CN102445307B

CN102445307B - 单井地下水流速流向及水库渗漏点测量方法及其测量装置

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Publication number: CN102445307B
Application number: CN201110295635.5A
Authority: CN
Inventors: 杜国平; 杜家佳; 宋晓峰
Original assignee: NANJING DIBA ENGINEERING TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: NANJING DIBA ENGINEERING TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-07-20
Filing date: 2011-10-08
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2031-10-08
Also published as: CN102445307A

Abstract

一种单井地下水流速流向及水库渗漏点测量方法及其测量装置，其特征是它主要由水听器、磁航向传感器、压力传感器、GPS定位仪、信号处理电路和计算机组成，所述的水听器、磁航向传感器、压力传感器、GPS定位系统和信号处理电路安装在柱形检测头中，所述的水听器由安装在柱形检测头下端的一圈水听器及安装在柱形检测头上端的一个水听器组成；水听器、磁航向传感器、压力传感器和GPS定位仪信号输出端同时与信号处理电路的输入端相连，信号处理电路的输出端与计算机相连。本发明方法简单，无污染，用途广。

Description

单井地下水流速流向及水库渗漏点测量方法及其测量装置

技术领域

本发明涉及一种土木工程渗流测量方法及装置，尤其是一种既能测量单井地下水流速流向，又能测量出水库渗漏点的地下水三维流速矢量测量方法及装置，具体地说是一种利用水听器、磁航向传感器、压力传感器和GPS定位器组合而成的单井地下水流速流向及水库渗漏点测量方法及其测量装置。

背景技术

水文地质勘察是点的观察与测试的科学，测点密度越大，测量精度越高。传统抽压水试验方法很难提高点的密度，所取得的参数在质量，特别在数量上满足不了先进的水文地质评价计算方法的需要。随着国民经济建设的高速发展，愈来愈多的工程建设对地下水渗流引起的潜在的事故隐患，提出了一系列渗流工程需要解决的技术难题。如水库渗漏入口的探测、江河堤坝的管涌渗漏、水源地的合理开采、矿山的涌水防治、公路桥涵的地下水渗流、地下铁道的水文地质测量与监护、高层建筑的基坑的排水、农田地下水的溶质运移等等都对地下水渗流的测试方法与研究手段提出了更高更新的要求。

长期以来，地下水流速矢的准确测量一直是水文地质工作者研究的课题。1957年德国科学家Moser首先提出利用放射性同位素作为指示剂在单井中测定地下水流速流向的稀释测井方法。于是有多种见诸面世的测定地下水流速流向的装置。最早的有接杆式定向探头;后来有波兰I.B.Hazza发明的P-32吸附与Ｘ胶片定向测速装置;日本落合敏郎的三层同位素稀释室定向测速装置；W.Drost和Kiotz等设计的棉纱网吸附测向、活性炭吸附测向装置；美国专利4051368、英国专利2009921和1598837介绍的中子活化测向测速装置；德国慕尼黑水文地质实验室W.Drost1982年测定地下水流速流向的新式示踪探头；中国专利：智能化单井地下水动态参数测试仪98111509.8，还有 85107160、86104175专利介绍的热释光和电离室同位素示踪测量装置等。上述发明虽达到了测量地下水流速流向的要求，但在实际应用中，它们都涉及到放射性物质对环境的影响等缺陷。而且接杆式只适用于浅井测量，且操作麻烦；各种吸附式易造成污染，对深井及井径有一定要求；中子活化，成本高，且存在防护问题；德国的新式探头，工艺复杂，造价昂贵，推广使用受到限制；热释光、电离室虽工艺简单，造价低廉，却测量数据少，周期长。随着人们对环境意识的提高，对于地下水渗流的测量方法提出了更高的要求。

发明内容

本发明的目的是针对目前地下水渗流探测难度大，成本高，效果差且影响环境等问题，设计一种利用声纳信号在水体中的优异传导特性，实现对渗流的直接或间接的敏感测量，从而用于解决水库库底、水下建筑的渗漏入口流速测量以及单井中的水文地质测量、地下铁路遂道管壁渗漏水的检测和预测预报等的单井地下水流速流向及水库渗漏点测量方法及其测量装置。

