徐蘭玉，劉仲秋，王 威，牛香芝

（1.水利部南京水利水文自動(dòng)化研究所，江蘇 南京 210012；2.水利部水文水資源監(jiān)控工程技術(shù)研究中心，江蘇 南京 210012；3.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)水利土木工程學(xué)院，山東 泰安 271018；4.揚(yáng)州市職業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225009；5.國(guó)網(wǎng)新源控股公司電力檢修分公司，北京 100005）

水工建筑物滲漏探測(cè)方法研究概述

徐蘭玉1，2，劉仲秋3，王 威4，牛香芝5

（1.水利部南京水利水文自動(dòng)化研究所，江蘇 南京 210012；
2.水利部水文水資源監(jiān)控工程技術(shù)研究中心，江蘇 南京 210012；
3.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)水利土木工程學(xué)院，山東 泰安 271018；
4.揚(yáng)州市職業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225009；
5.國(guó)網(wǎng)新源控股公司電力檢修分公司，北京 100005）

滲漏屬于水工建筑物的一種常見（隱患）病害，會(huì)導(dǎo)致水量損失，帶來一系列的安全問題。將國(guó)內(nèi)外主要滲漏探測(cè)方法總結(jié)為探地雷達(dá)法、直流電阻率法、自然電場(chǎng)法、常規(guī)電磁法、流場(chǎng)法、地震勘探法、溫度場(chǎng)法、綜合示蹤法和其他等方法，對(duì)這些方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)討論，總結(jié)不同水工建筑物適用的探測(cè)方法，并對(duì)滲漏探測(cè)方法未來應(yīng)重點(diǎn)研究的一些問題進(jìn)行展望。

水工建筑物；滲漏探測(cè)；優(yōu)缺點(diǎn)；研究進(jìn)展

0 引言

據(jù)我國(guó)對(duì)滲漏管涌事故的調(diào)查統(tǒng)計(jì)，全國(guó) 241 座大型水庫發(fā)生過的 1 000 宗工程事故中，滲漏管涌事故占 31.7%[1]；我國(guó)對(duì)潰壩事故也進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，由于質(zhì)量問題引起的潰壩共 1 146 起，其中有 675 起是由壩體滲漏引起的，占到 58.9%[2]。根據(jù)國(guó)內(nèi)外水庫垮壩事故統(tǒng)計(jì)，滲漏管涌約占總事故的 30%～40%[3]，而滑坡、裂縫等破壞類型也都與滲流有密切的關(guān)系；文獻(xiàn) [4] 表明，土石壩（堤壩）壩體和壩基內(nèi)的滲流侵蝕是導(dǎo)致土石壩破壞的主要原因；并且滲漏還會(huì)引發(fā)溶蝕、侵蝕、凍融、鋼筋銹蝕、地基凍脹等病害，加速水工建筑物結(jié)構(gòu)老化，并導(dǎo)致水量損失，影響經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。因此，采取有效的監(jiān)測(cè)和檢測(cè)方法對(duì)滲漏問題進(jìn)行探測(cè)及處理是保證水工建筑物正常運(yùn)行、防止惡化和維護(hù)安全的必然結(jié)果，也是合理選擇防滲措施的前提條件[5]。

水工建筑種類繁多，結(jié)構(gòu)形式也千差萬別，因此對(duì)眾多水工建筑物進(jìn)行滲漏探測(cè)的方法也較多，如探地雷達(dá)法、直流電阻率法等，為此需要對(duì)各種探測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)歸納與討論，研究適合不同水工建筑物的探測(cè)方法。

1 探地雷達(dá)法

由于探地雷達(dá)使用高頻寬頻帶短脈沖電磁波和高速采樣技術(shù)，儀器輕便，數(shù)據(jù)采集到處理成像一體化，工作效率高；對(duì)被探測(cè)介質(zhì)表面要求低，可在不同方向和角度進(jìn)行測(cè)量，淺層探測(cè)分辨率可達(dá)厘米～毫米級(jí)；探地雷達(dá)與地震勘探法相比具有高效率、不需震源的優(yōu)點(diǎn)，與傳統(tǒng)的直流電阻率法相比具有分辨率高的特點(diǎn)。

