王真真

摘 要：堤壩隱患不及時(shí)排查時(shí)刻威脅著國(guó)家經(jīng)濟(jì)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(cè)技術(shù)可以有效的規(guī)避該隱患。我國(guó)目前對(duì)堤壩隱患的探測(cè)技術(shù)已日趨成熟，部分探測(cè)技術(shù)在堤壩隱患及滲漏探測(cè)中的應(yīng)用，能快速、精準(zhǔn)的探測(cè)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(cè)，根據(jù)多年的堤壩隱患調(diào)查經(jīng)驗(yàn)，就堤壩隱患及滲漏探測(cè)技術(shù)做出如下分析。

關(guān)鍵詞：堤壩隱患；滲漏探測(cè)；技術(shù)分析

中圖分類號(hào)：S29 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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?？v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(jì)效益及社會(huì)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(cè)技術(shù)在該項(xiàng)工作中起到了重要意義。針對(duì)山東部分堤壩進(jìn)行了電法探測(cè)技術(shù)、磁法探測(cè)技術(shù)、彈性波探測(cè)技術(shù)等實(shí)踐，作出大量的研究分析工作，從而取得有效的探測(cè)方法，提供除險(xiǎn)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(xiǎn)時(shí)遺留下的麻袋、抗洪廢品等物質(zhì)。此類隱患相對(duì)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(cè)技術(shù)高效尋找隱患或滲漏。

2 電法探測(cè)技術(shù)

2.1 常規(guī)電阻率法

常規(guī)電阻率法（resistivity method）是針對(duì)堤壩相同位置不同深淺、不同位置相同探測(cè)時(shí)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(shí)，可以利用電阻率剖面法，通過總結(jié)電阻線的變化推測(cè)隱患的存在點(diǎn)。在堤壩隱患探測(cè)工作中，常規(guī)電阻率法所用的儀器成本低、操作簡(jiǎn)單，探測(cè)時(shí)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(shí)首先是英國(guó)提出的，我國(guó)引入時(shí)間大概在20世紀(jì)80年代末。對(duì)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(diǎn)是該方法的密度設(shè)置高于常規(guī)電阻率法，在使用時(shí)，將測(cè)點(diǎn)進(jìn)行間隔，將電極布置于其中便可進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

高密度電測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)比較先進(jìn)，利用大量集成電路可以自動(dòng)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(cè)工作中運(yùn)用已非常普遍，該技術(shù)非常適合隱患探測(cè)，采集數(shù)據(jù)豐富、精確、快速，抗干擾力強(qiáng)、有成像功能，在堤壩隱患數(shù)據(jù)采集中基本實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)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(cè)，自然電位是堤壩中的水流動(dòng)通過遭受腐蝕的松散層或裂縫時(shí)，會(huì)吸附和氧化流動(dòng)時(shí)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(cè)過程中，在存在滲漏隱患的位置深度布置測(cè)網(wǎng)，并測(cè)量出2點(diǎn)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(duì)滲漏度強(qiáng)的堤壩隱患有較大作用，通過一臺(tái)電位計(jì)或普通的電測(cè)儀及簡(jiǎn)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(duì)微小的滲漏隱患不能及時(shí)排查，不能及時(shí)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(jì)算機(jī)控制，堤壩中出現(xiàn)裂縫、洞穴、淤泥等隱患時(shí)，可以發(fā)生部分電性異常，這時(shí)可以利用地電影像技術(shù)來分析判斷隱患的存在，通過計(jì)算機(jī)由多道電極短時(shí)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(cè)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(chǎng)，在一次脈沖磁場(chǎng)間歇期間利用線圈或接地電極觀測(cè)地下介質(zhì)中引起的二次感應(yīng)渦流場(chǎng)，從而探測(cè)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(chǎng)，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(shí)間衰減。瞬變電磁法可以用于大范圍的探測(cè)工作中，其優(yōu)點(diǎn)是探測(cè)時(shí)可以不受地形、接地電阻的影響，快速、高深度的探測(cè)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(cè)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(diǎn)是高效、高速、簡(jiǎn)單。堤壩材質(zhì)影響電磁波的探測(cè)深度，不適用土質(zhì)含水量較大的堤壩，通常相對(duì)干燥的土質(zhì)，雷達(dá)可以探測(cè)幾米的堤壩隱患。

3.3 磁感式探測(cè)技術(shù)

磁感式探測(cè)可以利用電磁感應(yīng)來進(jìn)行測(cè)定的一項(xiàng)技術(shù)?？梢詫?duì)土層厚度、養(yǎng)分、水分、黏粒含量等作出測(cè)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(dòng)式電磁感應(yīng)探測(cè)技術(shù)。該技術(shù)具有高效、穩(wěn)定、低投資等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于均質(zhì)堤壩隱患的探測(cè)深度可達(dá)到6m。

3.4 微重力探測(cè)技術(shù)

微重力探測(cè)技術(shù)今年來應(yīng)用較為廣泛。像扭秤、重力儀等在重力測(cè)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(cè)定時(shí)，微重力探測(cè)應(yīng)用較多。

4 彈性波探測(cè)技術(shù)

彈性波探測(cè)技術(shù)分為2種，瞬態(tài)瑞雷面波探測(cè)技術(shù)。該技術(shù)運(yùn)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(cè)深，瑞雷波速與橫波速相結(jié)合在測(cè)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(shì)，該方法通常用來檢測(cè)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(cè)物體并得到一維影像數(shù)據(jù)，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理還可以構(gòu)建所探測(cè)的三維圖像，根據(jù)CT技術(shù)的原理，該技術(shù)檢測(cè)主要用于混凝土大壩。

5 其他探測(cè)技術(shù)

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

同位素檢測(cè)技術(shù)是借助放射性示蹤劑在滲流場(chǎng)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(cè)堤壩管涌及管涌滲透性的一種有效方法，國(guó)外很多國(guó)家一直運(yùn)用此技術(shù)來檢測(cè)滲漏。我國(guó)新安江水電站就曾應(yīng)用該技術(shù)探測(cè)過右岸壩基的滲流情況。該技術(shù)的主要缺點(diǎn)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(cè)技術(shù)是通過溫度的觀測(cè)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(cè)實(shí)際操作比較繁瑣、受限制，通常用于局部監(jiān)測(cè)；纖維光導(dǎo)測(cè)溫技術(shù)用散射信號(hào)進(jìn)行頻譜分析、處理獲得檢測(cè)點(diǎn)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(gè)傳感器獲得信息；地球物理測(cè)井技術(shù)在60a前便已運(yùn)用到石頭及地下室勘探方面，后來逐漸運(yùn)用到了水利方面，可以用來探測(cè)裂縫及洞穴的大小。

6 總結(jié)

上述技術(shù)中，簡(jiǎn)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(cè)技術(shù)和地電影像技術(shù)。通過各種堤壩隱患中滲漏探測(cè)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(cè)技術(shù)，或者多種探測(cè)技術(shù)相結(jié)合，從而達(dá)到排查與探測(cè)的最佳效果。

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