本发明的技术方案之一是：

一种单井地下水流速流向声纳测量方法，其特征是它包括以下步骤：

首先，在一个柱形测量探头的下端安装一圈水听器，在柱形测量探头的上端安装一个水听器，在柱形测量探头的内部安装一个磁航向传感器；

其次，将柱形测量探头放入待测位置，根据下端的首先探测到声波信号的水听器及上端水听器接收到声波信号的时差及上下端水听器之间的距离计算出渗流点的流速；同时记录下声波信号的强度；

第三，磁航向传感器是根据最先感应到声波信号的传感器与周围的水听器进行测量强度的计算，得出水流矢量相对于探头的运动方向，然后将探头测量到的水流方向与磁航向测量到的地理北极进行叠加，就能够将水流的运动地理方向传送到地面仪表进行计算显示；

第四，根据该点所测量到的水流方向，指导下一个点位的流速矢量测量，重复第一到第四步，再次测量到流速值、方向角、声波信号强度值；

第五，根据上面步骤测量到的工程渗流的全部数据，即可定量地显示出水流运动的矢量值和三维坐标位置。

在柱形检测头上安装有压力传感器来感应柱形检测头进入水面以下的坐标位置Z。

在柱形检测头上安装有GPS定位仪，以准确标定渗漏点的X、Y坐标。

本发明的技术方案之二是：

一种水库地下水渗漏点的方法，其特征是它包括以下步骤：

第三，磁航向传感器是根据最先感应到声波信号的传感器与周围的水听器进行测量强度的权重计算，得出水流矢量相对于探头的运动方向，然后将探头测量到的水流方向与磁航向测量到的地理北极进行叠加，就能够将水流的运动地理方向传送到地面仪表得出水流方向；

第四，根据所测量到的水流方向，使探头沿水流方向移动设定的距离，重复第一到第四步，再次测量到流速值、方向角、声波信号强度值；

第五，根据所测得的流速值即可判定出渗漏点的位置：即如果流速值在相邻两个测量点之间出现峰值，则可判定渗漏点位于这两个测量点之间。

本发明的技术方案之三是：

一种单井地下水流速流向声纳测量仪，其特征是它主要由水听器、磁航向传感器、压力传感器、GPS定位仪、信号处理电路和计算机组成，所述的水听器、磁航向传感器、压力传感器、GPS定位系统和信号处理电路安装在充满液体的柱形检测头中，所述的水听器由安装在柱形检测头下端的一圈水听器及安装在柱形检测头上端的一个水听器组成；水听器、磁航向传感器、压力传感器和GPS定位仪信号输出端同时与信号处理电路的输入端相连，信号处理电路的输出端与计算机相连。

本发明的有益效果：

本发明测量成本低，精度高，低碳，环保。可广泛应用于水库和水下建筑的渗漏入口流速测量；单井水文地质参数测量；地下铁路遂道管壁渗漏水的路径检测和预测预报等。

附图说明

图1是本发明流速、流向测量原理图。

图2是本发明的测量装置的原理框图。

图3是本发明的测量头的组成原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

实施例一。

如图1所示。

一种单井地下水流速流向声纳测量方法，它包括以下步骤：

流速的计算方法为：

利用传播速度之差与被测流体流速之间的关系，建立连续的渗流场的水流质点流速方程。如图1所示。

式中：

L—声波在传感器之间传播路径的长度，m;

H—传播路径的轴向分量，m; TB1—探头最高点的传感器感应到声波信号的时间与探头下部一圈传感器中第一个感应到声波的传感器的时间之差，单位：秒；

T1B—探头最高点的传感器感应到声波信号的时间与探头下部一圈传感器中最后一个感应到声波的传感器的时间之差的绝对值；单位：秒；

U—流体的平均流速，m/s。

第三，利用磁航向传感器根据最先感应到声波信号的传感器与周围的水听器进行测量强度的计算（计算方法可采用常的数学计算、权重计算、差分计算等数学计算方法），得出水流矢量相对于探头的运动方向，然后将探头测量到的水流方向与磁航向测量到的地理北极进行叠加，就能够将水流的运动地理方向传送到地面仪表；

