基于探地雷达技术在大坝渗漏监测中的应用分析

强娟娟，佘远华，唐苗苗

（湖北正衡水利工程检测有限公司，湖北荆州 434000）

0 前言

近年来，探地雷达技术在各类水利工程的建设发展中，得到广泛的应用，其在应用的过程中，具有快速、准确等多项优点，可以对大坝的实际建设、应用情况做出准确的判断。随着探地雷达技术在水利工程中的应用越来越多，相关研究学者对此进行的研究也越来越多，通过对多种不同情况的分析和防范，以全面增强探地雷达技术对大坝渗漏情况的监测效果。

1 相关概述

1.1 探地雷达技术

探地雷达技术是一种地质检测技术，在应用的过程中，通过设备发射电磁波并对反馈的电磁波进行分析，来了解检测目标的内部结构情况，为相关工程的建设施工提供有效的参考。在实际的应用中分为多种类型：地面探测雷达、地下雷达、脉冲雷达、表面穿透雷达等。在相关探地雷达设备的应用过程中，虽然其本身的应用优势存在一定的差异，但其应用的原理都是相同的。相关地质雷达探测技术的应用质量正在不断提高，而且，本身的应用范围也在不断扩大，对我国的各项建设工作带来极大的作用[1]。

1.2 大坝渗漏

大坝渗漏为大坝蓄水后，大坝的各个部分、应用层次等诸多方面中，某一处结构突然出现损坏，而导致大坝的蓄水开始从损坏处渗漏，分为坝区和库区渗漏。简单来说，就是因为大坝内部因为某些情况的因素影响，而出现建设结构损坏的情况，对大坝的不稳定性造成较大的影响。大坝渗漏情况的出现，很可能会引发盐渍化、沼泽化等现象，导致大坝的整体质量下降[2]。不同区域出现的损坏，会产生不同区域的渗漏情况，因此，对水坝所产生的影响也有明显的差异。库水沿透水层、溶洞、断裂破碎带、裂隙节理带等连贯性通道外渗对水坝结构的稳定、蓄水能力受到损伤，这种渗漏现象称经常性渗漏，或永久性渗漏。一般情况下，库区渗漏大多都是永久性渗漏。

2 探地雷达在大坝渗漏中的工作原理

2.1 高频电磁脉冲的波形

探地雷达技术的应用，其工作原理为设备天线朝探测的目标发射频率较高的电磁波，通过对电磁脉冲波的应用，以及电磁脉冲波的反馈来了解目标的相关情况。一般情况下，探测目标深度都远远高于远场，因此，在进行探测的过程中是以平面波形式，以一种类似于辐射的状态传播。平面波的极化传播，主要在空间上朝定点上场矢量方向随时间的变化而产生不同的变化，常见的有：线极化、圆极化、椭圆极化三种，在实际应用中，不同的平面波变化特征，主要是由于不同的设备、目标需求等方面所影响的。波的极化是电磁波的重要应用特点，而不同极化形式的波在探测工作的过程中，所产生的效果也有明显的差异[3]。例如，在对大坝的库区进行探测的过程中，由于其中存在明显的各项异性，如果以线极化的方式向其中发射平面波，那么设备所接收的返回波可能依然是线极化，也可能是椭圆极化的形式。在高频脉冲电磁波进行传播的过程中，理想条件下是不会发生波形的改变，但在实际的传播过程中，由于相应的传播介质性质存在不同的差异，可能导致返回的平面波出现一定的改变，而通过对返回波形的改变情况进行分析，可以快速、准确地对地下介质的实际情况做出判断。

2.2 高频电磁脉冲的传播性质

在使用探地雷达技术对大坝渗漏情况进行监测的过程中，在对大坝内渗漏处的介质性质进行判断的同时，还要对渗漏处的具体距离、大小、形状等方面进行分析，以更好地进行监测和维护。因此，要对高频电磁脉冲的传播速度、双程时间、反射系数进行分析，以对大坝的渗漏情况做出准确的判断[4]。

在对相应的数据进行计算的过程中，探地雷达的数据处理方式，简单的来看，与地震数据的处理形式存在很大的相似，传统的处理方法有：去除零漂、增益处理、道均衡等处理方案，在实际的应用中较为简单，但相对而言数据的处理精度也相对较差。后来，随着相关研究的逐步提高，相关研究学者提出二维滤波、反褶积等不同的信息处理方案，对于检测目标情况的分析质量也有极大地提高。随着科学技术的发展，逐渐形成当前常用的小波技术和神经网络等处理方式，极大地增强探底雷达技术的应用效果。

