高密度電法在水庫滲漏隱患探測中的應(yīng)用*

(1.浙江省水利河口研究院， 浙江 杭州 310016； 2.水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學(xué)研究院， 江蘇 南京 210029)

1 概 述

斜角水庫位于江蘇省內(nèi)，建于1954年。水庫集雨面積0.38km2，總庫容19.84萬m3，是一座以防洪、灌溉為主的小(2)型水庫。工程等別為Ⅴ等，主要建筑物級別為5級。大壩為均質(zhì)土壩，壩頂長189m，寬3m，壩頂高程29.00m，最大壩高7m，上、下游坡比分別為1∶2.5、1∶2.0。

當(dāng)前，大壩右壩肩與山體接觸部位下游壩腳存在滲水現(xiàn)象，為分析其是否影響大壩安全，采用高密度電法對大壩滲漏情況進(jìn)行了探測，并提出下一步處置對策。

2 現(xiàn)場檢查

為全面摸清大壩滲漏現(xiàn)狀，有關(guān)成員對水庫進(jìn)行了現(xiàn)場檢查，檢查當(dāng)日庫水位26.80m，天氣晴。下游壩坡總體平整，但右壩肩與山體結(jié)合部位下游壩腳滲水嚴(yán)重，滲水區(qū)域為樁號0+176～0+179段高程22.30～22.80m，見圖1、圖2。

圖1 右壩肩與山體結(jié)合部下游壩腳滲水

圖2 滲水區(qū)域放大

3 高密度電法探測與成果分析

高密度電法具有數(shù)據(jù)采集效率高、提供的地電斷面信息豐富、探測斷面成果圖直觀等優(yōu)點，較適合于均質(zhì)土壩滲漏探測，因此，結(jié)合水庫工程實際情況，采用高密度電法探測大壩滲漏情況。

3.1 高密度電法基本原理及儀器

3.1.1 高密度電法基本原理

高密度電法是以巖土體的電性差異為基礎(chǔ)的一種陣列電探方法。根據(jù)在施加電場作用下地層傳導(dǎo)電流的分布規(guī)律，推斷地下具有不同電阻率的地質(zhì)體賦存情況。野外測量時只需將全部電極(幾十至上百根)置于測點上，然后利用程控電極轉(zhuǎn)換開關(guān)和計算機(jī)工程電測儀便可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速和自動采集。當(dāng)測量結(jié)果傳入計算機(jī)后，還可對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并給出關(guān)于地電斷面分布的各種物理解釋結(jié)果。相對于常規(guī)電法，高密度電法具有以下特點：

a.電極布設(shè)一次完成，這不僅減少了因電極設(shè)置而引起的故障和干擾，而且為野外數(shù)據(jù)的快速和自動測量奠定了基礎(chǔ)。

b.能有效地進(jìn)行多種電極排列方式的掃描測量，因而可以獲得較豐富的關(guān)于地電斷面結(jié)構(gòu)特征的地質(zhì)信息。

c.野外數(shù)據(jù)采集實現(xiàn)了自動化，不僅采集速度快(大約每一測點需2～5s)，而且避免了由于手工操作所出現(xiàn)的錯誤。

d.可以對資料進(jìn)行預(yù)處理并顯示剖面曲線形態(tài)，脫機(jī)處理后還可以自動繪制和打印各種成果圖件。

e.成本低、效率高，信息豐富，解釋方便，勘探能力顯著提高。

3.1.2 高密度電法探測儀器

采用儀器為McOHM Profiler 4 多道數(shù)字電阻率測量儀。該儀器有32個電極轉(zhuǎn)換功能，帶有高分辨率24 位delta sigma A/D 轉(zhuǎn)換器的四通道接收電路，由最新技術(shù)支持的基于PC 的控制器控制，最大輸出為400V(峰流量800V)、120mA。能顯示電流波形、四通道電位波形和衰減曲線，能有效地控制數(shù)據(jù)的質(zhì)量，儀器外觀見圖3，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖4，現(xiàn)地測試過程見圖5。

