本发明涉及地球物理探测技术领域，具体地指一种堤坝渗漏电场三维扫描自动探测装置及方法。
背景技术：
长期以来，国内许多科研工作者对于坝堤渗漏监测技术的研究一直不曾间断，也取得了一定的进展，但对于坝堤渗漏的准确定位及定性定量的解释等方面的研究工作还是存在许多不足。从目前掌握的资料看，还没有完全适用于堤防隐患探测，特别是能够在汛期快速准确地探测坝堤险情的监测装置。同时，虽然堤坝隐患探测的原理与找矿勘测、地质普查、和一般工程勘查领域中的原理相同，后者依据不同的岩土介质往往在密度、磁性、导电性、弹性、放射性等方面存在着差异，从而引起相应地球物理场的局部变化；目前通过利用专门的仪器探测这些地球物理场的分布及变化特征，然后结合己知地质资料，推断地下岩土的埋藏深度、厚度、性质，判定其地质构造、水文地质条件及各种物理地质现象。
各类堤防的隐患探测技术同样是基于各种沿岩土筑成的坝堤正常场与渗漏场的密度、磁性、导电性、弹性、放射性等物理性质上的差异，具备应用各种物探方法的物理前提，用不同的技术方法和物探仪器，探测天然的或人工的地球物理场的变化，通过分析、研究所获得的物探资料及经验推断，解释地质构造和坝堤渗漏分布情况。
目前，堤坝隐患探测方法主要有地质钻探、人工探视和地球物理探测等3种，但是前两种方法均不能满足快速、准确、大面积无损检测等要求，而快速的、可连续性扫描、代表性广、无损伤检的有效方法，主要可归纳为瞬变电磁法、高密度电阻率法、地质雷达探测法、瞬变电磁法、浅层地震法、流场法、地下磁流体探测法等。中国水利水电科学研究所的房纯纲等提出基于渗漏部位电导率“异常”进而探测确定坝堤隐患的瞬变电磁法在枯水期和洪水期在东洞庭湖麻塘坑堤、大毛家湖堤进行了坝堤实测对比工作，验证这种方法的有效性；中国地质大学的王传雷等提出用高密度电阻率法监测坝堤隐患，该方法以坝堤建筑岩土的电阻率差异为基础，通过定点多次反复观测人工建立电流场分布来研究坝堤隐患及动态变化，并且进行了各种的模拟实验及坝堤实测；流场法是通过分析电流场与坝堤渗漏处水流场在一定条件下物理、数学上的一些相似性，用电磁场去拟合坝堤渗漏处的水流场，从而间接探测到渗漏水流场，该法可确定堤坝渗漏的源头，但是不知道渗漏水在水库坝堤内部的流向和路径。其次，瞬变电磁法虽然不受环境、接地电阻限制探测深度大，但当受到大的金属介质的干扰时，其探测结果有待验证，要增加其它探测方法对比补充。这些方法，能够在一定程度上准确地监测堤坝一定深度内坝堤隐患区别于周围介质的电性差异及其动态变化过程，可以对堤坝渗漏的产生和发展过程起到一定的监测与预警，探测结果仅能作为堤防整治工作的参考。
地下磁流体探测法以天然电磁场为工作场源，地下不同的地质体的特征信息以天然电磁波为载体，并随其穿透地壳不同的岩层传输到地表，通过测量大地电磁场在地面产生的电场变化特征来了解地下电断面的电性差异、反演地质结构、确定渗漏带等。地下磁流体探测技术的优势在于：采用天然电磁场、作为工作场源，成本低，工作效率高；但也存在一些不足：探测信号微弱，研究的理论没有形成一个系统，现有的仪器在先进性和可靠性方面还有所欠缺。
综合以上各种探测方法的优缺点，为此，我们提出了堤坝渗漏电场三维扫描自动探测装置及方法，探测追踪供电电场产生的电场三维方向来分析推断堤坝渗漏点的位置。以便对坝堤渗漏快速查找，相对于传统渗漏探测方法结构不唯一的问题，其探测更加可靠。
参考文献：
[1]宋汉周.大坝环境水文地质研究[M].北京:中国水利水电出版社，2007；
[2]束庆鹏，玛琳.堤防隐患探测技术应用初探[J].中国水利，2000,(5):51-52；
[3]土孔伟，周金龙.工程地质及水位地质[M].河南:黄河水利出版社，2009；
[4]汪海滨.高密度电阻率法在堤防隐患探测中的应用[[J].浙江水利水电专科学校学报，2010,22(2):31-34；
[5]房纯刚，葛怀光等.瞬变电磁法探测堤防隐患及渗漏[J].大坝观测与土工测试，2001,25(4):30-32；
[6]邹声杰，汤井W.堤防管涌渗漏实时监测技术研究与应用[[J].水利水电技术，2005,36(1):77-79；
[7]土传雷，董浩斌等.物探技术在监测堤坝隐患上的应用[[J].物探与化探,2001,25(4):294-299；
