病险水库渗漏探测中的综合物探技术_新闻资讯_陕西华标国信检测

病险水库渗漏探测中的综合物探技术

2025-06-10

病险水库渗漏探测中的综合物探技术

杨刚，乐彪，张威

贵州省水利水电勘测设计研究院

作者：杨刚，高级工程师。

导读：

近日人大审议通过增发1万亿元国债，支持灾后恢复重建和提升防灾减灾救灾能力，重点投向京津冀灾后恢复重建和骨干防洪治理工程、自然灾害应急能力提升工程、其他重点防洪工程、重点自然灾害综合防治体系建设工程等方向，工程物探是实施这些工程的基础性工作手段。资金投向防灾，工程物探需求增大，需要抓住机遇，拓展业务，发展技术。

病险水库除险加固及安全监测可以整体提升水旱灾害的防御能力，目前我国已建成各类水库9.8万多座，渗漏是最常见的病险问题之一。综合物探技术是渗漏病险水库除险加固及安全监测重要技术支撑手段。近年来，我国渗漏物探新技术应用不断取得进展。

本文以某水库渗漏检测为例，采用伪随机流场法、瞬变电磁法、无人机航空瞬变电磁法及水下机器人(ROV)摄像及喷墨检查等多种新技术对大坝渗漏情况进行探测，并综合库坝区水文地质调查及物探探测成果，分析渗漏路径，为后续工程治理提供了依据，也积累了渗漏检测经验。

------内容提纲------

0 引言

1 工程背景

1.1 工程概况

1.2 工程地质

2 工作方法技术

2.1 技术思路与工作布置

2.2 方法基本原理概述

3 探测成果分析

3.1 伪随机流场法探测结果分析

3.2 水下无人潜器(ROV)成果分析

3.3 地面瞬变电磁法成果分析

3.4 无人机航空瞬变电磁法成果分析

3.5 综合成果分析

4 结语

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0 引言

具不完全统计，目前我国已建成各类水库9.8万多座，随着水库的运营，病险水库的数量也随之增加；其中渗漏是最常见的病险问题之一。水库渗漏，一方面会降低水库的社会效益，另一方面随着时间的推移，可能导致溃坝或溃堤。物探技术是水库渗漏探测的重要技术手段，能为有效封堵及防渗处理提供可靠依据，对水库大坝的运行安全有着重要意义。

目前常用于水库、大坝渗漏探测的物探技术主要有：高密度电法、地质雷达法、面波法、伪随机流场法、充电法、瞬变电磁法、微动法、磁电阻率法及水下机器人摄像及喷墨检查等。由于物探方法具有多解性，且每种方法有一定的局限性和适用性，实际运用过程中，应综合考虑所探测水库的地质条件、所处环境特征及渗漏情况等因素进行合理地选择。

本文以贵州某水利枢纽工程面板堆石坝大坝渗漏探测实践为例，采用伪随机流场法、瞬变电磁法、无人机航空瞬变电磁法及水下机器人(ROV)摄像及喷墨检查等方法对大坝渗漏情况进行探测，最后结合水文地质调查成果进行综合分析，为后续工程处理提供可靠依据。

1 工程背景

1.1 工程概况

某水库大坝为混凝土面板堆石坝，最大坝高80.00m，正常蓄水位749.00m，相应库容886万m3，水库总库容1140万m3。水库灌区工程主要由水库枢纽和灌区渠系组成。

该水库2019年7月11日开始下闸试蓄水。2019年7月17日库水位蓄至716.00m，发现导流洞距堵头下游85m和102m处顶拱有渗水；2019年7月25日库水位蓄至728.00m，发现大坝坝脚靠右岸出现少量渗水、导流洞内渗水点增加且渗水量增大。整个渗水过程中水质清晰，坝脚无明显泥沙堆积，渗水量较大时在右坝段坝脚有明显水声。出现上述情况后，设计单位在大坝右岸布置检查孔3个，右坝肩布置检查孔2个，左坝肩布置检查孔1个，重点查右岸至右坝肩原帷幕线的岩体透水情况。工程各参建单位分析钻孔资料后，推测渗水带主要在右岸。2019年10月在右坝肩交通洞段716m高程以上的薄弱带进行灌浆补强处理(本次补强灌浆与原帷幕线重合)，渗水量未见明显减少。

