高密度電法在堤防滲漏檢測(cè)中的應(yīng)用淺析

(四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 崇州，611230)

新中國(guó)成立以來(lái)的60余年時(shí)間里，我國(guó)堤防工程建設(shè)得到了快速發(fā)展，特別是從1998年我國(guó)發(fā)生了長(zhǎng)江、松花江和嫩江大水以后，堤防工程建設(shè)得到了前所未有過(guò)的重視和加強(qiáng)，國(guó)家已將堤防工程建設(shè)納入了基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的范疇并投入了大量的資金，到目前為止，我國(guó)堤防總長(zhǎng)度已超過(guò)26萬(wàn)km[1]。為高效、迅速地檢測(cè)及加固堤防工程，就必須尋求便捷的滲漏檢測(cè)方法，改變傳統(tǒng)地質(zhì)鉆探、同位素示蹤等時(shí)間長(zhǎng)、費(fèi)用高且局限性較大的方式，充分利用高密度電法的探測(cè)優(yōu)勢(shì)，更為準(zhǔn)確地探明堤防所存在的隱患，有效指導(dǎo)地質(zhì)鉆探與定位、檢測(cè)工程質(zhì)量等工作，避免堤防滲漏情況惡化。基于此，本文通過(guò)對(duì)高密度電法基本探測(cè)原理深入研究，針對(duì)現(xiàn)階段高密度電法在堤防滲漏檢測(cè)中存在的具體問(wèn)題和實(shí)際運(yùn)用，展開(kāi)了全方位的分析與探索。

1 高密度電法的基本原理概述

在堤防滲漏檢測(cè)中應(yīng)用高密度電法，其基本原理與常規(guī)電阻率法并無(wú)差異，與之不同的是高密度電法的測(cè)點(diǎn)密度相對(duì)較高，結(jié)合了電剖面法及電測(cè)探法，具有觀測(cè)精度較高、數(shù)據(jù)采集可靠等優(yōu)勢(shì)，對(duì)于地電結(jié)構(gòu)有一定成像功能，并且能夠獲得更為豐富的地質(zhì)信息，在探測(cè)圖上更為直觀且明顯地反映出堤防裂縫、洞穴、軟弱層等，現(xiàn)已成為較為廣泛的堤防隱患探測(cè)方式。對(duì)于高密度電阻率法探測(cè)系統(tǒng)而言，其信號(hào)采集工作模式分為串行式與并行式，堤防隱患探測(cè)主要選用單道分時(shí)采集系統(tǒng)，并根據(jù)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的具體設(shè)置情況，主要分為集中式與分布式。在設(shè)計(jì)與技術(shù)實(shí)施上，高密度電法所使用的電極數(shù)量較多，且電極之間可自由組合，以提供更多地電信息。與常規(guī)電法相比，高密度電法具有更多優(yōu)點(diǎn)：首先，由于電極布設(shè)一次性完成，減少了因電極設(shè)置所引起的干擾，從而減少測(cè)量誤差[2]；其次，高密度電法能夠獲得更為豐富的地電結(jié)構(gòu)狀態(tài)下的地質(zhì)信息。與此同時(shí)，利用高密度電法也能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)采集與收錄的全自動(dòng)化，提高采集速度，減少人工操作誤差。

2 高密度電法在堤防滲漏檢測(cè)中存在的問(wèn)題及發(fā)展展望

2.1 存在問(wèn)題

在堤防滲漏檢測(cè)中使用高密度電法，即使直流電阻率法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于堤防隱患探測(cè)工程中，但實(shí)際探測(cè)隱患的縱向分辨率始終難以解決，而且現(xiàn)有的各種探測(cè)儀器都難以突破極限，高密度電法更是如此。與常規(guī)電法相比，高密度電法雖然具有很多探測(cè)優(yōu)勢(shì)，但卻并沒(méi)有在原理上進(jìn)行創(chuàng)新，對(duì)于“無(wú)論多窄的裂縫，埋藏多深都能探測(cè)出來(lái)”這一說(shuō)法，也始終毫無(wú)定數(shù)。由此可見(jiàn)，對(duì)于高密度電法而言，其本身所具有的堤防檢測(cè)優(yōu)勢(shì)顯而易見(jiàn)，但的確存在諸多亟待解決的問(wèn)題，為了能夠更為有效地滿足堤防檢測(cè)工程需要，就必須要對(duì)其進(jìn)行更為廣泛的探索。

2.2 發(fā)展展望

對(duì)于在堤防滲漏檢測(cè)中應(yīng)用高密度電法而言，雖然存在一定問(wèn)題，但其未來(lái)發(fā)展范圍仍然很廣泛，直流電阻率法這一探測(cè)技術(shù)，在未來(lái)一定會(huì)有更值得期待的發(fā)展趨勢(shì)。一方面，高密度電法相關(guān)儀器將會(huì)變得越來(lái)越小而輕便，電極道數(shù)將被控制在30～40以內(nèi)，并通過(guò)電池供電，野外作業(yè)以滾動(dòng)式為主；另一方面，高密度電法多用于開(kāi)展決口段、險(xiǎn)工段以及穿堤建筑段，該過(guò)程中儀器對(duì)多參數(shù)且多通道探測(cè)對(duì)堤防本身質(zhì)量與穩(wěn)定性展開(kāi)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。另外，未來(lái)高密度電法在堤防滲漏檢測(cè)過(guò)程中，將擁有越來(lái)越強(qiáng)的數(shù)據(jù)采集能力，并逐漸不再需要數(shù)據(jù)回放。除此以外，以后的高密度電法探測(cè)儀器都將擁有網(wǎng)絡(luò)傳輸功能，以及統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，以便得到更好的探測(cè)效果。由此可見(jiàn)，高密度電法在堤防滲漏檢測(cè)中的應(yīng)用將會(huì)愈發(fā)廣泛，在未來(lái)會(huì)有更廣闊的發(fā)展空間。

