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【摘要】本文通过对萨迦县县城供水现状的分析，以及对不同的管道防冻措施的对比，建议萨迦县尽快采用电伴热系统防冻方案的试点，为将来大面积推荐该方案提供经验支持。本文研究结论可为同类工程提供参考和借鉴。
【关键词】电伴热系统；保温；城市供水
Fixed boundary flow field numerical simulation application technology research background and application prospect were reviewed
Wang Mingtian
（ChongQing River Engineering Consulting Center， chongqing， 401147）
Abstract：In this article， through analyzing the current situation of issachar county town water supply， as well as the comparison of different pipeline anti-freezing measures， county issachar is suggested by electric heat tracing system of antifreeze solution as soon as possible， recommend the program to provide experience for future support. This article research conclusion can provide reference for similar projects.
Key Words ：Eletric heat tracing system；heat preservation；Urban water supply
1.工程概况
1.1地理位置
萨迦县位于喜马拉雅山北部，东邻日喀则、白朗县，南接定结、岗巴县，西靠定日、拉孜县，北与谢通门隔江相望。距日喀则150km，县驻地位于东经88°03′，北纬28°54′，总面积8126km2，全县平均海拔4400m，县驻地海拔4316m，北部为雅江河谷冲积平原，南部为中高山，南北最大延伸为104km，东西最大长约126km（图1）。
1.2区域交通
中尼公路穿越县境，以县城为中心辐射全县，县道204查拉线和206萨初线连接所有乡镇，另有萨迦县通往拉孜县、丁结县的公路。现全县通车里程415km，其中国道1条，28km；县道2条，共172km；乡道3条，共66km。
2.水文及区域地质
2.1水文气象
萨迦县属于喜马拉雅山地温凉半干旱气候区，气温低、干湿季分明、气温昼夜变化大、年际变化小，年平均气温4.7℃，极端最低气温-25.1℃，極端最高气温28.2℃。年平均风速1.86米/秒，最大风速32.5米/秒，全年平均大风天气30天左右。年太阳辐射总量7600焦耳/平方米，光合有效辐射总量2900～3100焦耳/平方米，年日照时数3200小时，年日照率达73%，是我国也是世界上为数不多的光资源高值区。年平均降水量350mm，多集中在雨季6～9月份，全年无霜期114～120天，最大冻土深1.5m。萨迦县内水系发育，区内河流密布、水流湍急，且大部分支流溪短流急，水位暴涨暴跌，落差很大，冲刷切割山体能力极强。境内均属雅鲁藏布江水系，主要河流有萨迦冲曲、错目曲、卡拉曲、扎衣曲、达曲、强珠普曲、拉冬扎乌等。
2.2区域地质
萨迦县地处冈底斯山与喜马拉雅山之间，南部为高山。该带为印度大陆北部边缘海之基底岩系。其南通过主中央逆冲断裂推覆于低喜马拉雅山构造带上，其北通主中央逆冲断裂被北喜马拉雅沉积带所推覆，该带断裂以辗掩构造为特征，在萨迦所见震旦—寒武纪之石英片岩是由北而南推覆于前震旦纪变质岩之上所形成较大的推覆体，该类断裂走向多与岩层走向一致，断面多向北倾，由下向南推覆而形成叠瓦状构造。本区第三纪构造活动强烈，伴随构造动的迹象，本区为构造相对稳定地区。本区地震基本裂度为Ⅶ度。地震动峰值加速度为0.15g，动反应特征周期0.45s。
项目区出露地层较多，沉积环境复杂，河湖相、河流相交互出现，沉积岩及火成岩（深层侵入岩）普遍分布。管线通过地层多为坡积层，局部为全-强风化岩，岩性为砂岩。主要在山体高处出露。中薄层结构，层面多闭合，泥砂质充填。