但電磁波在地下傳播規(guī)律復(fù)雜，存在高頻衰減、反射、折射和散射等現(xiàn)象，加上各種噪聲的干擾，降低了圖像的真實(shí)性，因此探測(cè)區(qū)內(nèi)應(yīng)無大范圍的金屬構(gòu)件或人工電磁波干擾，表層應(yīng)無水飽和的地面等低阻屏蔽層；由于電磁波遇水會(huì)產(chǎn)生非常大的衰減，對(duì)壩體浸潤(rùn)面以下的區(qū)域分辨率會(huì)下降，不能探測(cè)到壩底接觸面的滲漏，只能定位于較大規(guī)模的滲漏通道，處于成長(zhǎng)期的細(xì)小滲漏通道還不能完全分辨。

探地雷達(dá)的探測(cè)深度主要由介質(zhì)電導(dǎo)率、電磁波散射、幾何散開和雷達(dá)系統(tǒng)噪聲源引起的衰減等因素決定。采用探地雷達(dá)可指出滲漏現(xiàn)象存在的可能性及大致位置和范圍，但探測(cè)得到的滲水通道范圍較實(shí)際情況偏大，難以確定滲漏的性質(zhì)及尺寸，不能分辨束縛水和自由水。文獻(xiàn) [5] 中，最大探測(cè)深度為 60 m 時(shí)分辨率只有 200 cm；文獻(xiàn) [6] 認(rèn)為，滲漏埋深小于 10 m 時(shí)探測(cè)效果較好；文獻(xiàn) [7] 認(rèn)為，滲漏隱患分布小于 20 m 時(shí)探測(cè)效果較好；文獻(xiàn) [8]工程實(shí)例表明，當(dāng)探測(cè)深度為 25～30 m 時(shí)，分辨率為 1.0～1.2 m，和堤壩隱患尺度相比，分辨率過大。

探地雷達(dá)法用于土石壩淺層滲漏探測(cè)效果較好，已成功地應(yīng)用在浙江縉云白馬水庫壩體滲漏、椒江外沙海堤滲漏、東浦新塘堤塘結(jié)構(gòu)與隱患等探測(cè)實(shí)際工程中。

2 直流電阻率法

直流電阻率法勘探是地球物理勘探中的重要方法之一，此研究始于 19 世紀(jì)初期，從常規(guī)的電阻率剖面法和測(cè)深法，發(fā)展為集二者為一身的高密度電阻率法。高密度電阻率法發(fā)展至今，已由原先的溫納、偶極、微分 3 種電極排列方式發(fā)展到施倫貝爾，聯(lián)剖，環(huán)形二極等十幾種組合和自定義排列方式，測(cè)量方式從地表采集發(fā)展到水上、水下和測(cè)井間采集，可獲得較豐富的四維地電結(jié)構(gòu)狀態(tài)的地質(zhì)信息，正朝著多通道、多參數(shù)、多功能、大功率方向發(fā)展。道數(shù)的增加將促進(jìn)三維高密度電阻率法走向?qū)嵱没?，電阻率、極化率、復(fù)電阻率和自然電位等多參數(shù)同時(shí)測(cè)量會(huì)使地電模型的解釋更加可靠。

但高密度電阻率法對(duì)低阻或高阻球狀隱患的勘探深度比半無限空間小，在滲漏探測(cè)應(yīng)用中受豎向極限分辨率約束，探測(cè)極限為洞徑與埋深比為 1∶10的洞穴，黃河水利委員會(huì)物探總隊(duì)曾在大堤上探測(cè)出了洞徑與埋深之比 1∶12 的洞，埋深 3.5 m，洞徑0.3 m[9]；高密度電阻率法對(duì)一些埋深較大的弱小隱患可能造成漏檢；測(cè)量時(shí)分辨率隨著極距減少到一定程度，則無多大意義，測(cè)量范圍有可能不滿足測(cè)線布置，二維測(cè)線兩邊角下方存在盲區(qū)；視電阻率受地形影響較大，會(huì)導(dǎo)致反演收斂慢甚至發(fā)散，需要解決極化補(bǔ)償、供電時(shí)間等問題。

