在我国北方冬季低温地区（如东北、华北、西北），市政排水管网常面临 “结冰堵塞” 难题 —— 当气温持续低于 - 5℃时，管网内污水易在管道内壁、检查井、泵站流道形成冰层，轻则缩小过流断面、降低排水效率，重则导致管道完全堵塞、污水外溢，甚至引发路面结冰、管道冻裂等安全事故。据统计，北方部分城市冬季因管网结冰导致的排水故障占全年故障总量的 40% 以上，不仅增加运维成本，还严重影响城市正常运行与居民生活。本文针对冬季低温地区市政排水管网的结冰成因，从 “预防保温、水力优化、智能监测、应急处置” 四大维度，提供全流程防结冰堵塞方案，确保冬季排水系统稳定畅通。

一、冬季管网结冰成因：从温度、水力到结构的多因素解析

市政排水管网结冰并非单一低温导致，而是 “低温环境 + 水力条件 + 管道结构” 共同作用的结果，明确成因是制定防结冰策略的前提。

（一）核心诱因：低温持续低于污水冰点

市政污水因含有机物、盐分等杂质，冰点通常低于纯水（约 - 1℃~-3℃），但当冬季气温持续低于 - 5℃，且管道埋深不足、保温措施缺失时，管道内污水温度会逐渐降至冰点以下，形成冰层。例如东北某城市冬季极端低温达 - 30℃，未保温的浅层管道（埋深＜1.5m）内污水 2 小时内即可结冰，24 小时冰层厚度可达 5-8mm，直接堵塞 DN300 管道的 30% 过流断面。

（二）关键推手：水力流速过低或流量波动

低流速促结冰：管网末梢、夜间低峰期（流量仅为白天的 1/3~1/5）时，污水流速降至 0.3m/s 以下，污水在管道内停留时间延长，热量散失加剧，易在管道内壁形成 “层状冰”。例如某住宅小区夜间排水流量仅 20m³/h，对应 DN400 管道流速 0.22m/s，次日清晨管道内壁结冰厚度达 6mm，排水阻力显著增加。

流量骤降引发冰塞：工业企业停产、节假日人口减少等导致污水流量骤降时，管道内易形成 “死水段”，污水完全静止后快速结冰，形成 “冰塞” 堵塞管道。例如某工业园区春节期间停产，周边 DN500 管网流量从 150m³/h 降至 30m³/h，3 天后管道出现多处冰塞，导致周边居民区污水外溢。

（三）结构缺陷：管道埋深不足与节点设计不合理

埋深未达冻土层以下：我国北方地区冻土层厚度多为 0.8-2.0m（东北部分地区达 2.5m），若管道埋深小于冻土层厚度，土壤低温会持续吸收管道热量，导致管内污水结冰。例如内蒙古某城市部分老管网埋深仅 1.0m，而当地冻土层厚度 1.5m，冬季管道结冰故障率达 60% 以上。

检查井与泵站易积冰：检查井井筒暴露于低温环境，顶部热量散失快，污水溅落至井筒内壁易形成 “冰锥”；泵站集水池、流道因水流减速、局部涡流，易形成 “块状冰”，甚至堵塞水泵进口。例如北京某泵站冬季集水池内形成直径 1250px 的冰块，导致水泵频繁跳闸。

二、预防保温：从管道到节点的全链路防寒设计

预防是冬季管网防结冰的核心，需针对 “管道、检查井、泵站” 三大核心部件，采用 “主动保温 + 被动防寒” 结合的方式，阻断低温对管网的影响。

（一）管道保温：根据埋深与环境选择适配方案

浅层管道主动保温：埋深小于冻土层厚度的管道（如新建管网受地形限制、老管网改造难度大），采用 “保温层 + 防腐层” 复合结构，常用保温材料包括聚氨酯泡沫（导热系数≤0.024W/(m・K)）、聚乙烯保温壳，保温层厚度根据低温程度确定（-10℃~-20℃地区厚度 50-80mm，-20℃以下地区 80-120mm）。例如沈阳某新建 DN600 管网，埋深 1.2m（当地冻土层 1.8m），采用 80mm 厚聚氨酯泡沫保温层 + 聚乙烯外护管，冬季管内污水温度维持在 2℃以上，无结冰现象。

深埋管道被动防寒：埋深大于冻土层厚度的管道，通过优化管道走向（避开地下水位高、土壤导热性强的区域）、回填保温土壤（如掺入 50% 炉渣的混合土，导热系数降低 30%），减少土壤低温对管道的影响。例如哈尔滨某 DN800 管网埋深 2.2m（冻土层 2.0m），回填炉渣混合土后，冬季管周土壤温度维持在 - 2℃以上，管内污水无结冰风险。