2.3 数据的处理

在对相关数据进行计算的过程中，可以准确地判断目标的深度、高频电磁波在介质中的传播速度，通过计算可以准确地了解大坝的渗透位置，并结合在介质中传播速度的分析，了解相应的介质性质。在探地雷达发射高频电磁波后，电磁波在进行传播的过程中，出现发射和透射的前提是相对的介电常数出现改变，这是因为，在高频电磁波的传播过程中，受相关介质本身性质等多方面因素的影响，使设备本身电磁波的传播情况也出现相关的差别，进而导致相应的系数也存在一定的差异[5]。

在对相关资料和数据进行处理的过程中，主要依靠探地雷达发射高频电磁波的多项特性进行分析，大坝渗漏情况做出准确的检测。可以将其分为：①反射波组的同相性，同一个反射体会使电磁波朝向同一方向进行传播；②反射波形的相似性，在同一个层面和方向中，所传播的电磁波形状也有很大程度的相似；③反射波组形态特征，在相同层次的电磁波进行传播中，相关电磁波本身的多种性质都有很大的相似，而在不同层次阶段中的电磁波在传播后的反射也存在较为明显的差别；④地下介质的其他很多特性，在进行传播的过程受到很大方面的影响，在进行反射层识别的过程中，要对相应的波组形态特征做出准确的判断。这一判断标准在发射和反射阶段都非常实用。

2.4 分辨率

探地雷达对大坝渗漏情况的监测中，高频电磁波的发射频率越低，则对于大坝的探测深度也越深，但是，对于大坝渗漏情况和相关介质的分辨效果也就越差。而高频电磁波的发射频率越高，则所探测的深度就越低，对各项信息的分辨能力就越高[6]。主要是由于电磁波的传播中，电磁波在地质中进行传播的过程中，相关电磁波会出现明显损耗，波段频率越高，与介质产生的接触也就更多，对于能量的损耗也更多，每一个波段所携带的能量也就越少，反之能量也就高。同时，电磁波在介质中传播的形式，是以波的形式逐渐向前扩散，因此，在进行传播的过程中，距离越远的波所形成的分辨范围也就越大，传递的信息也就越模糊。

2.5 探地雷达技术的检测方式

探地雷达在进行检测的过程中，使用频率较高的测量方式包括：剖面法、宽角法、透射波法、三维测量法。其中，剖面法是应用频率最高的一种探地雷达检测技术，根据发射天线和接收天线按照固定的间距、监测步骤沿着相关的检测剖面对目标进行检测。而三维测量法是精度最高的一种测量方法，可以对目标的测量实现空间形式的检测，常用于一些考古工作和某些地质勘探中，在对目标进行检测的过程中，可以对目标的状况，形成了三维立体化的数据，为相关工作的开展提供准确的数据参考。

3 探地雷达技术在大坝渗漏监测中的应用策略

在我国当前的建设发展中，各种类型的水利工程项目也在增加，对相关水资源的利用率也有了明显的提高。在这水坝的实际应用过程中，常常会出现不同程度的渗漏情况，而由于大坝的整体建筑体积巨大，单纯的依靠肉眼难以对渗漏情况做出准确的了解。所以，需要深刻分析探地雷达技术的效用，对大坝渗漏情况进行监测，对相关的渗漏情况做出准确判断。

在我国的各水坝建设应用中，探地雷达技术已经成为很多大坝渗漏监测的常用监测手段，对大坝的渗漏情况进行监测，并对具体的渗漏位置、大小、属性等多方面的信息做出准确的了解，为相关水利工程的建设发展，提供准确的信息基础。在相应的雷达图成型时，很可能会受到相关声音、电磁场域等因素的影响。电磁能量的损耗会导致雷达图的准确性受到一定的影响，而干扰噪声的出现可能会出现异常的振动导致电磁能量的波形传递受到影响。

4 结论

综上所述，水坝建设是我国的水利工程发展中非常重要的组成部分，对于我国的相关建设发展和各项建设资源发展，具有很大的关联，因此，必须要对水坝做好全面的监测工作。而探地雷达技术的应用，可以对水坝的庞大、复杂的结构进行快速、准确的监测，通过高频电磁波的反馈对渗漏情况做出准确的体现，为相关的维护工作开展，提供了准确的信息参考。