇禮賽區(qū)冬季兩項(xiàng)、越野、跳臺(tái)和北歐兩項(xiàng)場(chǎng)地的3個(gè)區(qū)域內(nèi)，分別設(shè)置3個(gè)約12萬m3的蓄水池，相互聯(lián)通形成供水保障網(wǎng)絡(luò)；但還需要形成對(duì)3個(gè)蓄水池的補(bǔ)水保障，如區(qū)域內(nèi)補(bǔ)充水源，包括來自地表徑流量約30 m3/h的自然溪流、供水保障管線鋪 設(shè)或由太舞滑雪場(chǎng)管網(wǎng)末端引入供水管線等。

圖2 三級(jí)供水系統(tǒng)Figure 2.Water Supply SystemⅢ

水循環(huán)設(shè)計(jì)非常重要，涉及徑流、水資源配置及地下水涵養(yǎng)等（陳慶秋等，2004；孫波揚(yáng)等，2013；孫素艷等，2006）。具體應(yīng)用中，該系統(tǒng)應(yīng)由區(qū)域的水源、供水、用水和排水四大要素組成（圖3）。這四大要素的相互聯(lián)合構(gòu)成了雪場(chǎng)區(qū)域水資源開發(fā)利用和保護(hù)的一個(gè)循環(huán)系統(tǒng)，每個(gè)要素都對(duì)循環(huán)系統(tǒng)起著一定的促進(jìn)或制約作用。

圖3 區(qū)域水平衡系統(tǒng)Figure 3.Regional Water Balance

其中，區(qū)域水源是區(qū)域水系統(tǒng)的基礎(chǔ)要素，雪場(chǎng)的區(qū)域水源主要為降雨、地表水、地下水和循環(huán)水。區(qū)域供水是區(qū)域水系統(tǒng)的開發(fā)或生產(chǎn)要素，它是在水源和用水要素之間架起的一座“橋梁”，雪場(chǎng)主要從周邊區(qū)域水庫抽水。區(qū)域用水是區(qū)域水系統(tǒng)的消費(fèi)要素，雪場(chǎng)的區(qū)域用水主要分為造雪用水和生活用水等部分。區(qū)域排水是區(qū)域水系統(tǒng)中最敏感的要素，具有良性和非良性兩方面，雪場(chǎng)需要形成良性的排水，即經(jīng)凈化處理后排放，該過程可增加水源的補(bǔ)給量，以避免不良排水污染水源、水質(zhì)。

另一層面，針對(duì)延慶高山雪場(chǎng)的內(nèi)部水循環(huán)，需要依據(jù)造雪用水量的大小，設(shè)備數(shù)量、位置等因素建造適合的蓄水池，并通過在春夏秋季儲(chǔ)備足夠水量以保障冬季滑雪場(chǎng)造雪用水。事實(shí)上，這種內(nèi)部水循環(huán)的設(shè)計(jì)可以節(jié)約大量水庫水資源。對(duì)于延慶高山雪場(chǎng)蓄水來源，可以通過春季雪道融雪和雨季降水收集，即經(jīng)過山體、溝渠的地表水匯集、積累、沉淀后，保證水質(zhì)達(dá)到造雪要求。如果延慶高山雪場(chǎng)水土保持條件較好，在每年的溫暖季節(jié)河床表面均有溪流，也可設(shè)計(jì)引流至此；對(duì)于另一部分生活用水，經(jīng)過污水處理系統(tǒng)，可以終水回用，進(jìn)一步補(bǔ)充水源（圖4）。

4.1.2 其他賽區(qū)滑雪場(chǎng)地

崇禮冬季兩項(xiàng)、越野滑雪、跳臺(tái)滑雪和北歐兩項(xiàng)場(chǎng)地內(nèi)部水循環(huán)需要建立3個(gè)約12萬m3的蓄水池，形成初期造雪用水保障，主要可以通過太舞滑雪場(chǎng)方向引來的供水管線形成賽事初期供水來源。另外，還需要在春夏秋季及賽后對(duì)雪道融雪和雨季降水進(jìn)行收集，特別是收集徑流量約為30 m3/h的自然溪流，以進(jìn)一步補(bǔ)充水源，從而形成區(qū)域內(nèi)部水循環(huán)系統(tǒng)。

