高密度電法在水庫淤積探測中的應(yīng)用

戴國強(qiáng)+劉成+王俊

摘要：一直以來，水庫泥沙淤積問題一直困擾水庫的安全。一些水庫建成后投入運(yùn)行的時(shí)間較長，由于早期測量、檢測和監(jiān)測儀器落后等原因，引起庫區(qū)基礎(chǔ)資料的缺失，對了解水庫泥沙淤積情況影響較大。文中闡述應(yīng)用高密度電法對某庫區(qū)泥沙淤積進(jìn)行調(diào)查，連續(xù)、快速、有效的探測出了水深和淤積層厚度，探測成果與水上鉆孔驗(yàn)證有很好的對應(yīng)性，為后續(xù)水庫清淤設(shè)計(jì)方案提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：水庫淤積；高密度電法；淤積探測；水庫清淤

1.引言

水庫淤積是一個(gè)普遍存在的問題，泥沙的大量淤積，一方面降低了水庫的防洪能力，另一方面水庫淤積還會(huì)引起回水上延，吞蝕既有農(nóng)田耕地，影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及社會(huì)和諧穩(wěn)定，因此解決水庫淤積存在的問題是十分必要的。水庫淤積的地球物理探測手段一般有水上地震法、聲吶探測技術(shù)、探地雷達(dá)技術(shù)和高密度電法。本文應(yīng)用高密度電法對某庫區(qū)泥沙淤積進(jìn)行調(diào)查，連續(xù)、快速、有效的探測出了水深和淤積層厚度，探測成果與水上鉆孔驗(yàn)證有很好的對應(yīng)性，為后續(xù)水庫清淤設(shè)計(jì)方案提供技術(shù)支撐。

2.水上高密度電法原理

高密度電法原理上屬于電阻率法的范疇，是電測深與電剖面的組合，其觀測點(diǎn)密度大，獲得信息量豐富，可以較詳細(xì)探測水平和垂直方向上的電性變化。高密度電法是一種陣列布置的物探方法，也稱自動(dòng)電阻率系統(tǒng)，是直流電法的發(fā)展，其功能相當(dāng)于四極測深與電剖面法的結(jié)合。通過電極向地下供電形成人工電場，該電場的分布與地下巖土介質(zhì)的視電阻率ρs的分布密切相關(guān)。測量時(shí)，AM=MN= NB=AB/3為一個(gè)電極間距，A、M、N、B同步向右移動(dòng)，得到第一層深度的剖面線；接著AM、MN、NB增大一個(gè)電極間距，A、M、N、B同步向右移動(dòng)，得到第二層深度的剖面線；依此類推，這樣通過對地表不同部位人工電場的掃描測量，得到視電阻率斷面圖像，由此來了解地下介質(zhì)視電阻率ρs的分布，根據(jù)地下介質(zhì)視電阻率的分布推斷解釋地下地質(zhì)體的情況。在此工程中即可用于探測淤積層厚度、分布情況。原理示意圖見圖1。

3.工程應(yīng)用實(shí)例

云南某水庫興建至今已運(yùn)行近60年，水庫原設(shè)計(jì)總庫

容184.3萬m3，目前水庫的淤積較為嚴(yán)重，影響著水庫的安全運(yùn)行和灌溉效益，一定程度制約受益區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，所以水庫清淤工作勢在必行?，F(xiàn)利用高密度電法對水庫水下淤積情況進(jìn)行探測，需初步查明水庫庫區(qū)淤積層厚度、分布情況，為后續(xù)水庫清淤設(shè)計(jì)方案提供技術(shù)支撐。

