高密度电法在青海病险水库中的应用

李菊花, 裴生玉, 王 忠, 胡万存

(青海省水利水电勘测设计研究院,青海 西宁 810001)

高密度电法在青海病险水库中的应用

李菊花, 裴生玉, 王 忠, 胡万存

(青海省水利水电勘测设计研究院,青海 西宁 810001)

水库渗漏是水库工程地质问题之一,严重影响水库正常效益的发挥,为恢复水库的正常蓄水功能、保障下游人民的生命和财产安全,需对病险水库进行除险加固。高密度电法作为探测渗漏的一种勘探方法被广泛应用。阐述高密度电法在青海部分水库渗漏探测上的应用情况,通过实例说明此方法在水库渗漏探测中的可行性及有效性。

水库渗漏;高密度电法;反演

1 高密度电阻率法

1.1 基本原理

高密度电阻率法是基于电阻率测深与电阻率剖面测量两种方法相结合的原理,通过A、B电极向地下供电,形成稳定的人工电场,在该电场内适当距离的M、N两点上观测其间的电位差和电流强度,获得该电场内测点处介质的电阻率。固定供电极距,在地表观测某测线上水平方向的电阻率变化情况,了解某一深度介质电阻率在横向上的变化情况;改变供电极距,可了解不同深度介质在纵向的电阻率变化情况,从而推断解释地下地质结构。这种方法原理简单,图像直观,是一种横向和纵向分辨率都较高的物探方法。

1.2 地球物理特征

高密度电阻率法的应用条件,要求被探查的物质必须有电阻率差异,如土层的电阻率比完整基岩的电阻率低,破碎岩体的电阻率比完整基岩的电阻率低,岩体裂隙、溶洞内充水电阻率低,空洞电阻率高等*罗辉才,高密度电法在工程勘察中的应用研究,第十三届全国工程物探与岩土工程测试学术大会论文集,2013。。

1.3 主要方法技术

高密度电法的装置类型很多,常用的也有五六种,按照相关文献记载[1]和经验,温纳装置水平和垂直分辨率较均衡,本次探测装置类型选用温纳装置;探测中点距通常应根据目标体的大小适当选取,点距选取还与勘探深度有关,所以应综合考虑勘探深度、目标体大小、工作效率等因素,普查阶段可选用3～5 m的点距。温纳装置[2](如图1)测量时,AM=MN=NB为一个电极间距,A、B、M、N逐点同时向右移动,得到第一条剖面;接着AM、MN、NB增大一个电极间距,同时逐点向右移动,得到另外一条剖面;以此类推,这样不断地测量下去,得到倒梯形的断面。

图1 高密度电法温纳装置采集示意图Fig.1 Acquisition schematic diagram of Winner arrangement by high density resistivity method

2 工程实例

2.1 南门峡水库大坝渗漏探测

2.1.1 工程概述

农业农村部对高毒农药将采取更严厉的管控措施，目前，涕灭威、水胺硫磷、甲拌磷已完成了可行性论证，拟境内禁用，并启动甲基异柳磷、灭线磷、氧乐果、磷化铝淘汰方案。下一步将研究淘汰克百威、灭多威、氯化苦等农药。

南门峡水库位于青海省互助县城西北峡口处,距互助县城15.5 km。水库始建于1974年,水库最大坝高37.5 m,坝顶长467 m,库容1 840万m3;大坝坝型为壤土心墙砂壳坝。该水库是以灌溉为主的中型水利工程。

由于水库位于碳酸岩地区,水文及工程地质条件较复杂,水库自1982年建成运行以来无法蓄到正常蓄水位,一直带病运行,水库边维修边运行,先后进行了两次防渗处理[3]:1989—1990年第一阶段防渗处理,处理后大坝右侧坝后坡大面积的渗水现象消失;2001—2002年第二阶段防渗处理,经处理后左坝肩渗漏严重的渗漏量明显减少。 虽然历次除险加固后水库渗漏量有所减少,但由于防渗处理在空间、时间上不连续,坝前仍存在较严重的渗漏。为了彻底查明水库渗漏情况,于2011年5月在主坝坝顶、主坝下游马道、沿左岸公路共布设高密度电法勘探测线4条(见表1)。

