堤壩隱患及滲漏探測技術(shù)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(jīng)濟建設(shè)、威脅著人們生命安全，做好堤壩隱患工作至關(guān)重要，通過滲漏探測技術(shù)可以有效的規(guī)避該隱患。我國目前對堤壩隱患的探測技術(shù)已日趨成熟，部分探測技術(shù)在堤壩隱患及滲漏探測中的應(yīng)用，能快速、精準(zhǔn)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(jìn)行隱患探測，根據(jù)多年的堤壩隱患調(diào)查經(jīng)驗，就堤壩隱患及滲漏探測技術(shù)做出如下分析。

關(guān)鍵詞：堤壩隱患；滲漏探測；技術(shù)分析

中圖分類號：S29 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170133075

堤壩是水利設(shè)施的基礎(chǔ)建設(shè)，在防洪抗洪中起到核心作用。縱觀歷史，堤壩建設(shè)關(guān)系到人民生命安全，關(guān)系到經(jīng)濟效益及社會效益。不同的年代，不同的技術(shù)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(shù)在該項工作中起到了重要意義。針對山東部分堤壩進(jìn)行了電法探測技術(shù)、磁法探測技術(shù)、彈性波探測技術(shù)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(jù)。

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(zhì)量不達(dá)標(biāo)或地質(zhì)本身存在的缺陷卻沒有被發(fā)現(xiàn)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(shè)或抗洪搶險時遺留下的麻袋、抗洪廢品等物質(zhì)。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?？梢酝ㄟ^探測技術(shù)高效尋找隱患或滲漏。

2 電法探測技術(shù)

2.1 常規(guī)電阻率法

常規(guī)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(jié)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(guī)電阻率法所用的儀器成本低、操作簡單，探測時間短，反應(yīng)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(jì)70年代時首先是英國提出的，我國引入時間大概在20世紀(jì)80年代末。對于高密度電阻率發(fā)的研究及應(yīng)用也要追溯到20世紀(jì)末期。高密度電阻率法的原理與常規(guī)電阻率法相似，不同的一點是該方法的密度設(shè)置高于常規(guī)電阻率法，在使用時，將測點進(jìn)行間隔，將電極布置于其中便可進(jìn)行監(jiān)測。

高密度電測系統(tǒng)的設(shè)計比較先進(jìn)，利用大量集成電路可以自動采集數(shù)據(jù)，電極可以自由排列從而采集更多數(shù)據(jù)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(shù)非常適合隱患探測，采集數(shù)據(jù)豐富、精確、快速，抗干擾力強、有成像功能，在堤壩隱患數(shù)據(jù)采集中基本實現(xiàn)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(jīng)過巖層孔隙，再經(jīng)過滲透過濾等一系列作用而產(chǎn)生的。

在探測過程中，在存在滲漏隱患的位置深度布置測網(wǎng)，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(zhǔn)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(fā)現(xiàn)，靈敏度略差。

2.4 地電影像技術(shù)

地電影像技術(shù)是通過計算機控制，堤壩中出現(xiàn)裂縫、洞穴、淤泥等隱患時，可以發(fā)生部分電性異常，這時可以利用地電影像技術(shù)來分析判斷隱患的存在，通過計算機由多道電極短時間內(nèi)進(jìn)行反復(fù)多次的數(shù)據(jù)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(shù)

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(fā)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(zhì)中引起的二次感應(yīng)渦流場，從而探測介質(zhì)電阻率的一種方法。其基本工作方法是：于地面或空中設(shè)置通以一定波形電流的發(fā)射線圈，從而在其周圍空間產(chǎn)生一次電磁場，并在地下導(dǎo)電巖礦體中產(chǎn)生感應(yīng)電流：斷電后，感應(yīng)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(yōu)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(dá)法

探地雷達(dá)法（Ground Penetrating Radar，GPR）在堤壩滲漏探測過程中，無論從雷達(dá)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(jié)構(gòu)、形狀及具體的深度。探地雷達(dá)的優(yōu)點是高效、高速、簡單。堤壩材質(zhì)影響電磁波的探測深度，不適用土質(zhì)含水量較大的堤壩，通常相對干燥的土質(zhì)，雷達(dá)可以探測幾米的堤壩隱患。