圖4 區(qū)域內(nèi)部水循環(huán)Figure 4.Internal Water Cycle Map of Area

4.2 多模式網(wǎng)絡(luò)化造雪水系統(tǒng)保障

多模式網(wǎng)絡(luò)造雪系統(tǒng)是根據(jù)場(chǎng)地線路布局以及海拔與氣象的具體差異，對(duì)場(chǎng)地整體進(jìn)行劃分從而形成不同區(qū)域和多個(gè)相互獨(dú)立的造雪子系統(tǒng)。概括而言，多模式網(wǎng)絡(luò)造雪系統(tǒng)可以適應(yīng)不同海拔、溫度和濕度的變化，能夠提高造雪系統(tǒng)的運(yùn)行能力和效率，滿足不同項(xiàng)目滑雪場(chǎng)地的造雪需求。多模式網(wǎng)絡(luò)造雪系統(tǒng)具有突出的功能：1）多模式網(wǎng)絡(luò)造雪系統(tǒng)單獨(dú)運(yùn)行與聯(lián)合運(yùn)行相融合；2）泵站造雪供水與區(qū)間調(diào)水相結(jié)合；3）各造雪子系統(tǒng)能夠適應(yīng)不同造雪條件。

4.2.1 延慶高山滑雪場(chǎng)地

1）構(gòu)建延慶高山雪場(chǎng)多模式網(wǎng)絡(luò)造雪系統(tǒng)的線路分類。該系統(tǒng)線路分類是根據(jù)延慶高山賽區(qū)具體比賽項(xiàng)目所設(shè)計(jì)，主要包括5個(gè)主線路：第1類，大回轉(zhuǎn)和超級(jí)大回轉(zhuǎn)線路；第2類，回轉(zhuǎn)線路；第3類，大回轉(zhuǎn)線路；第4類，熱身線路；第5類，連接線路。在此基礎(chǔ)上應(yīng)形成延慶高山雪場(chǎng)多模式網(wǎng)絡(luò)造雪“7+9系統(tǒng)”，即根據(jù)各線路比賽需求，設(shè)計(jì)包括7個(gè)造雪系統(tǒng)泵站，9個(gè)儲(chǔ)水池，總?cè)萘考s為75萬m3，并包含相應(yīng)的造雪管線與供水管線的造雪系統(tǒng)（圖5）。

圖5 多模式網(wǎng)絡(luò)造雪系統(tǒng)Figure 5.Multimodal Network Snowmaking System

2）多模式網(wǎng)絡(luò)造雪系統(tǒng)還需包括冷卻系統(tǒng)和過濾系統(tǒng)。其中，冷卻系統(tǒng)是為提高造雪效率，使造雪用水水溫降低到適宜范圍而采取的人工干預(yù)系統(tǒng)。冷卻系統(tǒng)主要包括風(fēng)冷式冷卻塔和冷凝劑式水冷卻設(shè)備，需要根據(jù)多模式網(wǎng)絡(luò)造雪系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)要求進(jìn)行選擇。過濾系統(tǒng)主要可以通過兩級(jí)過濾完成，具體包括初級(jí)過濾和終極過濾。初級(jí)過濾主要控制進(jìn)入蓄水池的造雪用水，以保證初級(jí)用水的潔凈度；當(dāng)造雪用水從蓄水池進(jìn)入泵站時(shí)，進(jìn)行終極過濾以精確達(dá)到造雪用水的潔凈標(biāo)準(zhǔn)。

4.2.2 其他賽區(qū)滑雪場(chǎng)地

其他賽區(qū)中，崇禮賽區(qū)越野滑雪和冬季兩項(xiàng)場(chǎng)地可以根據(jù)需要采用場(chǎng)地散點(diǎn)式或沿雪道線鋪設(shè)管線的系統(tǒng)布局，以保障對(duì)全部線路進(jìn)行人工造雪；跳臺(tái)場(chǎng)地可以采用單線式管線布局。同樣，該賽區(qū)場(chǎng)地的造雪系統(tǒng)也需包括冷卻系統(tǒng)和過濾系統(tǒng)，以保障造雪用水的標(biāo)準(zhǔn)并提高造雪效率。

