水患自古以來就是中華民族的“切膚之患”。 1998年夏季,正在巴西訪問的何繼善院士,從電視中看到中國正遭受百年不遇的洪水襲擊。洪水的肆虐深深地震動了他的心。作為一位科學家,他深感應該為抗洪做出自己的貢獻。他考慮到潰堤是汛期的最大災害,而管涌是堤壩的“第一殺手”, 90%以上的潰堤是由管涌滲漏造成的。
國內外當時都沒有查找管涌的科學方法和儀器,只能人工拉網式沿堤巡查或派潛水員水下摸探。這不僅效率低、危險性大,探測結果又不精確,而且對深水處的管涌無法查找,因此快速準確查明管涌滲漏的進水部位是汛期處險的關鍵。何繼善院士決心利用現代技術,探索一條查找管涌的“擬流場法”全新思路。
何繼善院士經過一年多的研究后取得突破性進展,根據電流密度場和水流場的相似性原理,創立了全新的探測堤壩管涌滲漏隱患的“擬流場法”理論,通過測量電流密度場,就可以確定滲漏水流場,從而尋找管涌滲漏入水口,研制出了世界上第一臺能在汛期惡劣環境下快速準確探測堤壩管涌滲漏入水口的儀器設備——普及型堤壩管涌滲漏檢測儀。該儀器適用于管涌滲漏檢測、病險水庫治理、礦山坑道突水預警、基坑帷幕滲漏檢測,是土壩、石壩或混凝土壩等各種壩體本身和基礎管涌滲漏探測的專用檢測儀器。普及型堤壩管涌滲漏探測系統由信號發送機、接收機和傳感器三部分組成,以“擬流場法”和“偽隨機多頻信號”理論為基礎,在水中建立人工電流場,采用電流密度多分量檢測、強抗干擾等技術,精確測量水體中的電流密度場,即可實現堤壩管涌滲漏入水口進行高精確度、高準確度和快速探測,為汛期緊急搶險和災后治理提供科學決策依據。
> 1999年何繼善院士(右一)團隊在株樹橋水庫滲漏探測
堤壩管涌滲漏檢測儀特點如下：原理新穎,采用微分測量,靈敏度高,分辨率高;采用“偽隨機信號”建立人工電流場,抗干擾能力強;探頭在水中測量,對堤壩滲漏管涌入水口探測精度高;直接探測,連續掃描測量,速度快;用音樂監聽或表頭顯示等方式查找滲漏部位,操作簡單,容易掌握,易于推廣;適應性強,適用于不同類型堤壩與壩基、不同水流速度和不同氣候條件。經過多年發展,目前產品共有兩種型號： DB-3A堤壩管涌滲漏檢測儀(普及型) 和DLD-20堤壩管涌滲漏檢測儀(加強型)。
> DB-3A堤壩管涌滲漏檢測儀(普及型)
> DLD-20堤壩管涌滲漏檢測儀(加強型)
1998年 11月,何繼善院士得知瀏陽株樹橋水庫嚴重漏水,滲流量達 1 600升 /秒。該水庫蓄水水位海拔 160米,高過長沙地面 100多米,如果大壩一旦發生險情,其后果不堪設想。由于水深達50多米,漏水點上面覆蓋了 6、7米厚的石渣等,準確滲漏點幾年都沒有找到。 1999年底,何繼善院士帶領著幾位助手,帶著儀器,冒著嚴寒,駕船在庫區測量,很快找到漏水部位,經水下電視錄像和工程實踐證實,探測準確率達 100%,為水庫堵漏提供了準確的信息。
1999年和2000年汛期,從湖南到湖北,從湘、資、沅、澧、洞庭湖水系到長江、漢水流域的 20多個縣、市的抗洪現場應用“擬流場法”堤壩管涌滲漏檢測儀快速準確探測出近 100個管涌滲漏的進水部位,在多個重大險情的成功搶險上發揮了巨大作用。僅在湖南省漢壽縣閣金口閘潰垸性特大管涌搶險過程中,就及時準確地找到了多個漏水點和閘前的集中涌漏區,為現場搶險提供了不可替代的科學決策依據。十幾年來,何繼善院士和他的科技小組 ,帶著堤壩管涌滲漏探測儀,先后到湖南、湖北、江西、廣東、海南、江蘇、福建、四川、山東等十多個省市,為當地堤壩探測管涌。他們探測發現 110余處堤防險情和 20余處水庫大壩滲漏點,探測準確率達到了 100%,為這些地方及時準確地排除重大險情提供了極其重要的依據。
> 小橋流水 章治萍/攝
探測堤壩管涌滲漏隱患的“擬流場法”具有靈敏度高、分辨率高、抗干擾能力強、操作簡便、工作高效、可靠性強的特點。堤壩管涌滲漏檢測儀環境適應能力強,測量精度高、靈敏度高;實時數據可存儲和標記,方便后期數據處理;實時繪制曲線,方便現場快速進行異常分析,實現現場快速普查;人機交互友好,可連接RTK和測探儀,實現高精度數據定位和深度探測。它入選教育部“ 1999年中國高校十大科技進展”、 2001年獲湖南省科技進步一等獎?？萍疾俊⑺窟€在長沙召開堤壩隱患探測技術交流大會,重點向全國洪澇災害地區推廣堤壩管涌滲漏檢測儀。2005年,堤壩管涌滲漏檢測儀被國家發改委列為重點產業化支持項目,目前已裝備了中國主要省份的水利技術單位和防汛管理部門。 |
