高密度电法在西湖坑水库渗漏检测中的应用

温文钊

（肇庆市水利水电工程质量检测站,广东 肇庆 526040）

随着经济和人口的快速发展,对于可持续水资源的需求越来越大。水库作为一种重要的水利工程设施,对于水资源的储存和保护具有重要作用。然而,在水库的建设和运营过程中,渗漏问题经常出现,这导致了许多问题和危险,需要进行密切的监测和准确的检测。

传统的渗漏检测方法具有局限性。例如,渗漏检测人员通常需要在水库表面放置大量传感器以进行数据采集,这不仅费时费力,而且无法精确定位渗漏位置。更重要的是,许多传统的方法很难检测地下渗漏问题。

高密度电法的优势显而易见。首先,该方法能够有效地检测到渗漏问题,准确地确定渗漏位置和情况,帮助人们快速判断和处理问题。其次,该方法具有操作简单易行、实施快速、结果可靠等优点。此外,与传统的方法相比,高密度电法还能够检测到更深层的渗漏问题,从而使得监测更加全面和准确。

1 工程概况

西湖坑水库是一座以灌溉为主,兼有防洪、养殖等综合利用的中型水库。水库属Ⅲ等工程,工程规模为中型,主要建筑物为3 级,次要建筑物为4 级,防洪标准按50 年一遇洪水设计,1000 年一遇洪水校核。水库总库容1173 万m3,水库正常高水位80.00m,相应库容800 万m3。死水位为74.5m,相应库容228 万m3。兴利调节库容572 万m3。

原枢纽工程主要由主坝、五座副坝、溢洪道、输水涵等建筑物组成,主坝属均质土坝,最大坝高20.00 m,坝顶高程84.00 m,防浪墙顶高程85.31 m,坝顶长194.00 m,坝顶宽4.5 m,输水涵为圆形砼涵管,管径φ=1.2 m。其它5 座副坝均为土坝,坝高在5.7 m～11.0 m 之间。溢洪道为开敞宽顶堰式,宽6 m,堰顶高程80.0 m。输水涵为圆形砼涵管,管径φ=1.2 m。

2 检测作业

2.1 检测设备选取

①仪器精度：设备的精度需要能够满足实际需要,对于电极间距的控制和电极阵列部署的准确性要求高。

②测量深度：水库大多具有较深的地下水埋深,因此需要选用能够深入测量的设备,在纵向剖面方面的测量范围要满足。

③数据处理能力：高密度电法设备的数据处理能力决定了对数据的处理程度,因此需对设备的数据处理软件做详细的了解。

根据以上设备选取方案,选取的设备见表1。

表1 主要检测设备一览表

2.2 检测方案

高密度电法是一种地球物理勘探方法,在水库渗漏检测中具有一定的应用潜力。下面是一种高密度电法在水库渗漏检测中的检测方案：

①确定检测目标区域。首先需要确定水库中可能存在渗漏问题的目标区域,通常是水库底部或者周边。在排除干扰因素后,可以通过水库的地理信息系统（GIS）或者卫星遥感技术等手段绘制出目标区域的地理位置图和地形图。

②针对目标区域,设计电极布局。根据目标区域的形状和大小,设计电极布局。一般采用等间距的正方形或者正三角形布置电极,电极之间的距离需要根据实际情况来确定。通常情况下,电极距离越近,测量得到的数据越精确。根据水库的实际情况,可能需要在不同的深度上设置不同的电极布局。

③进行数据采集和处理。在电极布置完成后,需要借助高密度电法测量仪器对目标区域进行电阻率测试。该仪器会向地下注入电流,并测量不同深度下的电阻率,将测量得到的数据进行处理,绘制出地下电阻率分布图。

④分析电阻率分布图。通过对电阻率分布图的分析,可以初步判断水库中是否存在渗漏问题。如果发现某些区域电阻率异常低,可能就意味着该区域存在漏洞或者裂缝,需要进一步进行检测和修复。

需要注意的是,在进行高密度电法检测时,需要保证测量现场的安全,并注意避免对水库和周边环境造成不必要的干扰和污染。同时,在数据采集和处理过程中,也需要对测量设备和数据精度进行充分的掌握和把握,检测操作见图1。

图1 背水坡高密度电法检测示意图

2.3 检测过程

高密度电法是一种非破坏性的地球物理勘探方法,适用于水库渗漏检测。其基本原理是通过在地下埋设电极,经过一定的电流和电场磁场对地下岩土进行探测,测量岩土中的电阻率和电导率等物理参数,从而反演地下水流情况以及水库渗漏情况。

具体来说,在水库渗漏检测过程中,首先要对场地进行细致的调查和勘测,包括地形地貌、地质构造、水文水资源等方面的数据收集和分析。然后在检测区域内,采用一定的电极排布方式,分别将正、负电极埋设于地下,通过调整电流和电场的大小和方向,对地下岩土进行探测。

在电法勘探中,电流一般通过正电极进入地下,然后通过地下介质,最终返回负电极。当电流通过地下岩土时,会受到地下介质电阻、电导率的影响,而不同的地下介质对电流的影响也不同。因此,在勘探过程中,可以测量不同位置处的电阻率和电导率等物理参数,从而反演不同深度处的地下岩土结构和水流情况。