3.工程存在的主要问题
萨迦县城供水管网尤其是入户管网存在的主要问题如下：（1）县城的给水干管已基本完善，但由于入户管网没有采取妥善的保温措施，所以，干管不能很好地发挥其应有的效益；（2）县城现有的防冻方案不能满足露天管网保温的要求，每到冬天都会发生冻胀破坏，后期的维护运行费用较高；（3）由于管网未采取恰当的保温措施，居民取水只能从仅有的几座背水台处实现，地区属于高寒缺氧地区，所以增加了取水的难度。（4）背水台处现在的防冻方案为动态水防冻法，造成了水资源的极大浪费，与国家的相关法律法规相背离。
4.管道防冻方案选择
根据日喀则地区其他县城所采用的防冻措施，结合项目所在地萨迦县的特殊的气候特征，本阶段进行对应露天管网防冻保温措施进行比选。
目前，国内较为成熟的露天管网防冻保温措施有：利用保温绝热层防冻法，利用供暖系统供、回水绝热伴暖防冻法，充填防冻液防冻法，利用动态水防冻法，绝热电热器件伴热防冻法。（1）利用保温绝热层防冻方案。根据日喀则地区其他县城外露管网防冻的实践经验，主要采用的保温绝热层有：1）珍珠岩制品；2）聚氨脂泡沫制品；3）泡沫玻璃制品；4）珍珠岩+泡沫棉制品。 通过查阅相关手册及图集，上述几种保温绝热材料的性能如下：
由于萨迦县层极端最低气温约-25℃，通过传热学原理计算分析，采用不同的保温绝热层后，管道的结冰所需时间见表2：
通过上表可得出发现：只在管道为采用保温绝热材料进行管道防冻，极端气温较低的萨迦县，防冻效果较差，县城的入户管网每经历一个冬天，必然会发生管道的冻胀破坏。采用“热镀锌钢管+珍珠岩制品+泡沫棉制品+防潮层”的方式设计。方案建安投资见表3。
萨迦县部分居民小区已采用这种方案进行管材防冻，但根据现场调查，绝大多数管道冬季存在冰冻和爆管现象，不仅供水保证率较低，由此引起的墙壁渗水更影响房屋建筑安全，并且冬季过后，需要对发生冻裂的管材进行更换后才能满足非严寒季节的户内取水需求，运行维护费用较高。（2）利用供暖系统供、回水绝热伴暖防冻方案。该方案的布置要点是：给水管、消防水管与供暖系统供、回水管平行布置、共同保温，借助供暖管水温伴暖给水管、消防水管，达到防冻的目的。萨迦县城现在还没有集中供暖系统，所以该方案不能用于本项目。（3）利用防冻液的防冻方案。由于防冻液在冰点以上温度时流动性好，可以管道输送，该防冻方案虽然免除了绝热保温和伴暖的初投资费及运行费，投资较小；但该方案存在技术上的一些问题：1）该方案只能用于消防用水，不能用于县城其他供水；2）水温变化时，防冻液与水可能发生互溶，起不到防冻的效果。因此，不宜采用此防冻方案。（4）利用动态水防冻方案。根据萨迦县县城现在用的防冻方案，其中一种就是利用动态水防冻方案，即每到了气温较低的时期，就让背水台处安置的水龙头常开，因为水的流动，在管道的中的水还没有来得及结冰，新的水又流出，这种方式能够起到一定的防冻效果，但是，这样必然造成水资源的极大浪费，这与《中华人民共和国》关于城市节约用水的原则完全背离；而且很多时候，取水居民取水后，直接就将水龙头关闭，管道很快就冻结，起不到防冻的效果。（5）绝热电伴热系统防冻方案。该方案以电伴热系统为主要防冻措施，产品商品化程度高、柔韧灵活、安全可靠、施工快捷、经济并满足环保要求。方案对电伴热系统及相应配套设施要求较高，而且便于自动化管理，即使发生意外失效的情况，只要及时发现和抢修即可，能够满足不同管道的防冻要求。但此方案最大的问题是需要持续的外部电源，那么必须采用安全可靠可行的电源。
5.结语
电伴热系统大面积用于高严寒地区的供水工程理论上是可行的，通过对电伴热系统的生产、安装等公司的咨询，他们也认为切实可行，但考虑当地没有成功的例子，所以为了尽早发现可能存在的问题，完善设计、规避风险，建议选取实验点试行，成功后再大面积建设。若该方案切实可行，则可以为高严寒地区的供水工程提供开创性的经验，意义重大。
参考文献
[1]萨迦县人民政府，西藏自治区建筑勘察设计院.西藏自治区日喀则地区萨迦县城市总体规划（2011-2030）文本.图纸[J].2012.07.
[2]中国建筑标准设计研究院.民用建筑工程给水排水设计深度图样（2009年合订本）[M].中国计划出版社.2012.03
[3]中國建筑标准设计研究院.管道和设备保温、防结露及电伴热[M].中国计划出版社.2008.07.01
作者简介
王明天（1986- ），男，山西山阴人，大学本科（双学士学位），主要从事水利工程水工结构相关的设计工作.
