堤防隱患探測技術(shù)現(xiàn)狀及適用條件分析

摘 要：本文就江河堤防特點及隱患探測技術(shù)現(xiàn)狀進行分析，論證了堤防隱患探測技術(shù)及工作方法在不同領(lǐng)域的適用，并針對隱患探測技術(shù)的理論基礎(chǔ)研究和儀器開發(fā)推廣、軟件制作等方面進行闡述。

關(guān)鍵詞：堤防隱患；探測技術(shù)；現(xiàn)狀；建議

1.我國江河堤防的特點及隱患探測技術(shù)現(xiàn)狀

我國現(xiàn)有的江河堤防特點有：一是堤基條件差。堤防傍河而建，堤線選擇受到河勢條件制約，堤防基礎(chǔ)大多為沙基，而且絕大部分堤防未作基礎(chǔ)處理，特別是有的堤防建在古河道或歷史上決口后堵復的老口門上，堤基松軟，容易出大險。二是堤身填土質(zhì)量差。不少堤防是在原民堤的基礎(chǔ)上，經(jīng)歷年逐漸加高培厚而成，往往質(zhì)量不佳。有的因局部夯實不均勻，新舊堤接合不密實，或因土料干縮、濕陷、不均勻沉陷產(chǎn)生裂縫、暗隙；有的因獾、鼠、蛇、白蟻等動物掏蝕形成洞穴，或填埋在堤防內(nèi)部的樹根、樁木腐爛形成的洞隙，以及修堤時沒有清理的暗管、廢井等殘留物。二是堤后坑塘多，尤其是長江干堤和洞庭湖、鄱陽湖區(qū)堤防，由于在堤后取土筑堤，使堤后坑塘密布，覆蓋層薄弱。由于上述隱患的存在，當遭遇洪水時堤防經(jīng)常發(fā)生滲漏、管涌、滑坡、崩塌等險情，嚴重者導致堤防潰決。

我國傳統(tǒng)的堤防隱患探測方法主要是人工錐探和機械鉆探等，此類方法雖然具有直觀的優(yōu)點，但費時、功效低，且局限在探測的點上，難以全面評價堤防質(zhì)量，效果也較差。由于這種方法對堤防本身有一定的損害，較多地用在非汛期，堤防擋水后就很少使用。目前在汛期采用較多的是人工巡堤查險，通過巡堤查險人員眼看、耳聽、手腳探摸等手段發(fā)現(xiàn)堤防的險情。1998年長江大洪水期間，就發(fā)動群眾采用了“徒步拉網(wǎng)式”晝夜不間斷的巡堤查險。由于人工查險效率低，并且只有當險情發(fā)展到一定程度時才能被發(fā)現(xiàn)，往往會措手不及，使搶險局面十分被動。為了徹底改變這種被動局面，避免盲目性，研究、采用先進科學的手段對堤防隱患進行探測就十分重要。

2.堤防隱患探測技術(shù)及工作方法

80年代初，國內(nèi)一些水利勘測設計單位開始采用物探方法開展堤防隱患探測的研究，在高密度電法、彈性波法、瞬變電磁波、地質(zhì)雷達等方法分別基于堤防土體正常場與異常場之間的電性、彈性、電磁性等差異來評價堤防質(zhì)量的研究方面做了大量工作，并應用于堤防及基礎(chǔ)的勘察。1998年大水后，如何利用先進科學的手段探測堤防隱患引起了各界的普遍關(guān)注，國家防總辦公室也積極努力把物探技術(shù)應用到堤防的查險上。1999年先后在湖南益陽（南方）和北京大興（北方）建立了堤防隱患探測儀器試驗場，并在湖南益陽舉行了全國范圍的探測儀器測試。通過這次活動，基本掌握了我國物探技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀和水平，積累了各類儀器測試的第一手資料，為確立今后的發(fā)展目標奠定了基礎(chǔ)。同時也讓有關(guān)科研單位、儀器生產(chǎn)廠家了解了堤防查險對儀器性能的需求，推動了查險技術(shù)的發(fā)展。水利部國際合作與科技司的“988”科技計劃已將該課題列為首要解決的問題，并已組織有關(guān)單位開展攻關(guān)研究。

從原理上講，堤壩隱患探測的物探工作原理等同于其在找礦勘探、地質(zhì)普查和一般工程勘查領(lǐng)域中的應用。各類堤防隱患與正常堤身、堤基介質(zhì)具有一定的電磁、電性、彈性等差異，具備應用各種物探方法的物理前提。從了解到的情況來看，目前物探方法很多，但能用于堤防隱患探測方面的主要可歸納為四類。

2.1探地雷達法

該法是利用超高頻脈沖電磁波探測地下介質(zhì)分布的一種地球物理勘探方法?？筛鶕?jù)地質(zhì)雷達圖像的動力學特征，對堤防土體予以定性的異常劃分并推斷其地質(zhì)成因。該種方法在探測小于10米的堤身隱患時，效果較好，圖像反映比較直觀，但對深部隱患反映不明顯。探地雷達用于探測介質(zhì)分布效果較好。目前探地雷達受兩方面的影響：一是堤防土體的含水性，二是探測深度與分辨率的矛盾。

