李菊花, 裴生玉, 王 忠, 胡萬(wàn)存

(青海省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,青海 西寧 810001)

高密度電法在青海病險(xiǎn)水庫(kù)中的應(yīng)用

李菊花, 裴生玉, 王 忠, 胡萬(wàn)存

(青海省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,青海 西寧 810001)

水庫(kù)滲漏是水庫(kù)工程地質(zhì)問(wèn)題之一,嚴(yán)重影響水庫(kù)正常效益的發(fā)揮,為恢復(fù)水庫(kù)的正常蓄水功能、保障下游人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全,需對(duì)病險(xiǎn)水庫(kù)進(jìn)行除險(xiǎn)加固。高密度電法作為探測(cè)滲漏的一種勘探方法被廣泛應(yīng)用。闡述高密度電法在青海部分水庫(kù)滲漏探測(cè)上的應(yīng)用情況,通過(guò)實(shí)例說(shuō)明此方法在水庫(kù)滲漏探測(cè)中的可行性及有效性。

水庫(kù)滲漏;高密度電法;反演

1 高密度電阻率法

1.1 基本原理

高密度電阻率法是基于電阻率測(cè)深與電阻率剖面測(cè)量?jī)煞N方法相結(jié)合的原理,通過(guò)A、B電極向地下供電,形成穩(wěn)定的人工電場(chǎng),在該電場(chǎng)內(nèi)適當(dāng)距離的M、N兩點(diǎn)上觀測(cè)其間的電位差和電流強(qiáng)度,獲得該電場(chǎng)內(nèi)測(cè)點(diǎn)處介質(zhì)的電阻率。固定供電極距,在地表觀測(cè)某測(cè)線(xiàn)上水平方向的電阻率變化情況,了解某一深度介質(zhì)電阻率在橫向上的變化情況;改變供電極距,可了解不同深度介質(zhì)在縱向的電阻率變化情況,從而推斷解釋地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)。這種方法原理簡(jiǎn)單,圖像直觀,是一種橫向和縱向分辨率都較高的物探方法。

1.2 地球物理特征

高密度電阻率法的應(yīng)用條件,要求被探查的物質(zhì)必須有電阻率差異,如土層的電阻率比完整基巖的電阻率低,破碎巖體的電阻率比完整基巖的電阻率低,巖體裂隙、溶洞內(nèi)充水電阻率低,空洞電阻率高等*羅輝才,高密度電法在工程勘察中的應(yīng)用研究,第十三屆全國(guó)工程物探與巖土工程測(cè)試學(xué)術(shù)大會(huì)論文集,2013。。

1.3 主要方法技術(shù)

高密度電法的裝置類(lèi)型很多,常用的也有五六種,按照相關(guān)文獻(xiàn)記載[1]和經(jīng)驗(yàn),溫納裝置水平和垂直分辨率較均衡,本次探測(cè)裝置類(lèi)型選用溫納裝置;探測(cè)中點(diǎn)距通常應(yīng)根據(jù)目標(biāo)體的大小適當(dāng)選取,點(diǎn)距選取還與勘探深度有關(guān),所以應(yīng)綜合考慮勘探深度、目標(biāo)體大小、工作效率等因素,普查階段可選用3～5 m的點(diǎn)距。溫納裝置[2](如圖1)測(cè)量時(shí),AM=MN=NB為一個(gè)電極間距,A、B、M、N逐點(diǎn)同時(shí)向右移動(dòng),得到第一條剖面;接著AM、MN、NB增大一個(gè)電極間距,同時(shí)逐點(diǎn)向右移動(dòng),得到另外一條剖面;以此類(lèi)推,這樣不斷地測(cè)量下去,得到倒梯形的斷面。

圖1 高密度電法溫納裝置采集示意圖Fig.1 Acquisition schematic diagram of Winner arrangement by high density resistivity method

2 工程實(shí)例

2.1 南門(mén)峽水庫(kù)大壩滲漏探測(cè)

2.1.1 工程概述

農(nóng)業(yè)農(nóng)村部對(duì)高毒農(nóng)藥將采取更嚴(yán)厲的管控措施，目前，涕滅威、水胺硫磷、甲拌磷已完成了可行性論證，擬境內(nèi)禁用，并啟動(dòng)甲基異柳磷、滅線(xiàn)磷、氧樂(lè)果、磷化鋁淘汰方案。下一步將研究淘汰克百威、滅多威、氯化苦等農(nóng)藥。

