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探测堤坝管涌渗漏隐患的“拟流场法”仪器揭秘
作者:李帝铨 发布日期:2020-04-27 点击:

  水患自古以来就是中华民族的“切肤之患”。 1998年夏季,正在巴西访问的何继善院士,从电视中看到中国正遭受百年不遇的洪水袭击。洪水的肆虐深深地震动了他的心。作为一位科学家,他深感应该为抗洪做出自己的贡献。他考虑到溃堤是汛期的最大灾害,而管涌是堤坝的“第一杀手”, 90%以上的溃堤是由管涌渗漏造成的。

  国内外当时都没有查找管涌的科学方法和仪器,只能人工拉网式沿堤巡查或派潜水员水下摸探。这不仅效率低、危险性大,探测结果又不精确,而且对深水处的管涌无法查找,因此快速准确查明管涌渗漏的进水部位是汛期处险的关键。何继善院士决心利用现代技术,探索一条查找管涌的“拟流场法”全新思路。

  何继善院士经过一年多的研究后取得突破性进展,根据电流密度场和水流场的相似性原理,创立了全新的探测堤坝管涌渗漏隐患的“拟流场法”理论,通过测量电流密度场,就可以确定渗漏水流场,从而寻找管涌渗漏入水口,研制出了世界上第一台能在汛期恶劣环境下快速准确探测堤坝管涌渗漏入水口的仪器设备——普及型堤坝管涌渗漏检测仪。该仪器适用于管涌渗漏检测、病险水库治理、矿山坑道突水预警、基坑帷幕渗漏检测,是土坝、石坝或混凝土坝等各种坝体本身和基础管涌渗漏探测的专用检测仪器。普及型堤坝管涌渗漏探测系统由信号发送机、接收机和传感器三部分组成,以“拟流场法”和“伪随机多频信号”理论为基础,在水中建立人工电流场,采用电流密度多分量检测、强抗干扰等技术,精确测量水体中的电流密度场,即可实现堤坝管涌渗漏入水口进行高精确度、高准确度和快速探测,为汛期紧急抢险和灾后治理提供科学决策依据。

  > 1999年何继善院士(右一)团队在株树桥水库渗漏探测

  堤坝管涌渗漏检测仪特点如下:原理新颖,采用微分测量,灵敏度高,分辨率高;采用“伪随机信号”建立人工电流场,抗干扰能力强;探头在水中测量,对堤坝渗漏管涌入水口探测精度高;直接探测,连续扫描测量,速度快;用音乐监听或表头显示等方式查找渗漏部位,操作简单,容易掌握,易于推广;适应性强,适用于不同类型堤坝与坝基、不同水流速度和不同气候条件。经过多年发展,目前产品共有两种型号: DB-3A堤坝管涌渗漏检测仪(普及型) 和DLD-20堤坝管涌渗漏检测仪(加强型)。

  > DB-3A堤坝管涌渗漏检测仪(普及型)

  > DLD-20堤坝管涌渗漏检测仪(加强型)

  1998年 11月,何继善院士得知浏阳株树桥水库严重漏水,渗流量达 1 600升 /秒。该水库蓄水水位海拔 160米,高过长沙地面 100多米,如果大坝一旦发生险情,其后果不堪设想。由于水深达50多米,漏水点上面覆盖了 6、7米厚的石渣等,准确渗漏点几年都没有找到。 1999年底,何继善院士带领着几位助手,带着仪器,冒着严寒,驾船在库区测量,很快找到漏水部位,经水下电视录像和工程实践证实,探测准确率达 100%,为水库堵漏提供了准确的信息。

  1999年和2000年汛期,从湖南到湖北,从湘、资、沅、澧、洞庭湖水系到长江、汉水流域的 20多个县、市的抗洪现场应用“拟流场法”堤坝管涌渗漏检测仪快速准确探测出近 100个管涌渗漏的进水部位,在多个重大险情的成功抢险上发挥了巨大作用。仅在湖南省汉寿县阁金口闸溃垸性特大管涌抢险过程中,就及时准确地找到了多个漏水点和闸前的集中涌漏区,为现场抢险提供了不可替代的科学决策依据。十几年来,何继善院士和他的科技小组 ,带着堤坝管涌渗漏探测仪,先后到湖南、湖北、江西、广东、海南、江苏、福建、四川、山东等十多个省市,为当地堤坝探测管涌。他们探测发现 110余处堤防险情和 20余处水库大坝渗漏点,探测准确率达到了 100%,为这些地方及时准确地排除重大险情提供了极其重要的依据。

  > 小桥流水 章治萍/摄

  探测堤坝管涌渗漏隐患的“拟流场法”具有灵敏度高、分辨率高、抗干扰能力强、操作简便、工作高效、可靠性强的特点。堤坝管涌渗漏检测仪环境适应能力强,测量精度高、灵敏度高;实时数据可存储和标记,方便后期数据处理;实时绘制曲线,方便现场快速进行异常分析,实现现场快速普查;人机交互友好,可连接RTK和测探仪,实现高精度数据定位和深度探测。它入选教育部“ 1999年中国高校十大科技进展”、 2001年获湖南省科技进步一等奖。科技部、水利部还在长沙召开堤坝隐患探测技术交流大会,重点向全国洪涝灾害地区推广堤坝管涌渗漏检测仪。2005年,堤坝管涌渗漏检测仪被国家发改委列为重点产业化支持项目,目前已装备了中国主要省份的水利技术单位和防汛管理部门。

 
 
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