2020年3月正式下闸试蓄水，水位上涨至717.90m时，发现坝脚有渗水，经参建单位对渗水原因进行讨论分析，于2021年1月在右岸帷幕段端头处、交通洞往出口方向又布置10个钻孔查找渗水通道；在钻孔内投入荧光素，坝后量水堰均无反应，仅在布置在右岸交通洞内的一个钻孔中投入荧光素时，右岸坝后山体斜坡处发现荧光素。量水堰水量与库水位关系如图1所示。

图1 量水堰水量与库水位关系图

1.2 工程地质

坝址河谷多呈“V”型，谷宽50～80m，两岸多不对称，岸坡坡度42°～75°，岸坡较陡，多为陡岩，植被较好，局部被第四系残坡积覆盖，岩层产状为N35°～45°E/SE∠5°～8°，陡倾裂隙发育。坝址区主要岩性为K2j1-1中厚夹薄层紫红、砖红色中至细粒砂岩夹泥岩。坝址区受f1断裂影响，构造裂隙发育程度较高，一定深度内岩体结构受破坏较强烈，岩体完整性较差。

2 工作方法技术

2.1 技术思路与工作布置

针对该水库渗漏的情况，根据已有资料、结合现场地质情况，本次渗漏探测工作总体思路拟采取“水陆空结合，分期实施”的方式开展工作。

(1)水库渗漏点的确定。①采用伪随机流场法对库区面板730高程处往上游方向200m水面库区范围进行面积性的普查，在发现异常部位进行加密和重复测试；然后在发现疑似渗漏的部位采用无人潜器进行水下摄像及喷墨检查，以确定渗漏的位置和规模；②对库区水面以下范围面板、趾板及坝体边缘与基岩接触带5m范围采用无人潜器进行水下摄像观察，对异常部位进行喷墨检查，以确定渗漏点的位置及规模。

(2)渗漏路径的探查。在坝后采用地面瞬变电磁法及无人机航空瞬变电磁法进行探测，分析可能的渗漏路径，如图2—3所示。

图2 地面瞬变电磁测线布置示意图

图3 无人机航空瞬变电磁法测线布置示意图

(3)综合分析物探测试成果及库区水文地质调查成果，推测坝后渗水的来源、与库水的关系以及大致的流径范围。

2.2 方法基本原理概述

(1)伪随机流场法

堤坝的渗漏入水口会产生微弱的水流场，渗漏入水口近似于堤防内部渗流场的源头，而渗流场与恒定电流场具有相同的数学控制方程，所以二者在空间分布上具有相似的规律。伪随机流场法正是利用电流场与渗流场之间在数学上的这种内在联系，确立电流场和渗流场分布形态之间的拟合关系进行渗漏探测。

(2)瞬变电磁法

瞬变电磁法(TEM)亦称时间域电磁感应法。是利用不接地回线向地下发送一次脉冲磁场，在一次场间歇期间利用另一回线接收测量由地下介质产生的感应电场即二次场随时间的变化。该二次场是由地下不同导电介质受一次场激励引起的涡流产生的非稳定磁场，它与地下地质体有关，根据它的衰减特征，可以分析判断地下地质体的含水情况等的一种物探方法。

无人机航空瞬变系统是在地面瞬变电磁系统基础之上，采用无人机搭载并改进而成的全航空瞬变电磁系统。其原理与地面瞬变电磁法一致，仅在数据采集方式及反演计算进行相应的改变。相对于地面瞬变而言，无人机航空瞬变电磁法探测效率高、受地形影响较小，能够弥补地面瞬变覆盖不到的区域。

(3)水下无人潜器(ROV)观察

水下无人潜器(Remotely Operated Vehicle)，也叫水下机器人，是一种工作于水下的极限作业平台，能潜入水中代替人员完成作业。本工程采用的水下无人潜航器系统包括了ROV主机、地面控制系统2部分，其中，ROV主机包括了高分辨率彩色摄像机、机械臂、推进器、照明灯、二维图像声呐等外置传感器。通过ROV携带的高清摄像头、红色示踪剂等进行摄像观察及喷墨检查以达到渗漏探测的目的。