直流電阻率法適用于土石壩和各種類型壩基的滲漏探測(cè)，但滲漏隱患的埋深不宜過大，探測(cè)最佳深度為 20～40 m。

3 自然電場(chǎng)法

因?yàn)榈貙又械牟煌恢镁哂胁煌淖匀浑妱?dòng)勢(shì)（自然電位），隨著電位變化，在地層中會(huì)有自然電流產(chǎn)生，因此自然電場(chǎng)法適用于多孔巖土介質(zhì)。

自然電場(chǎng)法可以確定滲漏的平面位置和通道，以及滲漏流量和流速的絕對(duì)值，具有操作簡(jiǎn)單、不需人工供電和測(cè)點(diǎn)密度較高的優(yōu)點(diǎn)。但自然電場(chǎng)法方法需要將測(cè)量基點(diǎn)選擇在無滲流或滲流微弱的自然電場(chǎng)相對(duì)穩(wěn)定的地方，電位的測(cè)量會(huì)受到金屬物、大風(fēng)大浪、孔隙水壓力、介質(zhì)顆粒大小、溶液的離子濃度和粘滯系數(shù)、過濾層上下巖層的性質(zhì)和粘土含量等眾多因素的影響，在滲漏流態(tài)為層流時(shí)探測(cè)效果較好，對(duì)散浸或滲漏量較小的隱患和裂隙中的紊流滲漏較難測(cè)定。

自然電場(chǎng)法在天橋水電站圍堰等工程中成功探測(cè)到滲漏通道[10-12]，對(duì)土石壩地基的滲透探測(cè)較為適用，滲漏最大埋深在 25～30 m 間。

4 常規(guī)電磁法

4.1 瞬變電磁法

瞬變電磁法可同時(shí)進(jìn)行剖面和測(cè)深測(cè)量，探測(cè)深度較大，工作效率高，不受地形和接地電阻的干擾，具有很高的信噪比，可用于滲漏隱患位置的探測(cè)，還可用來定位滲透漏通道和散浸；理論上瞬變電磁法比直流電阻率法分辨率高 1/3 次方，深向分辨率優(yōu)于頻率域電磁法[13]，且對(duì)高阻覆蓋的低阻體成像具有較高的分辨率；但對(duì)復(fù)雜地下介質(zhì)具有多解性，實(shí)用儀器和裝置的響應(yīng)需要時(shí)間，對(duì)一些小體積的淺層隱患反映不明顯，并且色散現(xiàn)象還會(huì)導(dǎo)致上覆的低阻層干擾深部的探測(cè)結(jié)果[14]；由于瞬變電磁法的接收信號(hào)幅度很小，易受到眾多噪聲和金屬介質(zhì)的干擾，無法給出滲漏位置的水文地質(zhì)信息，不能分辨束縛水和自由水。由于瞬變電磁場(chǎng)在介質(zhì)中傳播時(shí)具有一定的趨膚效應(yīng)，因此該方法具有最大探測(cè)深度，探測(cè)深度可達(dá) 80 m，可用于壩體、壩基的深層滲漏探測(cè)，水平分辨率為 1～5 m，深向分辨率為 1～3 m，相對(duì)分辨率約為 8%，分辨率和滲漏隱患尺度之間還是存在一定的矛盾。

4.2 大地電磁法

大地電磁法（MT）是一種被動(dòng)天然場(chǎng)源的頻率域電磁法，隨著磁傳感器及資料處理技術(shù)的發(fā)展，發(fā)展為天然場(chǎng)源音（聲）頻大地電磁法（AMT），天然人工混合場(chǎng)源的 EH-4 電導(dǎo)率成像系統(tǒng)和可控源音頻大地電磁法（CSAMT），探測(cè)頻帶逐漸由低頻段（天然場(chǎng)源）向高頻段（人工場(chǎng)源）擴(kuò)展，增大了勘測(cè)的縱向尺度。