圖3 McOHM Profiler4 多道數(shù)字電阻率測量儀

圖4 高密度電法測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖(集中式)

圖5 高密度電法現(xiàn)場測試示意圖(溫納α裝置)C1、C2—供電電極；P1、P2—電位電極；a—最小電極距；n—間隔系數(shù)。

3.2 探測方案

根據(jù)現(xiàn)場檢查情況，重點在大壩滲水部位及其附近布置線路探測大壩滲漏情況，為探明大壩右岸繞滲情況以及滲漏通道，部分測線沿右岸山體布置，具體布置情況見下表和圖6。為取得較高探測精度，測線電極陣列采用“溫納”模型。

探測當(dāng)日天氣晴，庫水位為26.80m。

水庫大壩探測斷面特性表

3.3 探測成果分析

采用 Res2dinv 3.54 程序?qū)μ綔y成果進(jìn)行模型反演與成果后處理。數(shù)據(jù)反演采用基于平滑抑制的最小二乘優(yōu)化算法，針對建基面上下壩體填土與基巖存在較大電阻率差異的情況，反演過程中采用了減小對數(shù)據(jù)噪聲敏感性的加強(qiáng)抑制反演法，旨在提高壩體視電阻率的計算精度。

圖6 高密度電法探測線路平面布置

圖7 水庫測線反演模型電阻率斷面(單位：Ω·m)

引入地形修正后的探測數(shù)據(jù)反演云圖(見圖7)。云圖橫坐標(biāo)為樁號，縱坐標(biāo)為高程和測深，均采用常數(shù)坐標(biāo)軸。圖中紅色直線為根據(jù)實測最大壩高確定的近似壩體、壩基分界線。巖質(zhì)材料的電阻率與巖土體材質(zhì)、風(fēng)化程度、是否浸水等因素有關(guān)，當(dāng)壩體或壩基存在滲漏水時，電阻率明顯降低，出現(xiàn)低阻異常區(qū)域，這是高密度電法探測壩體滲漏情況的物理基礎(chǔ)。

由圖7可知：

a.樁號0+182以右區(qū)域為大壩右岸山體，其電阻率普遍高于壩體(樁號0+182以左區(qū)域)電阻率，符合巖土材料電阻率的一般特性。

b.樁號0+186～0+188段高程22.90～24.50m區(qū)域電阻率小于20Ω·m，為云圖中的低阻異常區(qū)。該低阻區(qū)位于右岸山體建基面以上高程部位，結(jié)合現(xiàn)場檢查情況可推測該低阻區(qū)與右壩肩與山體結(jié)合部位下游壩腳滲水有關(guān)，應(yīng)為繞壩滲流的主要通道。

結(jié)合現(xiàn)場檢查情況與高密度電法探測結(jié)果分析可知：大壩右岸存在繞壩滲流，經(jīng)高密度電法探測，繞滲通道主要位于右岸山體內(nèi)距壩軸線+10m、樁號0+186～0+188段、高程22.90～24.50m區(qū)域，為引起右壩肩與山體結(jié)合部位下游壩腳滲水的主要原因。

4 結(jié)論與建議

在現(xiàn)場檢查基礎(chǔ)上，針對水庫大壩存在的滲漏問題，采用高密度電法對大壩滲漏部位進(jìn)行了探測，探測結(jié)果與現(xiàn)場檢查情況可互為驗證。

水庫當(dāng)前存在的滲漏問題雖不至于影響大壩安全運行，但需及早采取必要措施處理，否則可能進(jìn)一步發(fā)展進(jìn)而危及大壩安全。建議在消除滲流隱患前，適當(dāng)降低水位控制運行，加強(qiáng)滲流出口反濾保護(hù)；強(qiáng)化巡視檢查，設(shè)置量水裝置定期觀測滲漏量并及時整編分析；必要時采取灌漿措施封堵繞滲通道。

[1] SL 326—2005水利水電工程物探規(guī)程[S].北京：中國水利水電出版社,2005.

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[3] 陳衛(wèi)輝.溫州市山塘水庫大壩滲漏的成因與處理對策[J].中國水能及電氣化,2007(6):32-34.