堤坝CT——初探高密度电阻率法排险

2020年7月，江西遭遇超历史大洪水，防汛抗洪形势极为严峻。江西省水利科学研究院主动请缨，积极投身防汛抗洪一线，在指导险情排查、处理方面提供技术支撑。与往年常规人工排险不同的是，为更快速找到出险点，准确探测堤身渗漏通道位置及范围，省水科院采用了高密度电阻率法。截至目前，该技术先后在鄱阳县碗子圩等十余条堤防进行堤坝渗漏通道探测，探测堤长达1800米，发现疑似渗漏通道约40余处，在全省抗洪一线大显身手，得到了当地干部群众一致肯定，也吸引了众多媒体的关注。

近年来，为进一步提升堤坝安全隐患的应急抢护能力，江西省水利科学研究院围绕水利工程隐患探测开展了一系列科学研究，重点在隐患探测的无损检测关键技术、控制要点等方面下功夫，特别是将高密度电阻率法隐患探测技术应用于堤防抢险中，取得了一定成绩。本文是对被称为“堤坝CT”的高密度电阻率法查险的科普文章。

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高密度电阻率法是什么？

高密度电阻率法使用的仪器称为高密度电阻率仪，是基于传统电法理论，在计算机、信息测控等现代科技基础上发展起来的新一代电法仪器。使用程序控制，使得一次布极就能完成大量信号采集任务，大大提高工作效率，降低人为失误，减轻工作强度。

▼电缆

▼电极

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高密度电阻率法有哪些应用？

高密度电阻率法因电极布设简单，并能通过多种电极排列组合的扫描测量方法，准确、高效获得较为丰富的地下结构情况而被广泛应用于岩溶、矿体采空区、考古、人防工程勘察；堤防隐患、山体滑坡等地质灾害勘察；公路、铁路、桥梁、构筑物地基等场地评价；金属与非金属矿产资源勘查；地下水位探测及水资源勘查等。那推广至水利工程，高密度电阻率法具体能做什么？

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探测管线

高密度电阻率法在管线探测中有较好的应用效果，由于下水管、水泥管等多为混凝土材质，电阻率远高于围岩，易形成高电阻率异常；而钢管等电阻率低于围岩，易形成低电阻率异常。因此采用高密度电阻率法能有效探测上述管道的剖面，进而推测管线埋设情况。如下图所示，钢管探测结果异常中心呈低阻异常。

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探测隐伏渗漏通道

堤坝中常见的介质主要有水、土、砂、卵石、软土、淤泥质黏土、砾土夹黏土等，水与堤坝中其他常见介质差异较大，在实际渗漏探测中，通常不含水的洞穴表现为高电阻率异常，含水的洞穴表现为低电阻率异常，利用这一差异高密度电阻率法能够快速且准确的推断隐伏渗漏通道的位置。如下图所示，圈定的2处为低电阻异常区域，为疑似渗漏通道。

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高密度电阻率法探测渗漏要经过哪些步骤？

高密度电阻率法的这些才艺绝不是信口开河，也不是那么简单，需要一系列的准备工作来实现，测区选择、测线布置、排列采集、反演分析等，一个都不能少。

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测区选择是前提

要有针对性的探测范围内的渗漏险情，正确选择测区很重要，开展渗漏探测前，需要查看险情现场、询问已采取的措施效果，初步分析渗漏成因，如堤身渗漏或堤基管涌等，此为探测结果准确与否的基础。

▼现场查看

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电缆布置抓技巧

高密度电阻率法电缆布置情况直接关系到数据采集的准确性和有效性，别看只是几条电缆线，同样也要结合堤坝情况对症下药。

堤身表面布置电极接地困难时：在埋设探测电极时需采取填土、浇盐水等方法，以确保电极接地稳定；

遇块石、现浇、预制块等堤防护坡：护坡钻芯，孔内填土、浇盐水或坡面围土。

那电极电缆该如何展开？通常结合现场条件及险情位置初判险情后，电极电缆可在表面出水点附近，沿堤坝轴线方向，分别在堤坝顶、背水坡坡上、背水坡坡脚上布置。

▼布置测线

▼布置电极

▼图（a）反演电阻率断面

如何读取采集的电阻率？

花花绿绿有没有？莫要心慌，看图（a），横坐标为水平距离，纵坐标为探测深度。一般来说，能探测的深度为测线长度的1/5到1/6。

如何识别高、低电阻率区？

从上图（a）我们可以看出，图中主要颜色区域为红色、橙色、黄色、蓝色、紫色、绿色，其中红橙黄的区域一般都对应高电阻率区，而蓝紫绿对应低电阻率区，有可能为含水的渗漏通道。从上图我们可以看出横轴24.0~30.0m，纵轴5.5~6.7m的位置出现了天蓝色，低电阻率区哦。

可以抢答，推断可能有渗漏！

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工程实例

说了这么多，实战才是王道，高密度电阻率法真的有那么神？再听小编叨叨这次防汛，堤坝CT—高密度电阻率法的故事。

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在一个下着雨情况危急的晚上

微信叮咚！叮咚响不停！

堤坝巡查员：来我们这里探测一下吧！

探测专家：具体什么情况？

堤坝巡查员：水涨得太快了，堤脚多处漏水，堤后出水处已用反滤材料进行了保护。堤前面本打算用黏土封堵，但黏土运输距离太远，成本太高，土量需求太多，费时费力，钱也花得多。请用你们的仪器找到漏水点的位置或范围，以便开挖封堵。

探测专家：定位，我们马上赶过去探测。

抵达现场，情况不容乐观，堤身渗漏险情较多！

是时候展示真正的技能啦！上高密度电阻率法。

根据现场险情，共进行了2个断面的探测，以断面1采用的两种采集方法为例。先看颜色，从温纳排列图(a)的颜色里，找低电阻率区的蓝色，疑似渗漏。再来看看斯伦贝谢尔排列图（b）的颜色，依旧找低电阻率区的蓝色，疑似渗漏。

▼（a）温纳排列反演结果图

▼（b）斯伦贝谢尔排列反演结果图

对比分析，在测线横坐标31-40m，深度大约距堤顶2.0-5.0m左右出现低阻异常带，推断该处可能为隐伏的渗漏通道；在测线横坐标48-54m，深度大约距堤顶3.0-6.0m左右出现低阻异常带，推断该处可能为隐伏的渗漏通道

本次探测，累计在5个堤断共200m发现了8处渗漏通道。然而，探测经得住考验才是真本事。开挖开挖，现在就挖。

探测深度数据与实际开挖位置和深度吻合！高密度电阻率法的探测结论缩减了险情处置时间，降低了抢险费用，提高了工作效率。

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高密度电阻率法的水利领域其他技能

高密度电阻率法在本次全省防汛抢险中发挥了积极作用，此外高密度电阻率法还可以应用于粘土心墙渗漏检测，堤坝灌浆质量检测，堤坝结构体探测，水库堤坝渗漏探测，水库堤防裂缝检测，防渗墙质量检测等。大量工程实践表明，高密度电阻率发能够取得较为理想的探查效果，为工程建设提供可靠依据，不仅仅减少了大量的劳动力，也节约了大量的工程费用，对工程项目具有较大的意义。