高密度电法在水库淤积探测中的应用

戴国强+刘成+王俊

摘要：一直以来，水库泥沙淤积问题一直困扰水库的安全。一些水库建成后投入运行的时间较长，由于早期测量、检测和监测仪器落后等原因，引起库区基础资料的缺失，对了解水库泥沙淤积情况影响较大。文中阐述应用高密度电法对某库区泥沙淤积进行调查，连续、快速、有效的探测出了水深和淤积层厚度，探测成果与水上钻孔验证有很好的对应性，为后续水库清淤设计方案提供技术支撑。

关键词：水库淤积；高密度电法；淤积探测；水库清淤

1.引言

水库淤积是一个普遍存在的问题，泥沙的大量淤积，一方面降低了水库的防洪能力，另一方面水库淤积还会引起回水上延，吞蚀既有农田耕地，影响农业生产及社会和谐稳定，因此解决水库淤积存在的问题是十分必要的。水库淤积的地球物理探测手段一般有水上地震法、声呐探测技术、探地雷达技术和高密度电法。本文应用高密度电法对某库区泥沙淤积进行调查，连续、快速、有效的探测出了水深和淤积层厚度，探测成果与水上钻孔验证有很好的对应性，为后续水库清淤设计方案提供技术支撑。

2.水上高密度电法原理

高密度电法原理上属于电阻率法的范畴，是电测深与电剖面的组合，其观测点密度大，获得信息量丰富，可以较详细探测水平和垂直方向上的电性变化。高密度电法是一种阵列布置的物探方法，也称自动电阻率系统，是直流电法的发展，其功能相当于四极测深与电剖面法的结合。通过电极向地下供电形成人工电场，该电场的分布与地下岩土介质的视电阻率ρs的分布密切相关。测量时，AM=MN= NB=AB/3为一个电极间距，A、M、N、B同步向右移动，得到第一层深度的剖面线；接着AM、MN、NB增大一个电极间距，A、M、N、B同步向右移动，得到第二层深度的剖面线；依此类推，这样通过对地表不同部位人工电场的扫描测量，得到视电阻率断面图像，由此来了解地下介质视电阻率ρs的分布，根据地下介质视电阻率的分布推断解释地下地质体的情况。在此工程中即可用于探测淤积层厚度、分布情况。原理示意图见图1。

3.工程应用实例

云南某水库兴建至今已运行近60年，水库原设计总库

容184.3万m3，目前水库的淤积较为严重，影响着水库的安全运行和灌溉效益，一定程度制约受益区经济社会的发展，所以水库清淤工作势在必行。现利用高密度电法对水库水下淤积情况进行探测，需初步查明水库库区淤积层厚度、分布情况，为后续水库清淤设计方案提供技术支撑。

3.1工作布置

某水库淤积层探测共在库区布置14条物探测线，布置10个验证钻孔，实际物探测线布置图见图2。

3.2解释原则

下图3是某水库WT5测线视电阻率断面成果图，测线长度185m，桩号0m～185m。由视电阻率断面图可以看出：电阻率在2Ω·m～220Ω·m之间，电阻率分布均匀，基本呈层状分布，整体有由浅部至深部电阻率逐渐升高的趋势，水平方向上：视电阻率随基岩起伏变化。根据电阻率等级分布，以等值线最密集（电性差异变化最大）的地方为界面，定性的将该剖面大致分为三个电性层：第一层底界面深度4m左右，电阻率18Ω·m左右；第二个层底界面深度10m左右，电阻率20Ω·m左右；第三个电性层底界面深度10m左右，电阻率在60Ω·m左右。电性层分好后，结合地质和钻探资料，定量进行综合解释推断。该剖面桩号79m处通过钻孔ZK05，由地质资料、水深测试资料、钻孔资料知：ZK05钻孔终孔深度为6.8m，该桩号处水深为4.0m，淤积层厚度5.8m，5.8m以下为全、强风化层。综合定量解释后见图4，将第一个电性层的底界面解释为水底界面，第二个电性层的底界面解释为淤积底界面，第三个电性层底界面解释为基岩顶界面，该层主要为淤积质土，全、强风化。

3.3淤积量计算与探测结果分析

3.3.1淤积分布

某水库淤泥厚度分布成果见图5，淤积层厚度的区域分布图是根据每单条测线测试的点数据整合插值形成的二维空间面数据。由成果图可以看出：在纵断面上，泥沙淤积主要发展到坝前，成锥体状淤积形态，坝前淤积多，沿库尾方向淤积逐渐减少，甚至未发现明显淤积；在横断面上，水库淤积基本是平淤，差别很小，从等值线图上看，水库坝前放水口至库尾方向，两岸淤积层厚，中间稍薄一些，形态成槽带状，并且左岸回弯处淤泥层较厚。淤积层厚度最大的地方在测线WT3m—300m附近，该处水深4.7m，水下淤积层厚度约8.7m。14条测线平均水深4.1m，最大水深5.8m，淤积层平均厚度4.6m，最大淤积厚度8.7m。

3.3.2淤积量计算

计算原理：物探共布置14条测线，每条测线得出相应的二维视电阻率断面成果图，根据断面图推测出相应点的淤积层厚度，最后插值成二维空间的厚度数据体，得到淤积层厚度等值线图。计算淤积层体积算法为：将该整个库区面积近似划分1m×1m的单元网格，每个单元网格根据插值的二维数据体给出一个淤积层平均厚度，由此计算出每个网格淤积层的体积，累加每一个网格的体积即得到水库淤积层的总体积，水库淤积体积约为63.8万立方米，按照水库原184.3万m3计算，淤积体积约占库容的34.6%。

4.结论

（1）该水库钻孔解释厚度有数值对比的共有13对数据，最大绝对误差0.6m，平均误差0.3m，最大相对误差9.1%。说明使用水上高密度电法开展水库淤积层厚度探测是可行的。实际探测中从探测成果图上能识别水底及淤泥层底界面，进而计算出水深和淤积层厚度。（2）总结整个探测过程形成的工法可保证探测技术有效、规范实施。（3）探测实例表明，該方法具有连续、快速、有效的特点。

参考文献：

[1]雷宛，肖宏跃，邓一谦编.工程与环境物探教程[M].地质出版社， 2006.

[2]王俊，雷宛，李星，等.综合物探方法在工程基础勘探中的应用[J].物探化探计算技术， 2013， 35（2）：215-220.

[3]王兴泰万明浩.工程与环境物探新方法新技术[M].地质出版社， 1996.

[4]唐海燕，周越，张强.综合物探方法在地质构造探测上的应用[J].西部资源， 2016（5）：165-167.

[5]刘福兴，刘璐，刘佳林，等.浅层地震和高密度电法在走滑断层探测中的应用[J].西部资源， 2017（1）.

[6]房磊.物探技术在地质找矿与资源勘查中的应用[J].中国高新技术企业， 2015（26）：151-152.