水库渗漏检测中高密度电法探测技术

陈秋

（开原市水利事务服务中心，辽宁 铁岭 112300）

0 引言

水库作为重要的水利工程措施，可起到滞洪、蓄洪、供水、发电等多种作用。然而，随服役时间增长，在多种因素作用下，水库常出现不同程度的堤坝滑坡、结构开裂、渗漏等病害，一旦不能及时发现，并根据病害成因等进行有效修补，将会对水库运行安全造成危害，甚至会引发溃坝等严重灾害，严重影响下游居民生命财产安全和生态环境。其中渗漏病害作为服役水库的多发病害，不仅会直接降低水库运行效益，增加运行成本，还会造成水库地下结构破坏，诱发溃坝、决口等风险。基于此，文章依托某水库渗漏病害检测实例，使用了高密度电法，在水库渗漏检测中进行详细分析和研究，探讨相关的渗漏病害定位，并结合科学验证方法对检测技术进行了验证，论证了检测结果的准确性，对保证水库运行安全具有重要意义。

1 检测原理及检测方式

1.1 检测原理

高密度电阻率探查法是一种野外地质、水文、矿产勘测常用的阵列探测方法，简称高密度电法。该方法检测的原理图及示意如图1，其中，A 点B 点两个点直接接地，形成一个较为稳定的人工电场，再将电极M、N置于测点，检测测点位置地下电场的电位差数据，根据阵列的地面电极装置系数与供电电流，收集和记录地质体视电阻率，反映出地质体中介质导电性变化情况，通过检测数据分析和诊断地质体特征。

图1 高密度电阻率法检测原理图

1.2 检测方式

此次水库渗漏点检测，所用的探测阵列为偶极-偶极式排列，检测阵列排列示意图见图2。如图2，电极A、B 端为供电端，根据测点位置，合理布置接入点，形成一个较为稳定的人工电场，在测点M、N处进行观测。

图2 偶极-偶极排列图

在图2 所示的偶极-偶极排列下，通过国外进口的SuperstingR8高精度检测仪来实施控制，通过检测仪发出控制命令，SuperstingR8高精度检测仪为8通道模式，因此每次可以控制8 个通道的点位数据，进行相关的检测信号和采集，详见图3（a）所示；由于该仪器为8 通道仪器，相较于温纳法，图3（b），在同等精度范围下，检测效率提升8 倍；电极采用双模式自动智能电极，在进行高精度电阻率检测的同时，还可实现高精度的激发电位差测量。

图3 8通道仪器和单通道仪器图

1.3 工程概况

某水库是利用三面环山的地形优势，建造的防洪、蓄水水库，汛期可存储山水、雨水的作用，旱季可调节下游水流、灌溉等，对下游汛期防洪、旱季灌溉供水起到重要调节作用。水库建成服役后，经过一段时间的观测，发现在水库的一段库区内出现渗漏，对发现的几处明显渗漏点进行了测量，得出其高程均比水库的最低水位要低。与此同时，调取了该地段的地质检测报告，对该地区的地质情况进行分析，得出该地区的地质主要是灰岩和中风化灰岩，受外力、地下水等因素作用，易出现溶蚀现象，若任其发展，会发育成溶洞、溶蚀等，因此存在安全隐患。

进入旱季后，出于调节水位的考虑，水库一般会泄洪，此时水库坝前，也即此前出现渗漏的位置，就会水位降低，将天然的泥土裸露，这种情况下，松软的土质事宜开展研究方法的探测。根据实地调查情况，针对渗漏病害可能发生区域，布设两条偶极-偶极式阵列测线，参数见表1。在正式测试前，为保证测量结果准确性，需测定每个电极接地电阻值R，并确保所有电极的相关参数R≤1 kΩ，一旦出现超范围，可以通过注入盐水等方法来加以改善。测线布设的参数见表1，在下表所列的参数环境下再次进行观测，并对收集数据进行分析。

表1 测试的相关测线布设参数表

2 数据分析与解释

2.1 数据处理

根据详细的数据统计，数据检测全程共1.50 h 并开展了2次测试，测试中涉及相关数据点共634个（包括第1次测试数据点421个，第2次测试数据点213个）。此次反演分析方法采用阻尼最小二乘法，反演分析采用EarthImager2D进行。

该方法可准确计算测点电阻率数据，通过多次的迭代和拟合计算，可得到接近真实观测到的数据，获得更加真实的反演模型。结合前人研究成果，在环境噪声较小的条件下，如果改变阻尼因子的数值，将其设置为0.15，则反演结果较为符合推测。此外，还可以采用二维光滑滤波系数消除的方法，来进一步提升采集数据的精确度。

2.2 数据质量

如图4所示，即为上文中根据阻尼因子数值设置为0.15得出的反演结果，根据对比分析可见：经过数据反演后，1号测线的均方值相对误差是5.30%，2 号测线的均方值相对误差是2.60%。

图4 1号测线和2号测线反演结果图

2.3 物探异常推断

通过分析反演结果中的低阻率区域低阻成因，可较为准确地确定渗漏通道位置，测线反演数据推断结果见表2。

表2 测线反演数据推断表

3 检测结果验证

为验证此次水库检测结果的准确率，运用现场取芯的方式，进行对比验证分析，对比结果见表3。

表3 检测结果与钻探结果对比表

从表3可知，钻探结果与采用的高密度电法检测结果吻合度较高，表明偶极-偶极式的检测方式的检测结果较为可靠，可用于类似工况水库渗漏检测。

4 结论

运用阻尼最小二乘法，对选定的2 处测线开展检测，并进行相应的反演分析，根据反演结果，这2 处测线的均方值相对误差分别为5.30%、2.60%，表明数据稳定性高，具有较高可信性；经现场钻芯验证，在渗漏通道、溶洞及溶蚀发育带识别和定位上，钻探结果与检测结果具有较高吻合度，表明偶极-偶极式的检测方式的检测结果较为可靠，可用于水库渗漏病害检测；研究的不足之处，在于事先根据现场调查，选取了渗漏可疑地带布设检测线，可能存在渗漏病害点遗漏问题，后续需要进一步优化检测方法。