基于高密度電法的淺層地下水儲(chǔ)水系統(tǒng)研究

范小志

摘 要：水是生命的源泉，而地下水作為人們最為重要的淡水資源，對(duì)生態(tài)環(huán)境具有重要的作用。受埋藏條件的影響，傳統(tǒng)的檢測(cè)方法，已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代化技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的檢測(cè)方法不能對(duì)地下儲(chǔ)水資源進(jìn)行直觀的檢測(cè)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，高密度電法的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)地質(zhì)信息狀態(tài)的檢測(cè)，對(duì)此，筆者就高密度電法的淺層地下水儲(chǔ)水系統(tǒng)，進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

關(guān)鍵詞：高密度電法；淺層地下水；儲(chǔ)水系統(tǒng)；研究分析

中圖分類(lèi)號(hào)：TU641.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）02-0230-02

在很早以前，地表水受到污染的濕潤(rùn)區(qū)域，地下水成為最寶貴的資源，所以，在探索地下水資源狀態(tài)，對(duì)地下水資源的利用，具有重要的影響。但是怎樣才能檢測(cè)到地下水資源情況，成為科學(xué)研究的重點(diǎn)課題。而高密度電法的應(yīng)用，能夠根據(jù)地質(zhì)特征，進(jìn)行地下水資源勘查，并且無(wú)需鉆探和人工開(kāi)挖。

1 高密度電法分析

高密度電法與傳統(tǒng)的電阻率勘測(cè)相同，但在勘察測(cè)點(diǎn)設(shè)置時(shí)，高密度電法和傳統(tǒng)的電阻率不同。在進(jìn)行實(shí)際勘測(cè)時(shí)，只需要把電極分布在間隔的測(cè)點(diǎn)上即可，進(jìn)而勘測(cè)。受電極數(shù)量的影響，電極之間能夠隨意組合，進(jìn)而勘測(cè)出數(shù)據(jù)信息。與傳統(tǒng)的電法測(cè)量相比，高密度電法具有幾種特點(diǎn)：第一，電極布置能夠一次性完成，有效防止了受電極設(shè)置干擾而影響測(cè)量準(zhǔn)確性；第二，能夠勘測(cè)多種電極排列，進(jìn)而得出地電結(jié)構(gòu)中的地質(zhì)信息；第三，現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，使用高密度電法，完成了自動(dòng)化檢測(cè)，速度快，并且避免了受人工測(cè)量出現(xiàn)的誤差；第四，資料實(shí)時(shí)處理和脫機(jī)處理，進(jìn)而提升了電阻率智能化水平。

高密度電法分為兩種類(lèi)型，第一，集中式檢測(cè)系統(tǒng)，例如：WGMD-3、WGMD-4，它主要是通過(guò)WDJD系列的數(shù)字直流激電儀測(cè)量為主，進(jìn)而通過(guò)WDZJ系列的轉(zhuǎn)換器；第二，分布式測(cè)量系統(tǒng)，例如：WGMD-9超高密度系統(tǒng)，通過(guò)WDA超數(shù)字直流電法儀器為主，同時(shí)配有分布式電纜，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)勘察。

高密度電法最早是通過(guò)集中式的轉(zhuǎn)換方法，在進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)多芯電纜將每個(gè)電極轉(zhuǎn)換至轉(zhuǎn)換箱上。電極轉(zhuǎn)換箱主要是通過(guò)微片機(jī)控制的轉(zhuǎn)換設(shè)備，它能夠通過(guò)電極裝置形式、測(cè)點(diǎn)轉(zhuǎn)換，進(jìn)行自動(dòng)化設(shè)置。電極轉(zhuǎn)換箱的電源，通過(guò)電測(cè)儀控制，使信號(hào)傳輸至電測(cè)儀中，進(jìn)而將數(shù)據(jù)信息儲(chǔ)存。

伴隨著社會(huì)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，高密度電法發(fā)展日漸完善。無(wú)論是在嵌入式控機(jī)還是實(shí)時(shí)處理上，有較大的提升。例如：系統(tǒng)通過(guò)嵌入式控制和處理，進(jìn)而完成了多樣化的方法，更適用于戶外檢測(cè)。理論上水平與縱向的分辨率與裝置形式無(wú)關(guān)，但實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)具有較強(qiáng)的水平分辨能力，三極、四極裝置的縱向分辨率好。