第四，根据该点所测量到的水流方向，确定下一个点位的流速矢量测量，重复第一到第四步，再次测量得到流速值、方向角、声波信号强度值；

具体测量时还可在柱形检测头上安装有压力传感器来感应柱形检测头进入水面以下的坐标位置Z，也可通过测量绳等之类的常规手段确定测量点的深度。为了确定渗漏点的坐标值，还可在柱形检测头上安装有GPS定位仪，以准确标定渗漏点的X、Y坐标。

实施例二。

如图1所示。

一种水库地下水渗漏点的方法，它包括以下步骤：

其次，将柱形测量探头放入待测位置，根据下端的首先探测到声波信号的水听器及上端水听器接收到声波信号的时差及上下端水听器之间的距离计算出渗流点的流速，计算方法同实施例一相同；同时记录下声波信号的强度；

第三，磁航向传感器是根据最先感应到声波信号的传感器与周围的水听器进行测量强度的计算，得出水流矢量相对于探头的运动方向，然后将探头测量到的水流方向与磁航向测量到的地理北极进行叠加，就能够将水流的运动地理方向传送到地面仪表得出水流方向；

实施例三。

如图2、3所示。

一种单井地下水流速流向声纳测量仪，它主要由水听器、磁航向传感器、压力传感器、GPS定位仪、信号处理电路和计算机组成，如图2所示，所述的水听器、磁航向传感器、压力传感器、GPS定位系统和信号处理电路安装在充满液体的柱形检测头中，如图3所示，所述的水听器由安装在柱形检测头下端的一圈水听器及安装在柱形检测头上端的一个水听器组成；水听器、磁航向传感器、压力传感器和GPS定位仪信号输出端同时与信号处理电路的输入端相连，信号处理电路的输出端与计算机相连。本发明的三维流速矢量声纳测量仪，它主要由测量探头连接电缆与计算机联为一个整体。测量探头内安装有水听器、磁航向传感器、压力传感器、GPS定位器和信号处理电路。水听器用于二个目的：3个以上水听器均匀布置在探头的四周，测量水流的运动方向；测量方向中的最先接受到声波的那个探头与探头顶部的1号传感器构成对渗漏流速的测量。磁航向传感器的作用是把测量探头定位在北极。压力传感器是为了测量探头在水下的坐标（Z）位置。GPS定位器是用来测量探头的X、Y坐标的。

三维流速矢量声纳测量仪的工作流程是，首先用GPS定位器确定探头测量时的X、Y平面坐标；压力传感器测量探头所在的水下深度坐标Z。有了探头测量时的X、Y、Z坐标定位以后，测量探头中的3个以上均匀分布的水听器就能够测量出渗漏声源发出的声波信号的方向，依据声源的方向与磁航向北极的方向进行叠加就能够把渗流的地理方向传送到地面仪表。然后通过渗流方向上的水听器与探头顶部的1号传感器所接收到的流速声源信号的时间差代入到流速方程计算公式，就能够得到水流的运动速度。同理如水体中有垂向流的运动，根据探头中上下水听器所接收到的时间先后，就能够得到垂向流的运动方向。这样就实现了发明中所要达到的X、Y、Z各方向上的水流流动速度和方向，即三维流速矢量声纳测量仪。

本发明的测量原理是：

水下声纳渗流探测技术，是利用声波在水中的优异传导特性，而实现对水流渗漏场的测量。静止水体中声纳传播的速度是一个常数，如果被测水域的水体存在渗漏，则必然会在测区产生渗漏流场，声纳探测器能够精细地测量出声波在流体中传播的大小，顺流方向声波传播速度会增大，逆流方向则减小，同一传播距离就有不同的传播时间。利用传播速度之差与被测流体流速之间的关系，建立连续的渗流场的水流质点流速方程。如图1所示。

式中：

L—声波在传感器之间传播路径的长度，m;

U—流体的平均流速，m/s。

水流的流动是一个矢量，仅测量出流速标量是不够的，同时还要测量出流速的矢量值。在测量探头周边均匀布置三个以上的声纳传感器，就能够测量出流速的方向，同时借助二维磁航向传感器就能够实现将探头测量到的水流速度和方向同时传递到地面仪表。如果测量的水体有垂向流速的发生，利用1、2传感器测量到的时间先后，就能够判别流动的速度和方向。

