高密度電法在青海病險水庫中的應用

李菊花, 裴生玉, 王 忠, 胡萬存

(青海省水利水電勘測設計研究院,青海 西寧 810001)

高密度電法在青海病險水庫中的應用

李菊花, 裴生玉, 王 忠, 胡萬存

(青海省水利水電勘測設計研究院,青海 西寧 810001)

水庫滲漏是水庫工程地質問題之一,嚴重影響水庫正常效益的發揮,為恢復水庫的正常蓄水功能、保障下游人民的生命和財產安全,需對病險水庫進行除險加固。高密度電法作為探測滲漏的一種勘探方法被廣泛應用。闡述高密度電法在青海部分水庫滲漏探測上的應用情況,通過實例說明此方法在水庫滲漏探測中的可行性及有效性。

水庫滲漏;高密度電法;反演

1 高密度電阻率法

1.1 基本原理

高密度電阻率法是基于電阻率測深與電阻率剖面測量兩種方法相結合的原理,通過A、B電極向地下供電,形成穩定的人工電場,在該電場內適當距離的M、N兩點上觀測其間的電位差和電流強度,獲得該電場內測點處介質的電阻率。固定供電極距,在地表觀測某測線上水平方向的電阻率變化情況,了解某一深度介質電阻率在橫向上的變化情況;改變供電極距,可了解不同深度介質在縱向的電阻率變化情況,從而推斷解釋地下地質結構。這種方法原理簡單,圖像直觀,是一種橫向和縱向分辨率都較高的物探方法。

1.2 地球物理特征

高密度電阻率法的應用條件,要求被探查的物質必須有電阻率差異,如土層的電阻率比完整基巖的電阻率低,破碎巖體的電阻率比完整基巖的電阻率低,巖體裂隙、溶洞內充水電阻率低,空洞電阻率高等*羅輝才,高密度電法在工程勘察中的應用研究,第十三屆全國工程物探與巖土工程測試學術大會論文集,2013。。

1.3 主要方法技術

高密度電法的裝置類型很多,常用的也有五六種,按照相關文獻記載[1]和經驗,溫納裝置水平和垂直分辨率較均衡,本次探測裝置類型選用溫納裝置;探測中點距通常應根據目標體的大小適當選取,點距選取還與勘探深度有關,所以應綜合考慮勘探深度、目標體大小、工作效率等因素,普查階段可選用3～5 m的點距。溫納裝置[2](如圖1)測量時,AM=MN=NB為一個電極間距,A、B、M、N逐點同時向右移動,得到第一條剖面;接著AM、MN、NB增大一個電極間距,同時逐點向右移動,得到另外一條剖面;以此類推,這樣不斷地測量下去,得到倒梯形的斷面。

圖1 高密度電法溫納裝置采集示意圖Fig.1 Acquisition schematic diagram of Winner arrangement by high density resistivity method

2 工程實例

2.1 南門峽水庫大壩滲漏探測

2.1.1 工程概述

農業農村部對高毒農藥將采取更嚴厲的管控措施，目前，涕滅威、水胺硫磷、甲拌磷已完成了可行性論證，擬境內禁用，并啟動甲基異柳磷、滅線磷、氧樂果、磷化鋁淘汰方案。下一步將研究淘汰克百威、滅多威、氯化苦等農藥。

南門峽水庫位于青海省互助縣城西北峽口處,距互助縣城15.5 km。水庫始建于1974年,水庫最大壩高37.5 m,壩頂長467 m,庫容1 840萬m3;大壩壩型為壤土心墻砂殼壩。該水庫是以灌溉為主的中型水利工程。

由于水庫位于碳酸巖地區,水文及工程地質條件較復雜,水庫自1982年建成運行以來無法蓄到正常蓄水位,一直帶病運行,水庫邊維修邊運行,先后進行了兩次防滲處理[3]:1989—1990年第一階段防滲處理,處理后大壩右側壩后坡大面積的滲水現象消失;2001—2002年第二階段防滲處理,經處理后左壩肩滲漏嚴重的滲漏量明顯減少。 雖然歷次除險加固后水庫滲漏量有所減少,但由于防滲處理在空間、時間上不連續,壩前仍存在較嚴重的滲漏。為了徹底查明水庫滲漏情況,于2011年5月在主壩壩頂、主壩下游馬道、沿左岸公路共布設高密度電法勘探測線4條(見表1)。

表1 南門峽水庫測線布置情況表

2.1.2 探測成果

通過本次探測,從反演結果(圖2)看,該剖面高阻異常呈“√”型分布,最大電阻率可達4 000 Ω·m,低阻區分布在測線100～155 m處,深度在地表以下40 m左右,該位置與溢洪洞位置基本對應,表明在該壩體左岸溢洪洞附近可能存在滲漏通道。根據物探解譯結果,在有低阻異常部位布置了4個鉆孔,即左壩肩溢洪道出口處ZK11-1,壩體中間上游馬道ZK11-2,右壩肩ZK11-3以及左岸公路邊ZK11-4。據ZK11-1鉆孔揭示情況來看,0～18.3 m為人工填筑壩體,18.3～152.07 m為寒武系深灰或淺紅色灰巖,淺紅色灰巖巖體破碎,巖芯呈碎塊狀,與鉆孔對應較好。