而對(duì)于云頂賽區(qū)，該賽區(qū)造雪量已形成全線路管線布局網(wǎng)絡(luò)，泵站目前為“七用一備”，總功率（220×7）kw，揚(yáng)程536 m，流量（85×7）m3/h，泵站總效率65%，造雪供水能力為386.75 m3/h；現(xiàn)有蓄水池3個(gè)，蓄水池總?cè)萘考s為13.8萬m3，造雪時(shí)數(shù)約為1 116 h。因此，根據(jù)造雪時(shí)數(shù)可以得出造雪期為3個(gè)月以上，為滿足賽事需求，建議該賽區(qū)應(yīng)提高1倍以上的造雪能力。

4.3 特殊項(xiàng)目水系統(tǒng)保障

冬奧會(huì)雪車、雪橇項(xiàng)目需在人工制冷冰面場(chǎng)地進(jìn)行，場(chǎng)地制冰體系的構(gòu)建是雪車、鋼架雪車、雪橇比賽的前提和基礎(chǔ)。各雪車雪橇場(chǎng)地的長(zhǎng)度、彎道數(shù)量、彎道形狀不盡相同，就奧地利因斯布魯克的場(chǎng)地而言，線路全長(zhǎng)1 270 m，制冷管線總長(zhǎng)度80 km，制冷面積5 500 m2（圖6）。

圖6 因斯布魯克雪車、雪橇場(chǎng)地Figure 6.Bobsleigh，Luge Track of Insbrooke

調(diào)研表明，一般情況下，雪車、鋼架雪車、雪橇賽道為1 200～1 500 m，男子1 000～1 400 m，女子800～1 200 m，上坡長(zhǎng)度約占冰道總長(zhǎng)度的12%，整個(gè)賽道起點(diǎn)-終點(diǎn)高度差為100～150 m，滑道兩側(cè)的護(hù)墻均需澆冰。此外，全程約設(shè)13～16個(gè)彎道，道寬1.30～1.50 m，平均坡度4°～11°。比賽中，選手在賽道上時(shí)速可高達(dá)155 km/h，因此賽道用混凝土或木材建造，兩側(cè)設(shè)護(hù)墻。護(hù)墻的內(nèi)側(cè)高1.40 m（滑道的護(hù)墻最少不得低于0.50 m），外側(cè)高2.00～7.00 m（以單項(xiàng)協(xié)會(huì)最新調(diào)整規(guī)則為準(zhǔn)）。此外，通過對(duì)奧地利、德國(guó)、北美地區(qū)的場(chǎng)地實(shí)地調(diào)查，得出雪車場(chǎng)地（圖7，圖8）、鋼架雪車場(chǎng)地（圖9）和雪橇場(chǎng)地建設(shè)的水系統(tǒng)參照內(nèi)容（表11）。

圖7 雪車場(chǎng)地1Figure 7.Bobsleigh Track 1

具體保障設(shè)計(jì)：1）雪車、鋼架雪車、雪橇場(chǎng)地滑道及兩側(cè)護(hù)墻均需澆冰，因此要鋪設(shè)100 km以上的制冷管線，可以保證在30℃制冰；2）建議單項(xiàng)組織協(xié)會(huì)聯(lián)系并引進(jìn)技術(shù)支持或派出專門人員學(xué)習(xí)受國(guó)際雪車、雪橇聯(lián)合會(huì)承認(rèn)可用于訓(xùn)練競(jìng)賽賽道的相關(guān)技術(shù)；3）雪車、鋼架雪車、雪橇場(chǎng)地應(yīng)建容量1萬m3蓄水池，保障場(chǎng)地制冰用水需求。

圖8 雪車場(chǎng)地2Figure 8.Bobsleigh Track 2

圖9 鋼架雪車場(chǎng)地Figure 9.Skeleton Track

表11 雪車、鋼架雪車和雪橇場(chǎng)地水系統(tǒng)建設(shè)參考Table 11 Water System Construction References for Bobsleigh and Skeleton Track