为了能够测量到探头所在XY平面坐标，设计使用GPS测量系统，Z坐标为探头在水下的测量深度，设计将压力传感器用于测量探头所在的水压高度。

下面分别结合本发明在水库检漏和井中测量的实例对本发明作进一步的说明。

例1．

白云水电站位于湖南省的沅水支流的巫水上游，距离城步县城5km，水库承水面积556km²，多年平均径流量5.14亿m³。大坝坝型为混凝土面板堆石坝，最大坝高120 m，库容3.6亿m³,电站装机3×1.5万KW。是一座多年调节水库。大坝于1998年12月26日蓄水，到2008年之后渗水量逐渐增大，到2011年4月5日时，水库渗漏水量达：0.648m³/s。

传统勘察方法^]，查找地下渗漏状况，只能根据钻孔，所揭示的地质岩心取样，做粗略分析，一般无法得知地下水的渗流场分布，更不可能根据各孔的渗流状况，对整个区域的渗漏做出总体判断，这样就无法对区域渗漏，做出正确的整体分析。以前对水库渗漏处理效果不好，其主要问题，难以准确找到渗漏成因和渗漏途径，特别是很难找到水库渗漏的源头，从而也就无从制定出有针对性的防渗措施，其结果或者是盲目施工，或者是造成防渗处理费用巨大，达不到费省效宏的目的。

利用本发明检测装置对白云水电站混凝土面板坝水下防渗面渗漏疑似区域进行现场渗漏检测，获得了水库防渗面板11664m²范围内的渗漏水的流声场的分布，再经过解析渗漏场流速数学模型，精确地确定出该水库防渗面板破损漏水的坐标，尤其是面板之上有5～10m的土壤覆盖层，能够成功探测出面板破损的具体位置，尚属首例。为下一步采取有针对性的堵漏措施，提供了准确依据。

水下声纳探测原理与公式

水下声波渗流探测技术，是利用声波在水中的优异传导特性，而实现对水流渗漏场的测量。如果被测水域的水体存在渗漏，则必然会在测区产生渗漏流场^[3]，声纳探测器能够精细地测量出声波在流体中传播的大小，顺流方向声波传播速度会增大，逆流方向则减小，同一传播距离就有不同的传播时间。利用传播速度之差与被测流体流速之间的关系，建立连续的渗流场的水流质点流速方程。

式中：

L—声波在传感器之间传播路径的长度，m;

U—流体的平均流速，m/s。

通过大量的室内外实验测试以及水电工程的验证，本方法能够定量测量出所有水下建筑物和库底的渗漏入水口的流速，尤其适合快速探测水下集中渗漏通道，测量深度达到200米。

现场试验工况

野外试验工作从2011年3月31日至4月19日止，现场试验三个内容。1.平行于面板坝从桩号：纵0+112～0+172，横0+20-0+190，测量面积10020m^2,，测量网格5m×5m，测到大的流速增加到1m一个测点，测量结点数385个。2.垂直于面板坝从桩号：纵0+80～0+217，横0+55～0+67测量面积1644m²，测量网格1m×1m和2m×2m，测量结点数118个； 3.另在溢洪道的进口处测量了20个结点数。总测量面积：11664 m^2,。

三维声纳测量坐标的控制和定位，1.Y坐标与面板坝的轴线垂直，控制线选定在L11与L12两块面板的结缝上，桩号在0+115m上，用经纬仪作垂线，将事先标记好的5m长线，固定在水面上。2.X坐标与面板坝的轴线平行，控制线选定在面板之上开始堆积土层的上方，从桩号：0+112m开始，到0+172m止。在60m的长度内，沿大坝两端的岸边上各埋设13根钢筋，其上固定好标记的5m标记长线，即形成5m×5m 的方格。3. Z坐标垂直于水库水面，为测量船上的声纳探头，在每一个网格的结点上实施测量，Z坐标的测量深度为测量当天的库水位平面以下的测量探头的水下地面高程。

