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水 利 学 报

2021 年 7 月 SHUILI XUEBAO 第 52 卷 第 7 期

文章编号：0559-9350（2021）07-0781-012

输水管道泄漏的探地雷达检测原理和现象机理分析

郭新蕾 ，郑飞飞 ，马朝猛 ，柴端伍 ，付 辉 ，崔海涛 3
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（1. 中国水利水电科学研究院 流域水循环模拟与调控国家重点实验室，北京 100038；
2. 浙江大学 建筑工程学院，浙江 杭州 310058；3. 大连中睿科技发展有限公司，辽宁 大连 116002）
摘要：基于探地雷达检测输水管道泄漏是近年发展起来的一种很有前景、实用性很高的无损检测技术，国内在这
方面的研究处于起步阶段，尚缺乏仪器设备研发和对漏水的现象、机理与反馈图像的比对研究。本文搭建了输水
管道漏损雷达检测试验平台，开展了输水钢管漏水试验和检测试验，对比研究了无泄漏、有泄漏以及泄漏后、泄
漏时等工况下典型测线雷达回波图像的异同，并反演了漏水工况的泄漏范围。结果表明：当管道泄漏后，泄漏水
引起管道周围土壤介电常数显著变化，湿沙状态下平行管道测线雷达回波下移，呈明显的“V”型，垂直方向测线
的回波双曲线形态更加陡峭，斜率更大，该畸变规律有利于锁定大致泄漏范围。“箭形回波”和“孔下回波”是区分
管道泄漏时和泄漏后的雷达回波关键典型特征，尤其较为清晰的孔下回波亮斑是正在发生小泄漏的典型回波图像
特征，且具有规律性。对于管道不停水泄漏的检测，如能辨识出箭形回波和孔下回波，即可实现泄漏的快速定
位。试验验证了利用探地雷达检测输水管道泄漏的有效性，并为漏损探地雷达检测设备和软件的研发提供支撑。
关键词：输水管道；泄漏；探地雷达；图像识别；孔下回波

中图分类号：TV672+.2 文献标识码：A doi：10.13243/j.cnki.slxb.20200765

1 研究背景

目前我国 654 个城市自来水平均漏损率高达 15.7%，农村欠发达城市甚至可达到 70%，城市供
水管网平均产销差也达 17.9%，远低于我国《水污染防治行动计划》提出的供水管网漏损率控制在
［1］
10%以内的要求 。开展管道输水工程及城市供水管网故障预警、监测设备和定位方法的研究，是
我国节水型社会建设的迫切需要。国内外对管道漏损、阻塞检测方法可分为两类：直接检测法和间接
检测法 ［2-4］ 。 前 者 主 要 是 基 于 硬 件 检 测 设 备 ， 包 括 水 听 器 、 听 漏 仪 、 分 布 式 光 纤 光 栅 、 内 窥 机 器
人、探地雷达等，后者利用数据采集系统获得管道参数再通过各类方法，包括压力波、梯度、实
时瞬变流模型等实现对管道的泄漏检测和定位 ［5-6］ 。上述方法各有优缺点，总的来说，漏损检测正
由被动检漏向主动控漏方向发展。如在检测设备方面，基于探地雷达、光纤传感、智能球等新技术
［1］
是当前的研发重点 。
探地雷达检测是当雷达发射的电磁波在传播过程中遇到存在电性差异的分界面或物体时会发生
反射，根据接收到的电磁波的波形、振幅强度和时间变化等特征可推断地下介质的空间位置、结
构、形态和深度。因其数据获取快速、低成本、非开挖接触和效率高等特点，使得基于探地雷达来
检测管道泄漏的技术成为近 20 年发展起来的一种很有前景、实用性很高的无损检测方法 ［7-9］ ，它的本
质是通过检测由泄漏引起局部土体空洞或者土体浸润造成雷达反射波出现异常，比如雷达反射波图
像中因泄漏引起管道周围土壤介电常数变化而表征出来的管道深度变化来辨识漏损位置。Stampolidis
等 ［10］ 利用 Pulse-EKKO 雷达探测了希腊某城市的地下输水管道，成功探测出几种管道类型，并且对漏

收稿日期：2020-09-23；网络首发时间：2021-06-01
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网络首发地址：http：/kns.cnki.net/kcms/detail/11.1882.TV.20210528.1616.003.html
基金项目：国家重点研发计划课题（2016YFC0400605）；中国水科院科研专项（HY0145B802017）
作者简介：郭新蕾（1980-），博士，教授级高级工程师，主要从事水力学研究。E-mail：guoxinlei@163.com
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