Page 30 - 2021年第52卷第7期

（a）三维布置 （b）管道埋设 （c）现场检测实验
图 2 管道泄漏雷达检测实验平台

泄漏孔
9
Y

……
进水口
2
1
1 2 …… 11
X
图 3 对应图 2（c）现场试验雷达检测测线布置

试验管道泄漏工况主要分无泄漏、正在泄漏和泄漏后三种，泄漏孔方向分为正朝上和斜向上 45°
两种，泄漏量范围在 0.01 L/s 至 0.1 L/s 之间，该供水管道如按照 0.5 m/s 的经济流速考虑，上述泄漏量
占正常输水流量的 0.3% ~ 3%之间，分别对应微小泄漏和小泄漏工况。分别用管线雷达沿着图 3 所示
测线，自 X1 到 X20，Y1 到 Y20 进行扫描，相同工况重复 2 ~ 3 次，每条测线采用测距轮触发测量信号
间距为 1 cm，即 1 cm 为一个测量道号，该道号内雷达发射机垂直向下发射电磁波，在有效探测深度
范围内均匀分布 1024 个采样点，采样间隔为 49 ps，相应总时窗约 50 ns。每个采样点记录因电磁波能
量的不同而引起的振幅值的不同，当电磁波被介质吸收或者反射较小时，相应波的振幅也较小，反
之亦然。每次行程完毕后某测线全部数据经过增益调节、背景消除、零位校正等系列处理，将呈现
出完整的回波图像。需要说明的是，试验中上述数据的处理阈值仅需调整一次即可。试验时同步观
测记录试验池下方排水孔排水情况。

4 现象与机理分析

4.1 无泄漏管道回波 试验发现，当管道充水无泄漏时，无论泄漏孔朝上还是斜向上 45°方向，干沙
状态下典型测线的雷达回波基本一致，典型测线的雷达回波畸变规律一致，如图 4 所示。
图中横坐标代表的是雷达发射、接收机行程距离 L（单位为 m，其中 L=100x 道号），纵坐标表示雷
达波的双程传播时间 t（单位 ns）。测线 Y9 垂直于管道走向，图 4 回波呈现双曲线图像，这也是垂直管
道走向探地雷达标准回波形态。由图可知，雷达离实际管道位置越近，双程传播时间也越短，图中双
曲线的顶点离管道实际位置最近。而在平行管道走向方向探测，呈现的雷达回波图像是一条平行线，
反映出整个探测行程范围内探测介质的介电常数保持一致，说明管道埋深也一致，如图 4（b）所示。用
不同颜色代表不同波振幅强度等级，可绘出平面距离和深度方向采样点处的雷达波振幅图，其特征双
曲线或直线图像亦可清晰看到。这表明，利用研制的探地雷达可以很快速的识别出管道及其走向。
4.2 有泄漏管道回波 选取泄漏孔垂直朝上，微小泄漏量 0.01 L/s、0.02 L/s 工况为例进行说明，泄

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