綜合物探法在大壩滲漏探測中的應用探析

王 平

（新疆維吾爾自治區水利水電工程建設監理中心，新疆 烏魯木齊 830000）

據相關部門統計，土石壩滲漏占比大于80%。新疆境內大部分水庫建于20世紀初，除了自然老化外，還經歷過自然災害，加之管理維護不及時等多種因素，壩體滲漏、金屬結構銹蝕和結構缺陷等安全問題頻繁出現，對附近的居民和農作物造成嚴重威脅。隨著科學技術的發展，綜合物探技術在大壩滲漏探測中取得了較好的成效，得到廣泛應用。本文圍繞綜合物探法在新疆頭屯河樓莊子水庫大壩中的應用進行分析。

1 綜合物探法

綜合物探方法是結合兩種或兩種以上物探方法對目標工程進行多角度探測的一種手段。不同物探法的結合需依照一定原則，盡可能準確、全面地對目標體進行探測:（1）應盡可能選擇不同物性參數的探測方法進行組合，保證探測參數的多樣化，從不同角度呈現對同一個探測體的探測結果，提高探測精度；（2）遵循“深淺相結合”的原則，選擇探測深度淺精度高與探測深度大但精度相對來說比較低的探測方法進行組合，以便獲得更加豐富、完整的探測信息，為工程的設計施工提供指導依據。

圖1 綜合物探法在大壩滲漏探測中的原理示意圖

大地電磁法是從實踐中探索出來的土石壩滲漏高精度探測技術，以天然電磁場為場源，研究大地電性結構的一種重要的地球物理手段。該技術主要是利用滲漏通道水流通電電流產生的磁場確定滲漏通道和位置，精準度高，且測量準確，是目前土石壩滲漏隱患探測的創新手段之一，具有:（1）便捷，兩點位供電，全區域測量；（2）無損，地表非接觸式測量；（3）高效，工作效率高，采集定位一體化；（4）精準，全面解釋滲漏路徑平面位置及深度；（5）直觀，二維和三維成果兼顧的特點，可應用于壩體滲漏探測、堤防搶險（管涌等）。

2 綜合物探法在大壩滲漏探測中的應用

隨著水利工程規模的不斷擴大，對水庫各環節、各部位的監測精度要求也越來越高。綜合物探技術在大壩滲漏探測中取得了較好成效。

（1）大壩滲漏探測前，應詳細勘察現場情況，收集大壩的相關設計、地質、水位等基礎資料，查看大壩附近是否有明顯滲漏點；

（2）根據（1）中勘察所得大壩情況，選擇與工程要求相符的物探方法。大壩滲漏探測方法復雜，推薦采用自然電場法、偽隨機流場擬合法、示蹤法等進行綜合探測；

（3）在側區內布設網狀測線；

（4）全面普查水庫，在異常區域進行加密測試，以便準確劃定滲漏異常區，確定滲漏類型及滲漏通道深度；在滲漏異常區內投入示蹤劑，并在下游進行觀測，確定滲漏路徑，同時記錄示蹤劑投入時間和在出水口的流出時間，計算滲流速度，推算滲漏規模。

3 案例分析

3.1 工程概況

新疆頭屯河樓莊子水庫工程位于頭屯河上游中低山區，距昌吉市和烏魯木齊市分別約75 km、89 km，距下游昌吉市硫磺溝鎮樓莊子村和頭屯河制材廠水文站約8 km，交通便利，是頭屯河上游山區的控制性骨干工程，集灌溉、防洪與城市供水綜合利用。樓莊子水庫水庫總庫容7374萬m3，正常蓄水位1394.5 m，相應庫容6534萬m3，死庫容591萬m3，攔河壩最大壩高78.75 m，等別為Ⅲ等工程，工程規模為中型。庫壩區左岸屬昌吉市硫磺溝鎮管轄，右岸屬烏魯木齊縣管轄。大壩屬2級建筑物，壩型為粘土心墻砂礫石壩，最大壩高82.6 m，海拔1200 m～1400 m，上游坡比 1∶2.5，下游坡比 1∶2。