5 高海拔造雪與高溫氣象條件下雪道保障

5.1 高海拔造雪保障

高海拔造雪是冬奧會(huì)及冬殘奧會(huì)期間延慶賽區(qū)造雪保障的重要組成。高海拔造雪是在不同海拔地區(qū)，根據(jù)造雪“窗口期”并及時(shí)進(jìn)行造雪，以最大化保障賽事需求的一種特殊造雪方式。高海拔造雪的核心是把造雪“窗口期”與海拔高度相連接，并針對(duì)賽區(qū)海拔跨度逐漸由高向低過渡性造雪。由于高山滑雪項(xiàng)目具有明顯梯度特點(diǎn)（表12），因此，針對(duì)賽區(qū)具體海拔梯度，在造雪“窗口期”選取高海拔區(qū)域優(yōu)先造雪，然后梯度性下降，逐漸向低海拔地區(qū)進(jìn)行過渡性造雪。

5.1.1 高海拔造雪方式

高海拔造雪可以選擇3種方式：1）山頂區(qū)域造雪，山頂區(qū)域海拔較高并且最先進(jìn)入造雪“窗口期”，當(dāng)溫度達(dá)到適宜造雪溫度時(shí)，首先選擇此處進(jìn)行造雪；為保障在此區(qū)域造雪，還需要形成匹配的泵站、管線、蓄水池和造雪設(shè)備構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；造雪量分配上，雪道上中段部分用雪由該區(qū)域造雪系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，既利于在造雪最適合的時(shí)間及時(shí)造雪，也有利于完成競(jìng)賽用雪的儲(chǔ)備，從而達(dá)到盡早、多量?jī)?chǔ)雪的要求。2）梯度造雪，利用賽區(qū)海拔落差，選取合適的造雪梯度點(diǎn)造雪；一般情況下，海拔每升高1 000 m，溫度降低6℃，因此，根據(jù)不同梯度點(diǎn)的溫度選擇造雪的合適時(shí)間并準(zhǔn)備隨時(shí)啟動(dòng)造雪。3）造雪子系統(tǒng)分配主要應(yīng)發(fā)揮多模式網(wǎng)絡(luò)化造雪的優(yōu)勢(shì)，突出該網(wǎng)絡(luò)中各子系統(tǒng)在不同海拔梯度的造雪能力，為海拔低的地區(qū)做適當(dāng)用雪儲(chǔ)備；其中，7個(gè)泵站需分別位于不同的海拔高度，以控制不同海拔的區(qū)域造雪并實(shí)現(xiàn)區(qū)域造雪效率最大化。

表12 高山滑雪比賽場(chǎng)地Table 12 List of Alpine Skiing Places m

5.1.2 高海拔囤雪

高海拔囤雪是高山滑雪賽道保障的另一種有效方式。1）山頂和賽道旁囤雪，高海拔造雪需在山頂和賽道旁邊選擇合適區(qū)域隨造隨囤。2）陰坡囤雪，選取非陽光照射區(qū)域進(jìn)行囤雪，以避免雪與陽光直接進(jìn)行熱量交換；也可以在指定位置囤雪，但要考慮囤雪的具體運(yùn)輸條件和場(chǎng)地適宜情況，可以通過專項(xiàng)調(diào)查與論證形成囤雪及運(yùn)雪的方案。

5.1.3 高海拔運(yùn)雪

高海拔運(yùn)雪可以及時(shí)對(duì)賽道用雪進(jìn)行補(bǔ)充，主要可以選擇機(jī)械運(yùn)雪。實(shí)際上，通過機(jī)械設(shè)備能夠提高運(yùn)雪效率，如使用壓雪車、揚(yáng)雪機(jī)、螺旋輸送機(jī)（鉸龍）、運(yùn)輸管道和傳送帶等機(jī)械設(shè)備來提高單位時(shí)間運(yùn)雪能力。但是，特定情況下仍需要人工運(yùn)雪，主要是由于高海拔地區(qū)容易受山形地貌限制，個(gè)別情況機(jī)械運(yùn)雪難以進(jìn)行，因此需要采取人工運(yùn)雪。但是，人工運(yùn)雪必須提前形成人力資源儲(chǔ)備并對(duì)具體運(yùn)輸區(qū)域及運(yùn)雪量形成規(guī)劃和設(shè)計(jì)。

