浅析北方地区自来水管道冬季防冻措施

邢耀辉

（古浪县水土保持工作站，甘肃 古浪 733100）

1 北方地区自来水管道冬季常见病害及原因分析

1.1 管道冻结与破裂

在北方地区，自来水管道冬季最常见的病害是冻结和随之而来的破裂。这主要是因为当气温下降至冰点以下时，管道内的水分开始结冰，冰的体积膨胀导致内部压力急剧上升。具体而言，水冻结体积膨胀约9%，这可能使得管道内部压力从正常的0.4MPa增加至超过3.0MPa，远超许多管道材质的抗压强度[1]。管道材质的选择和施工质量也是冻裂风险的关键因素，例如，如果采用的管材在低温下韧性不足，或者管道接头处施工不严密，都会大大增加管道冻裂的可能性。

1.2 管道节点泄漏

北方地区自来水管道在冬季还面临节点泄漏的问题，这种情况多发生在管道的连接节点，包括弯头、三通或阀门连接处。温度急剧变化导致管道材料和连接件产生热膨胀或收缩，特别是不同材料的膨胀系数差异会在连接节点产生应力，进而影响密封性能，导致泄漏。冬季冻融循环的影响也是导致节点泄漏的重要因素之一，冻融循环会导致管道材料和连接件材料疲劳，从而降低其密封性和结构强度[2]。例如，管道系统中采用的聚乙烯管材，在-20℃的环境下，其材料的弹性可能会显著下降，导致连接处的密封圈不足以维持良好的密封效果。自来水管道节点的主要泄漏问题如表1所示。

表1 自来水管道节点的主要泄漏问题

1.3 管道材料脆化和裂纹

北方地区冬季自来水管道还可能出现材料脆化和裂纹问题。低温环境下，管道材料（尤其是金属和某些类型的塑料管材）的韧性会降低，使得材料更易于脆化，从而在受到外力或内部压力变化的影响时产生裂纹。管道材料在持续的低温状态下，其内部结构可能发生微观变化，导致材料强度下降[3]。此外，管道的地下安装深度如果未能达到防冻要求，土壤冻融循环的物理作用力也会对管道造成额外的机械应力，进一步加剧裂纹生成的风险。例如，某型号的PVC管，在连续暴露于-15℃的环境下48小时后，其表面会出现微小裂纹，若管道内部压力突然改变，这些微小裂纹有可能迅速扩展，导致管道失效。持续低温下管道材料脆化与裂纹发生风险如表2所示。

表2 持续低温下管道材料脆化与裂纹发生风险

2 北方地区自来水管道冬季防冻措施

2.1 提高施工与维护的相关标准

在北方地区，冬季自来水管道的有效防冻措施首先需要从提高施工和维护的相关标准入手。为此，必须严格按照国家及地方标准选择合适的管道材料、施工工艺，以及实施维护过程中的检查与修复标准[4]。例如，管道材料应选用能够承受极低温环境冲击的高密度聚乙烯（HDPE）或耐低温型聚氯乙烯（PVC-U），这些材料在-40℃的环境下仍能保持一定的柔韧性和抗压强度，从而减少因低温导致的管道破裂风险。在施工工艺上，需采用高质量的焊接或连接技术，如电熔焊或承插热熔技术，确保管道连接处的密封性和抗拉强度，避免因施工不当导致的泄漏问题。此外，施工过程中必须确保管道的正确埋深，按照地区气候条件调整，一般建议管道埋深应达到冻土层以下至少0.3m，以利用土壤的绝缘效果防止管道冻结。不同管道材料的抗低温性能如表3所示。

在维护标准方面，建立定期的管网检查制度至关重要。冬季前应对所有管道进行彻底检查，重点检查管道的保温层完整性、连接部位的密封性能以及阀门等附件的工作状态，对发现的任何缺陷应立即进行修复[5]。采用先进的检测技术，如地下管道漏水检测仪和红外热成像技术，可以有效地定位管道漏点和潜在的冻害风险区，从而进行针对性的维护和加固。此外，加强冬季运行期间的巡检频率，特别是在极端低温天气到来之前，通过增加巡检力度，及时发现并解决管网运行中的问题，是保障供水安全的重要环节。

