综合物探法在水库渗漏检测中的应用研究

朱士彬 张诵彦

（1.安徽省·水利部淮河水利委员会水利科学研究院 合肥 230000 2.淮河水利水电开发有限公司 合肥 233000）

水库坝基渗漏是对坝体本身的一种危害，经长期的渗漏，可能发生管涌现象，甚至可能引起溃坝等严重后果，库水流失还减少发电等经济指标，所以查明坝基渗漏入水点、漏水通道对水库加固方式都具有重要意义。目前针对水库渗漏的物探检测方法主要有声纳法、高密度电法、温度场检测法、伪随机流场法等。研究结果表明，当坝外有明显渗漏出水口时,伪随机流场法可以精确圈定坝内渗漏入水口。近年来快速发展的水域地球物理勘探技术以电磁波法、电阻率法和地震波法为主，这类方法成为获取水下目标体信息的重要手段。本文介绍了综合使用高密度水域地震映像、伪随机流场、探地雷达三种方法调查某混凝土重力坝渗漏通道的应用实例，对渗漏通道、渗漏原因进行推断分析，为该水库渗漏加固提供了可靠依据。实践证明，采用多种物探方法并结合工程水文资料查明渗漏通道，具有准确、快速、便捷、安全的特点,对于其他类似工程问题有一定借鉴意义。

1 工程概况

水库大坝为C10 小石混凝土砌石重力坝，坝长424.0m，坝体内设混凝土心墙防渗，大坝上游坝面为直立式，上、下游坝面均为M7.5 浆砌块石镶面。坝体内部分别在高程49.5m 和30.0m 设排水廊道。2020年9月，发现从右侧廊道台阶高程65.0m 左右开始漏水，至高程57.0m 处漏水激增，高程49.5m处水平廊道内出现多处漏水，廊道内多处出现乳白色析出物及射流情况，水量很大，射流严重处主要在廊道下游侧及拱顶；左坝段坝脚已形成较大的积水坑，右坝段坝坡可见成股的明流。

2 工程地质特征

坝址区地层以花岗岩为主，通过坝址区的断层有F1断层带、F2断层带及F4断层带。F1断层带在中坝区右侧顺河方向纵贯库区，走向0°左右，倾角近于直立，宽约20.0m，连同其影响带宽约40.0m主要表现为节理密集带；F2断层带在右坝区，走向NE55°，倾角近于直立，斜交坝轴线,宽16.0m，是由相同走向的两条断层组成，已被宽度分别为8.0m和3.0m 的煌斑岩充填，两岩相距5.0m，中夹一宽0.3m的细粒花岗岩岩脉。此断层较宽大，先后为三次岩脉侵入，断层带内煌斑岩及花岗岩皆呈风化状；F4断层位于左坝区，走向NE20°，倾角直立，宽约1.5m，连同其影响带宽5.0m，断层内有煌斑岩充填，表层风化强烈，多呈高岭土。

3 探测方法

3.1 渗漏水入口位置探测

伪随机流场法是中国工程院何继善院士提出的找渗漏管涌入水口的特殊电法类新方法，用恒定电流场来拟合微弱变化的水流场，通过测量电流场空间分布来确定渗漏水流场。采用伪随机流场法具有测量速度快、高分辨率和强抗干扰能力的技术优势，利用RTK 进行精确平面定位，快速圈定渗漏异常区域。

3.2 库区水下坝基地质分布探测

库区地质主要为水-淤泥-基岩，水和淤泥的波速及密度比较低，而基岩的波速及密度比较高，相差在2.0～3.0 倍之间，在地震剖面上形成强反射界面，便于地层识别追踪。地震绕射波携带了大量的地下突变点（断层、溶洞、断裂系统等）有关的信息。绕射成像能够检测小尺度断裂信息，最小尺度达5～10m。有利于3 个断层位置探测。

高密度水域地震探测的测线是按照平行大坝轴线方向进行布置，采用一种新型的“轻型气压式浅水域全自动触发器”震源设备。

3.3 坝体背水面坡脚渗漏通道探测

坝体内渗漏通道内富含水，水的介电常数与周围的堆石体存在显著的差异，因此采用地质雷达探测比较简单快捷。富水带的地质雷达图像表现为：反射波强烈、低频富集、同相轴连续性相对较好。

3.4 综合分析

基于伪随机流场法、探地雷达法及高密度地震影像法探测成果，结合已知廊道渗漏情况，综合分析判断廊道渗漏水入口、渗漏通道及渗漏水出口空间位置及其连通关系。

4 探测结果

4.1 伪随机流场法探测结果

通过处理后的坝体迎水面伪随机流法电流密度剖面图（见图1）分析结果如下：

图1 坝体迎水面伪随机流场法的电流密度剖面及解释成果图

（1）就整体而言，坝体迎水面伪随机流场法的电流密度剖面中异常区域位于右坝端，分布范围位于0+283～0+383 之间，最大异常值可达0.8A/m2。这个结果与F1和F2断层所处的位置以及坝体实际渗漏部位吻合。

