堤坝隐患及渗漏探测技术的分析

摘 要：堤坝隐患不及时排查时刻威胁着国家经济建设、威胁着人们生命安全，做好堤坝隐患工作至关重要，通过渗漏探测技术可以有效的规避该隐患。我国目前对堤坝隐患的探测技术已日趋成熟，部分探测技术在堤坝隐患及渗漏探测中的应用，能快速、精准的探测堤坝隐患，利用高密度电阻率法和瞬变电磁法等方法进行隐患探测，根据多年的堤坝隐患调查经验，就堤坝隐患及渗漏探测技术做出如下分析。

关键词：堤坝隐患；渗漏探测；技术分析

中图分类号：S29 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20170133075

堤坝是水利设施的基础建设，在防洪抗洪中起到核心作用。纵观历史，堤坝建设关系到人民生命安全，关系到经济效益及社会效益。不同的年代，不同的技术修建的堤坝不可避免的存在不同的隐患，因此后期堤坝隐患分布的排查尤为重要，渗漏探测技术在该项工作中起到了重要意义。针对山东部分堤坝进行了电法探测技术、磁法探测技术、弹性波探测技术等实践，作出大量的研究分析工作，从而取得有效的探测方法，提供除险依据。

1 堤坝隐患的定义

堤坝隐患由多种原因形成，如在筑建堤坝过程中存在的质量不达标或地质本身存在的缺陷却没有被发现的，部分洞穴、裂缝或人为的破坏也是形成隐患的原因之一；造成堤坝隐患的不利因素是堤坝建设或抗洪抢险时遗留下的麻袋、抗洪废品等物质。此类隐患相对较易排查，隐患部位与其他无隐患部位有明显的差别。可以通过探测技术高效寻找隐患或渗漏。

2 电法探测技术

2.1 常规电阻率法

常规电阻率法（resistivity method）是针对堤坝相同位置不同深浅、不同位置相同探测时电阻率的变化观察确定堤坝是否存在隐患的方法。利用电阻率法的原理，研究分析堤坝隐患处电阻线的变化，在普查堤坝隐患时，可以利用电阻率剖面法，通过总结电阻线的变化推测隐患的存在点。在堤坝隐患探测工作中，常规电阻率法所用的仪器成本低、操作简单，探测时间短，反应灵敏，又能确定工程裂缝、洞穴或堤坝薄厚不均的位置，处理起资料来比较方便。

2.2 高密度电阻率法

高密度电阻率法（multi-electrode resistivity method）20世纪70年代时首先是英国提出的，我国引入时间大概在20世纪80年代末。对于高密度电阻率发的研究及应用也要追溯到20世纪末期。高密度电阻率法的原理与常规电阻率法相似，不同的一点是该方法的密度设置高于常规电阻率法，在使用时，将测点进行间隔，将电极布置于其中便可进行监测。

高密度电测系统的设计比较先进，利用大量集成电路可以自动采集数据，电极可以自由排列从而采集更多数据，系统结构如图1所示。

高密度电阻率法在隐患探测工作中运用已非常普遍，该技术非常适合隐患探测，采集数据丰富、精确、快速，抗干扰力强、有成像功能，在堤坝隐患数据采集中基本实现了自动化，大大降低了人工操作的失误。

2.3 自然电位法

自然电位法（spontaneous potential）可以用来作堤坝建筑中受金属腐蚀渗透的检测，自然电位是堤坝中的水流动通过遭受腐蚀的松散层或裂缝时，会吸附和氧化流动时所经过岩层孔隙，再经过渗透过滤等一系列作用而产生的。

在探测过程中，在存在渗漏隐患的位置深度布置测网，并测量出2点之间存在的电位差，来绘制各电位剖面与平面线图（如图2所示）。此方法针对渗漏度强的堤坝隐患有较大作用，通过一台电位计或普通的电测仪及简单的辅助仪器，便可以准确分析渗漏隐患位置及深浅。唯一存在的不足，对微小的渗漏隐患不能及时排查，不能及时发现，灵敏度略差。

2.4 地电影像技术

地电影像技术是通过计算机控制，堤坝中出现裂缝、洞穴、淤泥等隐患时，可以发生部分电性异常，这时可以利用地电影像技术来分析判断隐患的存在，通过计算机由多道电极短时间内进行反复多次的数据采集，输送回成像软件，通过软件分析生成的电性分布图。