渗漏流量计算与分析

测量时的上游水位498.78m下游水位438.7 m，上下游水位差60.78m，此时的大坝渗漏水量是648.7 l/s。测量船沿着11664 m²面积上的网格一一测量，得出所有测点上的XYZ点上的渗流速度U，依据渗流速度所对应的渗流面积，就能够计算出各渗流区域的渗漏量，并划分出集中渗漏区，强渗漏区和一般渗流区。根据对三种渗漏测量的平均流速与其对应的渗漏面积，计算出三种不同渗漏流速、渗流量和渗漏比例的数据见表1。

表1、渗漏量计算表

名称	渗漏面积	渗流速度	渗漏量	入渗比例
					单位	m²	m/s	m³/d	%
集中渗漏	1.37E+00	2.29E-01	2.72E+04	49.2
					强渗漏	3.23E+02	5.35E-04	1.50E+04	27.1
渗透带	1.75E+03	8.70E-05	1.32E+04	23.7
					总计	2074.374		55286

表1中的集中渗漏通道是按漏洞的平均半径0.25m计算，7个洞的总渗漏面积1.37m², 最大渗漏流速0.66m/s，最小渗漏流速0.1m/s，平均渗漏流速0.229m/s,集中渗漏量27179m³/d,占总渗漏量的49.2%。强渗漏带的总渗漏量14953m³/d, 占总渗漏量的27.1%。。散浸区的渗流量是13154 m³/d, 占总渗漏量的23.7%。

声纳渗漏探测结果的确切性验证

为了验证声纳水下探测集中渗漏通道的真实性，配备了专业的潜水员和设备，当场进行水下摄像和喷墨示踪。

为保证声纳水下渗漏探测结果的确切性，本次探测完成后对所查到的集中渗漏通道作了染料示踪检测。连通性试验于2011年4月19日由业主方、设计方和示踪试验方（分别为白云电站、长江委长江勘测规划设计研究院、杭州华能大坝安全工程技术有限公司）组成的检测小组进行。经检测小组的现场检测，验证了所声纳探测的入水口就是贯通坝体上下游的渗漏通道。从渗漏洞口进入的示踪染料流到了渗漏的出水口如图3所示,连通试验中示踪染料的平均行程时间为二小时三十分。连通性示踪试验证实了声纳渗漏探测方法的正确性和可靠性。

结论与意义

通过对白云水电站混凝土面板坝的水下116640m²区域,所进行的声纳探测，已查清了混凝土面板覆盖层及其周边区域渗漏的具体坐标和渗漏量的分布情况，并对其测量数据进行了综合分析、计算,对其渗漏状况可以做出一个较为清晰的评估结果：

（1）利用声纳技术对水库渗漏的入水口进行现场探测，能够定量、快速、准确地测量出水下建筑物和库底的渗漏流速和渗漏量。

（2）检测出了白云电站三种漏水形式的漏水源，1.查出了7个集中渗漏通通；2.探测到6个强渗漏带；3.检测出1750m²的散浸区域。

（3）大坝渗漏区主要发生在左岸，且A、B两个大流速的渗漏通道和强渗漏区都发生在周边缝附近，1750m²的散浸区域亦出现在左岸。

（4）通过测量与计算得出三种水库渗漏形式的渗漏量和渗漏比例：集中渗漏通道占总渗漏水量的49.2%；强渗漏带占总渗漏量的27.1%；散浸区域占总渗漏量的23.7%，各渗漏量值见表1。

（5）检测出无土壤覆盖层的素混凝土面板的接缝上尚有8～18m/d的渗漏流速在发生。

（6）测量结果显示，一般孤立出现的集中渗漏点，因地质构造产生的原因较多。而区域性的大面积连片出现大的集中渗漏和强渗漏的组合体，混凝土面板出现破坏的可能性较大。

（7）加大对坝体渗漏水量的实时检测和分析。除此之外还要加强对无覆盖层的混凝土面板的检测，尽早摸清其面板坝的整体渗漏状况。

例2。

霍林河水库位于内蒙古霍林河的上游，距离霍林郭勒市26km，水库集水面积342K m²，多年平均径流量1902万m³。大坝坝型为沥青混凝土心墙砂壳坝，坝长1230 m，最大坝高26.1 m，总库容4999万m³。是一座以电力工业供水为主，兼顾城市防洪、旅游及水产养殖为一体的中型拦河水库。

