1农村饮水安全问题

为全面建成小康社会，实现百年目标，党和国家对精准脱贫作出全面部署安排，按照打赢脱贫攻坚战的相关3a行动指导意见[1]，要大力加强解决贫困地区农村贫困居民饮水安全问题，完成工程建设任务，加强管护责任，做好工程水源范围保护，提高人饮水质，满足水量、取用方便、供水保证方便程度等。

近年来，通过一系列的工程措施，农村居民饮水安全工作取得了一定的成效，全国范围内以及偏远山区饮水安全问题基本已解决。但是在偏远新疆、北方等高寒山区农村饮水安全项目建设及运行中出现了冻胀现象，简单的保温处理并不能保证冬季供水正常。本文以新疆阿克陶县山区布伦口乡农村饮水工程为例，分析寒冷山区冻管原因，并通过保温技术措施及运行管理方式使得冻胀问题得以解决，为以后山区管道工程设计及运行提供参考意义。

2高寒山区冬季冻管问题

阿克陶县地处中国的西面边境地区，新疆地区的西南方，在帕米尔高原东面，塔里木盆地西面，位于东经73°26′，北纬37°41′。阿克陶县为新疆深度贫困县，饮水安全为三保障的组成部分，解决阿克陶县饮水安全问题作为重要首要任务，只有决胜农村贫困人口的饮水安全攻坚战，才能全面建设小康社会。近年来阿克陶县大力开展落实农村饮水安全项目建设，包括偏远山区木吉乡、布伦口乡、塔尔乡等，做到精准不漏一户解决农村饮水安全问题。

2.1项目概况

阿克陶县山区的布伦口乡饮水安全项目地处东经75°07′～75°38′、北纬39°00′～39°18′之间，位于阿克陶县西南部，境内高山与谷地交错，海拔在3340～4500m之间，公格尔山与慕士塔格山群峰叠连，沟壑纵横，山顶终年积雪，并有大面积冰川。项目区属高山寒冷气候，极端最低气温 -29.31℃，最大冻土深度200cm。该项目采用管井+输水方式，2018年建设完成并当年投入使用，经过冬天运行出现大面积的冻管现象，冬季无法通水，后2019年对该项目区部分管网进行整改，此项目在设计中管道埋深均为3m左右，均在最大冻土层以下，阀井均采用预制钢筋混凝土基的座玻璃钢成品井，内置挤塑保温内井盖(如图1所示)，冬季仍出现冻管问题。

2.2原因分析

该项目在设计时已在最大冻土深度以下，阀井亦采取相应保温措施，但在仍出现冻管问题，经分析，施工中、运行管理中皆存在问题导致冬季冻管无法正常通水。

图1 管沟及阀井建筑物剖面图(单位：cm)

(1)回填土压实不够。在施工中，部分管道段开挖回填未达到标准的设计深度，管道覆土回填夯实未按照相关规范实施，若经过降雨等情况地面下沉，导致管道覆土埋深不够，出现冻管问题。

(2)回填土大石头较多。山区进入3月后，本地区地表温度开始逐渐回升，地下的冷气开始向上返，若在施工中，回填效果不好，回填的土石头较多，由于透风性较强，地下与地上的空气形成对流，大量的热量就会散出，此时管道内的水不流动就无法产生足够的热量来抵抗，致使管道温度持续下降，从而会导致管道内的水结冻。

(3)水长期不流动。阿克陶县地处边境，山区牧民多为护边员，有护边任务，出勤时间长，屋内经常几个月无人居住，屋内无暖温度较低，水龙头结冰，向管网延伸，导致整个管网冻管停水。

(4)山区牧民及运行水管人员防冻保温意识不够。山区牧民及水管人员任意上下阀井，开关阀门，导致玻璃钢阀井内置保温泡沫盖置不严，冷空气进入井内，内部温度也会降至冰点之下，闸阀关闭，水流不通，水表冻坏，最终导致管道冻胀，整个冬季无法通水。

3解决冻管问题技术措施

3.1管道采取保温措施

根据现有的工程经验及研究成果，对高寒易冻地区，输水管道可以采用保温方法。电伴热保温措施防冻，在高寒牧区相应电压不稳，农村饮水采用此方法成本较高，不宜采用。一般采用保温材料对管道进行保温[5- 6]。目前，根据国内已有的工程经验，在农村饮水项目中使用较多的保温材料有玻璃棉制品、岩棉制品、柔性泡沫橡塑保温材料等，国内其它保温材料还有例如复合硅酸盐制品、矿渣棉制品、硅酸镁纤维毯制品等。

管道保温结构基本组成为防腐层+绝热层+保护层，管道防结露结构基本组成为防腐层+绝热层+防水层+保护层。管道保温防冻的效果主要是取决于保温材料与采取的保温厚度，需要经过计算或者有限元分析选取合理的保温厚度，确保工程实用并且经济。若管道保温层太薄，则管道的热量损失严重，保温效果差，起不到较好的保温作用；反之，并不是保温层取得越厚越好，会导致其保温工程投资过大，不经济。故要根据工程实际情况对保温结构的材料选取，确定相应工程最佳保温效果的保温层厚度[7- 11]。管道选取保温厚度的计算公式如下：