水庫滲漏檢測中高密度電法探測技術(shù)

陳秋

（開原市水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 鐵嶺 112300）

0 引言

水庫作為重要的水利工程措施，可起到滯洪、蓄洪、供水、發(fā)電等多種作用。然而，隨服役時間增長，在多種因素作用下，水庫常出現(xiàn)不同程度的堤壩滑坡、結(jié)構(gòu)開裂、滲漏等病害，一旦不能及時發(fā)現(xiàn)，并根據(jù)病害成因等進行有效修補，將會對水庫運行安全造成危害，甚至?xí)l(fā)潰壩等嚴重災(zāi)害，嚴重影響下游居民生命財產(chǎn)安全和生態(tài)環(huán)境。其中滲漏病害作為服役水庫的多發(fā)病害，不僅會直接降低水庫運行效益，增加運行成本，還會造成水庫地下結(jié)構(gòu)破壞，誘發(fā)潰壩、決口等風(fēng)險?；诖?，文章依托某水庫滲漏病害檢測實例，使用了高密度電法，在水庫滲漏檢測中進行詳細分析和研究，探討相關(guān)的滲漏病害定位，并結(jié)合科學(xué)驗證方法對檢測技術(shù)進行了驗證，論證了檢測結(jié)果的準確性，對保證水庫運行安全具有重要意義。

1 檢測原理及檢測方式

1.1 檢測原理

高密度電阻率探查法是一種野外地質(zhì)、水文、礦產(chǎn)勘測常用的陣列探測方法，簡稱高密度電法。該方法檢測的原理圖及示意如圖1，其中，A 點B 點兩個點直接接地，形成一個較為穩(wěn)定的人工電場，再將電極M、N置于測點，檢測測點位置地下電場的電位差數(shù)據(jù)，根據(jù)陣列的地面電極裝置系數(shù)與供電電流，收集和記錄地質(zhì)體視電阻率，反映出地質(zhì)體中介質(zhì)導(dǎo)電性變化情況，通過檢測數(shù)據(jù)分析和診斷地質(zhì)體特征。

圖1 高密度電阻率法檢測原理圖

1.2 檢測方式

此次水庫滲漏點檢測，所用的探測陣列為偶極-偶極式排列，檢測陣列排列示意圖見圖2。如圖2，電極A、B 端為供電端，根據(jù)測點位置，合理布置接入點，形成一個較為穩(wěn)定的人工電場，在測點M、N處進行觀測。

圖2 偶極-偶極排列圖

在圖2 所示的偶極-偶極排列下，通過國外進口的SuperstingR8高精度檢測儀來實施控制，通過檢測儀發(fā)出控制命令，SuperstingR8高精度檢測儀為8通道模式，因此每次可以控制8 個通道的點位數(shù)據(jù)，進行相關(guān)的檢測信號和采集，詳見圖3（a）所示；由于該儀器為8 通道儀器，相較于溫納法，圖3（b），在同等精度范圍下，檢測效率提升8 倍；電極采用雙模式自動智能電極，在進行高精度電阻率檢測的同時，還可實現(xiàn)高精度的激發(fā)電位差測量。

圖3 8通道儀器和單通道儀器圖

1.3 工程概況

某水庫是利用三面環(huán)山的地形優(yōu)勢，建造的防洪、蓄水水庫，汛期可存儲山水、雨水的作用，旱季可調(diào)節(jié)下游水流、灌溉等，對下游汛期防洪、旱季灌溉供水起到重要調(diào)節(jié)作用。水庫建成服役后，經(jīng)過一段時間的觀測，發(fā)現(xiàn)在水庫的一段庫區(qū)內(nèi)出現(xiàn)滲漏，對發(fā)現(xiàn)的幾處明顯滲漏點進行了測量，得出其高程均比水庫的最低水位要低。與此同時，調(diào)取了該地段的地質(zhì)檢測報告，對該地區(qū)的地質(zhì)情況進行分析，得出該地區(qū)的地質(zhì)主要是灰?guī)r和中風(fēng)化灰?guī)r，受外力、地下水等因素作用，易出現(xiàn)溶蝕現(xiàn)象，若任其發(fā)展，會發(fā)育成溶洞、溶蝕等，因此存在安全隱患。

