強(qiáng)娟娟，佘遠(yuǎn)華，唐苗苗

（湖北正衡水利工程檢測有限公司，湖北荊州 434000）

0 前言

近年來，探地雷達(dá)技術(shù)在各類水利工程的建設(shè)發(fā)展中，得到廣泛的應(yīng)用，其在應(yīng)用的過程中，具有快速、準(zhǔn)確等多項優(yōu)點，可以對大壩的實際建設(shè)、應(yīng)用情況做出準(zhǔn)確的判斷。隨著探地雷達(dá)技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用越來越多，相關(guān)研究學(xué)者對此進(jìn)行的研究也越來越多，通過對多種不同情況的分析和防范，以全面增強(qiáng)探地雷達(dá)技術(shù)對大壩滲漏情況的監(jiān)測效果。

1 相關(guān)概述

1.1 探地雷達(dá)技術(shù)

探地雷達(dá)技術(shù)是一種地質(zhì)檢測技術(shù)，在應(yīng)用的過程中，通過設(shè)備發(fā)射電磁波并對反饋的電磁波進(jìn)行分析，來了解檢測目標(biāo)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)情況，為相關(guān)工程的建設(shè)施工提供有效的參考。在實際的應(yīng)用中分為多種類型：地面探測雷達(dá)、地下雷達(dá)、脈沖雷達(dá)、表面穿透雷達(dá)等。在相關(guān)探地雷達(dá)設(shè)備的應(yīng)用過程中，雖然其本身的應(yīng)用優(yōu)勢存在一定的差異，但其應(yīng)用的原理都是相同的。相關(guān)地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)的應(yīng)用質(zhì)量正在不斷提高，而且，本身的應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大，對我國的各項建設(shè)工作帶來極大的作用[1]。

1.2 大壩滲漏

大壩滲漏為大壩蓄水后，大壩的各個部分、應(yīng)用層次等諸多方面中，某一處結(jié)構(gòu)突然出現(xiàn)損壞，而導(dǎo)致大壩的蓄水開始從損壞處滲漏，分為壩區(qū)和庫區(qū)滲漏。簡單來說，就是因為大壩內(nèi)部因為某些情況的因素影響，而出現(xiàn)建設(shè)結(jié)構(gòu)損壞的情況，對大壩的不穩(wěn)定性造成較大的影響。大壩滲漏情況的出現(xiàn)，很可能會引發(fā)鹽漬化、沼澤化等現(xiàn)象，導(dǎo)致大壩的整體質(zhì)量下降[2]。不同區(qū)域出現(xiàn)的損壞，會產(chǎn)生不同區(qū)域的滲漏情況，因此，對水壩所產(chǎn)生的影響也有明顯的差異。庫水沿透水層、溶洞、斷裂破碎帶、裂隙節(jié)理帶等連貫性通道外滲對水壩結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定、蓄水能力受到損傷，這種滲漏現(xiàn)象稱經(jīng)常性滲漏，或永久性滲漏。一般情況下，庫區(qū)滲漏大多都是永久性滲漏。

2 探地雷達(dá)在大壩滲漏中的工作原理

2.1 高頻電磁脈沖的波形

探地雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用，其工作原理為設(shè)備天線朝探測的目標(biāo)發(fā)射頻率較高的電磁波，通過對電磁脈沖波的應(yīng)用，以及電磁脈沖波的反饋來了解目標(biāo)的相關(guān)情況。一般情況下，探測目標(biāo)深度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于遠(yuǎn)場，因此，在進(jìn)行探測的過程中是以平面波形式，以一種類似于輻射的狀態(tài)傳播。平面波的極化傳播，主要在空間上朝定點上場矢量方向隨時間的變化而產(chǎn)生不同的變化，常見的有：線極化、圓極化、橢圓極化三種，在實際應(yīng)用中，不同的平面波變化特征，主要是由于不同的設(shè)備、目標(biāo)需求等方面所影響的。波的極化是電磁波的重要應(yīng)用特點，而不同極化形式的波在探測工作的過程中，所產(chǎn)生的效果也有明顯的差異[3]。例如，在對大壩的庫區(qū)進(jìn)行探測的過程中，由于其中存在明顯的各項異性，如果以線極化的方式向其中發(fā)射平面波，那么設(shè)備所接收的返回波可能依然是線極化，也可能是橢圓極化的形式。在高頻脈沖電磁波進(jìn)行傳播的過程中，理想條件下是不會發(fā)生波形的改變，但在實際的傳播過程中，由于相應(yīng)的傳播介質(zhì)性質(zhì)存在不同的差異，可能導(dǎo)致返回的平面波出現(xiàn)一定的改變，而通過對返回波形的改變情況進(jìn)行分析，可以快速、準(zhǔn)確地對地下介質(zhì)的實際情況做出判斷。