霍林河水库主体工程于2005年4月19日正式开工， 2008年10月工程完工，并移交运行。水库自蓄水近三年以来，最高蓄水位仅为943m，距正常蓄水为还有近8m，其渗水量已达500万m³/年，为2009年水库年供水量182.4万m³的近三倍，对于干旱地区的水库而言，不能正常蓄水，发挥供水效益，无疑是水资源的巨大浪费。加之在目前水库低水位运行的情况下，坝脚已出现了局部的渗漏塌陷现象，左坝肩也有绕坝渗流，如发生大的洪水，在较高的水位条件下，大坝安全运行也是十分令人担心的。基于上述原因，认真查清大坝渗漏原因并进行有针对性的处理十分必要。

传统勘察方法查找地下渗漏状况，只能做到根据钻孔揭示的岩心取样做粗略分析，一般无法确定地下水的渗流场分布，尤其无法根据各孔的渗流状况对整个区域的渗漏做出总体判断，这样就不能对区域渗漏做出正确的整体分析。以前对水库渗漏处理效果不好，主要问题在于未能准确找到渗漏成因和渗漏途径，从而也就无从制定出有针对性的防渗措施，其结果或者是盲目施工，或者是造成防渗处理费用巨大，达不到费省效宏的目的。

本次利用单井水下声波探测法对霍林河水库沥青混凝土心墙坝的渗漏疑似区域进行现场渗漏检测，通过“渗漏水库声纳探测仪”获得了坝前34个地质钻孔和水库迎水面的六个断面的渗漏水流声场分布，再经过解析渗漏场流速数学模型，精确地获得了水库大坝防渗墙体的渗漏隐患坐标，为下一步采取针对性的堵漏措施提供了准确依据。

此次霍林河水库大坝声纳现场渗漏检测是受长江水利委员会长江勘测规划设计研究院水利水电病险治理研究中心的委托，并得到了中心的支持和现场指导，测试期间还得到霍林河水库的大力协作和支持，在此表示衷心地感谢！

2、水下声纳探测原理与公式

水下声波渗流探测技术，是利用声波在水中的优异传导特性，而实现对水流渗漏场的测量。如果被测水域的水体存在渗漏，则必然会在测区产生渗漏流场，声纳探测器能够精细地检测其声波在流体中传播的大小，顺流方向声波传播速度会增大，逆流方向则减小，同一传播距离就有不同的传播时间。利用传播速度之差与被测流体流速之间的关系，建立连续的渗流场水流质点流速计算公式。

式中：

L—声波在传感器之间传播路径的长度，m;

U—流体的平均流速，m/s。

通过室内外实验测试以及水电工程的验证，声纳测量方法能够定量测定出渗漏水库入水口的流速，钻孔中地下水渗流的速度以及隐蔽工程有破损漏水的坐标位置。此次检测，之所以能够实现对霍林河水库大坝的34个有钢管护套钻孔的地下水运动速度的高质量测量，是因为有针对性制定了测量方案。此方案的技术特点是利用了“渗漏水库声纳探测仪”对渗流声音的非接触式测量完成的。

、现场试验工况

野外试验工作从2011年5月27日至6月9日止，现场试验三个内容。1.大坝防浪墙前的38个地质测孔，平行于大坝轴线桩号：0+0～1+230，测量总深度1881m，测量密度1m，测量结点数1881个；2.垂直于大坝轴线从水面线开始到坝脚线止：0+0～1+000，在35000m²的水域面积中，有重点的布置了6个测量断面，测量间距5m； 3.另在大坝的10个测斜孔和溢洪道中的防渗墙体渗漏处进行了测量。

、地质钻孔的基本情况

2008年曾在大坝防浪墙前距离防渗墙的上游则1.5m处布置了45个地质钻孔，孔距30-50m，起始桩号0-030-0+1290，孔径76mm,钻孔一般深入基岩15-20m，钢管护套下至基岩面。本次测量未作新的钻孔，直接利用了以往钻孔中的孔数38个孔，孔中有水且能够进行水下参数测量的钻孔34个，4个钻孔因淤积变成了干孔。各测孔基本数据见附表1。

