堤坝渗漏管涌探测仪的问题、需求及创研
郑州地象科技有限公司 寇伟
一、堤坝渗漏探测仪的作用及存在的问题
我国现有大坝近十万座，其中大部分是上世纪五六十年代修建的中小型土坝。由于早期施工条件的限制、加之建成年代久远，半数以上大坝病险严重，病险坝内部存在着大小不等的裂缝、松散区、不均匀区、渗漏通道等各种隐患。就我国大江大河大湖的堤防来看，由于多数建在冲积平原上，河堤下面地下上层的表面覆盖层较薄，下层则为较厚的饱和粉细砂及砂砾石层，堤基极易产生渗漏，严重时出现管涌险情；而堤身由于填土不匀、不密实、存在生物洞穴及其他隐患，每到汛期遇高洪水位，堤脚堤身容易产生管涌、散浸等渗漏险情。
堤坝渗漏探测仪的作用就是要通过实地探测分析找出堤坝隐患、确定渗漏位置，以便准确快捷地进行除险加固，消除病害隐患，保证堤坝安全。目前国内有关部门和单位将高密度电法、瞬变电磁法、频率域电磁法、探地雷达、表面波法、浅层反射地震法、放射性同位素法等现有物探方法应用在堤坝隐患渗漏探测上，虽然在许多大坝和堤防上均有一些成功应用的例子，但均不能成为探测堤防和大坝渗漏隐患的快捷有效成熟的技术和专用仪器。
目前堤坝渗漏探测技术和应用中存在的问题主要有以下几点：
1、探测速度慢、探点少导致效果受限。由于探测一个测深点的时间长，探测点间距不可能太密集，即使是高密度电法从布线、插埋电极到探测十几个深度层点也需要几个小时，一天只能探测几个批次、最多一百个左右探测点。由于现有探测方法堤坝探测施工的点间距很难密集到1米或者0.5米，而点间距超过一米肯定会漏掉一些小渗漏或隐患，探测结果的有效性就会大打折扣。
2、探测施工受环境限制导致影响结果的完整性和可靠性。由于受堤坝窄长梯形施工环境限制，大多数物探方法只能在堤坝上顺长探测，而管涌渗漏主要出现在堤坝斜面及下部与地面接触面位置，大部分探测仪器布线摆放、插电极等都很难施工，而在堤坝两端与山脉连接处就更难施展，很难保证探测结果的全面性和可靠性。
3、不同物探仪器探测结果的多解性严重影响应用效果。由于不同仪器呈现和分析探测结果的参数不同，相互间具体不可比性，无法对照并进行综合分析。同时，每一种仪器的探测结果都具有多解性，非经过专门培训的人员难以掌握，即使是专门训练过的不同技术人员之间也有明显意见相左的解释，严重影响着物探仪器在堤坝渗漏探测中的应用效果，极大地限制了仪器的推广应用。
4、物探仪器的探测深度和分辨力有限。就目前应用于堤坝渗漏探测的物探仪器来看，探测深度较深的仪器对于浅层的分辨力有限，而探测分辨力相对好一些的物探仪器其探测深度却较浅，很难同时兼有较高的分辨力和足够的穿透深度，即使是分辨力高的也仅仅是达到每一米显示一层的数据。由于堤坝的隐患主要是渗漏点、动物洞穴、裂缝、施工薄弱带、不满足要求的材料带等，都是很小的、细微的、不宜发现的，一旦扩大马上就会造成灾害，探测深度和分
辨率不够时必然会遗漏这些细小隐患。
二、堤坝渗漏探测仪的研发背景与要求
针对现有堤坝渗漏探测技术和应用中存在的问题，结合堤坝渗漏隐患探测的特点，可以得出堤坝探测仪应具有以下基本特征：
1、灵敏度要高，探测微弱信号能力强，即使是细小渗漏隐患出现的异常信号也能被反映出来。
2、分辨率要高，扫描成像的分层间隔要小，能探测出很薄的堤坝分层薄弱带渗漏和很小的空穴裂缝隐患。
3、探测速度要快，由于堤坝很长且体积大，且查找一段堤坝渗漏隐患需要探测几个剖面、探测点间距要小，探测速度慢的话就难以胜任该项工作。
4、探头要易于放置，堤坝表层会有混凝土、石块、沥青石子路等，不适合插入电极，坝体斜面上也不宜放置探头，电阻率法长距离拉线、EH4和V8多电极探头等方法都不符合要求。
5、探头安放时间要短、易于移动，假若布置一个探测点需要十几分钟，探测速度将会大受影响，一天只能探测几十个点，仪器本身就没有太大的实用价值。
6、探测结果出图快，图像容易识别，最好是能在现场出图、现场分析，找到可疑点后马上对靶区加密探测。
7、探测结果的一致性要好，直观易懂，不能模糊且有多解性，一般技术人员经短期培训能独立操作。