2.2 高頻電磁脈沖的傳播性質(zhì)

在使用探地雷達(dá)技術(shù)對大壩滲漏情況進(jìn)行監(jiān)測的過程中，在對大壩內(nèi)滲漏處的介質(zhì)性質(zhì)進(jìn)行判斷的同時，還要對滲漏處的具體距離、大小、形狀等方面進(jìn)行分析，以更好地進(jìn)行監(jiān)測和維護(hù)。因此，要對高頻電磁脈沖的傳播速度、雙程時間、反射系數(shù)進(jìn)行分析，以對大壩的滲漏情況做出準(zhǔn)確的判斷[4]。

在對相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算的過程中，探地雷達(dá)的數(shù)據(jù)處理方式，簡單的來看，與地震數(shù)據(jù)的處理形式存在很大的相似，傳統(tǒng)的處理方法有：去除零漂、增益處理、道均衡等處理方案，在實際的應(yīng)用中較為簡單，但相對而言數(shù)據(jù)的處理精度也相對較差。后來，隨著相關(guān)研究的逐步提高，相關(guān)研究學(xué)者提出二維濾波、反褶積等不同的信息處理方案，對于檢測目標(biāo)情況的分析質(zhì)量也有極大地提高。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，逐漸形成當(dāng)前常用的小波技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等處理方式，極大地增強(qiáng)探底雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用效果。

2.3 數(shù)據(jù)的處理

在對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計算的過程中，可以準(zhǔn)確地判斷目標(biāo)的深度、高頻電磁波在介質(zhì)中的傳播速度，通過計算可以準(zhǔn)確地了解大壩的滲透位置，并結(jié)合在介質(zhì)中傳播速度的分析，了解相應(yīng)的介質(zhì)性質(zhì)。在探地雷達(dá)發(fā)射高頻電磁波后，電磁波在進(jìn)行傳播的過程中，出現(xiàn)發(fā)射和透射的前提是相對的介電常數(shù)出現(xiàn)改變，這是因為，在高頻電磁波的傳播過程中，受相關(guān)介質(zhì)本身性質(zhì)等多方面因素的影響，使設(shè)備本身電磁波的傳播情況也出現(xiàn)相關(guān)的差別，進(jìn)而導(dǎo)致相應(yīng)的系數(shù)也存在一定的差異[5]。

在對相關(guān)資料和數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的過程中，主要依靠探地雷達(dá)發(fā)射高頻電磁波的多項特性進(jìn)行分析，大壩滲漏情況做出準(zhǔn)確的檢測?？梢詫⑵浞譃椋孩俜瓷洳ńM的同相性，同一個反射體會使電磁波朝向同一方向進(jìn)行傳播；②反射波形的相似性，在同一個層面和方向中，所傳播的電磁波形狀也有很大程度的相似；③反射波組形態(tài)特征，在相同層次的電磁波進(jìn)行傳播中，相關(guān)電磁波本身的多種性質(zhì)都有很大的相似，而在不同層次階段中的電磁波在傳播后的反射也存在較為明顯的差別；④地下介質(zhì)的其他很多特性，在進(jìn)行傳播的過程受到很大方面的影響，在進(jìn)行反射層識別的過程中，要對相應(yīng)的波組形態(tài)特征做出準(zhǔn)確的判斷。這一判斷標(biāo)準(zhǔn)在發(fā)射和反射階段都非常實用。