对于水库渗漏检测,可以通过测量不同深度处的电阻率和电导率等参数,分析地下水的流动情况和可能的渗漏情况。如果地下岩土中存在渗漏通道,那么一般会表现为电阻率或电导率异常。通过分析这些异常数据,可以初步判断渗漏的位置和程度,为后续的修缮和管理提供有效的依据。

本次采用高密度电法对主坝输水涵上部进行勘探,根据现场实际情况,在主坝背水坡设置2 条测线,测线布置见表2。

表2 测线概况

3 大坝渗漏检测分析

3.1 高密度电法勘探

3.1.1 背水坡输水涵上部左侧测线

布线方式为自坝脚至坝顶布置,背水坡输水涵上部左侧土质坝体电阻率为2.66 ohm.m～1418 ohm.m,大部分区域电阻在578 ohm.m 左右,距离坝脚8 m～12 m 范围内,存在孤立低电阻区域,坝体含水量高,该区域可能存在集中渗漏通道,检测及结果见图2。

图2 背水坡输水涵上部左侧测线

3.1.2 背水坡输水涵上部右侧测线

布线方式为自坝脚至坝顶布置,背水坡输水涵上部右侧土质坝体电阻率为1.39 ohm.m～957 ohm.m,大部分区域电阻在376 ohm.m 左右,距离坝脚16 m～17 m、19 m～21 m 范围内,存在孤立低电阻区域,坝体含水量高,该区域可能存在集中渗漏通道,测试结果见图3。以上针对高密度电法剖面电阻率剖面图的异常区域所做的解释仅是在本次高密度电法工作的基础上结合现场实际情况所做的推测,其不能代替钻探工作。

图3 背水坡输水涵上部右侧测线

3.2 检测结果分析

3.2.1 此次检测结果分析

主坝背水坡输水涵上部左侧土质坝体电阻率为2.66 ohm.m～1418 ohm.m,大部分区域电阻在578 ohm.m 左右,距离坝脚8 m～12 m 范围内,存在孤立低电阻区域,坝体含水量高,该区域可能存在集中渗漏通道。背水坡输水涵上部右侧土质坝体电阻率为1.39 ohm.m～957 ohm.m,大部分区域电阻在376 ohm.m左右,距离坝脚16 m～17 m、19 m～21 m 范围内,存在孤立低电阻区域,坝体含水量高,该区域可能存在集中渗漏通道。

3.2.2 跑极方式对电阻率成像影响

线性跑极方式。线性跑极方式采用单独的线性布置电极,这种方式可得到一维电阻率成像。这个跑极方式的优点是数据采集速度很快,缺点是电极间的距离较远,无法精确地显示渗漏情况。在检测水库较为粗略的渗漏问题时,线性跑极方式是一个有效的选择。

正方形跑极方式。正方形跑极方式是将电极放置在正方形四个角上,这种方式可以得到二维电阻率成像。这个跑极方式的优点是电极间距相对较近,可以比较准确地显示渗漏区域的位置和大小。因此,在检测水库渗漏问题时,正方形跑极方式是更好的选择。

三角形跑极方式。三角形跑极方式是将电极放置在三角形的三个角上,这种方式可以得到三维电阻率成像。这个跑极方式的优点是可以更全面地了解水库的渗漏情况,但缺点是采集数据的速度较慢,需要更多的时间和精力。

对于水库渗漏检测,选择合适的跑极方式非常重要,不同的跑极方式会对电阻率成像产生影响。因此,在实际应用中应根据具体情况选择合适的跑极方式。

3.2.3 供电电压对电阻率成像影响

供电电压越高,可以产生更强的电场,从而可以更好地探测水库底部的渗漏情况。此时电流将沿着水库底部的渗漏路径流动,产生的电压响应会更加明显,有利于准确识别和定位渗漏位置。然而,高电压供电也可能会对周围环境产生干扰,从而影响电阻率成像的准确性。例如,在强电场下,地下岩石、土壤等介质的电阻率往往会发生变化,这样就会误判或漏判渗漏位置。

综合考虑供电电压的影响因素后,可以选择适当的供电电压,以获得最优的电阻率成像结果。同时,应该采取合适的探测方案和仪器参数设置,提高数据采集和处理的精度和可靠性,从而得到准确和全面的渗漏检测结果。

4 结论

相对于传统方法,高密度电法具有检测过程简单、精度高、覆盖面广等优点。在本研究中,高密度电法可以快速获取大范围内的水库渗漏情况,并对渗漏的位置、范围等方面提供了明确的信息。其次,该水库存在一定程度的渗漏问题。根据高密度电法的分析结果,研究发现该水库在一定程度上存在渗漏问题,渗漏位置主要分布在水库的底部以及岸坡靠近水面的区域。这一结论为水库管理者提供了重要信息,可以帮助其有针对性地采取补救措施。

高密度电法在水库渗漏检测中具有很大的应用前景,特别适用于对大型水库进行渗漏检测。在今后研究中,我们将继续拓展该应用领域,为水库渗漏问题的解决提供更加全面和准确的数据支持。