3.1工作布置

某水庫淤積層探測共在庫區(qū)布置14條物探測線，布置10個(gè)驗(yàn)證鉆孔，實(shí)際物探測線布置圖見圖2。

3.2解釋原則

下圖3是某水庫WT5測線視電阻率斷面成果圖，測線長度185m，樁號0m～185m。由視電阻率斷面圖可以看出：電阻率在2Ω·m～220Ω·m之間，電阻率分布均勻，基本呈層狀分布，整體有由淺部至深部電阻率逐漸升高的趨勢，水平方向上：視電阻率隨基巖起伏變化。根據(jù)電阻率等級分布，以等值線最密集（電性差異變化最大）的地方為界面，定性的將該剖面大致分為三個(gè)電性層：第一層底界面深度4m左右，電阻率18Ω·m左右；第二個(gè)層底界面深度10m左右，電阻率20Ω·m左右；第三個(gè)電性層底界面深度10m左右，電阻率在60Ω·m左右。電性層分好后，結(jié)合地質(zhì)和鉆探資料，定量進(jìn)行綜合解釋推斷。該剖面樁號79m處通過鉆孔ZK05，由地質(zhì)資料、水深測試資料、鉆孔資料知：ZK05鉆孔終孔深度為6.8m，該樁號處水深為4.0m，淤積層厚度5.8m，5.8m以下為全、強(qiáng)風(fēng)化層。綜合定量解釋后見圖4，將第一個(gè)電性層的底界面解釋為水底界面，第二個(gè)電性層的底界面解釋為淤積底界面，第三個(gè)電性層底界面解釋為基巖頂界面，該層主要為淤積質(zhì)土，全、強(qiáng)風(fēng)化。

3.3淤積量計(jì)算與探測結(jié)果分析

3.3.1淤積分布

某水庫淤泥厚度分布成果見圖5，淤積層厚度的區(qū)域分布圖是根據(jù)每單條測線測試的點(diǎn)數(shù)據(jù)整合插值形成的二維空間面數(shù)據(jù)。由成果圖可以看出：在縱斷面上，泥沙淤積主要發(fā)展到壩前，成錐體狀淤積形態(tài)，壩前淤積多，沿庫尾方向淤積逐漸減少，甚至未發(fā)現(xiàn)明顯淤積；在橫斷面上，水庫淤積基本是平淤，差別很小，從等值線圖上看，水庫壩前放水口至庫尾方向，兩岸淤積層厚，中間稍薄一些，形態(tài)成槽帶狀，并且左岸回彎處淤泥層較厚。淤積層厚度最大的地方在測線WT3m—300m附近，該處水深4.7m，水下淤積層厚度約8.7m。14條測線平均水深4.1m，最大水深5.8m，淤積層平均厚度4.6m，最大淤積厚度8.7m。

3.3.2淤積量計(jì)算

計(jì)算原理：物探共布置14條測線，每條測線得出相應(yīng)的二維視電阻率斷面成果圖，根據(jù)斷面圖推測出相應(yīng)點(diǎn)的淤積層厚度，最后插值成二維空間的厚度數(shù)據(jù)體，得到淤積層厚度等值線圖。計(jì)算淤積層體積算法為：將該整個(gè)庫區(qū)面積近似劃分1m×1m的單元網(wǎng)格，每個(gè)單元網(wǎng)格根據(jù)插值的二維數(shù)據(jù)體給出一個(gè)淤積層平均厚度，由此計(jì)算出每個(gè)網(wǎng)格淤積層的體積，累加每一個(gè)網(wǎng)格的體積即得到水庫淤積層的總體積，水庫淤積體積約為63.8萬立方米，按照水庫原184.3萬m3計(jì)算，淤積體積約占庫容的34.6%。

4.結(jié)論

（1）該水庫鉆孔解釋厚度有數(shù)值對比的共有13對數(shù)據(jù)，最大絕對誤差0.6m，平均誤差0.3m，最大相對誤差9.1%。說明使用水上高密度電法開展水庫淤積層厚度探測是可行的。實(shí)際探測中從探測成果圖上能識別水底及淤泥層底界面，進(jìn)而計(jì)算出水深和淤積層厚度。（2）總結(jié)整個(gè)探測過程形成的工法可保證探測技術(shù)有效、規(guī)范實(shí)施。（3）探測實(shí)例表明，該方法具有連續(xù)、快速、有效的特點(diǎn)。

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