5.2 高溫氣象條件下雪道保障

高溫氣象條件下，為使雪道仍然能夠滿足舉辦賽事的要求，每年在冬殘奧相應(yīng)期間（2月4日—3月14日）應(yīng)于延慶、崇禮賽區(qū)（包括石京龍和云頂滑雪場(chǎng)）等區(qū)域，對(duì)賽事各時(shí)間節(jié)點(diǎn)的雪情，如降雪厚度、濕度、融雪情況及風(fēng)向等氣象情況進(jìn)行實(shí)地觀測(cè)，并形成視頻、圖片等數(shù)據(jù)記錄。此外，冬殘奧會(huì)期間會(huì)涉及景觀區(qū)域用雪，具體用雪量可以根據(jù)組委會(huì)規(guī)劃計(jì)算，核心目標(biāo)是確保溫度升高但景觀雪依然存在。對(duì)于冬殘奧會(huì)所涉及的滑降賽道、緩沖區(qū)、停止區(qū)和連接區(qū)等區(qū)域，則可以采用旱雪相關(guān)技術(shù)應(yīng)對(duì)溫度突發(fā)性升高。

6 結(jié)論

1）2022年北京冬奧會(huì)滑雪場(chǎng)地因所屬延慶和張家口兩個(gè)不同區(qū)域，自然條件與地理位置不同，相應(yīng)場(chǎng)地的造雪條件與要求也不同。場(chǎng)地整體上具有滑雪周期長(zhǎng)，自然降雪雪質(zhì)較好的優(yōu)勢(shì)，但也存在場(chǎng)地類型復(fù)雜、可能應(yīng)對(duì)溫度高、風(fēng)速大等不利氣象條件的挑戰(zhàn)。

2）通過對(duì)比性區(qū)域調(diào)研發(fā)現(xiàn)，雪場(chǎng)建設(shè)中水源補(bǔ)充、水庫容量、造雪機(jī)配置、泵站能力、融雪后水回收等是重要影響因素，在2022年北京冬奧會(huì)滑雪場(chǎng)地建設(shè)中應(yīng)加以重視；根據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)可以確定累計(jì)造雪厚度1 m作為滑雪賽道的基礎(chǔ)造雪量，并根據(jù)不同賽道和需求進(jìn)行調(diào)整；還可以根據(jù)賽道長(zhǎng)度等指標(biāo)綜合計(jì)算得出賽道造雪量和用水量。

3）造雪保雪過程中需要考慮到極端天氣情況，可以根據(jù)不同氣候情況采取覆蓋、排水、截水、噴淋、刮除雪道表層或靈活應(yīng)用旱雪技術(shù)，采用特殊制冷保雪技術(shù)等手段形成應(yīng)對(duì)方案，保障雪道符合競(jìng)賽要求。

4）造雪過程復(fù)雜，最關(guān)鍵的保障是造雪水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，而前提應(yīng)實(shí)現(xiàn)賽區(qū)區(qū)域內(nèi)水平衡；不同場(chǎng)地區(qū)域水平衡設(shè)計(jì)會(huì)不同，主要區(qū)別在于海拔高度、造雪用水量及水源來源等，共性是應(yīng)充分利用地表徑流、雨雪回收等區(qū)域內(nèi)水源進(jìn)行補(bǔ)充。

5）多模式網(wǎng)絡(luò)化造雪系統(tǒng)可以保證不同海拔和氣象條件下，不同區(qū)域競(jìng)賽項(xiàng)目的造雪需求，但需要為其配備冷卻系統(tǒng)和過濾系統(tǒng)；延慶賽區(qū)冬奧會(huì)期間可以針對(duì)賽區(qū)競(jìng)賽的線路差異，在造雪適宜時(shí)間選擇高海拔區(qū)域先行造雪，然后梯度性下降，逐漸向低海拔地區(qū)過渡性造雪。

6）囤雪是造雪后保障雪量的關(guān)鍵措施，應(yīng)按照相應(yīng)時(shí)間結(jié)點(diǎn)盡早進(jìn)行，可以使用“點(diǎn)式”囤雪、山頂區(qū)域囤雪和雪道延展區(qū)域囤雪等多種方式進(jìn)行；也可以進(jìn)行囤雪實(shí)驗(yàn)，以對(duì)囤雪的經(jīng)濟(jì)性和可操作性進(jìn)行評(píng)估；景觀區(qū)域用雪量需要根據(jù)組委會(huì)規(guī)劃計(jì)算得出。