南門(mén)峽水庫(kù)位于青海省互助縣城西北峽口處,距互助縣城15.5 km。水庫(kù)始建于1974年,水庫(kù)最大壩高37.5 m,壩頂長(zhǎng)467 m,庫(kù)容1 840萬(wàn)m3;大壩壩型為壤土心墻砂殼壩。該水庫(kù)是以灌溉為主的中型水利工程。

由于水庫(kù)位于碳酸巖地區(qū),水文及工程地質(zhì)條件較復(fù)雜,水庫(kù)自1982年建成運(yùn)行以來(lái)無(wú)法蓄到正常蓄水位,一直帶病運(yùn)行,水庫(kù)邊維修邊運(yùn)行,先后進(jìn)行了兩次防滲處理[3]:1989—1990年第一階段防滲處理,處理后大壩右側(cè)壩后坡大面積的滲水現(xiàn)象消失;2001—2002年第二階段防滲處理,經(jīng)處理后左壩肩滲漏嚴(yán)重的滲漏量明顯減少。 雖然歷次除險(xiǎn)加固后水庫(kù)滲漏量有所減少,但由于防滲處理在空間、時(shí)間上不連續(xù),壩前仍存在較嚴(yán)重的滲漏。為了徹底查明水庫(kù)滲漏情況,于2011年5月在主壩壩頂、主壩下游馬道、沿左岸公路共布設(shè)高密度電法勘探測(cè)線(xiàn)4條(見(jiàn)表1)。

表1 南門(mén)峽水庫(kù)測(cè)線(xiàn)布置情況表

2.1.2 探測(cè)成果

通過(guò)本次探測(cè),從反演結(jié)果(圖2)看,該剖面高阻異常呈“√”型分布,最大電阻率可達(dá)4 000 Ω·m,低阻區(qū)分布在測(cè)線(xiàn)100～155 m處,深度在地表以下40 m左右,該位置與溢洪洞位置基本對(duì)應(yīng),表明在該壩體左岸溢洪洞附近可能存在滲漏通道。根據(jù)物探解譯結(jié)果,在有低阻異常部位布置了4個(gè)鉆孔,即左壩肩溢洪道出口處ZK11-1,壩體中間上游馬道ZK11-2,右壩肩ZK11-3以及左岸公路邊ZK11-4。據(jù)ZK11-1鉆孔揭示情況來(lái)看,0～18.3 m為人工填筑壩體,18.3～152.07 m為寒武系深灰或淺紅色灰?guī)r,淺紅色灰?guī)r巖體破碎,巖芯呈碎塊狀,與鉆孔對(duì)應(yīng)較好。

圖2 南門(mén)峽水庫(kù)測(cè)線(xiàn)3反演結(jié)果斷面圖Fig.2 Sectional drawing of inversion results of Line 3 about Nanmenxia reservoir

2.2 黑石山水庫(kù)大壩滲漏探測(cè)

2.2.1 工程概述

黑石山水庫(kù)位于青海省海西州巴音河下游,距離州府德令哈市4 km。水庫(kù)始建于1987年,水庫(kù)庫(kù)容3 664萬(wàn)m3,主壩壩高34.5 m;壩型為粘土心墻砂殼壩,壩長(zhǎng)約160 m;副壩為土工膜砂殼面板壩,最大壩高10 m,壩長(zhǎng)410 m。是一座以灌溉、防洪為主兼發(fā)電的中型水利工程。

由于水庫(kù)運(yùn)行多年,水庫(kù)滲漏情況較為嚴(yán)重,于2000年經(jīng)安全鑒定列為中央第一批病險(xiǎn)水庫(kù)。為了配合水庫(kù)除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì),初步查明水庫(kù)滲漏情況,評(píng)價(jià)其危害性,在水庫(kù)副壩由右岸至左岸方向共布置了4條勘探測(cè)線(xiàn),其中第一條測(cè)線(xiàn)(295 m)起點(diǎn)0 m位置在大壩右岸白色廣告牌下,第二條測(cè)線(xiàn)(290 m)與第一條測(cè)線(xiàn)重復(fù)電極數(shù)為29根,第三條測(cè)線(xiàn)(295 m)與第二條測(cè)線(xiàn)重復(fù)電極數(shù)為30根,第四條測(cè)線(xiàn)(245 m)與第三條測(cè)線(xiàn)重復(fù)電極數(shù)為30根(見(jiàn)表2)。

