伪随机流场法在广安市官盛水库渗漏处理中的应用

伪随机流场法在广安市官盛水库渗漏处理中的应用

牛志强1’2，朱海东1’2，朱永清1’2，张元帅1’2

（1.中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院岩土工程有限公司，贵州 贵阳 550081；

2.中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550081）

摘要：水库渗漏往往导致水资源利用效益受到严重损害，给人民生命财产带来极大的安全隐患，本文以官盛水库坝后渗漏应急抢险工程为例，阐述伪随机流场法的工作原理、野外工作方法、测线布置、厂区地球物理特征等，通过伪随机流场法成果分析，快捷、精准、无损地探测出官盛水库渗漏入水口的具体位置，并辅以连通试验，验证了伪随机流场法分析结果的准确性，为该水库的正常运行提供了必要的保障，为水库渗漏问题的勘探提供了高效、实用思路。

关键词：伪随机流场法；水库渗漏；连通试验

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引言

水库渗漏是水库工程常见的一种病害，水库渗漏减低了水库效益，危害坝体安全, 如不及时处理,将导致严重后果，近年来由水库渗漏引发的水库工程地质问题频发。因此，如何快速、准确地查清水库渗漏具体位置及渗漏模式，以及时采取相应的防渗措施成为工程师们必须面对与解决的问题。

目前我国在水库基础渗漏隐患探测的方法主要有地质钻探、人工探视和地球物勘探三种，前两者不能满足快捷、精细、准确和无损等要求，常规物探方法又大都局限在坝体表面测量，并存在分辨率的问题[1]。基于此，中国工程院院士何继善[2]等提出了伪随机流场法，并被汤井田[3]、戴前伟[4]等迅速应用于水库、堤坝渗漏、和管涌探测中，本文在他们的基础上，将伪随机流场法应用在官盛水库渗漏处理的过程中，并结合连通试验手段，快速、准确地查明了该水库渗漏入水口位置，并为其他类似水库渗漏问题的勘探提供了一种可操作性强的思路方案。

一、工程概况

官盛水库位于四川省广安市，是以城市景观为主，兼有防洪的一项综合性水利工程，主要由枢纽工程、官盛渠防洪堤组成。其中枢纽工程包括粘土心墙石碴坝、左岸坝基放空兼导流管、左岸埋藏式溢洪道；官盛渠防洪堤工程包括官盛渠堤防、景观壅水坝及景观人行桥。水库最大坝高48.5m，正常蓄水位272m，相应库容918×104m3，工程规模为小（1）型，工程等别为Ⅳ等。

水库于2017年6月开始蓄水，于2021年9月底蓄水至269.0m高程，随后通过放空管泄水，使库水位高程保持在265.0m高程。2022年，水库左岸下游坝横0+210.00，EL239.0m高程（放空管正上方）附近出现渗水，渗漏量约为75L/s，水质较为清澈，渗漏量暂无明显增大趋势。

二、伪随机流场法检测

1．工作原理

伪随机流场法是探测水流场流向和相对流速的全新的一种地球物理方法。示意如图1，通过间接测量入水口产生微弱电流场，

图1伪随机流场法原理示意图

并根据电流场的变化规律解释渗漏场的变化规律，从而达到查找渗漏通道的目的。其“测试仪”由信号发送机、探头和接收机三部分组成。信号发送机通过供电电极发送“伪随机波电流”信号，接收探头为一高灵敏度传感器，深入水中不同深度测试“伪随机波电流”信号强度和方向，即流场的三维分布情况，并将信号传给接收机；接收机用于同步接收发送机所发出的“伪随机波电流”信号，并显示出所测水流电流密度信号的大小。

2. 野外工作方法

（1）将供电电极A安放在库区外的渗漏出水口处并固定，如有多处渗漏，则可在每一渗漏处各布置一个供电感应器，然后用导线将它们并联起来；

（2）无穷远供电电极B应布置在库区内离查漏区域较远的水体一侧，为减少高压供电形成的电流影响，B 极距离大坝约 500m。

（3）确保A、B两极连接好后，在AB之间加以100V左右的伪随机电压，电流强度一般在400~800mA之间；

（4）接收机与探头则放置在测船上，在指定的探测区域按照设计的测网进行检测。

（5）现场检测过程中，测网采用细绳跨越库面并固定于库岸上，测船只沿细绳缓慢行驶，每间隔2~3m进行伪随机流场法检测，并用RTK对测点进行精确定位。

3．测线布置

本次工作使用仪器为DB-3A型堤坝管涌渗漏探测仪，伪随机流场法试验期间，库水位高程为264m，选取坝后6个相对集中出水点并联后作为A极供电点，在库区距离坝轴线600m 库中作为B极供电点，沿垂直坝轴线方向布置物探检测剖面，测线范围为坝前距坝轴线65~250m，线距3m，测点距2~3m，测线共140条，编号 1~140，测线布置示意如图2。