大地電磁法及其衍生方法限制條件較小，橫向分辯率相對(duì)較高，發(fā)射裝置輕便，一次發(fā)射和布極可完成大范圍的多點(diǎn)頻率測(cè)深；由于是同時(shí)測(cè)量電場(chǎng)和磁場(chǎng)分量，因此高阻屏蔽作用小，對(duì)低阻體反映較靈敏，有效探測(cè)深度大于瞬變電磁法；但淺層分辨率有所不足，易受工業(yè)電流干擾和地表局部不均勻的“靜態(tài)效應(yīng)”影響，采用天然場(chǎng)源時(shí)觀測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)，觀測(cè)磁場(chǎng)和電場(chǎng)儀器布設(shè)較為繁瑣，地形復(fù)雜時(shí)還需解決發(fā)射接收距離與信號(hào)波場(chǎng)區(qū)之間的矛盾。文獻(xiàn) [13] 認(rèn)為，瞬變、頻率域電磁法和高密度電阻率法的水平分辨率相近；瞬變電磁法和高密度電阻率法的深度方向分辨率高于頻率域電磁法；深層探測(cè)時(shí)，瞬變和頻率域電磁法的分辨率大于高密度電阻率法。一般來講，瞬變電磁法在探測(cè)較大范圍滲漏隱患方面優(yōu)于頻率域電磁法，但頻率域電磁法在松散體滲漏隱患探測(cè)方面較有優(yōu)勢(shì)。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，EH-4 電導(dǎo)率成像系統(tǒng)最適合探測(cè)地表到地下 100 m 范圍的目標(biāo)體，可控源音頻大地電磁法勘探深度可達(dá) 1～2 km，最大測(cè)深達(dá) 300 m。

大地電磁法較適用于土石壩、壩基的深層滲透探測(cè)。

5 流場(chǎng)法

流場(chǎng)法作為一種直接探測(cè)水流場(chǎng)流向和相對(duì)流速的物理探測(cè)技術(shù)，測(cè)量不受壩體介質(zhì)非均質(zhì)的影響，可以在水底測(cè)量，電流密度擬合的僅是速度中與滲漏有關(guān)的成份，具有較高的分辨率和抗干擾能力，探測(cè)速度為 0.5～1.0 m/s，適合汛期快速測(cè)量搶險(xiǎn)的要求，應(yīng)用衛(wèi)星定位等技術(shù)，對(duì)于滲漏的發(fā)源處探測(cè)精度高；但無法得到滲漏在介質(zhì)內(nèi)部的流向和路徑，受金屬管道和導(dǎo)電性較大的粘土和泥巖地層干擾較大，對(duì)于分散滲漏問題，不能形成觀測(cè)數(shù)據(jù)的正常與異常區(qū)域，因此無法準(zhǔn)確判斷水庫的滲漏情況。

流場(chǎng)法可用于土石壩壩體及其各類壩基中。

6 地震勘探法

地震勘探法是一種觀測(cè)、研究人工激發(fā)的地震波（縱波、橫波和面波）在地下介質(zhì)中傳播特征（波速及波阻抗差異）的工程勘探方法，主要分為淺層地震折射波法、反射波法和瑞雷波法。地震波分為體波和面波 2 類，體波又包括縱波和橫波；面波分為瑞雷波（R 波）和拉夫波（L 波），R 波在振動(dòng)波組中能量最強(qiáng)、振幅最大、頻率最低，容易識(shí)別和測(cè)量，因此面波勘探一般是指瑞雷面波。

地震勘探法采用加速度傳感器，頻響曲線有較長(zhǎng)平坦部分，有利于頻譜和能量分析，主要根據(jù)地下介質(zhì)物性參數(shù)變化進(jìn)行檢測(cè)，具有較高的定位定量精度，可在大尺度范圍探測(cè)；但探測(cè)范圍受激勵(lì)能量大小、接收儀器精度及介質(zhì)阻抗影響，且一般只能確定地下介質(zhì)中裂隙發(fā)育和破碎等情況，并不是有此條件就一定是滲漏通道。文獻(xiàn) [15] 認(rèn)為，縱波波速隨著地下水的位置或介質(zhì)含水程度存在較大變數(shù)；橫波波速在地下水面的上下、松散和空洞等隱患處始終保持明顯的低速特性，反射系數(shù)較明顯，反射波成分簡(jiǎn)單。SH 橫波抗干擾能力強(qiáng)，分辨能力要強(qiáng)于相應(yīng)的縱波，且面波波速與橫波波速在土層介質(zhì)中幾乎相等，因此可優(yōu)先選擇橫波作為波媒，開展橫波勘探。

