綜合探測技術在潭山水庫滲漏分析中的應用

關鍵詞：滲漏；綜合探測；擬流場法；物探法；示蹤法；潭山水庫中圖分類號：TV221 文獻標志碼：A doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2025.08.026引用格式：羅海東，任增誼，余代廣，等.綜合探測技術在潭山水庫滲漏分析中的應用[J].人民黃河，2025，47（8）：159-164.

Application of Comprehensive Detection Technology inLeakage Analysis of Tanshan Reservoir

LUO Haidong'，REN Zengyi1， YU Daiguang1，XU Huimin1，CHEN Liang2，3，DAI Denghui ² （2號 （1.NanjingWaterPlanningandDesigningInstituteCo.Ltd.，Nanjing21oo，China；2.KeyLaboratoryofMinistryofEducation forGeomechanics and Embankment Enginering，Hohai University，Nanjing 210098，China； 3.Water Conservancy and Electric PowerEngineringTechnologyResearchCenter，TibetAgriculturalandAnimalHusbandryUniversity，Linzhi866，Cina） Abstract：InodertoauratelydentifyteleakagerisksofTanshanReservoirundercomplexcoditios，tistudyproposdauli-t odintegratedlakagedetectionframework.Itombinedvarosdtectiontchques，ncudingthesiulatedflofeldmethod，oical methods（uchsigesiysitivity，rasientelectroagnetic，ndgroud-penetratingdar），ndtracerhnques，logwithge logicalsurveysforcomprehensiveanalysis.Testudyresultsinicatethatthelakagemainlyocursthroughfracturesinthedamfoundation rockfromtheoiertoosallegattoaoeallofstios leakagecannelieswithinthecompletelyweatheredlimestonelayerbeneaththedambody.Theintegratedleakagedetectionaproachpro posedithisvaligtrallaasrutiooughtiuedeldetdentigatedge zonesusinggeohicaletod，nddeteriningakagesoucsandpathsithrcertchqucanprovideeferencefoeectingsi ilar complex leakages and ofers technical support for emergency response and reinforcement efforts.

Keywords：leakage；comprehensivedetection；quasi-flowfield method；geophysical method；tracermethod;Tanshan Reservoir

0 引言

我國水資源豐富，為了合理利用，修建水庫的數量越來越多，截至2022年年底，全國已建水庫98002座[1]。許多水庫修建于20世紀，地理環境特殊，在經歷長期的自然風化、水位變化、雨水腐蝕等后，出現了很多工程事故[2-3]。相關統計結果顯示，水庫工程事故中滲漏問題導致的占 40% 以上[4-6]。因此，為了保證水庫的正常運行，需要進行細致的水位監測和地質勘探，并對監測數據和成果資料進行研究分析，得出導致水庫滲漏的不穩定條件和詳細的水文地質條件[7-8] C

依據水文監測和地質勘探數據可以查明水庫滲漏點，而物理探測可以查明滲漏通道，都是研究滲漏區域和途徑的有效手段，近年來被廣泛應用[9-]。物探法包括磁共振法[12]、探地雷達法[13]、瞬變電磁法[14]、高密度電法[15]、偽隨機流場法[16]等。隨著科技的進步，近年來一些學者通過數值模擬方法和分布式光纖監測方法確定滲漏位置，例如蔡旺等[17]通過建立三維模型對黃石巖水庫庫區熔巖滲漏進行了分析和評價，田苡菲等[18]利用分布式光纖技術監測某高填方引調水工程滲漏情況。任何單一的探測方法均不可避免地存在一定的局限性，從而降低探測結果的可靠性和準確性。因此，為了得到準確的滲漏信息，綜合采用多種探測手段相互印證、相互補充，成為當前普遍采用的策略[19-21] 。

本文通過擬流場法、物探法（高密度電阻率法、瞬變電磁法、探地雷達法）、示蹤法等，分析了潭山水庫的滲漏情況，查明了滲漏通道，為相似復雜滲漏探測及搶險加固提供參考。

1潭山水庫概況

潭山水庫位于南京市江寧區湯山街道高莊社區，屬于秦淮河流域。水庫集水面積 3.0km² ，壩頂長 192m 、寬 5m 、高程 45.72m ，最大壩高 14m ，總庫容215.67萬 m³ ，是以防洪、灌溉為主結合水產養殖等綜合利用的水庫。2023年6月3日，發現溢洪道消力池附近有滲水情況，溢出點高程約 29.60m （吳淞高程，下同），即時水庫水位約 39.60m ，消力池左側滲漏明顯，右側未發現滲漏現象，溢洪道控制段及泄槽段無滲漏情況。溢出點位置如圖1所示。溢出點1，溢洪道消力池兩岸由漿砌石擋墻背水側向迎水側溢出，溢出點高程約29.60m ，兩岸擋墻溢出長度順河道約 50m ;溢出點2，原自來水廠水塔底部集水坑有少量水流溢出，溢出點高程 31.50m ;溢出點3，距離壩腳下游約 200m 處水塘中由下向上翻出氣泡，水塘水位 30.52m 。