3 探测成果分析

3.1 伪随机流场法探测结果分析

库区伪随机流场法探测成果如图4所示，由成果图可见，伪随机渗漏异常区域主要集中在3个区域：

图4 伪随机流场法探测成果图

(1)左岸坝肩趾板和左岸边坡局部区域，渗漏区域范围：桩号左岸坝纵0+040—左岸坝纵0+100，异常中心区域伪随机流场法探测均值在50mV/m，局部测值达到设备限制(>100mV)，推测为渗漏的主要区域。

(2)导流洞顶部局部区域，渗漏区域范围：桩号导0+057—导0+098，异常中心区域伪随机流场法探测均值在40mV/m以上，推测为渗漏的主要区域。

(3)右岸坝肩趾板局部区域，渗漏区域范围：桩号右岸坝纵0+047—右岸坝纵0+064，异常中心区域伪随机流场法探测均值在30mV/m以上，推测属于轻度渗漏区域。

3.2 水下无人潜器(ROV)成果分析

(1)伪随机流场法异常区域

采用水下机器人对伪随机流场法异常区域进行摄像观察及喷墨检查，发现趾板轴线区域有大量树枝堆积以及较厚泥沙沉积、导流洞附近库区有较厚泥沙沉积、右岸坝肩趾板区域有泥沙沉积；在异常区域表面进行喷墨检查，未见明显吸墨现象，推测伪随机流场法异常区域未形成集中渗漏点。部分测试成果如图5—8所示。

图5 左岸坝肩趾板区域喷墨示踪视频截图

图6 左岸边坡区域喷墨示踪视频截图

图7 导流洞顶部局部区域喷墨示踪视频截图

图8 右岸坝肩趾板局部区域喷墨示踪视频截图

(2)面板区域检查成果

730水面以下面板及趾板区域混凝土表面完整，无明显可见的裂缝及混凝土缺陷，面板止水结构整体完整，局部有极少数橡胶表面轻微破损现象，对破损处进行喷墨检查，均未出现渗漏吸墨现象。部分测试成果如图9所示。

图9 大坝面板水下机器人检查视频截图

3.3 地面瞬变电磁法成果分析

本次探测在大坝背水面马道布置了3条地面瞬变电磁测线，测试点距为2m。瞬变电磁剖面以大坝观测房中心为零点，往右岸为负、左岸为正，成果如图10所示，分析如下：

图10 地面瞬变电磁法探测成果图(单位：m)

(1)测线1：位于大坝背水面740～720m高程马道，测线长度158m，从图10中可以看出，在大坝观测房中心往右岸方向-60～-82m，高程684～700m范围、大坝观测房中心往右岸方向0～-18m、-24～-28m；高程678～700m范围及大坝观测房中心往左岸方向58～68m、70～76m；高程670～690m范围，存在低电阻异常区域，推测该区域为相对富水区域，其它区段无明显异常反映。

(2)测线2：位于大坝背水面720～710m高程马道，测线长度148m，从图10中可以看出，在大坝观测房中心往右岸方向-7～-13m、-18～-22m、-52～-56m，高程679～693m范围及大坝观测房中心往左岸方向52～64m、71～74m；高程675～689m范围，存在低电阻异常区域，推测该区域为相对富水区域，其它区段无明显异常反映。

(3)测线3：位于大坝背水面710～701m高程马道，测线长度140m，从图10中可以看出，在大坝观测房中心往右岸方向-54～-58m，高程672～684m范围及大坝观测房中心往左岸方向-2～8m、14～18m、24～26m、34～41m、48～51m、54～58m；高程670～688m范围，存在低电阻异常区域，推测该区域为相对富水区域，其它区段无明显异常反映。

3.4 无人机航空瞬变电磁法成果分析

航空瞬变按固定点为坐标零点构建相对投影坐标系；测线布置示意图如图3所示，成果图如图11—18(图中红色为相对高阻区、蓝色为相对低阻区)；从无人机航空瞬变电磁成果可以看出：外侧坝体视电阻率总体相对较底，大坝外侧坝体左右岸均有低阻异常分布，推测大坝外侧坝体含水率相对较高。