2.4 分辨率

探地雷達(dá)對大壩滲漏情況的監(jiān)測中，高頻電磁波的發(fā)射頻率越低，則對于大壩的探測深度也越深，但是，對于大壩滲漏情況和相關(guān)介質(zhì)的分辨效果也就越差。而高頻電磁波的發(fā)射頻率越高，則所探測的深度就越低，對各項信息的分辨能力就越高[6]。主要是由于電磁波的傳播中，電磁波在地質(zhì)中進(jìn)行傳播的過程中，相關(guān)電磁波會出現(xiàn)明顯損耗，波段頻率越高，與介質(zhì)產(chǎn)生的接觸也就更多，對于能量的損耗也更多，每一個波段所攜帶的能量也就越少，反之能量也就高。同時，電磁波在介質(zhì)中傳播的形式，是以波的形式逐漸向前擴(kuò)散，因此，在進(jìn)行傳播的過程中，距離越遠(yuǎn)的波所形成的分辨范圍也就越大，傳遞的信息也就越模糊。

2.5 探地雷達(dá)技術(shù)的檢測方式

探地雷達(dá)在進(jìn)行檢測的過程中，使用頻率較高的測量方式包括：剖面法、寬角法、透射波法、三維測量法。其中，剖面法是應(yīng)用頻率最高的一種探地雷達(dá)檢測技術(shù)，根據(jù)發(fā)射天線和接收天線按照固定的間距、監(jiān)測步驟沿著相關(guān)的檢測剖面對目標(biāo)進(jìn)行檢測。而三維測量法是精度最高的一種測量方法，可以對目標(biāo)的測量實現(xiàn)空間形式的檢測，常用于一些考古工作和某些地質(zhì)勘探中，在對目標(biāo)進(jìn)行檢測的過程中，可以對目標(biāo)的狀況，形成了三維立體化的數(shù)據(jù)，為相關(guān)工作的開展提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)參考。

3 探地雷達(dá)技術(shù)在大壩滲漏監(jiān)測中的應(yīng)用策略

在我國當(dāng)前的建設(shè)發(fā)展中，各種類型的水利工程項目也在增加，對相關(guān)水資源的利用率也有了明顯的提高。在這水壩的實際應(yīng)用過程中，常常會出現(xiàn)不同程度的滲漏情況，而由于大壩的整體建筑體積巨大，單純的依靠肉眼難以對滲漏情況做出準(zhǔn)確的了解。所以，需要深刻分析探地雷達(dá)技術(shù)的效用，對大壩滲漏情況進(jìn)行監(jiān)測，對相關(guān)的滲漏情況做出準(zhǔn)確判斷。

在我國的各水壩建設(shè)應(yīng)用中，探地雷達(dá)技術(shù)已經(jīng)成為很多大壩滲漏監(jiān)測的常用監(jiān)測手段，對大壩的滲漏情況進(jìn)行監(jiān)測，并對具體的滲漏位置、大小、屬性等多方面的信息做出準(zhǔn)確的了解，為相關(guān)水利工程的建設(shè)發(fā)展，提供準(zhǔn)確的信息基礎(chǔ)。在相應(yīng)的雷達(dá)圖成型時，很可能會受到相關(guān)聲音、電磁場域等因素的影響。電磁能量的損耗會導(dǎo)致雷達(dá)圖的準(zhǔn)確性受到一定的影響，而干擾噪聲的出現(xiàn)可能會出現(xiàn)異常的振動導(dǎo)致電磁能量的波形傳遞受到影響。

4 結(jié)論

綜上所述，水壩建設(shè)是我國的水利工程發(fā)展中非常重要的組成部分，對于我國的相關(guān)建設(shè)發(fā)展和各項建設(shè)資源發(fā)展，具有很大的關(guān)聯(lián)，因此，必須要對水壩做好全面的監(jiān)測工作。而探地雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用，可以對水壩的龐大、復(fù)雜的結(jié)構(gòu)進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的監(jiān)測，通過高頻電磁波的反饋對滲漏情況做出準(zhǔn)確的體現(xiàn)，為相關(guān)的維護(hù)工作開展，提供了準(zhǔn)確的信息參考。