基金项目
国家自然科学基金（50879006）.
【关键词】电伴热系统；保温；城市供水
Fixed boundary flow field numerical simulation application technology research background and application prospect were reviewed
Wang Mingtian
（ChongQing River Engineering Consulting Center， chongqing， 401147）
Abstract：In this article， through analyzing the current situation of issachar county town water supply， as well as the comparison of different pipeline anti-freezing measures， county issachar is suggested by electric heat tracing system of antifreeze solution as soon as possible， recommend the program to provide experience for future support. This article research conclusion can provide reference for similar projects.
Key Words ：Eletric heat tracing system；heat preservation；Urban water supply
1.工程概况
1.1地理位置
萨迦县位于喜马拉雅山北部，东邻日喀则、白朗县，南接定结、岗巴县，西靠定日、拉孜县，北与谢通门隔江相望。距日喀则150km，县驻地位于东经88°03′，北纬28°54′，总面积8126km2，全县平均海拔4400m，县驻地海拔4316m，北部为雅江河谷冲积平原，南部为中高山，南北最大延伸为104km，东西最大长约126km（图1）。
1.2区域交通
中尼公路穿越县境，以县城为中心辐射全县，县道204查拉线和206萨初线连接所有乡镇，另有萨迦县通往拉孜县、丁结县的公路。现全县通车里程415km，其中国道1条，28km；县道2条，共172km；乡道3条，共66km。
2.水文及区域地质
2.1水文气象
萨迦县属于喜马拉雅山地温凉半干旱气候区，气温低、干湿季分明、气温昼夜变化大、年际变化小，年平均气温4.7℃，极端最低气温-25.1℃，極端最高气温28.2℃。年平均风速1.86米/秒，最大风速32.5米/秒，全年平均大风天气30天左右。年太阳辐射总量7600焦耳/平方米，光合有效辐射总量2900～3100焦耳/平方米，年日照时数3200小时，年日照率达73%，是我国也是世界上为数不多的光资源高值区。年平均降水量350mm，多集中在雨季6～9月份，全年无霜期114～120天，最大冻土深1.5m。萨迦县内水系发育，区内河流密布、水流湍急，且大部分支流溪短流急，水位暴涨暴跌，落差很大，冲刷切割山体能力极强。境内均属雅鲁藏布江水系，主要河流有萨迦冲曲、错目曲、卡拉曲、扎衣曲、达曲、强珠普曲、拉冬扎乌等。
2.2区域地质
萨迦县地处冈底斯山与喜马拉雅山之间，南部为高山。该带为印度大陆北部边缘海之基底岩系。其南通过主中央逆冲断裂推覆于低喜马拉雅山构造带上，其北通主中央逆冲断裂被北喜马拉雅沉积带所推覆，该带断裂以辗掩构造为特征，在萨迦所见震旦—寒武纪之石英片岩是由北而南推覆于前震旦纪变质岩之上所形成较大的推覆体，该类断裂走向多与岩层走向一致，断面多向北倾，由下向南推覆而形成叠瓦状构造。本区第三纪构造活动强烈，伴随构造动的迹象，本区为构造相对稳定地区。本区地震基本裂度为Ⅶ度。地震动峰值加速度为0.15g，动反应特征周期0.45s。
项目区出露地层较多，沉积环境复杂，河湖相、河流相交互出现，沉积岩及火成岩（深层侵入岩）普遍分布。管线通过地层多为坡积层，局部为全-强风化岩，岩性为砂岩。主要在山体高处出露。中薄层结构，层面多闭合，泥砂质充填。
3.工程存在的主要问题
