堤壩隱患及滲漏探測技術的分析

王真真

摘 要：堤壩隱患不及時排查時刻威脅著國家經濟建設、威脅著人們生命安全，做好堤壩隱患工作至關重要，通過滲漏探測技術可以有效的規避該隱患。我國目前對堤壩隱患的探測技術已日趨成熟，部分探測技術在堤壩隱患及滲漏探測中的應用，能快速、精準的探測堤壩隱患，利用高密度電阻率法和瞬變電磁法等方法進行隱患探測，根據多年的堤壩隱患調查經驗，就堤壩隱患及滲漏探測技術做出如下分析。

關鍵詞：堤壩隱患；滲漏探測；技術分析

中圖分類號：S29 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170133075

堤壩是水利設施的基礎建設，在防洪抗洪中起到核心作用。縱觀歷史，堤壩建設關系到人民生命安全，關系到經濟效益及社會效益。不同的年代，不同的技術修建的堤壩不可避免的存在不同的隱患，因此后期堤壩隱患分布的排查尤為重要，滲漏探測技術在該項工作中起到了重要意義。針對山東部分堤壩進行了電法探測技術、磁法探測技術、彈性波探測技術等實踐，作出大量的研究分析工作，從而取得有效的探測方法，提供除險依據。

1 堤壩隱患的定義

堤壩隱患由多種原因形成，如在筑建堤壩過程中存在的質量不達標或地質本身存在的缺陷卻沒有被發現的，部分洞穴、裂縫或人為的破壞也是形成隱患的原因之一；造成堤壩隱患的不利因素是堤壩建設或抗洪搶險時遺留下的麻袋、抗洪廢品等物質。此類隱患相對較易排查，隱患部位與其他無隱患部位有明顯的差別。可以通過探測技術高效尋找隱患或滲漏。

2 電法探測技術

2.1 常規電阻率法

常規電阻率法（resistivity method）是針對堤壩相同位置不同深淺、不同位置相同探測時電阻率的變化觀察確定堤壩是否存在隱患的方法。利用電阻率法的原理，研究分析堤壩隱患處電阻線的變化，在普查堤壩隱患時，可以利用電阻率剖面法，通過總結電阻線的變化推測隱患的存在點。在堤壩隱患探測工作中，常規電阻率法所用的儀器成本低、操作簡單，探測時間短，反應靈敏，又能確定工程裂縫、洞穴或堤壩薄厚不均的位置，處理起資料來比較方便。

2.2 高密度電阻率法

高密度電阻率法（multi-electrode resistivity method）20世紀70年代時首先是英國提出的，我國引入時間大概在20世紀80年代末。對于高密度電阻率發的研究及應用也要追溯到20世紀末期。高密度電阻率法的原理與常規電阻率法相似，不同的一點是該方法的密度設置高于常規電阻率法，在使用時，將測點進行間隔，將電極布置于其中便可進行監測。

高密度電測系統的設計比較先進，利用大量集成電路可以自動采集數據，電極可以自由排列從而采集更多數據，系統結構如圖1所示。

高密度電阻率法在隱患探測工作中運用已非常普遍，該技術非常適合隱患探測，采集數據豐富、精確、快速，抗干擾力強、有成像功能，在堤壩隱患數據采集中基本實現了自動化，大大降低了人工操作的失誤。

2.3 自然電位法

自然電位法（spontaneous potential）可以用來作堤壩建筑中受金屬腐蝕滲透的檢測，自然電位是堤壩中的水流動通過遭受腐蝕的松散層或裂縫時，會吸附和氧化流動時所經過巖層孔隙，再經過滲透過濾等一系列作用而產生的。

在探測過程中，在存在滲漏隱患的位置深度布置測網，并測量出2點之間存在的電位差，來繪制各電位剖面與平面線圖（如圖2所示）。此方法針對滲漏度強的堤壩隱患有較大作用，通過一臺電位計或普通的電測儀及簡單的輔助儀器，便可以準確分析滲漏隱患位置及深淺。唯一存在的不足，對微小的滲漏隱患不能及時排查，不能及時發現，靈敏度略差。

2.4 地電影像技術

地電影像技術是通過計算機控制，堤壩中出現裂縫、洞穴、淤泥等隱患時，可以發生部分電性異常，這時可以利用地電影像技術來分析判斷隱患的存在，通過計算機由多道電極短時間內進行反復多次的數據采集，輸送回成像軟件，通過軟件分析生成的電性分布圖。

3 磁法探測技術

3.1 瞬變電磁法

瞬變電磁法（Time domain electromagnetic methods）是利用不接地回線或接地線源向地下發射一次脈沖磁場，在一次脈沖磁場間歇期間利用線圈或接地電極觀測地下介質中引起的二次感應渦流場，從而探測介質電阻率的一種方法。其基本工作方法是：于地面或空中設置通以一定波形電流的發射線圈，從而在其周圍空間產生一次電磁場，并在地下導電巖礦體中產生感應電流：斷電后，感應電流由于熱損耗而隨時間衰減。瞬變電磁法可以用于大范圍的探測工作中，其優點是探測時可以不受地形、接地電阻的影響，快速、高深度的探測堤壩滲漏位置。

