示踪法与高密度电法在检测管道漏水点的实际应用

杨冬鹏

(辽宁省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，辽宁 沈阳 110006)

在实际工程中，地下输水管线由于服役时间过长，在各种人为或者自然因素情况下会发生管路泄漏的现象，将对输水覆盖范围内的工业用水、农业灌溉、人畜饮水等产生影响，甚至造成严重的经济损失[1]。在保证正常供水情况下，减少检测成本，准确地找到漏水区域是急需解决的实际问题[2]。本文以大伙房水库输水二期工程输水管线漏水为例，在保证持续供水的前提下，浅析示踪法与高密度电法联合检测地下输水管线漏水区域的可行性。

1 工作原理

1.1 示踪法

示踪法是利用稳定的分子或离子等物质作为示踪剂对研究对象进行标记的微量分析方法[3]。利用示踪剂特有的性质(作为示踪剂，其性质或行为在该过程中与被示剂物应完全相同或差别极小；其加入量应当很小，对体系不产生显著的影响。此外，示踪剂必须容易被探测)，通过仪器设备就可以随时追踪它的数量及其转变等。利用示踪剂作为标记灵敏度高，测量方法简便易行，能准确地定量和定位，符合所研究对象的性质条件[4]。

1.2 高密度电法

高密度电法利用地下介质间的电性差异，通过仪器接收人工激发的地下电场在空间上的响应，达到探测地下介质分布特征的目的[5]。如果渗漏通道中含有大量水，电阻率相较周边介质要低，因此可以根据电阻率的变化来推断渗漏通道的位置。

2 工作设备

本次工作采用超级数字直流电法仪。电缆采用分布式高密度电缆[6]。

3 应用实例

3.1 试验区工况

大伙房水库输水(二期)工程担负着向下游6个城市供水的重任，工程隧洞为单洞供水，在隧洞末端刘山出口处设立配水站，经由配水站改为预应力钢筒混凝土管(PCCP)输水。刘山出口处(配水站上游1km处)在工程完工后多次出现渗水，经过维护和增加导流措施后(图1中蓝色导流路线)，渗水现象得以缓解。三年后配水站下游1km处(图1中红色渗水点)出现漏水问题，其渗水区域覆盖农田1hm2并继续扩大，渗水中心区域在从配水站引出的PCCP管道正上方。由于输水隧洞为单洞供水，无法停水检修，无法判断下游PCCP输水管线渗漏处的水是由上游隧洞段渗漏后沿输水管线底部垫层渗流至漏水处，还是由配水站下游管道某段渗水点渗漏后沿垫层渗透至漏水处。

3.2 检测方案及检测结果

3.2.1 检测方案

首先采用高密度电法进行大范围的探测，依据探测结果，在地图上绘制出地下含水区域，进而确定可能的渗水集中区域和渗流路径。共计布置3条测线，每条测线长60m，测线总长180m，测点距为1m，如图1中红色测线所示。当配水站管线周围地下水位之上富集大量水时，可以判断水是从上游漏点水沿管线渗流而来。若无配水站上游漏点水渗透至配水站，则可判断配水站下游漏点水为配水站或配水站与管道连接段存在渗漏导致的下游渗水。采取示踪法在配水站内沿管线方向钻孔投放示踪剂，从配水站下游漏水坑内取水观测离子浓度变化情况，判断是否为管线渗漏水所致。

图1 方案纵向总布置

3.2.2 高密度电法检测结果

由高密度电法检测结果(见图2)可知：Ⅰ号测线电阻率反映在深度上呈现两边高、中间低的特征，表层因含水量低以及地表起伏的影响，电阻率值较高；底部呈现高阻是因为底部为强风化混合花岗岩；中间低阻带深度约2.5～8.5m，其中，测线17～27m、深度4～8m和测线37～45m、深度2.5～7.5m处分别存在一个低阻区，电阻率值低于周边土壤介质(低阻区电阻率值约为18～25Ω·m，周围土壤介质电阻率值为30～40Ω·m)，因此推测这两个低阻区为主要渗漏区。

