高密度電法在西湖坑水庫滲漏檢測中的應用

溫文釗

（肇慶市水利水電工程質量檢測站,廣東 肇慶 526040）

隨著經濟和人口的快速發展,對于可持續水資源的需求越來越大。水庫作為一種重要的水利工程設施,對于水資源的儲存和保護具有重要作用。然而,在水庫的建設和運營過程中,滲漏問題經常出現,這導致了許多問題和危險,需要進行密切的監測和準確的檢測。

傳統的滲漏檢測方法具有局限性。例如,滲漏檢測人員通常需要在水庫表面放置大量傳感器以進行數據采集,這不僅費時費力,而且無法精確定位滲漏位置。更重要的是,許多傳統的方法很難檢測地下滲漏問題。

高密度電法的優勢顯而易見。首先,該方法能夠有效地檢測到滲漏問題,準確地確定滲漏位置和情況,幫助人們快速判斷和處理問題。其次,該方法具有操作簡單易行、實施快速、結果可靠等優點。此外,與傳統的方法相比,高密度電法還能夠檢測到更深層的滲漏問題,從而使得監測更加全面和準確。

1 工程概況

西湖坑水庫是一座以灌溉為主,兼有防洪、養殖等綜合利用的中型水庫。水庫屬Ⅲ等工程,工程規模為中型,主要建筑物為3 級,次要建筑物為4 級,防洪標準按50 年一遇洪水設計,1000 年一遇洪水校核。水庫總庫容1173 萬m3,水庫正常高水位80.00m,相應庫容800 萬m3。死水位為74.5m,相應庫容228 萬m3。興利調節庫容572 萬m3。

原樞紐工程主要由主壩、五座副壩、溢洪道、輸水涵等建筑物組成,主壩屬均質土壩,最大壩高20.00 m,壩頂高程84.00 m,防浪墻頂高程85.31 m,壩頂長194.00 m,壩頂寬4.5 m,輸水涵為圓形砼涵管,管徑φ=1.2 m。其它5 座副壩均為土壩,壩高在5.7 m～11.0 m 之間。溢洪道為開敞寬頂堰式,寬6 m,堰頂高程80.0 m。輸水涵為圓形砼涵管,管徑φ=1.2 m。

2 檢測作業

2.1 檢測設備選取

①儀器精度：設備的精度需要能夠滿足實際需要,對于電極間距的控制和電極陣列部署的準確性要求高。

②測量深度：水庫大多具有較深的地下水埋深,因此需要選用能夠深入測量的設備,在縱向剖面方面的測量范圍要滿足。

③數據處理能力：高密度電法設備的數據處理能力決定了對數據的處理程度,因此需對設備的數據處理軟件做詳細的了解。

根據以上設備選取方案,選取的設備見表1。

表1 主要檢測設備一覽表

2.2 檢測方案

高密度電法是一種地球物理勘探方法,在水庫滲漏檢測中具有一定的應用潛力。下面是一種高密度電法在水庫滲漏檢測中的檢測方案：

①確定檢測目標區域。首先需要確定水庫中可能存在滲漏問題的目標區域,通常是水庫底部或者周邊。在排除干擾因素后,可以通過水庫的地理信息系統（GIS）或者衛星遙感技術等手段繪制出目標區域的地理位置圖和地形圖。

②針對目標區域,設計電極布局。根據目標區域的形狀和大小,設計電極布局。一般采用等間距的正方形或者正三角形布置電極,電極之間的距離需要根據實際情況來確定。通常情況下,電極距離越近,測量得到的數據越精確。根據水庫的實際情況,可能需要在不同的深度上設置不同的電極布局。

③進行數據采集和處理。在電極布置完成后,需要借助高密度電法測量儀器對目標區域進行電阻率測試。該儀器會向地下注入電流,并測量不同深度下的電阻率,將測量得到的數據進行處理,繪制出地下電阻率分布圖。

④分析電阻率分布圖。通過對電阻率分布圖的分析,可以初步判斷水庫中是否存在滲漏問題。如果發現某些區域電阻率異常低,可能就意味著該區域存在漏洞或者裂縫,需要進一步進行檢測和修復。

需要注意的是,在進行高密度電法檢測時,需要保證測量現場的安全,并注意避免對水庫和周邊環境造成不必要的干擾和污染。同時,在數據采集和處理過程中,也需要對測量設備和數據精度進行充分的掌握和把握,檢測操作見圖1。

圖1 背水坡高密度電法檢測示意圖

2.3 檢測過程

高密度電法是一種非破壞性的地球物理勘探方法,適用于水庫滲漏檢測。其基本原理是通過在地下埋設電極,經過一定的電流和電場磁場對地下巖土進行探測,測量巖土中的電阻率和電導率等物理參數,從而反演地下水流情況以及水庫滲漏情況。

具體來說,在水庫滲漏檢測過程中,首先要對場地進行細致的調查和勘測,包括地形地貌、地質構造、水文水資源等方面的數據收集和分析。然后在檢測區域內,采用一定的電極排布方式,分別將正、負電極埋設于地下,通過調整電流和電場的大小和方向,對地下巖土進行探測。

在電法勘探中,電流一般通過正電極進入地下,然后通過地下介質,最終返回負電極。當電流通過地下巖土時,會受到地下介質電阻、電導率的影響,而不同的地下介質對電流的影響也不同。因此,在勘探過程中,可以測量不同位置處的電阻率和電導率等物理參數,從而反演不同深度處的地下巖土結構和水流情況。