經(jīng)比較分析，其結(jié)果與地質(zhì)資料吻合較好，這為推廣應(yīng)用高密度電法提供了科學(xué)合理的依據(jù)。綜合物探方法是巖溶調(diào)查中的重要手段，高密度電法則是綜合物探的有效方法之一，高密度電法兼具剖面法與電測(cè)深法的效果，并具點(diǎn)距小、數(shù)據(jù)采集密度大、能直接反映基巖起浮狀態(tài)，高密度電法測(cè)量的二維地電斷面，能較直觀地反映基巖界線基巖構(gòu)造，能夠了解與圍巖存在電性差異的斷裂構(gòu)造。

2 高密度電法實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)原理

高密度電法發(fā)展久遠(yuǎn)，它主要是根據(jù)物理方法，進(jìn)而檢測(cè)地球相關(guān)的信息狀態(tài)，是一種物探方式。通常情況下，垂直高密度電法方法，在一維結(jié)構(gòu)中較為常見(jiàn)，主要通過(guò)直流電阻方法的實(shí)驗(yàn)機(jī)理，作為直流電，通過(guò)A、B兩個(gè)電流極，導(dǎo)入地下，這樣一來(lái)，則形成了電場(chǎng)。根據(jù)地層間介質(zhì)物體性和差異性，以及導(dǎo)電性上，也會(huì)有不同的效果，然后通過(guò)另一對(duì)電極M、N，進(jìn)行測(cè)量，主要觀察M、N之間的點(diǎn)位差，進(jìn)而推算出地層視電阻率，最后，測(cè)算出地下層的導(dǎo)電性分布狀態(tài)。

當(dāng)電性均質(zhì)等向，并且電阻率為P的半無(wú)限空間介質(zhì)時(shí)，電流強(qiáng)度為I的電源通入地下，在距離R點(diǎn)的電位是：

V=PI/2R （1）

假設(shè)任意四級(jí)排列，將電極A、B極通電流I，那么，在點(diǎn)擊M、N上得出電位差為ΔV關(guān)系式：

ΔV=V（AM）-V（AN）-V（BM）+V（BN）

= （2）

其中：AM、BM、AN、BN是電流極到電位極的距離；將I導(dǎo)入電流中：P為介質(zhì)電阻率；ΔV是電位極間的電位差。

K=2 （3）

圖一，直流電阻法單電流極、電位極在均質(zhì)各向同性半空間圖

將（3）導(dǎo)入（2）中，進(jìn)而（2）得出：P=K （4）

其中：K為幾何排列因子，參照電極間的對(duì)應(yīng)位置制定。

在實(shí)際地層勘察中發(fā)現(xiàn)，地層是由多層結(jié)合而形成的，并不是均質(zhì)等向半空間介質(zhì)，所以，參照公式（4）而得出電阻率，成為視電阻率。在一般情況下，視電阻率不能代表地層的實(shí)際電阻率，視電阻率所表示的是：在電極排列后，全部在電極排列范圍內(nèi)的地層綜合效應(yīng)，而實(shí)際電阻率和厚度。需要根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而得出實(shí)際電阻率。

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

以蘇錫常區(qū)域的太湖平原（廣東省新興縣城區(qū)）為例。該地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快，在地勢(shì)上，隸屬于長(zhǎng)江三角洲南緣平原區(qū)，該地區(qū)地形較為平坦，地勢(shì)起伏較小，在檢測(cè)上較為容易，但是會(huì)受到住宅和道路的影響，因此，該檢測(cè)通過(guò)高密度電阻率方法，通過(guò)溫納排列等方法，進(jìn)行二維勘察，一共完成15條測(cè)線，其包含全部研究范圍內(nèi)，電流極半展距達(dá)到100米。受勘察目標(biāo)的影響，只能進(jìn)行小范圍內(nèi)的檢測(cè)，通過(guò)二維電阻率成像剖面方法，進(jìn)行處理，借助側(cè)向電阻率的變化特點(diǎn)，進(jìn)而判斷地層的區(qū)域和狀態(tài)。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 電法成像剖面結(jié)果