3.2 大壩滲漏探測

3.2.1 探測方法

根據任務要求，新疆頭屯河樓莊子水庫工程大壩滲漏探測采用自然電場法和偽隨機流場擬合法在庫區開展普查工作。對發現異常的區域進行加密測試，確定滲漏區域和路徑，并在可能存在滲漏區內投入食鹽，進行壩后量水堰電阻測試。

3.2.2 工作布置

探測區共布置30個探測剖面，其中，包括25個自然電場法剖面，測點間距7 m；3個偽隨機流暢擬合法剖面，測點間距7 m。剖面布置遵循“從左至右，從上到下，縱橫交錯”的原則，主要設置在水庫區、大壩、量水堰及壩肩等處。

根據探測技術要求，對新疆頭屯河樓莊子水庫大壩布置兩條側線。

（1）1號測線。沿大壩位置逐漸伸展測線，與大地電磁法的探測線路吻合，形成相互驗證、補充和約束的技術效果。

（2）2號線。通過高密度電法的探測布置與大地電磁法的有機結合，在大壩的左半區形成斜線型，隨即呈現側斜挎，保證測線位于中間位置，經過滲漏探測的重點區域內，能夠保證探測深度達到測量要求。

兩條側線，即1號與2號長度一致，均設定為300 m，電極數量為60個，每一電極的布設間距為5 m，圖4中線條為布置的測線位置，三角為滲漏點。

3.2.3 探測結果及分析

大壩滲漏探測位置示意圖見圖2，大地電磁法整體探測成果圖見圖3，高密度電法儀整體探測見圖4，綜合探測成果圖見圖5。

圖2 大壩滲漏探測位置示意圖

圖3 大地電磁法整體探測成果圖

圖4 高密度電法儀整體探測

圖5 綜合探測成果圖

通過對上述探測成果圖進行綜合分析，可以得出:

（1）新疆頭屯河樓莊子水庫區內左壩存在2處滲漏。圖5中線條代表滲漏通道，三角代表滲漏點。

（2）新疆頭屯河樓莊子水庫大壩的左壩為主要滲漏路徑，比較集中在滲漏區域內，并且位于基巖位置處，結合壩區地質資料(基巖為中侏羅統未分層灰綠色砂巖、泥巖互層)，可以推斷滲漏通道在巖溶處位置。

上述結果表明，新疆頭屯河樓莊子水庫大壩滲漏綜合探測成果精準度高，發現左壩為主要滲漏路徑，且提供了較為準確的地質類型，以及可能存在滲漏通道位置，為新疆頭屯河樓莊子水庫工程的安全提供了保障。

4 結語

（1）新疆頭屯河樓莊子水庫大壩滲漏檢測采用電場法、偽隨機流場擬合法和電阻率剖面法的綜合物探法，查明了水庫大壩的滲漏區域。并結合設計、地質及水位等資料對滲漏區域進行綜合分析，查明了該水電站水庫的滲漏類型主要為壩基和壩體滲漏兩種綜合結果，還查明了水庫的滲漏路徑，推測為無集中滲漏通道。

（2）新疆頭屯河樓莊子水庫本次采用綜合物探法在大壩滲漏探測方面取得了非常好的成果，打破以往使用單一物探法探測的常規思維，為今后物探工作的開展提供了參考和借鑒。

（3）物探方法作為間接的探測方法，受眾多因素影響，如地形因素、電磁干擾等。多種物探方法相互補充、相互驗證是解決上述問題、提高探測成果的有效手段之一。

（4）物探工作必須以地質調查為先導，了解測區的工程地質、水文等情況，以便為后期資料處理和成果分析提供充分的依據。

（5）綜合物探法的優勢在于發揮各物探法的優勢，取長補短，相互補充，相互驗證，以達到提高探測效果和解釋精度的目的。物探方法的組合應滿足不同的探測深度和精度要求。

大壩滲漏綜合物探技術的使用需要遵循先整體再局部的原則，綜合多種物探技術，使之形成相互驗證、相互補充、相互約束的形式，從而達到既定的效果。實際探測過程中，要緊密結合工程的實際情況，調取相關的地質水文資料，通過科學分析，得出詳細、精準的大壩滲漏數量及位置等信息，以確保大壩滲漏探測結果準確。