异形管道重点保温：管道转弯处、变径处因水流扰动易积冰，需加强保温措施，如增加保温层厚度 10%-20%、包裹电伴热带（功率 10-20W/m）。例如长春某管网 DN500 变 DN300 变径处，包裹 20W/m 电伴热带 + 80mm 保温层，冬季运行 3 年无结冰堵塞记录。

（二）检查井保温：阻断顶部热量散失

井筒保温与密封：检查井井筒采用保温井盖（如复合保温井盖，导热系数≤0.3W/(m・K)），井筒内壁粘贴 50-80mm 厚聚氨酯保温板，井盖与井筒之间加装橡胶密封垫，减少冷空气进入。例如石家庄某小区检查井改造后，井筒内温度较改造前提升 5℃-8℃，冬季无冰锥形成。

井底防结冰设计：检查井井底设置 5°-10° 排水坡度，避免污水滞留；在井底周边铺设电伴热电缆（功率 5-10W/m），温度低于 - 3℃时自动启动，维持井底污水温度在 0℃以上。例如太原某市政检查井加装电伴热电缆后，冬季井底无积水结冰，清淤频次从每月 2 次降至每季度 1 次。

（三）泵站保温：流道与设备防寒

泵站厂房保温：泵站厂房采用岩棉夹芯板（厚度 100-150mm）封闭，安装工业暖风机（温度低于 - 5℃时自动启动），维持厂房内温度在 5℃以上；集水池顶部覆盖保温盖板，减少热量散失。例如呼和浩特某污水泵站改造后，集水池内污水温度维持在 3℃-5℃，流道无积冰现象。

水泵与管道伴热：水泵进出口管道、阀门包裹电伴热带（功率 15-25W/m），并设置温度传感器，低于 0℃时自动加热；水泵停运期间（如检修），通过管道循环泵使污水缓慢流动，避免局部结冰。例如大庆某泵站冬季检修时，通过循环泵维持管道内污水流速 0.2m/s，72 小时无结冰堵塞。

三、水力优化：通过流量与流速调控减少结冰风险

水力条件是影响管网结冰的关键因素，通过 “稳定流量、提升流速、消除死水”，可从根本上减少结冰概率，适用于已建管网的冬季运行管控。

（一）流量调控：避免流量骤降与死水段

工业企业错峰排水：协调工业园区内工业企业冬季错峰停产、排水，避免因企业集中停产导致管网流量骤降。例如沈阳某工业园区要求化工企业分批次春节停产，确保管网日均流量维持在设计流量的 50% 以上，冬季无冰塞故障。

管网联通与补水：在管网末梢、易形成死水段的区域，建设管网联通管（如 DN300-DN400），当局部流量过低时，通过联通管调配其他区域污水，补充流量；必要时从污水处理厂回流处理后污水（温度通常 15℃-20℃），提升管网内污水温度与流量。例如北京某管网末梢通过 DN300 联通管每日回流 200m³ 处理后污水，冬季管内污水温度提升 3℃-4℃，流速维持在 0.4m/s 以上。

（二）流速提升：确保临界防结冰流速

根据北方地区冬季管网运行经验，污水流速维持在 0.5m/s-0.8m/s 时，可通过水流扰动减少冰层形成，需通过 “优化管道坡度、调控泵站扬程” 实现：

管道坡度优化：新建管网设计时，将冬季最小流速对应的管道坡度提高 10%-20%（如原设计坡度 0.2%，冬季调整为 0.22%-0.24%）；已建管网通过局部改造（如垫高管道起点），提升局部坡度。例如天津某老管网改造后，局部坡度从 0.18% 提升至 0.22%，冬季流速从 0.35m/s 提升至 0.52m/s，无结冰现象。

泵站扬程调控：通过变频调节泵站水泵扬程，在夜间低峰期适当提高扬程，提升管网内污水流速。例如济南某污水泵站冬季夜间将扬程从 15m 提高至 18m，管网末端流速从 0.3m/s 提升至 0.55m/s，有效抑制冰层形成。

四、智能监测：实时预警结冰风险

冬季管网结冰具有隐蔽性强、发展快的特点，需通过 “温度 + 流量 + 视频” 多维度智能监测，及时发现结冰苗头，避免故障扩大。

（一）温度监测：实时掌握管网热状态

管内温度监测：在易结冰管道（如浅层管道、管网末梢）安装内置式温度传感器（防护等级 IP68），实时监测管内污水温度，当温度低于 1℃时发送预警信息。例如哈尔滨某管网安装 200 个管内温度传感器，冬季累计发送低温预警 32 次，运维人员及时采取补水、伴热启动等措施，避免结冰堵塞。