2.2 高密度電阻率法

該法是集電剖面和電測深為一體，采用高密度布點，進行二維地電斷面測量的一種電阻率法勘查技術(shù)，以研究地下介質(zhì)體的電阻率差異為基礎(chǔ)的物探方法.較適用于探測堤身的裂縫、洞穴、土質(zhì)不均等異常。高密度電阻率法是一種價格較低、使用較多的堤壩隱患探測方法。探測時，為了獲得足夠多的有關(guān)堤壩結(jié)構(gòu)和隱患信息，布置了大量電極，通過人工或儀器控制不斷改變供電和測量電極，以獲得不同極距（深度）和不同水平位置的電導率（或電阻率）數(shù)據(jù)。后續(xù)資料處理和解譯也是很關(guān)鍵的，圖示方法對獲得客觀的隱患圖像有重要作用?？梢钥隙ǎ海?）布極較多，自動切換觀測電極的儀器測試效果較好，適合堤壩隱患探測要求速度較快、資料可靠的實際要求。而觀測裝置的電極排列方式，如三極、流動測量、對稱四極等，對觀測效果無實質(zhì)的影響。所以，提高儀器的控制部分功能和抗干擾能力是儀器早日適應堤壩隱患探測的關(guān)鍵。（2）極距選擇合理，方法使用得當時，探測到的物性差異明顯，利于判斷隱患。（3）要求處理軟件分析能力高，提供的圖像直觀，便于使用。

2.3瞬變電磁法

該法的基本原理是電磁感應原理，其以土體的電性及磁性差異為基礎(chǔ)，通過向地下發(fā)射垂直方向的磁場波，然后斷電，觀測斷電后的磁場隨時間的變化，研究磁場的空間、時間分布特征，達到解決地質(zhì)問題的目的。該法用于堤防隱患探測時，對淺部不均勻體的異常物性反映不夠明顯，但對深部地層劃分具有一定效果。

2.4 面波法

該法利用沖擊震源激發(fā)地震波，多通道采集地震記錄，通過面波分析軟件提取面波頻散特性，分析地下介質(zhì)的結(jié)構(gòu)和物性。

該法探測時，當介質(zhì)層呈現(xiàn)層狀具有波速差異時，其效果反映明顯。因此，可以利用頻散曲線，解決堤段不均勻的問題。在開展洞穴及裂縫等隱患探測時，要加強頻散曲線特征正演分析與反演解釋研究，同時，新震源的研究和野外觀測方法的改進也是很重要的。

3.工作意見和建議

在我國的水庫和堤防建設前期工作中。地質(zhì)勘探已較廣泛地使用了鉆探和物探技術(shù)。近年來，一些科研單位和工程管理單位，在該領(lǐng)域開展了一些研究和試驗，取得了一些成果。但是，從目前掌握的測試資料來看，還沒有完全適用于堤防隱患探測特別是能夠在汛期快速準確地探測堤防險情的儀器設備。進入21世紀，我國防汛搶險的技術(shù)水平要提高，而堤防隱患探測技術(shù)的提高又是當前最緊迫的工作。

3.1加強基礎(chǔ)技術(shù)研究，總結(jié)和掌握各種隱患在物探曲線或剖面上的影響或異常特征，達到真實可靠地劃分隱患異常，并確定各種物探異常的物性地質(zhì)特征。

3.2 組織堤防隱患探測儀器的研究。堤防潰口性隱患多發(fā)生在堤身下部和堤基處，儀器探測深度要達到5～20米，才能滿足防汛要求。建議組織對探測儀器開展專題研究，并打破部門界限，吸收地質(zhì)礦產(chǎn)、地震等多年應用物探技術(shù)的部門專家參與研究，引進、消化、吸收現(xiàn)有國內(nèi)外先進物探儀器的技術(shù)，并結(jié)合堤防隱患特點和查險快速、準確、適應惡劣環(huán)境的要求，研究適合堤防隱患探測的布極方式和探測程序。

3.3開發(fā)堤防隱患解釋軟件。針對堤防隱患探測解釋軟件要求有較高的精度，而大部分應用人員對物探原理、計算機技術(shù)又不太精通，分析、判斷能力較弱的特點，建議組織研究專用軟件，力求操作簡單，界面清晰，各級防汛、堤防管理人員易于掌握，為在堤防查險方面普及推廣各種物探方法創(chuàng)造條件。

3.4選擇推廣部分適用的儀器，為防汛人員組織短時間的培訓班。從我們組織的測評活動看，儀器的操作和成果分析都有一定的技術(shù)要求，相應還要有實踐經(jīng)驗。熟悉堤防地質(zhì)情況和堤身特征與否，對于探測成果的精確度影響很大。因此，要加強探測人員的培訓。為此，國家防辦分別在南方和北方建立了試驗場，一方面用于堤防隱患探測設備的測評、率定，同時作為堤防隱患探測人員培訓的基地，以推動堤防隱患探測技術(shù)的發(fā)展。

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【作者簡介】王聚強，男，水利工程，助理工程師，漳衛(wèi)南運河大名河務局。

【文章編號】1006-2688（2016）03-0036-02