淺層反射波法具有排列短、震源能量小、無屏蔽層影響、獲取信息多等優(yōu)點(diǎn)；但數(shù)據(jù)處理復(fù)雜，要求隱患與周圍介質(zhì)間有明顯波阻抗差異且性質(zhì)穩(wěn)定，隱患厚度或規(guī)模要大于有效波長(zhǎng)的 1/4，無漫反射現(xiàn)象。地震映像法在資料解釋中可利用多種波的信息，即有效波不但是反射波，還可以是折射波、面波、繞射波，能夠反映地下地質(zhì)條件的變化。探測(cè)深度較大時(shí)，宜選用縱波反射法，反之選用橫波反射法[16]。

淺層折射波法受場(chǎng)地制約條件少，易獲得質(zhì)量好的折射記錄，工作方法、數(shù)據(jù)處理和資料解釋都比較簡(jiǎn)單，探測(cè)效果優(yōu)于反射波法；折射波的速度主要受孔隙度、孔隙中充填物及地層的埋藏深度的影響，測(cè)量時(shí)存在折射盲區(qū)，排列長(zhǎng)，震源能量較大，地層中的低速層和各向異性會(huì)影響下伏折射層的探測(cè)精度，反射點(diǎn)需作偏移才能準(zhǔn)確定位反射體的空間位置。

常采用的多道瑞雷波法綜合利用波的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征，主要適用于分層明顯的介質(zhì)測(cè)試，且探測(cè)介質(zhì)的橫向均勻性較好，檢測(cè)簡(jiǎn)便易行，費(fèi)用低，對(duì)滲漏變形地段剪切力較敏感，對(duì)介質(zhì)厚度、波速或波阻抗差異要求較低；但瑞雷面波法采用點(diǎn)測(cè)方式，需在堤身上埋設(shè)一系列傳感器，勘探速度較慢，測(cè)試深度主要取決于介質(zhì)及震源，可靠的測(cè)量深度約為 15 ～30 m，薄層分辨率可達(dá) dm 級(jí)，目前普遍使用的反演依據(jù)僅為二維層狀介質(zhì)的頻散理論，需要進(jìn)一步對(duì)頻散曲線的反演理論和數(shù)據(jù)處理進(jìn)行研究；文獻(xiàn) [17] 認(rèn)為瞬態(tài)瑞雷波法探測(cè)深度較大，對(duì)地層的波速變化反映直觀，可作為探測(cè)滲漏的輔助性方法，但受現(xiàn)場(chǎng)施工振動(dòng)干擾較大。

7 溫度場(chǎng)法

溫度監(jiān)測(cè)原理較為明確，監(jiān)測(cè)范圍廣，精度相對(duì)較高，可長(zhǎng)期觀測(cè)，從基于熱源法的定性分析，或作為其他示蹤法的輔助手段，逐漸發(fā)展為獨(dú)立的溫度場(chǎng)滲漏示蹤模型，對(duì)集中滲漏的理論研究逐漸成熟，能夠查找滲漏通道的位置、區(qū)域、尺寸和滲漏量，確定地下水補(bǔ)給源和流動(dòng)路徑。由于熱傳導(dǎo)系數(shù)僅與材料有關(guān)，對(duì)于均質(zhì)和非均質(zhì)巖土介質(zhì)的滲流，熱傳導(dǎo)性質(zhì)基本相同，因此可利用熱源法進(jìn)行定量的地下介質(zhì)連續(xù)和不連續(xù)地帶的滲流研究；溫度場(chǎng)探漏不需要人工形成特定的物理場(chǎng)及相應(yīng)設(shè)備，減少了探測(cè)工序，避免了復(fù)雜的信號(hào)處理，較水頭測(cè)量方便快捷，相比于其他示蹤技術(shù)，具有成本低、效率高、無污染等優(yōu)點(diǎn)?；跍囟仍淼募t外線成像儀可以在夜間探測(cè)管涌和散浸部位，提高檢測(cè)速度。