图2官盛水库伪随机流场法测线布置图

4．厂区地球物理特征

本次伪随机流场法分别在现场库区内不同的地点进行了15次正常场（或称背景场）检测标定，从15次检测结果可以看出，库区内正常场电位差值一般小于5mv，而后期工作中发现库区渗漏区异常场电位差值通常大于20mv。正常场与异常场二者差异明显，具备开展渗漏勘探前提。

5．成果分析

本次在官盛湖水库库前65~250m范围内完成了61200m2区域共计18600个测点的伪随机电流场的测试工作，为便于分析，将各测点值投影于水平面进行作图分析，其探测成果图如图3。

图3官盛水库伪随机流场法探测成果图

通过对测试资料的处理与分析并结合图4可知：本工区伪随机电位差正常值一般小于5mv，局部在5~10mv之间，异常值通常都在20mv以上，异常极大值甚至可以达到100mv（仪器的极值），正常场与异常场差异明显。此外，本工区存在5个伪随机电位差值大于20mv的区域，分别命名为1#~5#异常区，其详细情况见下：

（1）1#异常点，位于左岸溢洪道附近。伪随机电位差值在20~55mv之间，区域面积约34m2，渗漏程度为较严重-严重，从异常分布范围看，1#异常位于溢洪道下方，分布规律较明显，推测渗漏可能与溢洪道底板缺陷有关，但 1#异常东侧紧靠山体，因此，也不能排除山体绕渗的可能。

（2）2#、3#异常点：，位于大坝左岸水位监测设备附近。伪随机电位差值在20~80mv之间，区域面积约64m2。从异常分布范围看，2#、3#异常分布于水位监测设备附近，且顺着水位监测设备导线发展，推测2#、3#异常由水位监测设备干扰，但由于3#异常位于大坝底部，不排除3#异常由大坝底部绕渗引起。

（3）4#异常点，位于放空管主管端头伪随机电位差值在 20~100mv 之间，区域面积约240m2。渗漏程度为严重。从异常分布范围看，异常分布规律较明显，分布于放空管主 管端头附近且沿放空管呈长条型发育，推测可能由放空管缺陷引起渗漏。

（4）5#异常点，位于放空管支管端头附近。伪随机电位差值在 20~50mv 之间，区域面积约290m2 。，渗漏程度为较严重-严重；从异常分布范围看，异常分布规律较明显，分布于放空管支管端头附近且沿放空管呈长条型发育，推测可能由放空管缺陷引起渗漏。

三、连通试验验证

根据伪随机流场法检测结果，4#点（即放空管主管进水口）渗漏面积最大，为进一步确认4#点渗漏，采取水下连通试验进行验证（见图4）。首先通过RTK测绘仪器精准测量，在4#点上方水面设置定位浮标，将水管锚固至4#点，水管另一头延伸至岸边并接上抽水泵，水泵放至容量1m3的搅拌桶内，搅拌桶加满水并加示踪剂（胭脂红-食品添加剂，无毒无害），启动抽水泵把示踪剂抽至放空管进水口，同时放空管阀门开启三分之一，加速放空管内水流，待放空管出口出水颜色发生变化后立即关闭放空管，在观察渗漏点出水颜色变化（见图5），发现关闭放空管阀门5分钟后，渗漏点水开始变成红色（见图6），证明渗漏点的水确实是通过放空管渗漏的，即放空管破裂。通过水下封堵对放空管及支管进水口进行封堵，封堵后该水库的渗漏点渗漏全部消失（见图7）。

图4连通试验照片

图5连通试验前漏水点照片

图6连通试验连通后出水点照片

图7封堵完成后漏水点照片

四、结论

本文采用伪随机流场法成功探测查明了官盛水库渗漏通道，并结合水下连通试验验证，取得了很好的勘察效果，为快速、针对性地对水库渗漏进行封堵处理提供保障。

参考文献

 [1] 舒连刚.伪随机流场法在水库基础防渗系统处理渗漏检测中的应用[J].广西水利水电,2017(03):1-4+7.DOI:10.16014/j.cnki.1003-1510.2017.03.002.

[2] 何继善.堤防渗漏管涌“流场法”探测技术[J].铜业工程,2000(01):5-8.

[3] 汤井田,邹声杰,袁正午,朱自强,何继善.流场法在水库查漏中的应用[J].水利水电技术,2004(02):68-69.

[4] 戴前伟,程敏波,雷轶.伪随机流场法在水库渗漏检测中的异常特征正演分析[J].地球物理学进展,2022,37(02):810-816.