堤防隐患探测技术现状及适用条件分析
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摘要：本文就江河堤防特点及隐患探测技术现状进行分析，论证了堤防隐患探测技术及工作方法在不同领域的适用，并针对隐患探测技术的理论基础研究和仪器开发推广、软件制作等方面进行阐述。
关键词：堤防隐患；探测技术；现状；建议
1.我国江河堤防的特点及隐患探测技术现状
我国现有的江河堤防特点有：一是堤基条件差。堤防傍河而建，堤线选择受到河势条件制约，堤防基础大多为沙基，而且绝大部分堤防未作基础处理，特别是有的堤防建在古河道或历史上决口后堵复的老口门上，堤基松软，容易出大险。二是堤身填土质量差。不少堤防是在原民堤的基础上，经历年逐渐加高培厚而成，往往质量不佳。有的因局部夯实不均匀，新旧堤接合不密实，或因土料干缩、湿陷、不均匀沉陷产生裂缝、暗隙；有的因獾、鼠、蛇、白蚁等动物掏蚀形成洞穴，或填埋在堤防内部的树根、桩木腐烂形成的洞隙，以及修堤时没有清理的暗管、废井等残留物。二是堤后坑塘多，尤其是长江干堤和洞庭湖、鄱阳湖区堤防，由于在堤后取土筑堤，使堤后坑塘密布，覆盖层薄弱。由于上述隐患的存在，当遭遇洪水时堤防经常发生渗漏、管涌、滑坡、崩塌等险情，严重者导致堤防溃决。
我国传统的堤防隐患探测方法主要是人工锥探和机械钻探等，此类方法虽然具有直观的优点，但费时、功效低，且局限在探测的点上，难以全面评价堤防质量，效果也较差。由于这种方法对堤防本身有一定的损害，较多地用在非汛期，堤防挡水后就很少使用。目前在汛期采用较多的是人工巡堤查险，通过巡堤查险人员眼看、耳听、手脚探摸等手段发现堤防的险情。1998年长江大洪水期间，就发动群众采用了“徒步拉网式”昼夜不间断的巡堤查险。由于人工查险效率低，并且只有当险情发展到一定程度时才能被发现，往往会措手不及，使抢险局面十分被动。为了彻底改变这种被动局面，避免盲目性，研究、采用先进科学的手段对堤防隐患进行探测就十分重要。
2.堤防隐患探测技术及工作方法
80年代初，国内一些水利勘测设计单位开始采用物探方法开展堤防隐患探测的研究，在高密度电法、弹性波法、瞬变电磁波、地质雷达等方法分别基于堤防土体正常场与异常场之间的电性、弹性、电磁性等差异来评价堤防质量的研究方面做了大量工作，并应用于堤防及基础的勘察。1998年大水后，如何利用先进科学的手段探测堤防隐患引起了各界的普遍关注，国家防总办公室也积极努力把物探技术应用到堤防的查险上。1999年先后在湖南益阳（南方）和北京大兴（北方）建立了堤防隐患探测仪器试验场，并在湖南益阳举行了全国范围的探测仪器测试。通过这次活动，基本掌握了我国物探技术发展的现状和水平，积累了各类仪器测试的第一手资料，为确立今后的发展目标奠定了基础。同时也让有关科研单位、仪器生产厂家了解了堤防查险对仪器性能的需求，推动了查险技术的发展。水利部国际合作与科技司的“988”科技计划已将该课题列为首要解决的问题，并已组织有关单位开展攻关研究。
从原理上讲，堤坝隐患探测的物探工作原理等同于其在找矿勘探、地质普查和一般工程勘查领域中的应用。各类堤防隐患与正常堤身、堤基介质具有一定的电磁、电性、弹性等差异，具备应用各种物探方法的物理前提。从了解到的情况来看，目前物探方法很多，但能用于堤防隐患探测方面的主要可归纳为四类。
2.1探地雷达法
该法是利用超高频脉冲电磁波探测地下介质分布的一种地球物理勘探方法。可根据地质雷达图像的动力学特征，对堤防土体予以定性的异常划分并推断其地质成因。该种方法在探测小于10米的堤身隐患时，效果较好，图像反映比较直观，但对深部隐患反映不明显。探地雷达用于探测介质分布效果较好。目前探地雷达受两方面的影响：一是堤防土体的含水性，二是探测深度与分辨率的矛盾。