溫度場(chǎng)法有以下幾種方法：

1）埋設(shè)熱敏溫度工具法。測(cè)量點(diǎn)有限，對(duì)溫度場(chǎng)分布中不規(guī)則區(qū)域有可能漏檢；測(cè)量精度不太滿足定量分析的需要，且工具本身尚未做到微型化，埋入的設(shè)置會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)本身產(chǎn)生一定影響；鉆孔測(cè)水溫時(shí)，探測(cè)精度會(huì)受到鉆孔自身對(duì)流換熱和鉆孔直徑的影響，測(cè)量孔較深時(shí)測(cè)量不方便。

2）光纖溫度監(jiān)測(cè)。具有全分布式連續(xù)立體檢測(cè)功能，靈敏度高、耐久性好、抗干擾能力強(qiáng)、可測(cè)參數(shù)多，傳感與信號(hào)自動(dòng)化程度高，能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離實(shí)時(shí)快速測(cè)溫，并根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。但目前還是存在造價(jià)較高，工程實(shí)際應(yīng)用理論不成熟等缺點(diǎn)。

3）虛擬熱源法。能簡(jiǎn)便考慮邊界等問題，可計(jì)算滲漏通道的半徑、流量，還可判斷地下介質(zhì)中滲漏通道的數(shù)目，但前提是必須已知與滲漏通道相近的溫度。虛擬熱源法把滲漏通道假想為特殊的幾何形狀，將對(duì)流傳熱的邊界界定于特定幾何形狀體的邊界處，與實(shí)際滲流場(chǎng)有一定的差異，采用圖示法確定滲漏通道的溫度時(shí)雖然應(yīng)用方便，但誤差較大，對(duì)滲漏破壞（流土、接觸沖刷）的其他情況不適用。

4）溫度探測(cè)滲漏仿真模型。仿真模型還需要完備的巖土體熱物理實(shí)驗(yàn)作為支撐，對(duì)于含有特殊函數(shù)或者復(fù)雜方程組的反分析還需要研制專門的計(jì)算程序。只有充分考察滲漏、滲流機(jī)理，以及影響該過程的諸多主要因素，才能建立能夠模擬真實(shí)過程的仿真系統(tǒng)，需開展溫度場(chǎng)、滲流場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的耦合研究。

8 綜合示蹤法

綜合示蹤法主要有以下 2 種方法：

1）天然示蹤法。對(duì)于滲漏通道復(fù)雜、埋深大，水文地質(zhì)周期長(zhǎng)的地下介質(zhì)可以采用天然示蹤法，但水樣數(shù)據(jù)分析量較大；由于地下水在徑流過程中會(huì)發(fā)生復(fù)雜的水巖作用，可能會(huì)改變水化學(xué)成分的相對(duì)含量，甚至發(fā)生穩(wěn)定同位素的正負(fù)漂移，因此需要更加詳細(xì)的分析方法。目前采用地下水電導(dǎo)率作滲漏示蹤的研究仍然停留在定性分析階段。

2）人工示蹤法。具有檢測(cè)靈敏度高、測(cè)量方便、測(cè)量參數(shù)較準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，適用于滲漏范圍小、連通性好的介質(zhì)。在滲漏比較嚴(yán)重、垂向流很強(qiáng)的位置，采用具有吸附特性的放射性同位素，能夠較容易地找到滲漏點(diǎn)，要準(zhǔn)確確定投源點(diǎn)與監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間的滲漏路徑，必須在壩體上布置相當(dāng)密集的鉆孔，在垂直流的影響下只能計(jì)算出滲流主通道的滲流量；測(cè)定水平地下水流速的點(diǎn)稀釋技術(shù)具有強(qiáng)烈的點(diǎn)特征，需多次測(cè)量，因此對(duì)示蹤探頭功能的要求高，不適用于具有斷層的巖體[18]。人工示蹤劑存在一定的毒性和被吸附性，多元示蹤時(shí)易產(chǎn)生干擾，多孔示蹤試驗(yàn)的食鹽水示蹤需要通過電導(dǎo)儀測(cè)定濃度從而判斷地下水參數(shù)和連通程度。

