堤防隱患探測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀及適用條件分析

王聚強(qiáng)

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

關(guān)鍵詞：堤防隱患；探測(cè)技術(shù)；現(xiàn)狀；建議

1.我國(guó)江河堤防的特點(diǎn)及隱患探測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀

我國(guó)現(xiàn)有的江河堤防特點(diǎn)有：一是堤基條件差。堤防傍河而建，堤線選擇受到河勢(shì)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(fù)的老口門(mén)上，堤基松軟，容易出大險(xiǎn)。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(shí)不均勻，新舊堤接合不密實(shí)，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(dòng)物掏蝕形成洞穴，或填埋在堤防內(nèi)部的樹(shù)根、樁木腐爛形成的洞隙，以及修堤時(shí)沒(méi)有清理的暗管、廢井等殘留物。二是堤后坑塘多，尤其是長(zhǎng)江干堤和洞庭湖、鄱陽(yáng)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(dāng)遭遇洪水時(shí)堤防經(jīng)常發(fā)生滲漏、管涌、滑坡、崩塌等險(xiǎn)情，嚴(yán)重者導(dǎo)致堤防漬決。

我國(guó)傳統(tǒng)的堤防隱患探測(cè)方法主要是人工錐探和機(jī)械鉆探等，此類(lèi)方法雖然具有直觀的優(yōu)點(diǎn)，但費(fèi)時(shí)、功效低，且局限在探測(cè)的點(diǎn)上，難以全面評(píng)價(jià)堤防質(zhì)量，效果也較差。由于這種方法對(duì)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(xiǎn)，通過(guò)巡堤查險(xiǎn)人員眼看、耳聽(tīng)、手腳探摸等手段發(fā)現(xiàn)堤防的險(xiǎn)情。1998年長(zhǎng)江大洪水期間，就發(fā)動(dòng)群眾采用了“徒步拉網(wǎng)式”晝夜不間斷的巡堤查險(xiǎn)。由于人工查險(xiǎn)效率低，并且只有當(dāng)險(xiǎn)情發(fā)展到一定程度時(shí)才能被發(fā)現(xiàn)，往往會(huì)措手不及，使搶險(xiǎn)局面十分被動(dòng)。為了徹底改變這種被動(dòng)局面，避免盲目性，研究、采用先進(jìn)科學(xué)的手段對(duì)堤防隱患進(jìn)行探測(cè)就十分重要。

2.堤防隱患探測(cè)技術(shù)及工作方法

80年代初，國(guó)內(nèi)一些水利勘測(cè)設(shè)計(jì)單位開(kāi)始采用物探方法開(kāi)展堤防隱患探測(cè)的研究，在高密度電法、彈性波法、瞬變電磁波、地質(zhì)雷達(dá)等方法分別基于堤防土體正常場(chǎng)與異常場(chǎng)之間的電性、彈性、電磁性等差異來(lái)評(píng)價(jià)堤防質(zhì)量的研究方面做了大量工作，并應(yīng)用于堤防及基礎(chǔ)的勘察。1998年大水后，如何利用先進(jìn)科學(xué)的手段探測(cè)堤防隱患引起了各界的普遍關(guān)注，國(guó)家防總辦公室也積極努力把物探技術(shù)應(yīng)用到堤防的查險(xiǎn)上。1999年先后在湖南益陽(yáng)（南方）和北京大興（北方）建立了堤防隱患探測(cè)儀器試驗(yàn)場(chǎng)，并在湖南益陽(yáng)舉行了全國(guó)范圍的探測(cè)儀器測(cè)試。通過(guò)這次活動(dòng)，基本掌握了我國(guó)物探技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀和水平，積累了各類(lèi)儀器測(cè)試的第一手資料，為確立今后的發(fā)展目標(biāo)奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)也讓有關(guān)科研單位、儀器生產(chǎn)廠家了解了堤防查險(xiǎn)對(duì)儀器性能的需求，推動(dòng)了查險(xiǎn)技術(shù)的發(fā)展。水利部國(guó)際合作與科技司的“988”科技計(jì)劃已將該課題列為首要解決的問(wèn)題，并已組織有關(guān)單位開(kāi)展攻關(guān)研究。

從原理上講，堤壩隱患探測(cè)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(yīng)用。各類(lèi)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(yīng)用各種物探方法的物理前提。從了解到的情況來(lái)看，目前物探方法很多，但能用于堤防隱患探測(cè)方面的主要可歸納為四類(lèi)。