（2）在坝体迎水面的电流密度异常区域，可以分为三个部分进行分析：图中坝体与基岩接触部位附近的闭合黑线所圈的异常部位，可能是坝基渗漏有关，最大异常值达0.6A/m2以上；图中左向箭头和右向箭头所指的两个闭合圆圈异常，分别为59.5m 廊道和49.5m廊道处的金属放水管道引起的电流密度值异常，如果该两处放水管道与坝体之间存在漏水的缝隙，缝隙漏水引起的电流密度值异常将会叠加在金属放水管道引起的电流密度值异常之上，很难剥离；图中左下箭头所指闭合椭圆圈异常，可能是坝体防渗墙渗漏引起的。

（3）通过处理后的库底伪随机流法电流密度剖面图（见图2）分析结果如下：库底伪随机流场法的电流密度剖面异常区域与坝体迎水面的异常相吻合，位于库区右侧。图中靠近坝体部位的异常值高于远离坝体部位的异常值，推测靠近坝体部位的异常为坝基集中渗漏，库底渗漏区域与坝体迎水面的坝基渗漏异常相吻合；远离坝体部位的库底异常区域的电流密度值不大，仅为0.2A/m2左右，可能为散浸渗漏或者与库底基岩的非均质有关。

图2 库底伪随机流场法的电流密度剖面及解释成果图

4.2 高密度水域地震资料解释

通过处理后的高密度水域地震剖面图（见图3），结合勘察资料可以对库区内地层分布、断层发育情况进行分析。具体分析结果如下：

图3 高密度水域地震剖面及其解释成果图

（1）库区基岩面分布非常清晰，这主要得益于水和淤泥的波速及密度比较低，而基岩的波速及密度比较高，在地震剖面上形成强反射界面，便于地层识别追踪。

（2）水库水位最深处（位于0+243～0+323），水深对应地震剖面中时间约50.0ms，按照水的波速为1500m/s 计数，水深约37.5m。

（3）水库水位最深处（位于0+263），淤泥层底界在地震剖面中时间约60.0ms，按照淤泥的波速为700～1000m/s 计数，淤泥层的厚度约为3.5～5.0m。

（4）由于库区发育的3 个断层倾角近乎垂直，只能通过地震剖面中绕射波的存在来判断断层的具体位置。可以明显看出，F1断层位于0+323～0+348 之间，F2断层位于0+373～0+383 之间，F4 断层在0+88 附近。

4.3 探地雷达资料解释

通过处理后的探地雷达响应剖面（见图4 和图5）分析结果如下：

图5 雷达响应剖面图（49.5m 廊道背水侧墙体）

（1）从坝体背水侧向内1.0m 可以看到断断续续的雷达波同相轴，为砌石层；从砌石层向内没有明显的雷达波同相轴，为小石混凝土层，这些都与大坝横断面的介质相吻合。

（2）图4 中0.0～1.0m、2.0～4.5m 范围内探地雷达响应特征为雷达波同相轴明显增强、同相轴连续性较差，为渗水区域雷达响应特征。

（3）图5 中，同样可以看到1.0m 后的砌石层、小石混凝土层。此外，在廊道背水侧墙体砌石层向内有一层约2.4m 厚的渗水区域出现在小石混凝土层内部，这一层富水区域横向连续性非常好。

5 结论

综合三种地球物理探测方法，查明了渗漏入口，推断出了渗漏通道，具体如下：

（1）与断裂带有关的基岩渗漏通道：伪随机流场法响应特征在桩号0+310～0+350 范围内坝基部位出现异常值，该异常区域与对应位置处F1断层在高密度水域地震剖面中的响应特征吻合，推断该处存在坝基渗漏。在该处进行钻探验证，结果显示，压水试验表现为强透水层，揭露到裂隙发育带。

（2）与坝体防渗墙有关的渗漏通道：伪随机流场法响应特征在0+340、高程51.5m 处出现异常值，该异常值及探地雷达相应部位渗水区响应特征与现场射流位置相吻合，推测该处坝体存在渗漏。

（3）与强风化岩体有关的基岩渗漏通道：高密度水域地震剖面显示，桩号0+235 附近存在深厚强风化层，但伪随机流场法在该部位没有明显异常，推测可能与上覆淤泥层有关。如果后期水库清淤，致使强风化岩体与坝体底部直接接触，可能发生渗漏■