這 2 種示蹤法對(duì)于滲漏現(xiàn)象及隱患的判斷或者分析解釋還沒有形成體系，一般多為判斷滲漏的水平位置，對(duì)深度和規(guī)模的探測(cè)難有明確的定量解釋，因此示蹤法只能作為輔助性工具調(diào)查水工建筑物的滲漏問題。

9 其他方法

9.1 磁共振法

磁共振波譜（MRS）分析法效率高、成本低、探測(cè)速度快，只對(duì)探測(cè)深度范圍內(nèi)的地下水信號(hào)響應(yīng)，介質(zhì)因素對(duì) MRS 法的影響?。环囱菪畔⒘控S富，解釋唯一，可獲得介質(zhì)含水層位置、含水量大小及含水層孔隙情況等信息。對(duì)單匝線圈而言，有效探測(cè)深度與線圈邊長(zhǎng)近似相等，國(guó)內(nèi)外的極限探測(cè)深度為 200 m 左右；探測(cè)分辨率在淺部分層密，深部分層疏，儀器運(yùn)行速度較慢，例如每個(gè) MRS 測(cè)點(diǎn) 16 層劃分、16 次疊加測(cè)量，測(cè)量時(shí)間在 3 h 左右，無法滿足大面積多點(diǎn)快速測(cè)量的要求；MRS 信號(hào)極其微弱，易受到工頻諧波、天電噪聲和無線電等環(huán)境噪聲的干擾。

9.2 測(cè)井層析成像法

彈性波 CT 的激發(fā)能量較大，因而探測(cè)距離較大，與常規(guī)地震法相比，具有分辨率高、效率高、空間位置準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，但測(cè)井井間距較小時(shí)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，測(cè)井中無水時(shí)接收檢波器無法耦合，需要較為精密的接收儀器。在實(shí)際工程探測(cè)中，震源的有效能量很難計(jì)算，通常考慮用地震波速、波衰減與吸收系數(shù)進(jìn)行聯(lián)合層析成像，可提高地震層析成像的分辨率與可靠性[19]。

電磁波 CT 的最大優(yōu)點(diǎn)是不用外部震源，可在有水、無水測(cè)井中應(yīng)用，可掃頻測(cè)量，工作效率高，成果直觀，穩(wěn)定性好；但激發(fā)能量的大小會(huì)影響探測(cè)的距離和精度。

9.3 激發(fā)極化法

時(shí)間域激發(fā)極化法具有可測(cè)參數(shù)多、不受純地形起伏及圍巖電性不均勻影響的特點(diǎn)，但測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)，受介質(zhì)極化率、通信光纜和金屬管道等影響較大，探測(cè)深度在 150 m 左右；頻率域激發(fā)極化法可克服上述缺點(diǎn)，抗干擾能力強(qiáng)，觀測(cè)精度高。

激發(fā)極化法可適用于土石壩壩體、各類壩基及其引水隧洞的滲漏探測(cè)。

9.4 沖擊試驗(yàn)法

沖擊試驗(yàn)操作簡(jiǎn)單，對(duì)試驗(yàn)設(shè)備要求不高，測(cè)量結(jié)果更加直觀；缺點(diǎn)是沖擊試驗(yàn)測(cè)井間的間距應(yīng)在影響半徑范圍之內(nèi)，不能測(cè)量得到測(cè)井中沿高程的滲透系數(shù)分布情況，不能夠判斷得到滲漏通道的具體高程位置，且測(cè)井的結(jié)構(gòu)完整性對(duì)最終的測(cè)量結(jié)果影響較大。