三、按需创研的大地电磁场VCT成像堤坝渗漏探测仪的技术特点
根据堤防和大坝渗漏隐患探测的特点及对物探仪器的技术要求，地象科技有限公司在原有VCT成像探水仪的基础上，经过技术创新和一年多的实践，研制出了专用于堤坝渗漏和隐患的细密分层型VCT成像堤坝渗漏探测仪。
1、手提式单电磁感应探头。仅3公斤重的电磁感应探头可随手提起放在堤坝上面或斜面上的混凝土、石块、沥青石子路、土层上进行探测，也可以悬起距地5公分以内，无须插埋。
2、高速采样探测。按采样键3秒钟即可一次性采集几百个深度层点的数据，边走边测，一天可探测2000点左右，高效、快捷。
3、高灵敏度信号采集系统。由32位工控计算机控制的高灵敏度信号采集系统，有效的实现了低噪声、高精度、低功耗、低时漂、有效降低工频干扰等关键技术，完全适应天然场源具有的大动态范围、宽频带、微弱电磁信号的特点。
4、采用计算机脱机处理分析。探测完一个项目后可以在现场将SD卡数据文件转存到笔记本电脑上进行分析，几分钟即可自动生成VCT成像二维彩色剖面图，无需人工干预，图像分析易学易懂，现场快捷准确找漏。
5、直接将电磁感应电位值放大处理成像分析。全部采用电磁感应探头探测到的大地电磁电位值数据自动生成二维彩色线剖面图，不存在理论假定和公式推导换算，成像结果更能真实反映堤坝地质结构和异常。
6、彩色二维VCT成像看图分析。运用独创的电位值彩色VCT成像直视剖面技术，可以自动生成彩色二维VCT成像线剖面图，清晰描绘线剖面地下地质构造，从图上直接看出堤坝渗漏的孔隙和空穴大小、位置、走向等情况。
7、间隔20厘米细密分层。30米之内分层细度高达隔20厘米显示一层，30—60米为间隔25厘米显示一层，基本上不会漏掉堤坝细小空穴隐患和孔隙渗漏点，是目前国内外物探仪中探测速度最快、采集数据最多、分层最细、效率最高的物探仪。
8、大数据确保清晰精准度。探测深度60米内可细分为270层、每次探测200点时采集数据多达5.4万个，它们所构成的堤坝地质结构线剖面彩图是超高分辨率地质剖面图。探测点越少、分层越粗，所形成的剖面图分辨率越小、越是看不出渗漏隐患，仅靠显示的个别异常点根本不敢肯定是干扰还是渗漏点；只有大数据才能提高分辨率、保证清晰度，即使删掉个别干扰点对于判定真正的渗漏隐患异常不会产生影响、更不会影响对于整个剖面地质构造的分析及一致性判断。
四、大地电磁场VCT成像堤坝渗漏探测仪应用领域与优势 VCT堤坝渗漏探测仪主要应用领域:
1）堤防、水库管涌渗漏检测；2）病险水库治理；3）矿山坑道突水预警；4）基坑帷幕渗漏检测。
除地象科技公司大地电磁场VCT成像堤坝渗漏探测仪具有上述技术优势之外，在防漏防涌防隐患应用上还具有明显优势：
1、任何地形都能探测。梯形堤坝的管涌渗漏及空穴隐患多出现在坡面上、坡下和根部、堤坝体与基岩接面上，堤坝上和坝体有混凝土和沥青硬质路面、有岩石板块堆砌坡面、有夯实土层等各类建筑材料组成。VCT成像堤坝渗漏探测仪单人单探头操作的优势在堤坝探测上可以得到充分体现。
2、不受地下介质限制。不存在使用主动源受地下介质层影响出现低阻或高阻屏蔽层问题，大地电磁场频率域分析方法的特点决定了地下不同介质层特性只能反映在该层频点数值高低上，而对相邻频点深度层数值没有影响，不存在某些地质结构不能探测、某些介质层会影响探测结果的限制条件和问题。
4、经过几分钟简单培训后的操作者便可以进行堤坝地质勘查工作：沿江河大堤一米一个点巡视性探测查找隐患，每人每天可勘查2公里河段；查找水库大坝渗漏管涌，半天之内可以沿坝体上中下按照0.5米的点间距密集探测5--10条线路，使得VCT成像堤坝渗漏探测仪细密分层和快捷探测优势充分得以发挥。
5、看图找漏所见即所得。就像傻瓜照相机一样操作简易易学，软件操作全部为中文指示，数据分析主要靠“看”线剖面找渗漏隐患，没有学过物探技术者一小时即可掌握。在实践中遇到不同地质构造、不同渗漏情况要不断积累经验、学习提高。如果对分析结果判定没有十分把握时，可以在同一方向反复探测、在不同方向探测验证，直到看清看透看准为止。
论堤坝渗漏管涌探测仪的问题、需求及创研