對于水庫滲漏檢測,可以通過測量不同深度處的電阻率和電導率等參數,分析地下水的流動情況和可能的滲漏情況。如果地下巖土中存在滲漏通道,那么一般會表現為電阻率或電導率異常。通過分析這些異常數據,可以初步判斷滲漏的位置和程度,為后續的修繕和管理提供有效的依據。

本次采用高密度電法對主壩輸水涵上部進行勘探,根據現場實際情況,在主壩背水坡設置2 條測線,測線布置見表2。

表2 測線概況

3 大壩滲漏檢測分析

3.1 高密度電法勘探

3.1.1 背水坡輸水涵上部左側測線

布線方式為自壩腳至壩頂布置,背水坡輸水涵上部左側土質壩體電阻率為2.66 ohm.m～1418 ohm.m,大部分區域電阻在578 ohm.m 左右,距離壩腳8 m～12 m 范圍內,存在孤立低電阻區域,壩體含水量高,該區域可能存在集中滲漏通道,檢測及結果見圖2。

圖2 背水坡輸水涵上部左側測線

3.1.2 背水坡輸水涵上部右側測線

布線方式為自壩腳至壩頂布置,背水坡輸水涵上部右側土質壩體電阻率為1.39 ohm.m～957 ohm.m,大部分區域電阻在376 ohm.m 左右,距離壩腳16 m～17 m、19 m～21 m 范圍內,存在孤立低電阻區域,壩體含水量高,該區域可能存在集中滲漏通道,測試結果見圖3。以上針對高密度電法剖面電阻率剖面圖的異常區域所做的解釋僅是在本次高密度電法工作的基礎上結合現場實際情況所做的推測,其不能代替鉆探工作。

圖3 背水坡輸水涵上部右側測線

3.2 檢測結果分析

3.2.1 此次檢測結果分析

主壩背水坡輸水涵上部左側土質壩體電阻率為2.66 ohm.m～1418 ohm.m,大部分區域電阻在578 ohm.m 左右,距離壩腳8 m～12 m 范圍內,存在孤立低電阻區域,壩體含水量高,該區域可能存在集中滲漏通道。背水坡輸水涵上部右側土質壩體電阻率為1.39 ohm.m～957 ohm.m,大部分區域電阻在376 ohm.m左右,距離壩腳16 m～17 m、19 m～21 m 范圍內,存在孤立低電阻區域,壩體含水量高,該區域可能存在集中滲漏通道。

3.2.2 跑極方式對電阻率成像影響

線性跑極方式。線性跑極方式采用單獨的線性布置電極,這種方式可得到一維電阻率成像。這個跑極方式的優點是數據采集速度很快,缺點是電極間的距離較遠,無法精確地顯示滲漏情況。在檢測水庫較為粗略的滲漏問題時,線性跑極方式是一個有效的選擇。

正方形跑極方式。正方形跑極方式是將電極放置在正方形四個角上,這種方式可以得到二維電阻率成像。這個跑極方式的優點是電極間距相對較近,可以比較準確地顯示滲漏區域的位置和大小。因此,在檢測水庫滲漏問題時,正方形跑極方式是更好的選擇。

三角形跑極方式。三角形跑極方式是將電極放置在三角形的三個角上,這種方式可以得到三維電阻率成像。這個跑極方式的優點是可以更全面地了解水庫的滲漏情況,但缺點是采集數據的速度較慢,需要更多的時間和精力。

對于水庫滲漏檢測,選擇合適的跑極方式非常重要,不同的跑極方式會對電阻率成像產生影響。因此,在實際應用中應根據具體情況選擇合適的跑極方式。

3.2.3 供電電壓對電阻率成像影響

供電電壓越高,可以產生更強的電場,從而可以更好地探測水庫底部的滲漏情況。此時電流將沿著水庫底部的滲漏路徑流動,產生的電壓響應會更加明顯,有利于準確識別和定位滲漏位置。然而,高電壓供電也可能會對周圍環境產生干擾,從而影響電阻率成像的準確性。例如,在強電場下,地下巖石、土壤等介質的電阻率往往會發生變化,這樣就會誤判或漏判滲漏位置。

綜合考慮供電電壓的影響因素后,可以選擇適當的供電電壓,以獲得最優的電阻率成像結果。同時,應該采取合適的探測方案和儀器參數設置,提高數據采集和處理的精度和可靠性,從而得到準確和全面的滲漏檢測結果。

4 結論

相對于傳統方法,高密度電法具有檢測過程簡單、精度高、覆蓋面廣等優點。在本研究中,高密度電法可以快速獲取大范圍內的水庫滲漏情況,并對滲漏的位置、范圍等方面提供了明確的信息。其次,該水庫存在一定程度的滲漏問題。根據高密度電法的分析結果,研究發現該水庫在一定程度上存在滲漏問題,滲漏位置主要分布在水庫的底部以及岸坡靠近水面的區域。這一結論為水庫管理者提供了重要信息,可以幫助其有針對性地采取補救措施。

高密度電法在水庫滲漏檢測中具有很大的應用前景,特別適用于對大型水庫進行滲漏檢測。在今后研究中,我們將繼續拓展該應用領域,為水庫滲漏問題的解決提供更加全面和準確的數據支持。