管周土壤温度监测：在管道埋深小于冻土层厚度的区域，布设土壤温度传感器（埋深与管道中心齐平），当土壤温度低于 - 5℃时，联动启动管道电伴热系统。例如沈阳某管网土壤温度监测系统，冬季自动启动电伴热 38 次，节省人工巡检成本 60%。

（二）流量与压力监测：识别结冰导致的流态异常

流量异常监测：在管网关键节点安装超声波流量计，当流量持续低于设计值的 30%、或同一断面流量差超过 20%（表明管道过流断面缩小）时，判定为结冰风险，推送预警。例如北京某管网流量计监测到 DN500 管道流量从 80m³/h 降至 50m³/h，且上下游流量差达 25%，运维人员及时清淤除冰，避免堵塞。

管道压力监测：在重力流管网检查井内安装液位传感器，在压力流管道安装压力传感器，当液位异常升高（表明管道堵塞）、压力骤增时，触发预警。例如石家庄某压力流管网压力传感器监测到压力从 0.3MPa 骤增至 0.5MPa，运维人员紧急关闭上游阀门，排查发现管道内形成 1.2m 长冰塞，及时处置避免管道爆裂。

（三）视频监测：直观观察节点结冰情况

在重点检查井、泵站集水池安装低温耐候型摄像头（工作温度 - 30℃~60℃），通过 AI 图像识别技术自动识别冰锥、冰块等结冰现象，识别准确率达 95% 以上。例如长春某泵站集水池视频监测系统，冬季自动识别冰块 12 次，运维人员通过机械破碎及时清除，避免水泵堵塞。

五、应急处置：快速解决结冰堵塞故障

尽管采取预防措施，极端低温仍可能导致管网结冰堵塞，需建立 “快速响应、科学处置” 的应急机制，减少故障影响。

（一）物理除冰：适用于局部轻度结冰

机械破碎除冰：针对检查井冰锥、管道局部冰层，采用小型机械工具（如电动冰镐、高压水枪（水温 50℃-60℃））破碎冰层。例如沈阳某管网检查井内形成 750px 长冰锥，运维人员使用电动冰镐 10 分钟内清除，恢复排水。

管道清淤车高压冲洗：针对管道内浅层冰层，采用高压清洗车（水压 15-20MPa，水温 40℃-50℃）冲洗管道内壁，清除冰层与淤积。例如哈尔滨某 DN600 管道内结冰厚度 5mm，高压清洗车冲洗 30 分钟后，过流断面完全恢复。

（二）热力融冰：适用于重度冰塞

蒸汽融冰：针对管道完全冰塞，采用移动式蒸汽发生器（蒸汽温度 120℃-150℃）通过临时管道插入冰塞段，蒸汽融化冰层后，通过污水泵排出融冰水。例如大庆某 DN400 管道冰塞长度 5m，蒸汽融冰 2 小时后恢复畅通。

热水循环融冰：在管网两端临时搭建热水循环系统，注入 60℃-80℃热水循环流动，逐步融化管道内冰层。例如呼和浩特某小区管网冰塞，通过热水循环 3 小时，冰层完全融化，无管道损伤。

（三）应急排水：避免污水外溢

当管网结冰堵塞导致污水外溢时，启用应急排水设备（如移动式污水泵、应急管网），将污水临时抽排至污水处理厂或应急蓄水池，减少对环境与居民生活的影响。例如北京某小区冬季管网堵塞，启用 10 台移动式污水泵（总扬程 20m），3 天内抽排污水 5000m³，避免污水外溢结冰引发路面安全事故。

结语

冬季低温地区市政排水管网防结冰堵塞，需坚持 “预防为主、监测为辅、应急兜底” 的原则，从设计阶段的保温与水力优化，到运行阶段的智能监测与流量调控，再到故障后的快速应急处置，形成全流程保障体系。实践中，还需结合当地气候条件（如极端低温、冻土层厚度）、管网现状（新建 / 已建、埋深、材质）制定差异化方案，例如东北严寒地区需强化主动保温与热力融冰能力，华北地区可侧重水力优化与智能监测。只有将技术措施与管理机制深度结合，才能有效防范冬季管网结冰堵塞，保障城市排水系统稳定运行。