[8]冷元宝，李跃伦等.流场法探测堤坝管涌渗漏新技术[[J].人民黄河，2001,23(11):36-37；
[9]冷元宝，朱文仲等.我国堤坝隐患及渗漏探测技术现状及展望[J].水利水电科技进展，2002,22(2):59-62；
[10]朱自强，邹声杰等.流场拟介法在洪泽湖大堤管涌渗漏探测中的应用[J].工程地球物理学报，2004,1(3):243一246；
[11]余东.土石坝渗漏的电阻率成像诊断试验研究[D].重庆:重庆交通大学，2010；
[12]黄采伦，张剑等.地下磁流体探测技术及应用鉴定证书「Z].湖南省科技厅:2007020,2007-5-25；
[13]杨荣丰，张可能等.利用天然电场选频法的动、静态信息确定地下径流通道[J].煤炭科学技术，2003,31(4),25-27。
技术实现要素：
本发明的目的就是要提供一种堤坝渗漏电场三维扫描自动探测装置及方法，通过该装置和方法，可对堤坝渗漏点进行自动跟踪快速寻找。
为实现此目的，本发明所设计的堤坝渗漏电场三维扫描自动探测装置，其特征在于：它包括多频率电场信号发射机、电场负极、电场正极和现场接收系统；
所述多频率电场信号发射机放置在堤坝上，电场负极设置在堤坝上游距离可疑渗漏点200米～1000米的水体中，电场正极设置在堤坝下游的水体中，电场负极连接电场信号发射机的负极接线端，电场正极连接电场信号发射机的正极接线端，所述电场正极、多频率电场信号发射机、电场负极和可疑渗漏点能与堤坝上游水体和堤坝下游水体形成供电电场回路；
所述现场接收系统用于对供电电场回路进行探测，并能确定电场集聚区，从而追踪到堤坝渗漏点的位置。
一种利用上述探测装置进行堤坝渗漏电场三维扫描探测的方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：开启多频率电场信号发射机，通过电场负极和电场正极向堤坝上游和堤坝下游的水体供电，这时供电电场会通过堤坝的渗漏点集聚电流形成由电场正极、多频率电场信号发射机、电场负极、可疑渗漏点、堤坝上游水体和堤坝下游水体构成的供电电场回路，多频率电场信号发射机向供电电场回路提供不同频率的一组电场；
步骤2：将现场接收系统安装在水上载体上，并将五极三维电场信号接收探头、声纳探测传感器和GPS(Global Positioning System，全球定位系统)传感器放置水中，五极三维电场信号接收探头、声纳探测传感器和GPS传感器构成探测点；
步骤3：现场接收主机接收五极三维电场信号接收探头、声纳探测传感器和GPS传感器输出的信号，并根据上述信号确定当前探测点的电场的三维方向、探测点的水深和探测点的位置坐标；
步骤4：根据电场的三维方向改变探测点的位置进行追踪探测，并重复步骤3的操作，使现场接收主机确定出堤坝上游的电场最大值区域，该电场最大值区域即为渗漏点。
本发明相比于现有的堤坝渗漏探测设备和方法，本发明的有益效果主要表现在：
(1)由于堤坝渗漏点是电流聚集区域，采用本发明，直接探测出了供电电场的方向，追踪电场的方向，可以快速寻找到堤坝的渗漏点；另外，本发明可大大减少探测数量，节省时间和成本，提高工作效益。
(2)采用本发明，实现不同频率的一组电场发射，可以避开现场的干扰背景；因此，可以提高微弱信号的识别和处理能力，这样可确保探测结果准确可靠。
(3)采用本发明，可以实现现场主机探测时实时显示探测结果，自动追踪电场方向，直到追踪到堤坝渗漏点的位置，无需复杂的人工数据分析和处理阶段。
因此，本发明的装置具备可操作性、有效性和实用性等优点，为国家的堤坝安全和人民的财产提供保障。
附图说明
图1为本发明结构部分的使用状态示意图；
图2为本发明中现场接收系统的结构框图；
图3为本发明中电场探头与现场接收主机连接的结构图；
其中，1—堤坝上游、2—堤坝下游、3—可疑渗漏点、4—堤坝、5—多频率电场信号发射机、6—电场负极、7—电场正极、8—现场接收系统、8.1—现场接收主机、8.2—五极三维电场信号接收探头、8.3—声纳探测传感器、8.4—GPS传感器、8.5—绝缘杆杆体、8.6—铜环电极、9—水上载体
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
如图1～3所示的堤坝渗漏电场三维扫描自动探测装置，它包括多频率电场信号发射机5、电场负极6、电场正极7和现场接收系统8；
