北方的冬天常能听到一个提醒，出门前要把户外的水管、水龙头排空，不然一降温管子就炸裂漏水。很多人直觉上以为是冰把管子撑破的，其实真正作怪的，是水一种非常反常识的脾气，这种脾气还顺带解释了湖面为什么会从表面开始结冰。
绝大多数物质是冷缩热胀的，可水偏偏在四摄氏度附近开始反常。当水温降到零度结成冰，水分子靠氢键排成规则的晶体，分子之间被撑开了距离，结果同样质量下，冰的体积比水大约膨胀百分之九，密度反而变小，所以冰能浮在水面上。正是这个膨胀，埋下了爆管的隐患，也让冬天的河湖从表面开始封冻，而不是从底下。
水管是两头封闭的狭长通道。当管内的水从某处开始结冰，先冻出的冰像个塞子把管道堵住，而塞子后面还有一段没能及时排出的液态水。随着温度继续下降，这段水也结冰、也要膨胀，却已经无处可去，只能往唯一的薄弱处施加巨大压力。当压力超过管壁能承受的极限，管子就裂开了。所以严格说，不是冰直接撑破管子，而是被冰堵住后、困在里面的水结冰膨胀造成的压强把管子顶裂。
这也解释了为什么冰总是从水面开始结，而湖底的水温却能维持在四度左右，让鱼熬过寒冬。水的这种反常膨胀，既是冬天爆管的元凶，也是水生生命得以过冬的功臣，一举两得地展现了同一物理性质的两面，只取决于它处在管道里还是湖泊里。
明白了原理，防冻的办法就很直接。排空管道里的水、给外露管子裹上保温层、在极端低温时让水龙头滴一点水保持流动，都能避免水被困在管子里结冰施压。金属管会裂，一些柔性塑料管虽然更耐撑，但长时间冻住也会变形漏水，所以都不能掉以轻心。
并不是所有水管都会裂。管壁厚、有弹性的材料更耐压，而一旦管内完全排空，没有水也就没有膨胀的源头，自然安全。所以长期不用的房子，冬天最稳妥的做法是关阀后把管里的水彻底放空，而不是留半管水听天由命。另有一点很现实，水刚开始结冰时膨胀最猛，往往就在第一次寒潮的深夜悄悄裂开，等天亮发现时已经漏了一地。
理解这条原理还有个额外好处，它解释了为什么汽车防冻液要换成低冰点的液体，而不是灌普通水；也解释了为什么瓶装的饮料、酱料不能放进冷冻室，因为液体结冰膨胀会把瓶子撑爆。同一套物理，在生活的很多角落都在悄悄起作用，只是平时不留意罢了。
把这套道理用到别处也成立。比如冬天往汽车水箱里加防冻液而不是灌自来水，就是因为普通水一旦结冰膨胀，能直接把水箱或发动机缸体撑裂，修起来远比换一桶防冻液贵。自然界的冰既能护住湖里的鱼，也能毁掉粗心人的管道。所以入冬前检查外露水管、给太阳能热水器排空，都是花几分钟省下大麻烦的活儿，关键就在于别给水在封闭空间里结冰膨胀的机会，这也是为什么老房子过冬前总要把水表也包上一层保温棉。
参考： （https://en.wikipedia.org/wiki/Properties_of_water） （https://www.britannica.com/science/water）