圖1潭山水庫溢出點分布

Fig.1Overflow Point Distribution of Tanshan Reservoir

自2023年9月15日起，持續對水庫水位進行監測，庫區水位監測結果見表1，并先后于溢洪道消力坎后、消力池內管涵及原沉淀池旁發現滲漏點。滲漏探測期間，大壩背水坡未見滲水，壩腳排水溝也無滲水流出。

表1水庫水位監測結果

Tab.1 Monitoring ResultsofReservoir WaterLevel

2 壩體滲漏情況綜合探測

據滲壓計監測結果初步分析了水庫滲漏情況，為了得到更加精確的結果，采用偽隨機擬流場法、物探法（高密度電阻率法、瞬變電磁法、探地雷達法）、示蹤法等進行了綜合探測

2.1偽隨機擬流場法探測原理及結果

2.1.1 探測原理

偽隨機擬流場法滲漏探測采用電流場擬合滲流場以分析滲漏分布特征。該方法通過在發生滲漏病害的大壩上下游布置電極，產生的電流通過滲漏部位時，形成電流場。水流場的流速勢和電流場的電勢微分控制方程具有相同的表達形式，如果兩者具備相同的邊界條件，那么滲流場與電流場的分布就具有數學一致性。事實上，滲漏通道的導電性較好，滲流場的邊界條件與電流場的邊界條件是一致的，通過在探測現場適當布置電流場，就可以通過探測電流場達到探測滲漏部位的目的。

2.1.2 探測結果

采用DLD-20堤壩管涌滲漏探測儀，測試過程中試驗人員持接收機探頭接收庫區水體中的電信號，將電場強度網格化后與實時記錄的位置坐標綁定并進行網格化，標記電場異常值位置得到潭山水庫庫區電場分布圖。分布圖坐標對應國家2000坐標系，等值線為電場強度，排除因試驗干擾而產生的異常值后，整理出8處（1～8號）異常點。異常點電場強度明顯高于庫區背景值，說明下游滲漏出口與其存在較強的聯通性，存在滲漏隱患。將探測結果與大壩平面布置圖繪制在一起可以看出，潛在滲漏點分布在近壩處和右岸原河道處。

2.2高密度電阻率法探測原理及結果

2.2.1 探測原理

高密度電阻率法以巖、土導電性的差異為基礎，研究人工施加穩定電流場的作用下地中傳導電流分布規律的一種電探方法。通過向探測介質中輸入電流并測量電極間的電位差確定視電阻率，反映地層的異常情況

2.2.2 探測結果

高密度電阻率法探測儀器為重慶奔騰WGMD-6三維高密度測量系統。本次探測共布置3條測線，探測結果如圖2所示。

2023年6月9日I-1#測線（壩頂測線）樁號 ⁰⁺ 112— ?0+120 、高程 34～31m 區域視電阻率明顯偏低；樁號 、高程 39～31m 區域視電阻率明顯偏低，該處地勘鉆孔顯示，距壩頂約 7m 以下土體含水量大。10月29日Ⅱ-1#測線（壩頂測線）：樁號0+94-0+104 、高程 35～38m 區域視電阻率明顯偏低，樁號 0+110--0+120 高程 32～36m 區域視電阻率明顯偏低，樁號 、高程 29～36m 區域視電阻率明顯偏低。

6月9日I-2#測線樁號 0+070-0+085 、高程 29～ 34m 區域視電阻率明顯偏低，樁號 0+100--0+120 高程 28～32m 區域視電阻率明顯偏低，樁號 0+140--0+ 160、高程 27～32m 區域視電阻率明顯偏低。6月9日

I-3#測線（背水坡、高程 33.7m ）樁號 0+154-0+ 167、高程 30～24m 區域視電阻率明顯偏低。

2023年10月29日ⅡI-3#測線（背水坡、高程 33.5m， 樁號 0+070-0+130 、高程 28～31m 區域視電阻率明顯偏低，樁號 、高程 26～31m 區域視電阻率明顯偏低。