所述多频率电场信号发射机5放置在堤坝4顶部的安全位置，电场负极6设置在堤坝上游1距离可疑渗漏点3，200米～1000米(该范围保证测区为均匀电场)的水体中，电场正极7设置在堤坝下游2的水体中，电场负极6连接电场信号发射机5的负极接线端，电场正极7连接电场信号发射机5的正极接线端，所述电场正极7、多频率电场信号发射机5、电场负极6和可疑渗漏点3能与堤坝上游1水体和堤坝下游2水体形成供电电场回路；
所述现场接收系统8用于对供电电场回路进行探测，并能确定电场集聚区，从而追踪到堤坝渗漏点的位置(由于渗漏点是电场集聚的地点，这样就可以根据三维电场方向追踪到堤坝渗漏点的位置)。
上述技术方案中，所述现场接收系统8包括现场接收主机8.1、五极三维电场信号接收探头8.2、声纳探测传感器8.3和GPS传感器8.4，所述现场接收主机8.1的电场信号输入端连接五极三维电场信号接收探头8.2的信号输出端，现场接收主机8.1的声纳探测信号输入端连接声纳探测传感器8.3的信号输出端，现场接收主机8.1的GPS信号输入端连接GPS传感器8.4的信号输出端。
上述技术方案中，所述现场接收主机8.1设置在水上载体9上，五极三维电场信号接收探头8.2、声纳探测传感器8.3和GPS传感器8.4位于在堤坝上游1的水体中。
上述技术方案中，所述五极三维电场信号接收探头8.2包括三根五极绝缘杆，三根五极绝缘杆相互之间垂直，每根五极绝缘杆均包括绝缘杆杆体8.5和固定套在绝缘杆杆体8.5上的五个铜环电极8.6，每根绝缘杆杆体8.5上的铜环电极8.6分别通过导线连接现场接收主机8.1的电场信号输入端。五极具有四个区间，可以测量四个值，根据值的大小，可以判定值大的区间是电流聚集一个方向，三轴是测量出电流的三个聚集方向就可以判定电流的立体三维，以便更易判定电流的聚集点，也就是渗漏点。
上述技术方案中，所述每个绝缘杆杆体8.5上的五个铜环电极8.6相互平行。
上述技术方案中，相邻两个铜环电极8.6之间的距离相等，且距离范围为1米～2米。
上述技术方案中，所述声纳探测传感器8.3安装在三根五极绝缘杆的交点位置，用于探测测点的水深。所述GPS传感器8.4安装在三根五极绝缘杆的交点位置，用于测量测点的坐标位置。上述交点是三维方向测量交汇点，是电流计算的起始点，因此声纳探测传感器8.3和GPS传感器8.4安装交点处可以提高探测的准确性。
一种利用上述探测装置进行堤坝渗漏电场三维扫描探测的方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：根据上述结构将堤坝渗漏电场三维扫描自动探测装置进行安装，开启多频率电场信号发射机5，通过电场负极6和电场正极7向堤坝上游1和堤坝下游2的水体供电，这时供电电场会通过堤坝4的渗漏点集聚电流形成由电场正极7、多频率电场信号发射机5、电场负极6、可疑渗漏点3、堤坝上游1水体和堤坝下游2水体构成的供电电场回路，多频率电场信号发射机5向供电电场回路提供不同频率的一组电场(0.2Hz、0.4Hz、0.6Hz、0.8Hz、1.0Hz、2.0Hz、4.0Hz、6.0Hz、8.0Hz、10Hz，10个频率的电场信号，上述10个频率的测试效果可以相互验证，排除因一种频率有反应就下结论的片面性，保证探测的准确性)；
步骤2：将现场接收系统8安装在水上载体上，并将五极三维电场信号接收探头8.2、声纳探测传感器8.3和GPS传感器8.4放置水中，五极三维电场信号接收探头8.2、声纳探测传感器8.3和GPS传感器8.4构成探测点；
步骤3：现场接收主机8.1接收五极三维电场信号接收探头8.2、声纳探测传感器8.3和GPS传感器8.4输出的信号，并根据上述信号确定当前探测点的电场的三维方向、探测点的水深和探测点的位置坐标；
步骤4：根据电场的三维方向改变探测点的位置进行追踪探测，并重复步骤3的操作，使现场接收主机8.1确定出堤坝上游1的电场最大值区域，该电场最大值区域即为渗漏点。
步骤5：探测点处在电场最大值区域时，通过声纳探测传感器8.3确定渗漏点水深，并通过GPS传感器8.4确定渗漏点的坐标位置。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。