3.2 探地雷達法

探地雷達法（Ground Penetrating Radar，GPR）在堤壩滲漏探測過程中，無論從雷達剖面還是切面都能反射出較低的頻率，或有較大的振幅反射，從而來判斷堤壩隱患所處的位置、大體結構、形狀及具體的深度。探地雷達的優點是高效、高速、簡單。堤壩材質影響電磁波的探測深度，不適用土質含水量較大的堤壩，通常相對干燥的土質，雷達可以探測幾米的堤壩隱患。

3.3 磁感式探測技術

磁感式探測可以利用電磁感應來進行測定的一項技術。可以對土層厚度、養分、水分、黏粒含量等作出測定，在科技高速發展的今天，磁感應與定位系統相結合形成了移動式電磁感應探測技術。該技術具有高效、穩定、低投資等優點，對于均質堤壩隱患的探測深度可達到6m。

3.4 微重力探測技術

微重力探測技術今年來應用較為廣泛。像扭秤、重力儀等在重力測量中靈敏度非常高，可能根據海拔、經緯、地形等獲得數據，根據其變化來修正數據，再以反映的數據制作與等高線類似的圖示。在淺層喀斯特洞穴中的測定時，微重力探測應用較多。

4 彈性波探測技術

彈性波探測技術分為2種，瞬態瑞雷面波探測技術。該技術運用的瑞雷面波的頻散特征，可以在相同速度相同厚度的地平面進行頻率測深，瑞雷波速與橫波速相結合在測深過程中可以很容易得到堤壩質量的數據。在工作效率和精準度上有較大優勢，該方法通常用來檢測堤壩松散層和土壩滲漏異常。

CT技術。CT技術是通過X射線探測物體并得到一維影像數據，通過計算機進行數據處理還可以構建所探測的三維圖像，根據CT技術的原理，該技術檢測主要用于混凝土大壩。

5 其他探測技術

其他探測技術還有同位素檢測、溫度檢測、纖維光導測溫、多傳感器信息融合及地球物理測井技術。

同位素檢測技術是借助放射性示蹤劑在滲流場中不同部位的不同表現進而推斷其滲流特征的一種間接手段。同位素示蹤技術是探測堤壩管涌及管涌滲透性的一種有效方法，國外很多國家一直運用此技術來檢測滲漏。我國新安江水電站就曾應用該技術探測過右岸壩基的滲流情況。該技術的主要缺點是：需要在巖體鉆孔，滲漏現象和隱患位置需要通過其他物理現象的解釋進行推斷，且這些方法的定量解釋目前尚有一定困難。

溫度監測技術是通過溫度的觀測發現堤壩滲漏，是一種確定滲流區域的手段，但是溫度監測實際操作比較繁瑣、受限制，通常用于局部監測；纖維光導測溫技術用散射信號進行頻譜分析、處理獲得檢測點的溫度，土壤與水接觸后引起熱傳導產生溫度變化，在5m左右深的位置溫度變化與表面僅有20%變化，如果有滲水流過土溫便接近于滲漏水溫，從而根據溫度判斷堤壩滲漏異常的數據；多傳感器信息融合技術則是綜合利用多個傳感器獲得信息；地球物理測井技術在60a前便已運用到石頭及地下室勘探方面，后來逐漸運用到了水利方面，可以用來探測裂縫及洞穴的大小。

6 總結

上述技術中，簡便、有效、常用的方法是高密度電阻率法及瞬變電磁法。近年來應用廣泛的物探技術主要為磁感式堤壩隱患探測技術和地電影像技術。通過各種堤壩隱患中滲漏探測技術的分析，可以根據堤壩的材質、地形等選擇適合的探測技術，或者多種探測技術相結合，從而達到排查與探測的最佳效果。

參考文獻

[1]B.N.Nagarsenker，M.M.Das.Exact Distribution of Sphericity Criterion in the Complex Case and its Percentage Points[J].Communications in Statistics-Simulation and Computation，1975（44）.

[2]Xin Zhang.Application of 3D Electrical Resistivity Tomography for Diagnosing Leakage in Earth Rock-Fill Dam[J].Engineering，2016，0805.

[3]葛雙成，章曉樺，劉超英，陳夷，蘇全.堤壩隱患物理探測方法及其應用[J].浙江水利科技，2005（5）：36-39.

[4]郭秀軍，張曉培，牛建軍.分布式高密度電阻率探測系統及其在堤壩隱患探測中的應用[J].工程勘察，2001（4）：67-69，66.

[5]方緒順，錢亞俊，何寧，王國利，汪漳淳，張桂榮，何斌. McSEIS多功能綜合地震儀在堤防隱患探測中的應用研究[J]. 水利與建筑工程學報，2016（1）：6-9，26.

[6]尤然，鄒明陽.地質雷達在雞西公園內溢流壩工程檢測中的應用研究[J].黑龍江水利科技，2016（1）：113-115.

[7]彭波，張得煊.利用紅外熱像技術探測土石壩集中滲漏的研究[J].科學技術與工程，2016（11）：93-98，103.

[8]徐云乾，黃春華，陸雪萍，李飛，劉建文.高密度電阻率法在水庫壩肩滲漏隱患檢測中的應用[J].無損檢測，2016（5）：41-44，68.

[9]劉世奇，李鈺.基于MATLAB的探地雷達堤壩隱患探測仿真研究[J].大壩與安全，2011（4）：53-56.

[10]孫禮釗，鄭琳，包偉力.高密度電阻率法在某水庫南堤滲漏探測中的應用研究[J].工程地球物理學報，2016（5）：574-579.