進入旱季后，出于調(diào)節(jié)水位的考慮，水庫一般會泄洪，此時水庫壩前，也即此前出現(xiàn)滲漏的位置，就會水位降低，將天然的泥土裸露，這種情況下，松軟的土質(zhì)事宜開展研究方法的探測。根據(jù)實地調(diào)查情況，針對滲漏病害可能發(fā)生區(qū)域，布設(shè)兩條偶極-偶極式陣列測線，參數(shù)見表1。在正式測試前，為保證測量結(jié)果準確性，需測定每個電極接地電阻值R，并確保所有電極的相關(guān)參數(shù)R≤1 kΩ，一旦出現(xiàn)超范圍，可以通過注入鹽水等方法來加以改善。測線布設(shè)的參數(shù)見表1，在下表所列的參數(shù)環(huán)境下再次進行觀測，并對收集數(shù)據(jù)進行分析。

表1 測試的相關(guān)測線布設(shè)參數(shù)表

2 數(shù)據(jù)分析與解釋

2.1 數(shù)據(jù)處理

根據(jù)詳細的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，數(shù)據(jù)檢測全程共1.50 h 并開展了2次測試，測試中涉及相關(guān)數(shù)據(jù)點共634個（包括第1次測試數(shù)據(jù)點421個，第2次測試數(shù)據(jù)點213個）。此次反演分析方法采用阻尼最小二乘法，反演分析采用EarthImager2D進行。

該方法可準確計算測點電阻率數(shù)據(jù)，通過多次的迭代和擬合計算，可得到接近真實觀測到的數(shù)據(jù)，獲得更加真實的反演模型。結(jié)合前人研究成果，在環(huán)境噪聲較小的條件下，如果改變阻尼因子的數(shù)值，將其設(shè)置為0.15，則反演結(jié)果較為符合推測。此外，還可以采用二維光滑濾波系數(shù)消除的方法，來進一步提升采集數(shù)據(jù)的精確度。

2.2 數(shù)據(jù)質(zhì)量

如圖4所示，即為上文中根據(jù)阻尼因子數(shù)值設(shè)置為0.15得出的反演結(jié)果，根據(jù)對比分析可見：經(jīng)過數(shù)據(jù)反演后，1號測線的均方值相對誤差是5.30%，2 號測線的均方值相對誤差是2.60%。

圖4 1號測線和2號測線反演結(jié)果圖

2.3 物探異常推斷

通過分析反演結(jié)果中的低阻率區(qū)域低阻成因，可較為準確地確定滲漏通道位置，測線反演數(shù)據(jù)推斷結(jié)果見表2。

表2 測線反演數(shù)據(jù)推斷表

3 檢測結(jié)果驗證

為驗證此次水庫檢測結(jié)果的準確率，運用現(xiàn)場取芯的方式，進行對比驗證分析，對比結(jié)果見表3。

表3 檢測結(jié)果與鉆探結(jié)果對比表

從表3可知，鉆探結(jié)果與采用的高密度電法檢測結(jié)果吻合度較高，表明偶極-偶極式的檢測方式的檢測結(jié)果較為可靠，可用于類似工況水庫滲漏檢測。

4 結(jié)論

運用阻尼最小二乘法，對選定的2 處測線開展檢測，并進行相應(yīng)的反演分析，根據(jù)反演結(jié)果，這2 處測線的均方值相對誤差分別為5.30%、2.60%，表明數(shù)據(jù)穩(wěn)定性高，具有較高可信性；經(jīng)現(xiàn)場鉆芯驗證，在滲漏通道、溶洞及溶蝕發(fā)育帶識別和定位上，鉆探結(jié)果與檢測結(jié)果具有較高吻合度，表明偶極-偶極式的檢測方式的檢測結(jié)果較為可靠，可用于水庫滲漏病害檢測；研究的不足之處，在于事先根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，選取了滲漏可疑地帶布設(shè)檢測線，可能存在滲漏病害點遺漏問題，后續(xù)需要進一步優(yōu)化檢測方法。