圖2 南門峽水庫測線3反演結果斷面圖Fig.2 Sectional drawing of inversion results of Line 3 about Nanmenxia reservoir

2.2 黑石山水庫大壩滲漏探測

2.2.1 工程概述

黑石山水庫位于青海省海西州巴音河下游,距離州府德令哈市4 km。水庫始建于1987年,水庫庫容3 664萬m3,主壩壩高34.5 m;壩型為粘土心墻砂殼壩,壩長約160 m;副壩為土工膜砂殼面板壩,最大壩高10 m,壩長410 m。是一座以灌溉、防洪為主兼發電的中型水利工程。

由于水庫運行多年,水庫滲漏情況較為嚴重,于2000年經安全鑒定列為中央第一批病險水庫。為了配合水庫除險加固設計,初步查明水庫滲漏情況,評價其危害性,在水庫副壩由右岸至左岸方向共布置了4條勘探測線,其中第一條測線(295 m)起點0 m位置在大壩右岸白色廣告牌下,第二條測線(290 m)與第一條測線重復電極數為29根,第三條測線(295 m)與第二條測線重復電極數為30根,第四條測線(245 m)與第三條測線重復電極數為30根(見表2)。

表2 黑石山水庫測線布置情況表

2.2.2 探測成果

通過此次探測在副壩壩體上共發現兩處較集中的滲漏點,大壩壩基及溢洪道附近均存在較明顯的滲漏區域。由圖3可以看出,相對低電阻率區域在斷面上從左向右分別位于:①測線180～225 m(壩線樁號0+425.0～0+520.0 m),深度22～50 m;②測線610～635 m(壩線樁號0+060～0+085 m現場對應溢洪道附近位置),深度16～45 m。根據物探結果在壩軸線上布置ZK2、ZK3、ZK5三個鉆孔,從鉆孔揭示情況可知,防滲墻深度在23～49.64 m之間,主要為第四系上更新統沖洪積砂卵礫石,呈弱膠結或半膠結狀。經過鉆孔注水試驗滲透系數為9.98E-03～2.48E-02 cm/s,屬強透水層,說明該段為壩基主要滲漏通道之一,物探成果與鉆孔揭示對應較好。

圖3 黑石山水庫副壩視電阻率斷面圖Fig.3 Cross section of apparent resistivity of secondary dam in Heishishan reservoir(上圖為原始電阻率異常,中圖為計算的電阻率異常,下圖為反演結果。)

3 結束語

通過上述高密度電法在水庫滲漏中的應用,從探測效果來看,高密度電法在水庫滲漏探測中是一種行之有效的勘探方法。另外根據工作情況總結出以下幾點結論:

(1) 高密度電法在水庫滲漏探測中對滲漏區低電阻率反映較靈敏。

(2) 高密度電法解釋在進行反演前,應對原始數據進行初步處理,剔除異常點數據,地形改正等。

(3) 為使探測結果更加可靠,最好采用多種方法進行綜合探測,減少結果的多解性。

(4) 對于深厚覆蓋層地區,如果場地條件允許可適當加大勘探間距,以增加探測深度。

[1] 祁增云,任海翔,喬佃岳.高密度電法勘探裝置的選擇和資料解釋[M].昆明:云南科技出版社,2006.

[2] 馬惠杰.南門峽水庫壩區巖溶與防滲處理[J].水文地質工程地質,2002(3):59-61.

[3] 韋忠.青海省互助縣南門峽水庫除險加固工程地質勘察報告[R].西寧:青海省水利水電勘測設計研究院,2011.

(責任編輯：于繼紅)

Application of High Density Resistivity Method in Ill-dangerousReservoir in Qinghai

LI Juhua, PEI Shengyu, WANG Zhong, HU Wancun

(QinghaiSurveyandDesignInstituleofWaterConservancyandHydropower,Xining,Qinghai810001)

Reservoir seepage is one of the geological problems and seriously impacts on full play of the normal benefits of the reservoir.In order to recover the normal function of the reservoir and ensure the safety of life and property in the lower reaches of the reservoir,risk removal and reinforcement works should be done for ill-dangerous reservoir,High density resistivity method is widely used to detect seepage.This paper discusses the application of high density resistivity method in the detection of the seepage of some reservoir in Qinghai.The availability and effectiveness of this method are illustrated by some example.

reservoir seepage; high density resistivity method; inversion

2016-05-13;改回日期:2016-05-26

李菊花(1986-),女,工程師,應用地球物理專業,從事水利水電工程物探工作。E-mail:406561299@qq.com

P631.3

A

1671-1211(2016)03-0324-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.03.018

數字出版網址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160530.0937.024.html 數字出版日期:2016-05-30 09:37