綜上，樁號 0+070-0+085…0+110-0+120…0+ 140— 0+160 壩基附近視電阻率較低的區域推測為富水、高含水率區域。

2.3 瞬變電磁法探測原理及結果

2.3.1 探測原理

瞬變電磁法也稱為時間域脈沖電磁法，該方法是一種外加低頻激勵信號的時間域電磁感應方法。通過激勵回線裝置向地下發送一次周期脈沖信號，該信號促使空間產生一次磁場信號（實線），簡稱一次磁場。在周期脈沖信號間斷期間，異常體產生不穩定的渦流信號，該渦流信號促使空間產生二次磁場信號（虛線），簡稱二次磁場。隨時間衰減的二次磁場強度影響接收裝置中回路電流的數值變化，因此接收回線中電壓動態可反映二次磁場衰減過程。通過分析剖面磁場信號，可判定堤壩內部滲漏等異常情況

2.3.2 探測結果

本次探測設備使用的是南京水利科學研究院定制研發的拖曳式高分辨率瞬變電磁系統，探測結果如圖3所示。

圖3瞬變電磁法探測結果

上游壩面測線樁號為 K0+045-K0+185 ，總長 140m 由反演結果可知：大壩視電阻率基本呈層狀分布，頂部視電阻率稍高，底部稍低；在高程 35m 以下視電阻率明顯偏低，說明該范圍內土體含水率高、富水。本測線布置在上游坡面，探測時大壩水位較高，符合大壩實際工況；在樁號 K0+175 附近，存在1處閉合的低阻異常區，對照現場探測時情況，認為該異常由金屬排水管引起。

壩頂探測測線樁號為 ，總長 220m ，由反演結果可知：大壩視電阻率基本呈層狀分布，頂部視電阻率稍高，底部稍低；壩體左側低阻區域高于壩體右側，推測該區域壩體含水率較高；樁號 K0+200? 一180+220 溢洪道交通橋橋板內含鋼筋網，鋼筋為良導體，在視電阻率圖譜中表現為異常低阻干擾。

下游馬道探測測線樁號為 K0+050-K0+190 ，總長 140m ，由反演結果可知：在同一層視電阻率分布中，樁號 K0+088-K0+092、K0+135-K0+146 區域內存在閉合低阻區，推測該區域存在富水、高含水率土壤等地質體異常。

下游壩腳探測測線樁號為 K0+069-K0+189 總長 120m ，由反演結果可知：在同一層視電阻率分布中，樁號 172— ?KO+186 區域內存在閉合低阻區，推測該區域存在富水、高含水率土壤等地質體異常。

溢洪道底板探測測線沿垂直壩軸線方向布置，總長 80m ，由反演結果可知：在同一層視電阻率分布中，起點距 66～79m 區域內存在閉合低阻區，推測該區域存在富水、高含水率土壤等地質體異常;起點距 0～10m 溢洪道底板內含鋼筋網，鋼筋為良導體，在視電阻率圖譜中表現為異常低阻干擾。

溢洪道左岸探測測線沿溢洪道左岸順岸布置，總長 56m ，由反演結果可知：在同一層視電阻率分布中，起點距 1～14m.32～53m 區域內存在閉合低阻區，推測該區域存在富水、高含水率土壤等地質體異常，且該區域附近存在冒水現象，與探測富水區域相吻合。

溢洪道右岸探測測線沿溢洪道左岸順岸布置，總長 50m ，由反演結果可知：在同一層視電阻率分布中，起點距 35～40m 內存在閉合低阻區，推測該區域存在富水、高含水率土壤等地質體異常。

2.4 探地雷達法探測原理及結果

2.4.1 探測原理

向被探測介質發射高頻脈沖電磁波，并接收由被探測介質內不同介電性界面反射回的電磁反射波和直達波。通過反射波相對直達波的往返時間、振幅、頻率和相位，來判斷被測介質中的隱蔽體特征，

2.4.2 探測結果

本次共布置了3條測線，探測結果如圖4所示。

（a）壩頂測線雷達圖像

（b）馬道平臺雷達圖像

圖4探地雷達法探測結果

測線1是壩頂探測剖面（高程 45.5m ），采用 40MHz 的探測天線，最大探測深度 24m ，因 40MHz 的探測天線是低頻非屏蔽天線，故受環境電磁干擾影響較大，剖面圖中有拋物線形態的電力干擾信號和壩頂結構物的地面干擾異常，排除這些干擾后，探測結果顯示雷達波同相軸總體連續，振幅、頻率、波向一致性總體較好。樁號 K0+065-K0+120 、埋深 15～20m 的區域，雷達波同相軸明顯錯斷，振幅變強，波形變粗，呈低頻低速特征，推斷為壩身土體的較大滲水區域；樁號 K0+152 一K0+155 、埋深 12～18m 和樁號 K0+190-K0+195 埋深 13～22m 區域，雷達波同相軸明顯錯斷，電磁波散射能量強，推斷為壩身土體富水區域。