通過(guò)二維反演法，對(duì)電阻率成像剖面數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)。數(shù)據(jù)處理流程的正演通過(guò)單元法得出數(shù)值。其中，數(shù)據(jù)的處理流程可以通過(guò)地形因子，一并進(jìn)行計(jì)算，這樣一來(lái)，有效的防止地表膜需要根據(jù)地形而修整繁瑣，并且，進(jìn)行迭代運(yùn)算的方法，讓計(jì)算結(jié)果更為穩(wěn)定、可靠。

高密度電阻率找到相應(yīng)的平穩(wěn)區(qū)域，在地層剖面上視為含水層。在電阻率成像圖示上，每個(gè)顏色所代表的電阻各不相同，因此在電阻率值上也各不相同，由此可見(jiàn)，電性的變化，從顏色分布上就能夠展現(xiàn)出來(lái)。層狀顏色的不同說(shuō)明含水介質(zhì)與非含水介質(zhì)的變化。高阻向低阻的變化中，表現(xiàn)出含水性由強(qiáng)至弱的變化規(guī)律。

3.2 淺層水賦存條件

尋找7個(gè)鉆孔信息數(shù)據(jù)、施工10個(gè)勘測(cè)孔和高密度電法分布的15條測(cè)線，能夠顯示出地下50米范圍的松散含水砂層中的厚度、埋深、巖心等狀態(tài)，進(jìn)而得出的地質(zhì)狀態(tài)，使之能夠符合水文地質(zhì)空間模型的要求。

4 高密度電法的應(yīng)用

4.1 野外工作技術(shù)

4.1.1 測(cè)網(wǎng)布置

通常狀態(tài)下，通過(guò)地質(zhì)任務(wù)進(jìn)行確定。在項(xiàng)目工程、環(huán)境地質(zhì)調(diào)查上而言，根據(jù)項(xiàng)目工程的地質(zhì)任務(wù)進(jìn)行測(cè)量，具有一定的限制，因此，只能在需要的范圍內(nèi)，進(jìn)行布線、測(cè)網(wǎng)，能夠選擇的范圍較少，這是在項(xiàng)目工程中必然會(huì)遇到的問(wèn)題。而測(cè)網(wǎng)不僅要建立在坐標(biāo)系統(tǒng)之外，還要對(duì)網(wǎng)度和工作方法進(jìn)行解決，這時(shí)就需要技術(shù)人員的工作技巧和經(jīng)驗(yàn)。通常狀態(tài)下，高密度電法需要布置規(guī)則的測(cè)網(wǎng)線，進(jìn)而獲得更多的數(shù)據(jù)信息。

4.1.2 裝置的選擇

不同的測(cè)量系統(tǒng)通常有：溫納、三級(jí)等裝置，每個(gè)裝置各有特點(diǎn)。有時(shí)，高密度電法提供了較多的裝置，而不同的裝置也能夠結(jié)合使用，也可以單獨(dú)使用。高密度電法系統(tǒng)能夠科學(xué)、有效的選擇裝置，在一定程度上，能夠提升數(shù)據(jù)信息的敏感度、放大異常，進(jìn)而提升分辨率。裝置的選擇可以從以下幾個(gè)方面選擇：第一，勘察目標(biāo)的特點(diǎn)；第二，勘察深度；第三，探測(cè)范圍；第四，信號(hào)強(qiáng)度等。

4.2 電極距和排列長(zhǎng)度的選擇

根據(jù)地質(zhì)的大小，以及深埋程度，進(jìn)而選擇電極距和排列長(zhǎng)度。確保橫向分辨率充足，在探測(cè)目標(biāo)橫向上，需要有3根電極通過(guò)，并且，受高密度電法在實(shí)際測(cè)量中的二維測(cè)探剖面法影響，應(yīng)該在確保最大極距能夠勘察到地質(zhì)對(duì)象的基礎(chǔ)上，考量巖背景在二維斷面的反映，若是探測(cè)目標(biāo)較小，則需要電極間距較小，以及較多的電極數(shù)。

5 結(jié)語(yǔ)

眾所周知，地下水的重要性。筆者以蘇錫常區(qū)域的太湖平原為例，對(duì)高密度電阻法的淺層地下水進(jìn)行了詳細(xì)的分析，主要分析了該地區(qū)的地下水資源利用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)地下水資源的開(kāi)采。

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