沖擊試驗(yàn)法可適用于土石壩壩體、土類壩基的滲漏探測(cè)。

10 結(jié)語

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)水工建筑物滲漏探測(cè)方法的研究領(lǐng)域較為分散，綜合探測(cè)方法應(yīng)用越來越多，對(duì)于滲漏隱患在不同水文條件下的準(zhǔn)確定位及定性定量解釋等方面的研究工作還存在許多不足。間接探測(cè)方法，尤其是地球物理探測(cè)方法具有連續(xù)掃描、代表性廣，無損傷檢測(cè)等特點(diǎn)，在研究中占據(jù)了主導(dǎo)地位，并沿用了探測(cè)地下水資源的一些基本原理；溫度場(chǎng)法作為一種理論研究較為成熟的直接探測(cè)方法，實(shí)際應(yīng)用中較為廣泛?？傮w來說，利用滲漏隱患的天然地球物理場(chǎng)參數(shù)進(jìn)行探測(cè)的方法具有一定的發(fā)展優(yōu)勢(shì)。

各類探測(cè)方法具有各自明顯的特點(diǎn)，需科學(xué)歸納各水工建筑物的空間尺寸、物理性質(zhì)和特征參數(shù)的特點(diǎn)，以及對(duì)探測(cè)深度和分辨率的不同要求，在把握各種探測(cè)方法的共同本質(zhì)和差異的前提下，提取滲漏隱患典型檢測(cè)信號(hào)特征，選用合適的探測(cè)方法及組合，進(jìn)行“聯(lián)合”探測(cè)與分析。

為提高探測(cè)儀器的分辨率和探測(cè)深度，研制新型與多功能探測(cè)儀器尤為重要，如研制磁共振大功率連續(xù)探測(cè)儀，有望實(shí)現(xiàn)對(duì)堤壩進(jìn)行快速探測(cè)，形成二維磁共振含水量分布圖像，直接確定滲漏位置；研制新型的分布式光纖溫度和應(yīng)變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，探索利用溫度場(chǎng)、滲流場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)的耦合方法反饋分析土石壩（堤壩）滲流狀況，有望在早期發(fā)現(xiàn)滲漏隱患。

探測(cè)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果直接影響最終的滲流隱患的判斷，提高對(duì)各種探測(cè)方法正演理論和反分析方法的研究是滲漏判斷的核心內(nèi)容，主要表現(xiàn)在需要“借鑒”不同方法的數(shù)據(jù)采集和處理方式，建立多重影響因素下的耦合正演理論方程，進(jìn)行三維和四維的數(shù)據(jù)采集處理和非線性反演技術(shù)研究。

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Research Summary on Leakage Detection Methods for Hydraulic Structures

XU Lanyu1,2,LIU Zhongqiu3,WANG Wei4,NIU Xiangzhi5

(1.Nanjing Automation Institute of Water Conservancy and Hydrology,the Ministry of Water Resources,Nanjing 210012,China；
2.Hydrology and Water Resources Engineering Research Center for Monitoring,the Ministry of Water Resources,Nanjing 210012,China；
3.College of Water Conservancy and Civil Engineering,Shandong Agricultural University,Tai'an 271018,China；
4.College of Water Conservancy and Civil Engineering,Yangzhou Vocational University,Yangzhou 225009,China；
5.State Grid Xinyuan Company LTD.,Beijing 100005,China)

The leakage problem of hydraulic structures is a kind of hidden disease,which would bring water loss and a series of safety problems.This review summarizes the main leakage detection methods: ground penetrating radar,direct current electrical resistivity method,self-potential method,conventional electromagnetic method,flow-field method,seismic exploration method;temperature method,integrated tracer method,magnetic resonance sounding,logging computerized tomography method，induced polarization and other methods.Then the principal,leakage reflection,merits and drawbacks of these methods are described in detail,and some special issues for each method are provided.Finally,ideas for further improvement are suggested.

hydraulic structures;leakage detection;merits and drawbacks;research progress

TV6

A

1674-9405(2015)01-0042-06

2014-09-01

水利部南京水利水文自動(dòng)化研究所科研基金項(xiàng)目（ZL0811008）；山東省省級(jí)水利科研與技術(shù)推廣項(xiàng)目（SDSLKY201305）

徐蘭玉（1981－），女，江蘇江陰人，博士，主要從事大壩安全監(jiān)測(cè)及其安全度評(píng)價(jià)研究工作。