表2 黑石山水庫(kù)測(cè)線(xiàn)布置情況表

2.2.2 探測(cè)成果

通過(guò)此次探測(cè)在副壩壩體上共發(fā)現(xiàn)兩處較集中的滲漏點(diǎn),大壩壩基及溢洪道附近均存在較明顯的滲漏區(qū)域。由圖3可以看出,相對(duì)低電阻率區(qū)域在斷面上從左向右分別位于:①測(cè)線(xiàn)180～225 m(壩線(xiàn)樁號(hào)0+425.0～0+520.0 m),深度22～50 m;②測(cè)線(xiàn)610～635 m(壩線(xiàn)樁號(hào)0+060～0+085 m現(xiàn)場(chǎng)對(duì)應(yīng)溢洪道附近位置),深度16～45 m。根據(jù)物探結(jié)果在壩軸線(xiàn)上布置ZK2、ZK3、ZK5三個(gè)鉆孔,從鉆孔揭示情況可知,防滲墻深度在23～49.64 m之間,主要為第四系上更新統(tǒng)沖洪積砂卵礫石,呈弱膠結(jié)或半膠結(jié)狀。經(jīng)過(guò)鉆孔注水試驗(yàn)滲透系數(shù)為9.98E-03～2.48E-02 cm/s,屬?gòu)?qiáng)透水層,說(shuō)明該段為壩基主要滲漏通道之一,物探成果與鉆孔揭示對(duì)應(yīng)較好。

圖3 黑石山水庫(kù)副壩視電阻率斷面圖Fig.3 Cross section of apparent resistivity of secondary dam in Heishishan reservoir(上圖為原始電阻率異常,中圖為計(jì)算的電阻率異常,下圖為反演結(jié)果。)

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述高密度電法在水庫(kù)滲漏中的應(yīng)用,從探測(cè)效果來(lái)看,高密度電法在水庫(kù)滲漏探測(cè)中是一種行之有效的勘探方法。另外根據(jù)工作情況總結(jié)出以下幾點(diǎn)結(jié)論:

(1) 高密度電法在水庫(kù)滲漏探測(cè)中對(duì)滲漏區(qū)低電阻率反映較靈敏。

(2) 高密度電法解釋在進(jìn)行反演前,應(yīng)對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理,剔除異常點(diǎn)數(shù)據(jù),地形改正等。

(3) 為使探測(cè)結(jié)果更加可靠,最好采用多種方法進(jìn)行綜合探測(cè),減少結(jié)果的多解性。

(4) 對(duì)于深厚覆蓋層地區(qū),如果場(chǎng)地條件允許可適當(dāng)加大勘探間距,以增加探測(cè)深度。

[1] 祁增云,任海翔,喬佃岳.高密度電法勘探裝置的選擇和資料解釋[M].昆明:云南科技出版社,2006.

[2] 馬惠杰.南門(mén)峽水庫(kù)壩區(qū)巖溶與防滲處理[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì),2002(3):59-61.

[3] 韋忠.青海省互助縣南門(mén)峽水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程地質(zhì)勘察報(bào)告[R].西寧:青海省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,2011.

(責(zé)任編輯：于繼紅)

Application of High Density Resistivity Method in Ill-dangerousReservoir in Qinghai

LI Juhua, PEI Shengyu, WANG Zhong, HU Wancun

(QinghaiSurveyandDesignInstituleofWaterConservancyandHydropower,Xining,Qinghai810001)

Reservoir seepage is one of the geological problems and seriously impacts on full play of the normal benefits of the reservoir.In order to recover the normal function of the reservoir and ensure the safety of life and property in the lower reaches of the reservoir,risk removal and reinforcement works should be done for ill-dangerous reservoir,High density resistivity method is widely used to detect seepage.This paper discusses the application of high density resistivity method in the detection of the seepage of some reservoir in Qinghai.The availability and effectiveness of this method are illustrated by some example.

reservoir seepage; high density resistivity method; inversion

2016-05-13;改回日期:2016-05-26

李菊花(1986-),女,工程師,應(yīng)用地球物理專(zhuān)業(yè),從事水利水電工程物探工作。E-mail:406561299@qq.com

P631.3

A

1671-1211(2016)03-0324-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.03.018

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160530.0937.024.html 數(shù)字出版日期:2016-05-30 09:37