2.2 高密度电阻率法
该法是集电剖面和电测深为一体，采用高密度布点，进行二维地电断面测量的一种电阻率法勘查技术，以研究地下介质体的电阻率差异为基础的物探方法.较适用于探测堤身的裂缝、洞穴、土质不均等异常。高密度电阻率法是一种价格较低、使用较多的堤坝隐患探测方法。探测时，为了获得足够多的有关堤坝结构和隐患信息，布置了大量电极，通过人工或仪器控制不断改变供电和测量电极，以获得不同极距（深度）和不同水平位置的电导率（或电阻率）数据。后续资料处理和解译也是很关键的，图示方法对获得客观的隐患图像有重要作用。可以肯定：（1）布极较多，自动切换观测电极的仪器测试效果较好，适合堤坝隐患探测要求速度较快、资料可靠的实际要求。而观测装置的电极排列方式，如三极、流动测量、对称四极等，对观测效果无实质的影响。所以，提高仪器的控制部分功能和抗干扰能力是仪器早日适应堤坝隐患探测的关键。（2）极距选择合理，方法使用得当时，探测到的物性差异明显，利于判断隐患。（3）要求处理软件分析能力高，提供的图像直观，便于使用。
2.3瞬变电磁法
该法的基本原理是电磁感应原理，其以土体的电性及磁性差异为基础，通过向地下发射垂直方向的磁场波，然后断电，观测断电后的磁场随时间的变化，研究磁场的空间、时间分布特征，达到解决地质问题的目的。该法用于堤防隐患探测时，对浅部不均匀体的异常物性反映不够明显，但对深部地层划分具有一定效果。
2.4 面波法
该法利用冲击震源激发地震波，多通道采集地震记录，通过面波分析软件提取面波频散特性，分析地下介质的结构和物性。
该法探测时，当介质层呈现层状具有波速差异时，其效果反映明显。因此，可以利用频散曲线，解决堤段不均匀的问题。在开展洞穴及裂缝等隐患探测时，要加强频散曲线特征正演分析与反演解释研究，同时，新震源的研究和野外观测方法的改进也是很重要的。
3.工作意见和建议
在我国的水库和堤防建设前期工作中。地质勘探已较广泛地使用了钻探和物探技术。近年来，一些科研单位和工程管理单位，在该领域开展了一些研究和试验，取得了一些成果。但是，从目前掌握的测试资料来看，还没有完全适用于堤防隐患探测特别是能够在汛期快速准确地探测堤防险情的仪器设备。进入21世纪，我国防汛抢险的技术水平要提高，而堤防隐患探测技术的提高又是当前最紧迫的工作。
3.1加强基础技术研究，总结和掌握各种隐患在物探曲线或剖面上的影响或异常特征，达到真实可靠地划分隐患异常，并确定各种物探异常的物性地质特征。
3.2 组织堤防隐患探测仪器的研究。堤防溃口患多发生在堤身下部和堤基处，仪器探测深度要达到5～20米，才能满足防汛要求。建议组织对探测仪器开展专题研究，并打破部门界限，吸收地质矿产、地震等多年应用物探技术的部门专家参与研究，引进、消化、吸收现有国内外先进物探仪器的技术，并结合堤防隐患特点和查险快速、准确、适应恶劣环境的要求，研究适合堤防隐患探测的布极方式和探测程序。
3.3开发堤防隐患解释软件。针对堤防隐患探测解释软件要求有较高的精度，而大部分应用人员对物探原理、计算机技术又不太精通，分析、判断能力较弱的特点，建议组织研究专用软件，力求操作简单，界面清晰，各级防汛、堤防管理人员易于掌握，为在堤防查险方面普及推广各种物探方法创造条件。
3.4选择推广部分适用的仪器，为防汛人员组织短时间的培训班。从我们组织的测评活动看，仪器的操作和成果分析都有一定的技术要求，相应还要有实践经验。熟悉堤防地质情况和堤身特征与否，对于探测成果的精确度影响很大。因此，要加强探测人员的培训。为此，国家防办分别在南方和北方建立了试验场，一方面用于堤防隐患探测设备的测评、率定，同时作为堤防隐患探测人员培训的基地，以推动堤防隐患探测技术的发展。