Page 35 - 2021年第52卷第7期

时，管道下方的水来不及渗入周围沙土中，该部分存水导致管下方介电常数显著增大出现回波亮
斑，而泄漏后工况停水后泄漏水已经逐渐下渗，总体浸润后湿沙介电常数不大，则不会出现该孔下
回波亮斑。X11 测线的第 4、5 组工况也出现了孔下回波，主要原因是泄漏停水后管道内的存水还没
完全经过小孔下渗下去。小泄漏量泄漏后与泄漏时 Y9 测线雷达回波对比也表明，正在泄漏工况均在
管道下方出现孔下回波亮斑，如图 10 所示。
为研究管道同一断面不同位置发生泄漏时是否也会出现上述现象，设置管道旋转工况，即图 2（b）
中管道逆时针旋转 45°，其它条件不变仍按小泄漏重复上述实验，大量试验也得出同一重要结论，即
“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图像特征。因此，对于管道不停水泄漏的检测，如能从图像上
辨识出“箭形回波”和“孔下回波”，即可实现泄漏的定位。此外，典型测线呈现的箭形回波和孔下回
波特征除了在雷达反射图像上可以清晰辨识，从二者反映的波振幅值来看，这些典型特征均位于某
一位置（或道号）波振幅值的绝对值增大区域，尤其是孔下回波，如图 11 所示。换句话说，针对这两
个异常信息的检测，除了可以直接从图像上自动辨识，也可考虑通过设置波振幅值超出某一区间阈
值来实现管道上述异常信息的识别与报警。

波振幅值 波振幅值
-40000-20000 0 20000 40000 -40000-20000 0 20000 40000
地面 X1 测线 地面 0 Y1 测线
X2 测线 Y2 测线
X3 测线 Y3 测线
波振幅绝对 X4 测线 波振幅绝对 Y4 测线
200 X5 测线 200 Y5 测线
值增大区域 X6 测线 值增大区域 Y6 测线
X7 测线 Y7 测线
X8 测线 400 Y8 测线
X9 测线
Y9 测线
400
采样点 -6000 0 6000 X10 测线 采样点 -8000 0 8000 Y10 测线
X11 测线
Y11 测线
Y12 测线
X13 测线
600 280 X12 测线 600 325 Y13 测线
320 X14 测线 Y14 测线
X15 测线 350 Y15 测线
Y16 测线
800 360 X16 测线 800 Y17 测线
X17 测线
400 X18 测线 375 Y18 测线
X19 测线 Y19 测线
X20 测线 Y20 测线
1000 440 X21 测线 1000 400 Y21 测线
（a）X1—X21 测线第 100 道号 （b）Y1—Y21 测线第 130 道号
图 11 泄漏时测线典型道号所有采样点处波振幅值变化曲线
4.5 泄漏范围识别对比 为研究验证本探地雷达检测管道泄漏的有效性并反演泄漏范围，泄漏试验
后开挖了试验平台内不同厚度的沙土，一方面测量开挖后每层沙土平面内湿沙轮廓尺寸，一方面将
检测中所有 Y 测线对应上述每层沙土平面内采样点的回波振幅取出，并按照不同振幅强度等级对应
不同颜色给出不同开挖深度下沙土平面的波振幅分布，蓝色表示干沙土区域，如图 12 所示，其开
挖深度 H 的间隔为 7 cm，H=45 cm 表示紧贴管道底部那层沙土。由图可知，试验槽表面处的湿沙土
轮廓大致呈圆形，干沙土区域介质的介电常数均匀，探地雷达的接收机接收到的回波振幅值处于同
一强度等级之内。湿沙轮廓线处由于水的浸润，平均介电常数增大，轮廓线处的波振幅值明显变
大，且越靠近管道泄漏孔处的沙土含水率越大，相应波振幅值也发生改变。如图 12（b），开挖至 14
cm 处，湿沙土的轮廓大致呈圆形，沿垂直于 Y 测线方向测量其直径为 212 cm。试验平台沙土开挖至
14 cm 处的波振幅值图对应所有 Y 测线内第 100 道号测量值。第 Y9 条测线与第 Y220 条测线处，由探
地雷达接收到的波振幅值变化幅度较大，说明此处介质介电常数有所变化，为湿沙轮廓线，测量反
演的湿沙范围为 211 cm，与实测距离 212 cm 很接近。当开挖至 45 cm 时，试验平台内沙土全部为湿
沙土，该平面上波振幅值在整个波振幅值曲线中未产生较大幅度变化，说明此处介质的介电常数基
本一致。
此 外 ， 还 对 试 验 中 管 道 上 方 泄 漏 空 腔 的 形 成 原 因 和 与 雷 达 波 的 波 振 幅 图 进 行 了 测 量 比 对 ，
证 实 泄 漏 空 腔 是 由 于 泄 漏 水 体 不 断 淘 刷 泄 漏 孔 附 近 沙 土 逐 步 形 成 ， 波 振 幅 值 图 中 可 看 出 明 显 圆
形 分 界 ， 反 演 泄 漏 空 腔 直 径 29 cm 与 实 际 测 量 吻 合 较 好 。 总 体 来 看 ， 试 验 中 开 挖 后 沙 土 干 湿 轮

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