表1 南门峡水库测线布置情况表

2.1.2 探测成果

通过本次探测,从反演结果(图2)看,该剖面高阻异常呈“√”型分布,最大电阻率可达4 000 Ω·m,低阻区分布在测线100～155 m处,深度在地表以下40 m左右,该位置与溢洪洞位置基本对应,表明在该坝体左岸溢洪洞附近可能存在渗漏通道。根据物探解译结果,在有低阻异常部位布置了4个钻孔,即左坝肩溢洪道出口处ZK11-1,坝体中间上游马道ZK11-2,右坝肩ZK11-3以及左岸公路边ZK11-4。据ZK11-1钻孔揭示情况来看,0～18.3 m为人工填筑坝体,18.3～152.07 m为寒武系深灰或浅红色灰岩,浅红色灰岩岩体破碎,岩芯呈碎块状,与钻孔对应较好。

图2 南门峡水库测线3反演结果断面图Fig.2 Sectional drawing of inversion results of Line 3 about Nanmenxia reservoir

2.2 黑石山水库大坝渗漏探测

2.2.1 工程概述

黑石山水库位于青海省海西州巴音河下游,距离州府德令哈市4 km。水库始建于1987年,水库库容3 664万m3,主坝坝高34.5 m;坝型为粘土心墙砂壳坝,坝长约160 m;副坝为土工膜砂壳面板坝,最大坝高10 m,坝长410 m。是一座以灌溉、防洪为主兼发电的中型水利工程。

由于水库运行多年,水库渗漏情况较为严重,于2000年经安全鉴定列为中央第一批病险水库。为了配合水库除险加固设计,初步查明水库渗漏情况,评价其危害性,在水库副坝由右岸至左岸方向共布置了4条勘探测线,其中第一条测线(295 m)起点0 m位置在大坝右岸白色广告牌下,第二条测线(290 m)与第一条测线重复电极数为29根,第三条测线(295 m)与第二条测线重复电极数为30根,第四条测线(245 m)与第三条测线重复电极数为30根(见表2)。

表2 黑石山水库测线布置情况表

2.2.2 探测成果

通过此次探测在副坝坝体上共发现两处较集中的渗漏点,大坝坝基及溢洪道附近均存在较明显的渗漏区域。由图3可以看出,相对低电阻率区域在断面上从左向右分别位于:①测线180～225 m(坝线桩号0+425.0～0+520.0 m),深度22～50 m;②测线610～635 m(坝线桩号0+060～0+085 m现场对应溢洪道附近位置),深度16～45 m。根据物探结果在坝轴线上布置ZK2、ZK3、ZK5三个钻孔,从钻孔揭示情况可知,防渗墙深度在23～49.64 m之间,主要为第四系上更新统冲洪积砂卵砾石,呈弱胶结或半胶结状。经过钻孔注水试验渗透系数为9.98E-03～2.48E-02 cm/s,属强透水层,说明该段为坝基主要渗漏通道之一,物探成果与钻孔揭示对应较好。

图3 黑石山水库副坝视电阻率断面图Fig.3 Cross section of apparent resistivity of secondary dam in Heishishan reservoir(上图为原始电阻率异常,中图为计算的电阻率异常,下图为反演结果。)

3 结束语

通过上述高密度电法在水库渗漏中的应用,从探测效果来看,高密度电法在水库渗漏探测中是一种行之有效的勘探方法。另外根据工作情况总结出以下几点结论:

(1) 高密度电法在水库渗漏探测中对渗漏区低电阻率反映较灵敏。

(2) 高密度电法解释在进行反演前,应对原始数据进行初步处理,剔除异常点数据,地形改正等。

(3) 为使探测结果更加可靠,最好采用多种方法进行综合探测,减少结果的多解性。

(4) 对于深厚覆盖层地区,如果场地条件允许可适当加大勘探间距,以增加探测深度。

[1] 祁增云,任海翔,乔佃岳.高密度电法勘探装置的选择和资料解释[M].昆明:云南科技出版社,2006.

[2] 马惠杰.南门峡水库坝区岩溶与防渗处理[J].水文地质工程地质,2002(3):59-61.

[3] 韦忠.青海省互助县南门峡水库除险加固工程地质勘察报告[R].西宁:青海省水利水电勘测设计研究院,2011.

(责任编辑：于继红)

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,工程师,应用地球物理专业,从事水利水电工程物探工作。E-mail:406561299@qq.com

P631.3

A

1671-1211(2016)03-0324-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.03.018

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160530.0937.024.html 数字出版日期:2016-05-30 09:37