、平行大坝轴线断面的孔中渗透流速测量

测量时的上游水位943.56m下游水位930.06 m，上下游水位差13.50m。因为坝下没有设置量水设施，缺少测量时大坝的渗漏水量观量资料。在现场的34个测孔中实施“渗漏水库声纳探测仪”的测量，各孔的水位、孔深、每米的水下孔中渗透流速、渗漏量、各桩号的渗漏数据及分区渗漏比例见附表1。区域渗漏量见表2。

表2、大坝纵剖面渗漏量分区统计表

名称	桩号	平均渗透流速	渗漏量	渗漏量比例	备
						单位	m	m/d	m³/d	%	注
中间渗流区	0+301-0+520	0.783	6571	74.6	重要渗流区
						左岸渗流区	0+0-0+300	0.39	1038	11.80	次要渗流区
右岸渗流区	0+501-1+222	0.126	1197	13.6	一般渗流区
						总计	1222		8806

附表1结果显示表明：1.渗漏量较大的测孔主要集中在1^#、13^#、16^#，其次是在3^#、18^#、19^#、20^#和28^#孔，此8孔总漏水量7631 m³/d,约占总漏水量的86%；2.集中渗漏区分布在0+300-0+520桩号的220米之间，其渗漏量占全部渗漏水量74.6%；3.位于左坝肩的1^#孔有明显的绕坝渗流发生，在7m深的井孔中就有372 m³/d的渗水量，占左坝总渗水量的36%；4.右坝的渗漏水量相对较小，但28^#出现了863 m³/d渗漏水量，占右坝总渗漏水量的72%。

、各测孔渗透系数的分布情况

渗透系数是反映工程质量好坏的重要技术参数。根据以上测量到的大坝纵剖面测孔的渗透流速的分布值，以及各孔地下水位与库水位的水头差值，计算出各测孔的水力梯度，再依据渗透流速与水力梯度的关系式，就能够计算出各测量井孔中的渗透系数值。附表2是大坝纵剖面各测孔渗透系数沿高程分布值，表中数据显示：1.有渗漏表现的测孔，其在平面上的平均渗透系数从大到小的排序是1^#12.5m/d、16^#10.55m/d、13^#10.52m/d、19^#4.7m/d和28^#4.2m/d；2.中间坝段的0+300-0+520桩号的平均渗透系数最大为3.78m/d，左坝段桩号0+0-0+300的平均渗透系数次之为1.63m/d ，右坝段0+501-1+222的平均渗透系数最小0.37m/d。3.渗透系数在高程上的对应数值，1^#在931-936m高程有明显的左坝绕坝渗流发生；13^#在918-933m高程的渗漏量较大，因为此孔靠近泄洪洞，其漏水与泄洪道通过防渗墙的环境有关；16^#在935-921m高程均出现较大的渗透系数，在18-11m/d之间,与防渗墙的受损有关； 17^#、18^#、19^#和20^#孔均出现了较大的基础渗漏值，其渗透系数在1-8m/d之间，说明这一区间发生坝基绕渗的可能性较大。28^#和3^#孔分别达到了4.2和1.6m/d渗透系数值，出现了局部的渗漏问题。

、大坝迎水面护坡的渗漏检测

大坝迎水面的渗漏检测是在坝长1230m，坝坡水面线延伸至35m的水面宽度。在这一水域里，根据坝前测孔渗漏量的大小，有代表性地选择了6个断面，即6^#、10^#、13^#、16^#、19^#和29^#的孔位前方水面进行了检测。现场测量时，将船体的一端用绳索固定在对应的孔口上，另一端用船锚将船体固定在一条直线上，测量船在标有标记的绳索上依次测量。各坐标点的位置和流速测量值见表3。