測線2位于背水面馬道平臺（高程 38.7m ），采用40MHz 的探測天線，最大探測深度 18m ，探測結果顯示：樁號 K0+090-K0+125 、埋深 6～12m 的區域雷達波同相軸錯斷，波形紊亂，粗波形，強振幅，呈低頻低速特征，表明壩身土體不密實，含水量較大，推斷為壩身土體滲水區域；樁號 K0+150-K0+190 、埋深 4～6m 的區域雷達波形相對于周圍介質變化比較大，根據電磁波傳播理論，該區域土體整體不密實，含水率較高。

測線3位于壩身背水坡（高程 33.5m? ，采用 40MHz 的探測天線，最大探測深度 18m ，探測結果顯示：樁號K0+105-K0+120 埋深 6～13m 的區域雷達波同相軸錯斷，波形扭折，粗波形，強振幅，呈低頻低速特征，表明該區域土體不密實、含水率高，推斷為滲水區域；樁號 K0+135-K0+145 、埋深 10～15m 的區域，雷達波同相軸彎曲展布，波形變粗，振幅強，與周圍介質明顯不同，推斷為土體整體不密實，滲水。

2.5 示蹤法探測原理及結果

2.5.1 探測原理

在濾水管中注人示蹤劑并將濾水管放入檢測通道，濾水管中的水柱被示蹤劑標記，通過示蹤劑稀釋的速度可求出滲流速度，根據滲流速度的變化可確定是否存在滲流場。

2.5.2 探測結果

為提高準確度，本次將溫度場示蹤、天然水化學示蹤、ICP化學示蹤聯合使用，在水庫大壩背水坡布置4個觀測孔，GC1#孔（ K0+076 ）、GC2#孔（ K0+105Ω ） GC3# 孔（ K0+143 ）、GC4#孔（ K0+143） ，孔深到達壩體下方基巖位置，即中風化層 2～3m 。滲漏路徑如圖5所示。

圖5示蹤法滲漏路徑示意

Fig.5Schematic Diagram of the Leakage Path oftheTracerMethod

根據示蹤分析結果和現場觀測判定：滲漏水源為庫水，滲漏源頭位于水庫庫區基巖出露點附近，高程為33～36m ；滲漏地層位于大壩壩體以下，可能位于全風化灰巖層，在長期滲透壓力下，全風化灰巖層裂隙發育，形成明顯的滲漏通道；可能的滲漏路徑是庫水一基巖出露點—基巖裂隙通道—觀測孔1#、2#、3#—消力池冒水口；壩體下部基巖裂隙不是呈線狀發育，而是呈面狀發育；大壩左側（ K0+076 ）區域地下滲透性最強，大壩右側（ K0+143） 區域地下滲透性次之，兩者之間（ 區域地下滲透性最弱。

3結論

通過綜合應用擬流場法、高密度電阻率法、瞬變電磁法、探地雷達法和示蹤法，系統揭示了潭山水庫滲漏的形成機制與空間分布特征。對比各方法來看，擬流場法在滲漏區域快速圈定中具有高效性，高密度電阻率法和瞬變電磁法分別通過大范圍電阻率成像和深部低阻異常探測，有效揭示了滲漏通道的宏觀分布；探地雷達法憑借高分辨率精準定位了淺層滲水富集區，而示蹤法則通過直接追蹤滲流路徑，定量驗證了滲漏的滲透速率與連通性差異。多技術聯用實現了“從面到點、由淺至深”的立體化診斷，顯著提升了復雜滲漏隱患的探測精度與可靠性。

根據滲漏特征和示蹤、物探結果，發現滲漏主要沿庫區至壩基巖體裂隙發育的全風化灰巖層向下游遷移，最終于消力池槳砌石邊墻處滲出，滲漏路徑在左岸的連通性顯著強于右岸及中間區域。這一發現明確了滲漏的物理來源與地質薄弱環節，為后續針對性加固提供了關鍵數據支撐。

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【責任編輯 張華巖】