3 磁法探测技术

3.1 瞬变电磁法

瞬变电磁法（Time domain electromagnetic methods）是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间利用线圈或接地电极观测地下介质中引起的二次感应涡流场，从而探测介质电阻率的一种方法。其基本工作方法是：于地面或空中设置通以一定波形电流的发射线圈，从而在其周围空间产生一次电磁场，并在地下导电岩矿体中产生感应电流：断电后，感应电流由于热损耗而随时间衰减。瞬变电磁法可以用于大范围的探测工作中，其优点是探测时可以不受地形、接地电阻的影响，快速、高深度的探测堤坝渗漏位置。

3.2 探地雷达法

探地雷达法（Ground Penetrating Radar，GPR）在堤坝渗漏探测过程中，无论从雷达剖面还是切面都能反射出较低的频率，或有较大的振幅反射，从而来判断堤坝隐患所处的位置、大体结构、形状及具体的深度。探地雷达的优点是高效、高速、简单。堤坝材质影响电磁波的探测深度，不适用土质含水量较大的堤坝，通常相对干燥的土质，雷达可以探测几米的堤坝隐患。

3.3 磁感式探测技术

磁感式探测可以利用电磁感应来进行测定的一项技术。可以对土层厚度、养分、水分、黏粒含量等作出测定，在科技高速发展的今天，磁感应与定位系统相结合形成了移动式电磁感应探测技术。该技术具有高效、稳定、低投资等优点，对于均质堤坝隐患的探测深度可达到6m。

3.4 微重力探测技术

微重力探测技术今年来应用较为广泛。像扭秤、重力仪等在重力测量中灵敏度非常高，可能根据海拔、经纬、地形等获得数据，根其变化来修正数据，再以反映的数据制作与等高线类似的图示。在浅层喀斯特洞穴中的测定时，微重力探测应用较多。

4 弹性波探测技术

弹性波探测技术分为2种，瞬态瑞雷面波探测技术。该技术运用的瑞雷面波的频散特征，可以在相同速度相同厚度的地平面进行频率测深，瑞雷波速与横波速相结合在测深过程中可以很容易得到堤坝质量的数据。在工作效率和精准度上有较大优势，该方法通常用来检测堤坝松散层和土坝渗漏异常。

CT技术。CT技术是通过X射线探测物体并得到一维影像数据，通过计算机进行数据处理还可以构建所探测的三维图像，根据CT技术的原理，该技术检测主要用于混凝土大坝。

5 其他探测技术

其他探测技术还有同位素检测、温度检测、纤维光导测温、多传感器信息融合及地球物理测井技术。

同位素检测技术是借助放射性示踪剂在渗流场中不同部位的不同表现进而推断其渗流特征的一种间接手段。同位素示踪技术是探测堤坝管涌及管涌渗透性的一种有效方法，国外很多国家一直运用此技术来检测渗漏。我国新安江水电站就曾应用该技术探测过右岸坝基的渗流情况。该技术的主要缺点是：需要在岩体钻孔，渗漏现象和隐患位置需要通过其他物理现象的解释进行推断，且这些方法的定量解释目前尚有一定困难。

温度监测技术是通过温度的观测发现堤坝渗漏，是一种确定渗流区域的手段，但是温度监测实际操作比较繁琐、受限制，通常用于局部监测；纤维光导测温技术用散射信号进行频谱分析、处理获得检测点的温度，土壤与水接触后引起热传导产生温度变化，在5m左右深的位置温度变化与表面仅有20%变化，如果有渗水流过土温便接近于渗漏水温，从而根据温度判断堤坝渗漏异常的数据；多传感器信息融合技术则是综合利用多个传感器获得信息；地球物理测井技术在60a前便已运用到石头及地下室勘探方面，后来逐渐运用到了水利方面，可以用来探测裂缝及洞穴的大小。

6 总结

上述技术中，简便、有效、常用的方法是高密度电阻率法及瞬变电磁法。近年来应用广泛的物探技术主要为磁感式堤坝隐患探测技术和地电影像技术。通过各种堤坝隐患中渗漏探测技术的分析，可以根据堤坝的材质、地形等选择适合的探测技术，或者多种探测技术相结合，从而达到排查与探测的最佳效果。

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