表3、迎水面声纳检测流速统计表单位：m/d

表2测量结果显示，中间坝段0+300-0+520桩号之间的平均渗透流速0.343m/d为最高，左坝段的次之为0.216m/d，右坝段的最小为0.12m/d，与以上左、中右坝段的孔中渗流大小的排序是一致的，且计算出迎水面的总渗漏水量为11088m³/d。在迎水面的整个测量过程中没有发现很明显的集中渗漏通道，其主要原因有：1.迎水面的防护坡面并不是防渗铺盖，其间的接缝和空洞很多，自然漏水的途径亦多；2.水库的总漏水量与迎水面的渗水面积相比其实很小；3.从防渗墙到迎水面的坡脚70余米，庞大的碎石堆积物，是不易形成集中式漏水通道。

、结论

针对霍林河水库大坝的渗漏问题，所进行的现场地质测孔和迎水面的水下声纳探测，已查清了大坝防渗体渗漏的具体坐标和渗漏量的分布情况，并对其测量数据进行了综合分析、计算,对大坝的渗漏状况可以做出一个较为清晰的评估结果：

（1）在1230m长的大坝纵剖面上测量出了大坝的总渗漏量是8806m³/d。其平均渗透流速0.78m/d中间坝段最大；左坝段的平均渗透流速次之为0.39m/d，右坝段的平均渗透流速最小为0.126m/d，其详细数据见附表1。

（2）大坝纵剖面的渗透特性是中间最大，左坝第二，右坝第三，其平均渗透系数依次是3.78m/d、1.63m/d和0.37m/d与渗透流速的排序是一致的。具体数据见附表2。

（3）34个钻孔显示，有明显渗漏问题的测孔，主要集中在中间坝段的13^#、16^#、17^#、18^#、19^#和20^#的6个渗漏孔，其渗漏水量占总漏水量的74.6%，左坝集中在1^#和3^#两孔的渗漏水量占11.8%，右坝渗漏水量集中在28^#，渗漏水量863 m³/d，占总水量的10%。

（4）从渗透系数的分布高程看，1^#位于左坝端，在930～936高程发生了较明显的左坝绕渗；13^#在泄洪洞的右则，从934～905高程均发生了渗漏，与泄洪洞穿过心墙坝时的环境有关；16^#935～919高程从上到下都出现了较大的渗漏，这样的条状渗漏与防渗墙的破损有关；17^#、18^#、19^#和20^#的4个孔在922～906高程均出现了1～8m/d基础绕渗；28^#的933～916高程的渗透系数在3～5m/d。

（5）测量结果显示，大坝的渗漏重点集中在桩号0+300～0+520的220米之间，而且坝基绕渗，防渗墙的破损，泄洪洞的渗漏都出现在其间，是需要重点加固的坝段。

（6）左、右坝的1^#、3^#和28#的局部渗漏问题，建议进行针对性的防渗处理。

（7）迎水面的断面测量，与其对应测孔的渗流场的渗流状况是一致的，为前后测量数据的应用，提供了佐证。

（8）建议加快对量水堰的建设，尽快建立完整的水库渗流观测数据。

发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims

1.一种单井地下水流速流向声纳测量方法，其特征是它包括以下步骤：

第三，磁航向传感器是根据最先感应到声波信号的传感器与周围的水听器进行测量强度的计算，得出水流矢量相对于探头的运动方向，然后将探头测量到的水流方向与磁航向测量到的地理北极进行叠加，就能够将水流的运动地理方向传送到地面仪表；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是在柱形检测头上安装有压力传感器来感应柱形检测头进入水面以下的坐标位置Z。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是在柱形检测头上安装有GPS定位仪，以准确标定渗漏点的X、Y坐标。

4.一种水库地下水渗漏点的测量方法，其特征是它包括以下步骤：

5.根据权利要求1-4之一所述的方法的一种单井地下水流速流向声纳测量仪，其特征是它主要由水听器、磁航向传感器、压力传感器、GPS定位仪、信号处理电路和计算机组成，所述的水听器、磁航向传感器、压力传感器、GPS定位仪和信号处理电路安装在充满液体的柱形检测头中，所述的水听器由安装在柱形检测头下端的一圈水听器及安装在柱形检测头上端的一个水听器组成；水听器、磁航向传感器、压力传感器和GPS定位仪信号输出端同时与信号处理电路的输入端相连，信号处理电路的输出端与计算机相连。