工程勘察在沿江城市防汛工作中的應用探索

（安徽地質礦產勘查局安徽省勘查技術院，安徽合肥 230000）

每年汛期，我國長江水系沿岸的城市都會面臨較大的防汛減災壓力。洪水漫堤和破堤帶來的安全隱患和財產損失巨大，結合巡查中發現的堤壩滲漏情況，對具有潛在“洞、縫、松”三類主要隱患的堤壩進行工程勘察，通過采用地球物理勘探手段查明壩體結構和含水分布情況，圈定需要采取壩基加固、壩體阻滑的重點區間，提高防汛減災工作的針對性和時效性。

2020年歷史性特大洪水給安徽省帶來了十分嚴重的洪澇災害，裕溪河作為巢湖通江河道，此次受到江水倒灌和巢湖水位突破歷史極值的雙重壓力，堤壩受高水位長期浸泡，滲漏嚴重，部分堤壩出現崩岸。在應急救援的工作要求下，對裕溪河入江口的多處隱患堤壩開展地球物理勘探工作，使用電、磁、震多方法進行綜合勘探，通過數據相互論證，推斷壩體內部結構和含水分布情況。

1 “巡查+勘察”的工作模式簡述

巡查是防汛工作的一種常規手段，通常是組織人員按堤壩斜坡傾向站成一排，用腳踩的方式，向一個方向統一前進，遇到散浸或滲漏點，及時用鐵鍬開溝、鋪石、導流，并定時觀察流水的速度和渾濁度來判斷滲漏趨勢。這種手段類似于工程勘察中的踏勘階段，優點在于可以快速排查堤壩滲漏隱患點并及時采取防治措施。

由于堤壩滲漏的普遍性和壩體的不均質性，巡查存在一定的局限性。第一，無法區別滲漏的普遍性和特殊性。堤壩滲漏不僅在汛期會出現，在非汛期堤壩也會有滲漏跡象，只是汛期出現滲漏跡象更為普遍，巡查很難區分滲漏隱患增多的特殊性。第二，無法識別壩體的內部結構。長江沿線的內河堤壩在目前的工程建設中很難按照統一的標準和規范達到防波堤和護岸的建設要求，壩體填充物可能是混凝土、碎石、黏土，甚至是廢渣，這種壩體的不均質性是巡查無法查明的。

“巡查+勘察”的模式能夠在發揮巡查優勢的基礎上彌補不足。由于堤壩巡查的短板在于無法識別堤壩內部結構和含水分布特征，在勘察手段中，工程地質測繪和遙感影像解譯的作用并不突出，主要應用工程勘察中的地球物理勘探方法，并逐步探索地理信息系統（GIS）的應用。其中地球物理勘探方法主要包括高密度電阻率法、天然源面波法、自然電場法和地質雷達法，通過不同方法的綜合應用，查找壩體淤泥質軟弱層或局部軟弱地段、砂質土層滲水帶，評價壩體密實度、滲水程度、富水性及危險性，圈定壩體異常點空間范圍，從而識別壩體可能存在的薄弱帶、空洞和管涌等隱患，為防汛工作提供更加有效和科學的參考依據。

2 地球物理勘探方法在堤壩勘察中的作用評價

2.1 高密度電法

高密度電法是以巖、土導電性的差異為基礎的一種陣列電法勘探方法，通過研究人工施加穩定電流場的作用下地中傳導電流分布規律，推斷不同電阻率異常指示的地質體的賦存情況。

裕溪河堤壩高密度電法剖面如圖1所示。

圖1 裕溪河堤壩高密度電法剖面

從圖1實測視電阻率可以看出，壩頂5 m以下范圍顯示相對低阻，剖面5～15 m為壩基以下深度范圍顯示的連續穩定高阻，且層序較為清晰，根據地質資料和高密度電阻率法數據，判斷壩體0～5 m地層以黏土質為主、5 m以下地層以砂質為主，壩體較為均質。在壩體以下約5 m、點位113～142區間內出現電阻率曲線呈凸起狀，據此推斷該區間是由于滲漏造成局部泥土流水，從而導致砂質含量較高導致電阻率較大，高密度電阻率法異常劃分區段與現場巡查過程發現的滲漏點相吻合。最后在壩體南側，在壩體以下約5 m、點位150～170區間出現低電阻率，但未出現曲線突變，據此判斷該區間富水性較強。