萨迦县城供水管网尤其是入户管网存在的主要问题如下：（1）县城的给水干管已基本完善，但由于入户管网没有采取妥善的保温措施，所以，干管不能很好地发挥其应有的效益；（2）县城现有的防冻方案不能满足露天管网保温的要求，每到冬天都会发生冻胀破坏，后期的维护运行费用较高；（3）由于管网未采取恰当的保温措施，居民取水只能从仅有的几座背水台处实现，地区属于高寒缺氧地区，所以增加了取水的难度。（4）背水台处现在的防冻方案为动态水防冻法，造成了水资源的极大浪费，与国家的相关法律法规相背离。
4.管道防冻方案选择
根据日喀则地区其他县城所采用的防冻措施，结合项目所在地萨迦县的特殊的气候特征，本阶段进行对应露天管网防冻保温措施进行比选。
目前，国内较为成熟的露天管网防冻保温措施有：利用保温绝热层防冻法，利用供暖系统供、回水绝热伴暖防冻法，充填防冻液防冻法，利用动态水防冻法，绝热电热器件伴热防冻法。（1）利用保温绝热层防冻方案。根据日喀则地区其他县城外露管网防冻的实践经验，主要采用的保温绝热层有：1）珍珠岩制品；2）聚氨脂泡沫制品；3）泡沫玻璃制品；4）珍珠岩+泡沫棉制品。 通过查阅相关手册及图集，上述几种保温绝热材料的性能如下：
由于萨迦县层极端最低气温约-25℃，通过传热学原理计算分析，采用不同的保温绝热层后，管道的结冰所需时间见表2：
通过上表可得出发现：只在管道为采用保温绝热材料进行管道防冻，极端气温较低的萨迦县，防冻效果较差，县城的入户管网每经历一个冬天，必然会发生管道的冻胀破坏。采用“热镀锌钢管+珍珠岩制品+泡沫棉制品+防潮层”的方式设计。方案建安投资见表3。
萨迦县部分居民小区已采用这种方案进行管材防冻，但根据现场调查，绝大多数管道冬季存在冰冻和爆管现象，不仅供水保证率较低，由此引起的墙壁渗水更影响房屋建筑安全，并且冬季过后，需要对发生冻裂的管材进行更换后才能满足非严寒季节的户内取水需求，运行维护费用较高。（2）利用供暖系统供、回水绝热伴暖防冻方案。该方案的布置要点是：给水管、消防水管与供暖系统供、回水管平行布置、共同保温，借助供暖管水温伴暖给水管、消防水管，达到防冻的目的。萨迦县城现在还没有集中供暖系统，所以该方案不能用于本项目。（3）利用防冻液的防冻方案。由于防冻液在冰点以上温度时流动性好，可以管道输送，该防冻方案虽然免除了绝热保温和伴暖的初投资费及运行费，投资较小；但该方案存在技术上的一些问题：1）该方案只能用于消防用水，不能用于县城其他供水；2）水温变化时，防冻液与水可能发生互溶，起不到防冻的效果。因此，不宜采用此防冻方案。（4）利用动态水防冻方案。根据萨迦县县城现在用的防冻方案，其中一种就是利用动态水防冻方案，即每到了气温较低的时期，就让背水台处安置的水龙头常开，因为水的流动，在管道的中的水还没有来得及结冰，新的水又流出，这种方式能够起到一定的防冻效果，但是，这样必然造成水资源的极大浪费，这与《中华人民共和国》关于城市节约用水的原则完全背离；而且很多时候，取水居民取水后，直接就将水龙头关闭，管道很快就冻结，起不到防冻的效果。（5）绝热电伴热系统防冻方案。该方案以电伴热系统为主要防冻措施，产品商品化程度高、柔韧灵活、安全可靠、施工快捷、经济并满足环保要求。方案对电伴热系统及相应配套设施要求较高，而且便于自动化管理，即使发生意外失效的情况，只要及时发现和抢修即可，能够满足不同管道的防冻要求。但此方案最大的问题是需要持续的外部电源，那么必须采用安全可靠可行的电源。
5.结语
电伴热系统大面积用于高严寒地区的供水工程理论上是可行的，通过对电伴热系统的生产、安装等公司的咨询，他们也认为切实可行，但考虑当地没有成功的例子，所以为了尽早发现可能存在的问题，完善设计、规避风险，建议选取实验点试行，成功后再大面积建设。若该方案切实可行，则可以为高严寒地区的供水工程提供开创性的经验，意义重大。
参考文献
[1]萨迦县人民政府，西藏自治区建筑勘察设计院.西藏自治区日喀则地区萨迦县城市总体规划（2011-2030）文本.图纸[J].2012.07.
[2]中国建筑标准设计研究院.民用建筑工程给水排水设计深度图样（2009年合订本）[M].中国计划出版社.2012.03
[3]中國建筑标准设计研究院.管道和设备保温、防结露及电伴热[M].中国计划出版社.2008.07.01
作者简介
王明天（1986- ），男，山西山阴人，大学本科（双学士学位），主要从事水利工程水工结构相关的设计工作.
基金项目
国家自然科学基金（50879006）.