土石堤坝管涌问题及检测方法展望

土石堤坝管涌问题及检测方法展望

张胜杰

       重庆交通大学 河海学院，重庆 400041

摘要：本文介绍了我国土石水库管涌问题的严重性，提到了多种管涌检测手段以及如何通过多种物理场信息融合的方法提高管涌检测的准确性和有效性，呼吁加强对水库的定期检查和维护，以确保水利工程的安全运行。

关键词：土石坝、管涌、多源信息融合

1引言

根据水利部2020年《全国水利发展统计公报》，我国目前已建成98566座各类水库[1]，其中绝大部分采用土石材质建造。然而，由于建造时间较早以及管理不善等因素，许多水库存在着渗漏和防洪等安全隐患，尤其是土石坝的渗漏问题更为严重。过去发生的溃坝事件表明，管涌破坏是土石坝常见的一种破坏形式，对大坝的安全稳定性构成严重威胁。

2垮坝事件中的土石坝管涌问题

国际上也发生过多起垮坝事件，如美国的圣佛朗西斯（1928年）、法国的马尔巴塞（1959年）和意大利的瓦依昂特（1963年）。我国也曾发生过板桥和石漫滩（1975年）洪水漫顶以及沟后水库（1993年）渗透破坏等垮坝事件，给受灾国家带来了巨大的灾害和经济损失。这些事件的发生加强了各国对大坝渗漏问题的重视，特别是土石坝渗漏问题。

据水利部安全管理中心的统计，1954年至2014年间我国有3530座水库大坝发生溃决，其中98%以上是土石坝，而约40%的溃坝事件是由管涌破坏导致。类似地，美国地质调查局的研究发现[2]，在溃坝事件中，34%是由漫顶导致，30%是由坝基缺陷导致，28%是由管涌破坏导致。据美国斯坦福大学的统计，在2974座发生事故的大坝中，观测破坏导致的事故约占总数的22%，世界范围内管涌破坏导致的溃坝事件约占溃坝总数的50%[3]。

3管涌检测方法

3.1 传统管涌检测

由于传统的人工巡视和常规探测方法存在局限性，国内外研究人员通过研究管涌病害部位的物理量的特征和变化规律，提出了多种渗漏检测手段。这些手段利用电、电磁、振动波、水流、热、声、光等多种物理场来监测和诊断渗漏问题。例如，电阻率法[4]通过测量材料电阻率的变化来识别渗漏路径；超声波法[5]利用超声波在材料中的传播特性来判断渗漏程度；热红外检测法[6]则是通过红外热像仪测量材料表面的温度变化来发现渗漏现象。这些方法都有一定的适用范围和局限性，因此需要综合运用多种方法，以提高管涌检测的准确性和有效性。

3.2 多场信息融合的管涌检测

随着多源信息融合技术的发展，其在各个领域都有得到应用，并且得到了很好的效果。因此，基于多物理场信息融合的方法，通过多传感器获得堤坝管涌进程中多物理场的响应信号，并进行特征提取和处理。通过对多场信息进行融合，建立多场信息的综合函数模型，可以实现对堤坝管涌进程的动态识别。这种方法的优势在于综合利用了不同物理场的信息，可以提高管涌监测的准确性和可靠性。

4结语

综上所述，我国土石水库管涌问题十分突出，对大坝的安全稳定性构成严重威胁。通过采用多物理场信息融合的方法进行渗漏监测，可以提高监测的准确性和有效性。未来，我们需要进一步深入研究，改进监测技术和方法，加强对水库的定期检查和维护，以确保水利工程的安全运行，保护人民的生命财产安全。

参考文献：

[1]中华人民共和国水利部. 2020全国水利发展统计公报[M]. 北京：中国水利水电出版社, 2021.

[2]温鹏, 童学卫, 赵春, 等. 全国小型病险水库除险加固进度管理系统研究[J]. 中国水利水电科学研究院学报, 2016, 14(5): 334–339.

[3]王少伟, 苏怀智, 付启民. 病险水利工程除险加固效果评价研究进展[J]. 水利水电科技进展, 2018, 38(6): 77–85.

[4]鲁一晖, 孙志恒. 水工混凝土建筑物的病害检测与修补技术进展[J]. 中国水利水电科学研究院学报, 2003(1): 72–76.

[5]曹文振, 倪小东. 内管涌室内试验及数值模拟研究现状综述[J]. 水利规划与设计, 2018(5): 101–106.

[6]王新建, 许宝田, 陈建生. 温度场探测堤坝集中渗漏研究综述[J]. 水利水电科技进展, 2008(3): 89–94.