2.2 天然面波法

天然面波法是利用環境背景噪聲作為視震源的微震勘查方法。其突出優勢在于抗干擾能力強，在堤壩搶險施工過程中，可以快速高效完成堤壩地層結構劃分和薄弱帶的圈定。

在壩頂以下2.5 m、點位145～165區間存在相對低速區域，結合已知滲漏點位置，推斷該區間富水性強，為薄弱帶，在隨后的巡查中發現該區間出現新漏水點，進一步佐證了勘察的推斷結果。在壩頂以下8～14 m、135～165區間存在相對低速區域，推斷為薄弱帶。在壩頂以下15 m，見明顯高速區，彈性界面清晰，據此將堤壩自下而上分為墊層、基層、面層和表層。無為大堤天然面波法剖面如圖2所示。

圖2 無為大堤天然面波法剖面

2.3 自然電場法

自然電場法是利用天然穩流電場進行地質勘查的一種物探方法。堤壩內部的巖石顆粒與周圍溶液間存在雙電層，其中靠近巖石顆粒的一側帶負電，靠近溶液的一側帶正電，整個系統呈電性平衡狀態。在堤壩出現滲漏隱患后，水流沿壩體內部空隙形成狹窄運移通道，溶液中的正離子被水流帶走，電性平衡被打破，產生極化并于通道內形成電位差，對這種電動效應引起的過濾電場進行識別，將正電位作為水流起點、負電位作為水流終點，據此推斷堤壩內部流水走向。但是此次勘察由于迎水面水位過高，剖面難以布置，只在背水面進行了單線布置，垂直堤壩的流水走向無法推斷，但可以發現連續單一剖面的電位梯度存在明顯起伏，對比巡查過程中發現的滲漏隱患點，可以推斷出后期可能會發生滲漏的位置。

除上述三種方法外，還采用了地質雷達法，綜合對比分析之后發現，不同方法的側重點不同，各有優缺。

地質雷達法的最大特點是速度快，對滲漏點的快速識別能夠減少巡查過程中的人力投入，對堤壩層序的快速劃分能夠識別壩體破碎帶和空洞，但是汛期堤壩受高水位長期浸泡，電阻率通常低于100 Ω·m，探測深度受限。自然電場法能夠查找堤壩內部的滲漏通道，推斷堤壩迎水面的進水口，對精準選擇位置鋪設防浪布具有參考作用。

天然面波法能夠較快識別堤壩內部的含水分布情況、劃定薄弱帶，對提高巡查的針對性有參考價值，但是對于淺部的堤壩內部結構區分度不高。

高密度電法能夠通過調整點距和裝置，較為精準地區分壩體內部結構和含水分布情況，但也存在受施工條件制約因素較多、抗干擾能力弱的缺點。

3 結語

實踐表明，在防汛的特定時期，對隱患堤壩進行地球物理勘探，方法技術可行、成果資料具有參考價值，有利于防汛工作在應急救援時科學高效調配人力物資，為抗洪搶險提供更為精準的靶區。同時，也為后期的水利修繕工作提供科學決策依據，真正做到防患于未然。地球物理勘探作為工程勘察的一種方法，在防汛工作中起到的參考價值是相對靜態的，而汛情受降雨和上游洪峰影響，存在較大不確定性，實現實時動態監測和數據的科學推演需要使用工程勘察的另一方種法，即地理信息系統（GIS）。

綜上，將成熟的方法技術應用到防汛工作的事前、事中、事后，建立起“以巡查定勘查靶區，以勘查定防汛”重點的“防汛+勘察”模式具有重要的研究意義和實踐價值。