堤坝渗漏快速探测技术研讨

马飞跃

（安徽省（水利部淮河水利委员会）水利科学研究院，合肥 230088）

对于渗漏堤坝，采取钻探方式进行探测，探测范围小且对堤坝具有不同程度的破坏， 尤其汛期有较高风险。地球物理探勘方法属于无损检测，通常具有成本小、速度快、方法便捷等特点，近年来在堤坝渗漏探测中应用广泛。

用于堤坝渗漏隐患探测的地球物理探测的无损检测方法有自然电场法、 高密度电阻率法、 浅层地震、探地雷达法、流场法等［1-4］。

自然电场法属于电法勘探方法，设备易携带，可在堤坝表面和水上探测， 探测地下水的流向和速度等。自然电场法易受到干扰，如堤防大坝填筑材料不均匀、测量范围内有线缆、水面波浪较大，对测量数据产生影响，对后期数据处理和判断产生干扰。

高密度电阻率法通过阵列方式不断改变供电和电极，从而可得到不同区域的视电阻率测值。当堤坝的土体存在渗漏通道， 视电阻率等值线会出现明显变化，形成异常的闭合范围，从而判断渗漏情况。高密度电阻率法在堤防、 大坝应用较多， 取得一定成果，但对于深埋、较小的渗漏无法准确判断［5-7］。

浅层地震法属于线性剖面的测量，但浅层地震法受地形条件、炮点之间距离等限制条件的影响，干扰较多，难以满足堤坝渗漏的快速、准确的探测要求。

探地雷达法操作方便，测试速度快、抗干扰能力强，在各领域应用较多，堤坝渗漏探测也取得一定成果。但探地雷达法由于工作原理限制，往往探测深度浅，只能在表面进行测量，对于有一定深度的渗漏隐患难以探测。

流场法利用在堤坝的水体中加入特殊信号的人工电流场来模拟水流场， 通过探测人工电流场的I变化情况，用测量的电流场模拟水流场，从而可快速探测堤坝渗漏险情和明确渗漏的入水口位置。 流场法探头灵敏度高，测试速度较快，对微弱电场的小渗漏同样可反应。 不足之处是探测堤坝渗漏的入水口位置，不可对堤坝填筑材料进行探测［8-13］。

对于堤坝渗漏进行快速探测，既要满足快速，又要准确、无损地进行探测。综合以上物探方法的优缺点，本文采用以流场法探测为主，高密度电法探测为辅的物探方法，对堤坝渗漏进行快速探测。

1 流场法原理

假设堤坝的水流场处于静止稳定状态， 在出现渗漏时水流场会出现异常， 异常的渗流流向渗漏入水口位置。通过在水体中供电，产生电流场模拟水流场，二者存在相似之处，如表1，空间分布规律也是相同，从而用电流场模拟水流场。通过测试水体中异常电流场值，判断堤坝渗流入水口位置。

表1 定常、无旋渗流场与稳定电流场的相似关系

2 高密度电法原理

高密度电阻率法为电阻率剖面法应用范围，以不同填筑材料的电性差异为依据， 通过测试填筑材料的稳定电场来达到无损检测的目的。 在作用电场的作用下，填筑材料中电场满足以下偏微分方程：

式中x0、y0、z0为电场点坐标；x1、y1、z1为源点坐标。当x0≠x1，y0≠y1，z0≠z1时， 即只分析无源空间时，式（1）变为拉普拉斯方程：

3 工程实例

以现场发现渗漏情况的某一小型水库为例，坝址以上集雨面积3.0 km2，坝长50 m，坝高13.5 m，主流长2.30 km， 主流平均坡度为J=0.214。 总库容19.74 万m3，正常库容12.0 万m3。

水库背水侧靠近右侧溢洪道的坝脚存在渗漏现象，排水沟有积水，将B 级电极放在背水侧的排水沟中，A 级电极放在距离大坝约180 m 处，以大坝左侧为零点，网格化采集数据。

流场法探测一般背景值为3～5 mV 之间，通过数据比对发现J1，J2两处位置场强值异常，J1位置靠近大坝左侧，场强值在74～172 mV 之间，场强值较背景值倍数较大，异常值集中。J2位置靠近大坝右侧，与背水侧渗漏出逸点断面基本一致， 场强值在68～92 mV之间，呈连续线型分布，长度约8 m，如图1。

图1 水库流场法探测成果

堤坝渗漏常见的形态有洞穴、裂缝或软弱夹层，根据流场法原理可知，若是洞穴状渗漏，异常值应集中，点状分布，若是裂缝或软弱夹层，异常值应是线性带状分布。

据J1所在水平测线的场强值，J1处异常场集中一个位置， 数值较大， 判断为渗漏形态为洞穴状， 往往管涌形式渗漏，但J1所在断面背水侧位置未发现渗漏出逸点，如图2。

图2 J1 水平测线场强值

根据J2所在水平测线的场强值，J2处异常连续线性分布，长度约8 m，异常值不大，判断渗漏形态裂缝或软弱夹层， 大坝背水侧渗漏出逸点与J2所在断面基本一致，如图3。

图3 J2 水平测线场强值

背水侧J1和J2位置水平距离相距较远。坝体渗漏存在以下几种可能性，J1渗漏通道斜穿大坝坝体，从背水侧右侧坝脚渗水，J2渗漏通道出逸点未发现；J1渗漏通道斜传大坝坝体，从背水侧右侧渗出，J2渗漏通道也是从背水侧右侧渗出， 两处渗漏入水位置从一处渗漏出逸点；J1渗漏出逸点未发现，J2渗漏从背水侧右侧坝脚渗水。

高密度电法系统采用固定断面方式中的温纳法，电极间距1 m，测试结果未发现异常区域，如图4。分析原因由于高密度电法的局限性，往下探测时数据向中间收敛，探测结果是倒梯形，两侧位置越深越难以探测。根据高密度电法成果图，坝体视电阻率均匀，未发现坝体含水率大的低视电阻率区域。

图4 高密度电法测试成果

由于J1，J2两处渗漏入水口所在断面位于大坝两侧，大坝受地形场地限制，两侧均是山体，布线长度有限。但结合流场法的探测结果，说明J1渗漏通道未斜穿大坝坝体，可排除坝体渗漏一、二可能性，J1，J2是在大坝坝体两侧独立的渗漏通道， 发现的大坝背水侧右侧渗漏出逸点为J2位置所在渗漏通道。后经当地水管单位证实，J1位置为弃用老卧涵位置，符合管涌形态渗漏的特征， 初步判断老卧涵未封堵严实，水从此处渗漏。

4 结语

（1）实现对堤坝渗漏快速探测，不选择单一物探方法，根据现场地质地形条件及实际情况，合理选用多种物探方法综合判断。

（2）流场法灵敏度高，不受堤坝填筑材料限制，数据快速直观，可实现对堤坝渗漏的快速探测，缺点是不可探测堤坝填筑材料渗漏区域； 高密度电法可实现对填筑材料探测， 近年在堤坝渗漏探测中应用广泛，这是本文采用以流场法探测为主、高密度电法探测为辅的物探方法的原因。