2.1探地雷達(dá)法

該法是利用超高頻脈沖電磁波探測(cè)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(dá)圖像的動(dòng)力學(xué)特征，對(duì)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(cè)小于10米的堤身隱患時(shí)，效果較好，圖像反映比較直觀，但對(duì)深部隱患反映不明顯。探地雷達(dá)用于探測(cè)介質(zhì)分布效果較好。目前探地雷達(dá)受兩方面的影響：一是堤防土體的含水性，二是探測(cè)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(cè)深為一體，采用高密度布點(diǎn)，進(jìn)行二維地電斷面測(cè)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(cè)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(jià)格較低、使用較多的堤壩隱患探測(cè)方法。探測(cè)時(shí)，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(guò)人工或儀器控制不斷改變供電和測(cè)量電極，以獲得不同極距（深度）和不同水平位置的電導(dǎo)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(duì)獲得客觀的隱患圖像有重要作用。可以肯定：（1）布極較多，自動(dòng)切換觀測(cè)電極的儀器測(cè)試效果較好，適合堤壩隱患探測(cè)要求速度較快、資料可靠的實(shí)際要求。而觀測(cè)裝置的電極排列方式，如三極、流動(dòng)測(cè)量、對(duì)稱(chēng)四極等，對(duì)觀測(cè)效果無(wú)實(shí)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(yīng)堤壩隱患探測(cè)的關(guān)鍵。（2）極距選擇合理，方法使用得當(dāng)時(shí)，探測(cè)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(yīng)原理，其以土體的電性及磁性差異為基礎(chǔ)，通過(guò)向地下發(fā)射垂直方向的磁場(chǎng)波，然后斷電，觀測(cè)斷電后的磁場(chǎng)隨時(shí)間的變化，研究磁場(chǎng)的空間、時(shí)間分布特征，達(dá)到解決地質(zhì)問(wèn)題的目的。該法用于堤防隱患探測(cè)時(shí)，對(duì)淺部不均勻體的異常物性反映不夠明顯，但對(duì)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(guò)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(cè)時(shí)，當(dāng)介質(zhì)層呈現(xiàn)層狀具有波速差異時(shí)，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(wèn)題。在開(kāi)展洞穴及裂縫等隱患探測(cè)時(shí)，要加強(qiáng)頻散曲線特征正演分析與反演解釋研究，同時(shí)，新震源的研究和野外觀測(cè)方法的改進(jìn)也是很重要的。

3.工作意見(jiàn)和建議

在我國(guó)的水庫(kù)和堤防建設(shè)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(lái)，一些科研單位和工程管理單位，在該領(lǐng)域開(kāi)展了一些研究和試驗(yàn)，取得了一些成果。但是，從目前掌握的測(cè)試資料來(lái)看，還沒(méi)有完全適用于堤防隱患探測(cè)特別是能夠在汛期快速準(zhǔn)確地探測(cè)堤防險(xiǎn)情的儀器設(shè)備。進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)防汛搶險(xiǎn)的技術(shù)水平要提高，而堤防隱患探測(cè)技術(shù)的提高又是當(dāng)前最緊迫的工作。

3.1加強(qiáng)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(dá)到真實(shí)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(cè)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(cè)深度要達(dá)到5～20米，才能滿足防汛要求。建議組織對(duì)探測(cè)儀器開(kāi)展專(zhuān)題研究，并打破部門(mén)界限，吸收地質(zhì)礦產(chǎn)、地震等多年應(yīng)用物探技術(shù)的部門(mén)專(zhuān)家參與研究，引進(jìn)、消化、吸收現(xiàn)有國(guó)內(nèi)外先進(jìn)物探儀器的技術(shù)，并結(jié)合堤防隱患特點(diǎn)和查險(xiǎn)快速、準(zhǔn)確、適應(yīng)惡劣環(huán)境的要求，研究適合堤防隱患探測(cè)的布極方式和探測(cè)程序。

3.3開(kāi)發(fā)堤防隱患解釋軟件。針對(duì)堤防隱患探測(cè)解釋軟件要求有較高的精度，而大部分應(yīng)用人員對(duì)物探原理、計(jì)算機(jī)技術(shù)又不太精通，分析、判斷能力較弱的特點(diǎn)，建議組織研究專(zhuān)用軟件，力求操作簡(jiǎn)單，界面清晰，各級(jí)防汛、堤防管理人員易于掌握，為在堤防查險(xiǎn)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(shí)間的培訓(xùn)班。從我們組織的測(cè)評(píng)活動(dòng)看，儀器的操作和成果分析都有一定的技術(shù)要求，相應(yīng)還要有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。熟悉堤防地質(zhì)情況和堤身特征與否，對(duì)于探測(cè)成果的精確度影響很大。因此，要加強(qiáng)探測(cè)人員的培訓(xùn)。為此，國(guó)家防辦分別在南方和北方建立了試驗(yàn)場(chǎng)，一方面用于堤防隱患探測(cè)設(shè)備的測(cè)評(píng)、率定，同時(shí)作為堤防隱患探測(cè)人員培訓(xùn)的基地，以推動(dòng)堤防隱患探測(cè)技術(shù)的發(fā)展。