图2 高密度电法试验结果

Ⅱ号测线27～37m、深度4～10m处存在一个低阻区，该低阻区为输水隧洞，隧洞范围为测线27～33m、深度4～10m。隧洞北侧(测线33～37m、深度7.5～10m)有1个低阻区，推测该低阻区为渗漏通道，该渗漏通道沿隧洞方向，位于隧洞中下部。

Ⅲ号测线深度2.5m以下均为低阻区，其中测线27～32m、深度2.5～8.5m为输水隧洞。

从高密度电法检测结果可以判断存在上游漏点水沿管线渗漏到配水站内情况，且渗透水量较大，存在上游水继续向下渗透至配水站下游渗水坑的可能。应采取示踪法继续判断配水站上游漏点水是否沿管线垫层越过配水站继续渗透到下游漏水点。

3.2.3 示踪法检测结果

为摸清配水站上游渗入站内水流方向问题，在Ⅲ号测线与输水管线交叉上方距输水管线两侧2m处分别钻取两个投料孔。由于配水站下游为预应力钢筒混凝土输水管，氯离子会对钢结构产生腐蚀影响，硫酸盐会对混凝土耐久性产生不利影响，因此选择对钢结构及混凝土腐蚀较小的硝酸钠、碳酸钾作为示踪剂，其优点是方便易得、成本低、无污染、检测精度高。在投料前多次不同时段提取上游渗水点(图1中位置A)、集水井(图1中位置B)、供水管线内(图1中位置C)、投料孔(图1中位置D)、渗漏水坑(图1中位置E)内的水样进行钠、钾离子分析，以判断采用两种示踪离子是否可行，测试结果见表1。

表1 示踪法投盐前配水站相关水源检测成果

从检测结果可知，上游渗水点、供水管线内的水源与集水井中的水样成分均值相同(钾离子含量3.0μg/L、钠离子含量12.15μg/L)，说明水源属于同一水系。由于水坑内水与管线内水离子存在明显差异，排除管道周围渗水的可能。投料孔与开挖水坑中的水样离子存在浓度差，是否为上游渗水点渗漏水无法判别，但多个时间段检测离子浓度较稳定。

将硝酸钠、碳酸钾投入到测孔中进行下游坑内水样离子监测(见图3)，从观测结果中可知，投盐前开挖水坑内的钠离子含量平均值为8.8μg/L，在投盐后的前三天，水样中的钠离子含量基本稳定，之后有所增大，增至31.9μg/L时已稳定。9天后水坑中离子开始下降，15天后恢复原浓度状态，说明投放试剂已完全溶解渗透殆尽。再次投料后，3天后再次出现浓度上涨，增至32.2μg/L时稳定。说明投放的示踪剂经过约3天时间渗透到开挖水坑处，但因渗透距离过长和周围土壤的过滤作用，钠离子浓度有所下降。

图3 示踪法投盐后开挖水坑中水样检测成果

4 结 语

通过采用高密度电法与示踪法联合检测输水管线渗漏得到如下结论：

a.利用高密度电法的测试特性，可以查找地下富水区域。通过沿输水方向布置测线，可以更好地判断地下渗漏水的渗漏路径。

b.在下游地下水富集较大的区域，无法利用高密度电法确定水的渗流方向时，选择方便易得、成本低、无污染的硝酸钠、碳酸钾作为示踪剂进行渗流路径测试。结果表明，下方漏水源随着上游示踪剂的加入，三天后出现示踪离子浓度上涨，待上游投放示踪剂消耗殆尽后，下游离子恢复原浓度，上游再次加入，同样出现下游浓度升高，由此查找出了渗透路径。

c.在单一工程物探方法受阻的情况下，使用联合多种工程物探方法不仅可以解决实际工程的疑难杂症，也可以提高结果的准确性。此方案为今后采用联合方法解决工程实际问题提供了可行性。