堤坝水库是我国常见的水利设施,承担着对水力资源的调节功能,以及重要的防护作用,与国计民生紧密相连。在我国,主要以土石堤坝为主要类型,数量众多,分布广泛。土石堤坝的结构较为简单,堆填建造材料也相对单一,更容易受到温度、气候以及周边的地质活动等因素影响,从而发生结构上的变化,导致堤坝内部产生能够威胁到坝体稳定和安全的隐患,因此对堤坝隐患灾害的监测、探测显得尤为重要。随着国家对水利工程安全的不断重视,对堤坝设施隐患探测的需求日益增高。在现有的地球物理探测方法基础上,采用高密度直流电阻率法监测隐患不同时间特征和瞬变电磁水中阵列源精细探测,综合两种方式对堤坝隐患进行多层次的探测,确保堤坝隐患在造成重大事故前被有效控制、妥善处理。直流电阻率法是一种快速,简捷的探测方法,但是受到理论原理的限制,探测精度在原有的基础上难以有显著的提高,无法满足堤坝细小隐患的探测需求。相对于常规方式直接探测地质体异常反映,在考虑到堤坝隐患在出现之后,会随时间的推移和外界条件的变化,发生形态、尺寸和位置的改变,表现出明显的电性结构变化,监测其变化量的精度要求相对较低,因此本文采用通过不同时间相对视电阻率特征成像方法实现对土石堤坝的实时监测。目前的不同时间特征堤坝隐患监测技术理论主要基于一维或二维介质模型,无法准确描述三维堤坝结构不同时间的电性变化特征,为此本文基于高密度直流电阻率法探测理论,利用三维非结构有限元数值模拟正演方法,精细模拟典型堤坝隐患模型直流电场的不同时间相对变化特征,分析响应变化规律。数值模拟结果表明,监测结果对堤坝隐患变化趋势具有良好的反映,堤坝隐患尺寸、位置和形态的改变能够引起监测异常幅值和位置的规律性变化。实时连续性的堤坝隐患监测是一种低成本、高效率的预防手段,旨在快速察觉堤坝可能存在隐患的位置,但是不足以达到精细探测隐患的要求。在此基础上,本文引入阵列源瞬变电磁方法对堤坝内部隐患位置进行无损的精细探测。阵列源是一种高性能激发源,具有较强的分辨能力,但是在地面实际工作中难以激发,因此本文改进装置形式,通过水上载物工具,将阵列源放置在堤坝上游河水之中,采用时间域三维有限元方法,在改变源项加载方式的基础上,实现水中阵列源瞬变电磁三维时域有限元正演模拟,以此方法研究阵列源在水中的响应特征,并讨论了阵列源不同参数对源的性能影响。同时对几种典型的堤坝隐患类型进行三维建模,研究了在水中阵列源的激发条件下,管状渗漏,层状渗漏以及洞穴危害等类型的瞬变电磁三维正演结果,分析各类隐患类型的电磁场衰减特征规律,以及关断后的电场分布情况。研究结果表明,水中阵列源能够提高堤坝隐患二次感应场的分辨能力,得到的隐患衰减曲线具有良好的异常反映,能够达到对堤坝内部隐患精细探测的目的。本文基于连续监测和精细探测的模拟仿真结果,综合形成完整的堤坝预警方法,研究结果能够对今后实际设备的设计和现场工作等方面的应用给予指导及帮助。