3.3 磁感式探測技術(shù)

磁感式探測可以利用電磁感應(yīng)來進(jìn)行測定的一項技術(shù)?？梢詫ν翆雍穸?、養(yǎng)分、水分、黏粒含量等作出測定，在科技高速發(fā)展的今天，磁感應(yīng)與定位系統(tǒng)相結(jié)合形成了移動式電磁感應(yīng)探測技術(shù)。該技術(shù)具有高效、穩(wěn)定、低投資等優(yōu)點，對于均質(zhì)堤壩隱患的探測深度可達(dá)到6m。

3.4 微重力探測技術(shù)

微重力探測技術(shù)今年來應(yīng)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(jù)海拔、經(jīng)緯、地形等獲得數(shù)據(jù)，根據(jù)其變化來修正數(shù)據(jù)，再以反映的數(shù)據(jù)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(yīng)用較多。

4 彈性波探測技術(shù)

彈性波探測技術(shù)分為2種，瞬態(tài)瑞雷面波探測技術(shù)。該技術(shù)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(jìn)行頻率測深，瑞雷波速與橫波速相結(jié)合在測深過程中可以很容易得到堤壩質(zhì)量的數(shù)據(jù)。在工作效率和精準(zhǔn)度上有較大優(yōu)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(shù)。CT技術(shù)是通過X射線探測物體并得到一維影像數(shù)據(jù)，通過計算機進(jìn)行數(shù)據(jù)處理還可以構(gòu)建所探測的三維圖像，根據(jù)CT技術(shù)的原理，該技術(shù)檢測主要用于混凝土大壩。

5 其他探測技術(shù)

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

同位素檢測技術(shù)是借助放射性示蹤劑在滲流場中不同部位的不同表現(xiàn)進(jìn)而推斷其滲流特征的一種間接手段。同位素示蹤技術(shù)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(shù)來檢測滲漏。我國新安江水電站就曾應(yīng)用該技術(shù)探測過右岸壩基的滲流情況。該技術(shù)的主要缺點是：需要在巖體鉆孔，滲漏現(xiàn)象和隱患位置需要通過其他物理現(xiàn)象的解釋進(jìn)行推斷，且這些方法的定量解釋目前尚有一定困難。

溫度監(jiān)測技術(shù)是通過溫度的觀測發(fā)現(xiàn)堤壩滲漏，是一種確定滲流區(qū)域的手段，但是溫度監(jiān)測實際操作比較繁瑣、受限制，通常用于局部監(jiān)測；纖維光導(dǎo)測溫技術(shù)用散射信號進(jìn)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(dǎo)產(chǎn)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(jù)溫度判斷堤壩滲漏異常的數(shù)據(jù)；多傳感器信息融合技術(shù)則是綜合利用多個傳感器獲得信息；地球物理測井技術(shù)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(jié)

上述技術(shù)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(yīng)用廣泛的物探技術(shù)主要為磁感式堤壩隱患探測技術(shù)和地電影像技術(shù)。通過各種堤壩隱患中滲漏探測技術(shù)的分析，可以根據(jù)堤壩的材質(zhì)、地形等選擇適合的探測技術(shù)，或者多種探測技術(shù)相結(jié)合，從而達(dá)到排查與探測的最佳效果。

參考文獻(xiàn)

[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(yīng)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(tǒng)及其在堤壩隱患探測中的應(yīng)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(yīng)用研究[J]. 水利與建筑工程學(xué)報，2016（1）：6-9，26.

[6]尤然，鄒明陽.地質(zhì)雷達(dá)在雞西公園內(nèi)溢流壩工程檢測中的應(yīng)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(shù)探測土石壩集中滲漏的研究[J].科學(xué)技術(shù)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(yīng)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(dá)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(yīng)用研究[J].工程地球物理學(xué)報，2016（5）：574-579.