3 高密度電法在堤防滲漏檢測(cè)中的具體應(yīng)用分析

3.1 高密度電法探測(cè)堤防隱患的可行性

作為電法勘探的一個(gè)分支，高密度電法屬于直流電阻率法，其基本理論建立在“半無(wú)限均質(zhì)體”的理想條件下：將大地表面視為一個(gè)平面，其上方空氣不導(dǎo)電。從地面向下，則完全是同一種巖石，且其導(dǎo)電性能在各方面都保持一致性[3]?；诖?，研究學(xué)者提出了“視電阻率”這一概念，并將該種探測(cè)方法的探測(cè)范圍逐漸擴(kuò)大為“半無(wú)限非均質(zhì)體”，最終使其得以在不同巖性及復(fù)雜的地質(zhì)體上廣泛應(yīng)用。如今，高密度電法逐漸被廣泛應(yīng)用于堤防隱患探測(cè)工作中，并將“半無(wú)限體”逐漸變?yōu)椤熬哂幸欢◣缀涡螤畹膸缀误w”，而這也引起了較大非議，尤其是地質(zhì)礦產(chǎn)部門(mén)的工作人員提出了較多質(zhì)疑。在研究中發(fā)現(xiàn)，即使高密度電阻率法的基本理論建立在“半無(wú)限體”基礎(chǔ)之上，實(shí)際上并不妨礙其在不同堤身幾何形狀上的應(yīng)用[3]?？梢?jiàn)，在堤防隱患探測(cè)過(guò)程中應(yīng)用高密度電法，在理論上是完全可行的。

3.2 測(cè)線布設(shè)

在堤防滲漏檢測(cè)實(shí)踐過(guò)程中，需要現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行地質(zhì)勘探，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行測(cè)線布設(shè)，沿著堤防走向布置兩條高密度電法測(cè)線，根據(jù)所收集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析與處理。與此同時(shí)，工作人員應(yīng)事先了解區(qū)域巖層電阻率的規(guī)律：首先，巖層電阻率主要取決于自身含水情況以及地下水礦化度大小，即干燥時(shí)電阻率較高、反之則低，礦化度高則電阻率較低，反之則高[3]；一般情況下，火成巖的電阻率高于松散或者破碎且含水的巖層；其次，粘土電阻率低于砂、礫石層的電阻率[3]，且空隙越大則電阻率越高；溫度變化是影響巖石電阻率的直接因素，隨著溫度升高巖石中水的粘滯性也隨之減小，導(dǎo)致水中離子的活動(dòng)能力顯著提高[3]，同時(shí)增加可溶物的溶解度，提高礦化度，致使巖石的電阻率隨著溫度的升高而降低。因此，在進(jìn)行測(cè)線布設(shè)之前，工作人員務(wù)必應(yīng)掌握區(qū)域巖層電阻率的相關(guān)規(guī)律，在此基礎(chǔ)上才能夠有效發(fā)揮高密度電法的探測(cè)有效性。

3.3 數(shù)據(jù)處理與解釋

在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，高密度電法的數(shù)據(jù)處理與解釋主要包括：反演計(jì)算、探測(cè)深度、成果解釋以及現(xiàn)場(chǎng)考察。其中，反演計(jì)算是指利用高密度電法將儀器內(nèi)的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，并進(jìn)行壞點(diǎn)剔除、格式轉(zhuǎn)化、反演計(jì)算等，進(jìn)而繪制成電阻率等值線圖，同時(shí)結(jié)合已知材料做出相應(yīng)反演及具象的地質(zhì)解釋?zhuān)惶綔y(cè)深度，是指根據(jù)剖面的電極距長(zhǎng)短以及最大隔離數(shù)，在決定了最大AB極距的基礎(chǔ)上，也就決定了探測(cè)深度的大?。怀晒忉?zhuān)侵竿ㄟ^(guò)野外數(shù)據(jù)采集的編輯及調(diào)整后，對(duì)曲線或相應(yīng)繪圖單元進(jìn)行圓滑處理，以便清除干擾因素，突出異常，最終得到更為清晰的解釋精度；現(xiàn)場(chǎng)考察，是指工作人員通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)查看及調(diào)查，根據(jù)具體的堤防滲漏情況，結(jié)合高密度電阻率法進(jìn)行解釋?zhuān)缘玫礁鼮槲呛系臄?shù)據(jù)結(jié)果。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在現(xiàn)代堤防滲漏檢測(cè)中，為了有效提高檢測(cè)效率，務(wù)必要摒棄傳統(tǒng)堤防探測(cè)方式，充分利用高密度電法較高的自動(dòng)化程度、工作效率以及形象直觀的異常成像等優(yōu)勢(shì)，保證對(duì)堤防加固等處理工作的準(zhǔn)確性。與此同時(shí)，高密度電法在資料解釋方法上也不需要先驗(yàn)信息，而且計(jì)算速度更快，對(duì)實(shí)例資料的處理結(jié)果也更為精準(zhǔn)。由此可見(jiàn)，高密度電法在堤防滲漏檢測(cè)中更為實(shí)用，對(duì)探測(cè)堤防隱患具有相當(dāng)顯著的貢獻(xiàn)。因此，為了提高堤防滲漏檢測(cè)效率，就必須要充分利用高密度電法的優(yōu)勢(shì)，并配合其他勘探方法進(jìn)行異常區(qū)的驗(yàn)證。