2.2 加强冬季自来水管道防冻宣传

加强冬季自来水管道防冻宣传对于提升公众的防冻意识和参与防冻行动至关重要。通过多渠道、多形式的宣传活动，可以有效地向公众普及自来水管道冬季防冻的知识和技巧。宣传内容应包括冬季管道冻结的原理、家庭如何进行简易的管道保温措施、在低温条件下如何正确使用水管以避免冻裂等实用信息。此外，还应提供冻结管道的紧急应对措施和联系供水企业的快速通道，以便居民在遇到管道冻结问题时能够迅速得到解决。宣传活动可以利用传统媒体如电视、广播和报纸，结合现代社交媒体平台，如微博、微信公众号等，扩大宣传的覆盖面和影响力。在社区层面，组织面对面的讲座和培训活动，直接向居民讲解管道防冻的方法和技巧，特别是对老年人等不常使用社交媒体的群体，这种直接交流的方式更为有效。此外，发放防冻宣传册、挂图等宣传材料，让居民能够随时查阅相关信息，也是提高宣传效果的有效手段。表4展示了防冻宣传活动在某地的宣传效果。

2.3 采用先进的防冻技术

为了有效应对北方地区自来水管道在冬季的冻结问题，采用先进的防冻技术成为了必要措施之一。这些技术包括电伴热系统、地热加热以及自控温度系统等。电伴热系统通过在管道周围或内部安装电热带，利用电力加热保持管道及其内部流体的温度，有效防止冻结。以一条长度为500米的主管道为例，若选用每米功率为20W的电热带，在连续运行24小时的情况下，能够确保在外界温度达到-20℃时，管道内部温度仍能维持在5℃以上，有效避免冻结。地热加热技术则是利用地下深处稳定的温度，通过地热交换系统提升管道内水的温度，这种方法尤其适用于有地热资源的地区。自控温度系统则通过感温元件实时监测管道温度，并根据设定的温度阈值自动启停加热设备，既保证了防冻效果，又实现了能源的节约。这些技术的应用，需要依据具体地理环境、管道材质及经济成本等因素综合考虑，制定最合适的防冻方案。综合运用这些先进技术，能够显著提高管道系统的冬季防冻能力，减少因冻结导致的供水中断及维修成本，保障供水安全和社会经济的稳定发展。

2.4 提升维修人员的技能水平

提升维修人员的技能水平对于确保北方地区自来水管道冬季防冻措施的有效实施至关重要。维修人员不仅需要掌握传统的管道维修技能，还需要了解和应用最新的防冻技术和设备,因此，组织针对性的培训成为必要措施。培训内容应包括冬季管道冻结的预防措施、各种防冻技术的原理和操作方法、紧急情况下的快速修复技巧以及安全意识的提升等。例如，对于电伴热系统的维护和故障排除，维修人员需要能够准确判断系统故障的类型，掌握替换电热带的步骤和方法，以及进行系统参数的调整。此外，维修人员还应学会使用现代检测设备，如红外热成像仪，以快速准确地定位管道的漏点或冻结点。通过这些培训，维修人员能够在冬季低温条件下，迅速、有效地响应各类管道故障，最大限度地减少供水中断的时间，确保居民生活和工业生产的正常进行。通过不断提升维修人员的专业技能和应急处理能力，可以有效提高整个供水系统的抗风险能力，为北方地区的供水安全提供坚实的技术支持。

3 结语

本文通过对北方地区自来水管道冬季防冻问题的深入分析，明确了提高施工与维护标准、加强防冻宣传、采用先进的防冻技术和提升维修人员技能水平的重要性。实践表明，通过这些综合措施的实施，可以有效减少冬季供水中断事件，保障供水安全与稳定。随着技术的不断进步和管理经验的积累，相信北方地区的自来水管道冬季防冻工作将更加科学、高效，为保障公共供水安全提供坚实保障。