Page 31 - 2021年第52卷第7期

道号/（cm/个） 道号/（cm/个）
地面 地面
50 150 250 50 150 250
0 0
0.0 1.0 2.1 0.0 1.0 2.1
0.00 0.00
200 200
5.00 5.00
10.00 10.00
400 400
15.00 15.00
20.00 600 20.00 600
时间/ns 25.00 时间/ns 25.00

30.00 30.00
35.00 35.00
40.00 40.00
45.00 45.00
50.00 50.00
（a）Y9 测线回波图像及雷达波振幅值 （b）X11 测线回波及雷达波振幅值
图 4 典型测线雷达回波图像及波振幅

漏时长分别为 10 min、45 min。试验发现，泄漏后试验池泄漏孔附近沙的状态基本呈圆形，最终泄漏
孔上方形成一个直径约 10 cm 的渗透孔，深度在 5 cm 左右，仅出现在表面，并未贯穿到管道漏口位
置。渗透孔上下直径接近，底部逐渐收口。渗透孔出现且管道处于正在泄漏状态时，孔内充满水，
而当泄漏停止时，水也随之向下渗入。试验表明，管道泄漏时（即正在泄漏）和泄漏后（泄漏一段时间
后停水）的现象明显不同，对应沙内含水率（聚集存水或浸润沙土）也不同。且不同泄漏量和泄漏时
间，试验池内埋深方向各层沙土浸润面积不同，这也导致各层的状态和含水率不同，如图 5 所示。但
管道泄漏后，浸润变湿的沙相比干沙介电常数明显增大，由式（2）-（4），雷达波波速减小，走时增
大，反映在图像上雷达回波下移。随着含水率的进一步增大，湿沙区域变大，雷达回波进一步下
移。如果管道正在泄漏，聚集水体介电常数更大，直接导致该处雷达波形态剧烈变化。因此，有必
要针对泄漏后和泄漏时两种现象进行分析。

（a）泄漏后沙的状态 （b）泄漏时沙的状态
图 5 微小泄漏后、泄漏时试验池内沙的状态对比

4.3 泄漏后管道雷达回波 图 6 给出的是微小泄漏量 0.01 L/s 工况下不同 Y 测线上雷达回波对比图。
由图可较为清晰的看到泄漏后的管道雷达回波（灰度图像，类似于图 4（a）），但是不同 Y 测线回波图
像呈现一定的扭曲变形。以 Y9 测线为界，距管道相同距离的测线雷达回波呈现类似图像形态，测线
Y2—Y4、Y14—Y16 类似，可清晰观测到管道回波，而离实际管道位置较近的 Y5—Y7、Y11—Y13 较
为模糊，最近的 Y8—Y10 又变得清晰，双曲线顶点即为管线位置。此外，当接近水饱和即含水率很
高时，由于水的介电常数突增，导致双曲线波形整体下移，如图中 Y7—Y11 测线双曲线位置。干沙
状态雷达波双程走时 4.9 ns 左右，湿沙状态走时 11 ns 左右，即 Y9 测线双曲线顶点。根据实验现象再
次确认，当管道处于强烈的水饱和处（Y8—Y10）和非饱和湿润锋处（Y2—Y4），湿润锋即湿沙与干沙

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