高密度电法在水库渗漏隐患探测中的应用*

(1.浙江省水利河口研究院， 浙江 杭州 310016； 2.水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院， 江苏 南京 210029)

1 概 述

斜角水库位于江苏省内，建于1954年。水库集雨面积0.38km2，总库容19.84万m3，是一座以防洪、灌溉为主的小(2)型水库。工程等别为Ⅴ等，主要建筑物级别为5级。大坝为均质土坝，坝顶长189m，宽3m，坝顶高程29.00m，最大坝高7m，上、下游坡比分别为1∶2.5、1∶2.0。

当前，大坝右坝肩与山体接触部位下游坝脚存在渗水现象，为分析其是否影响大坝安全，采用高密度电法对大坝渗漏情况进行了探测，并提出下一步处置对策。

2 现场检查

为全面摸清大坝渗漏现状，有关成员对水库进行了现场检查，检查当日库水位26.80m，天气晴。下游坝坡总体平整，但右坝肩与山体结合部位下游坝脚渗水严重，渗水区域为桩号0+176～0+179段高程22.30～22.80m，见图1、图2。

图1 右坝肩与山体结合部下游坝脚渗水

图2 渗水区域放大

3 高密度电法探测与成果分析

高密度电法具有数据采集效率高、提供的地电断面信息丰富、探测断面成果图直观等优点，较适合于均质土坝渗漏探测，因此，结合水库工程实际情况，采用高密度电法探测大坝渗漏情况。

3.1 高密度电法基本原理及仪器

3.1.1 高密度电法基本原理

高密度电法是以岩土体的电性差异为基础的一种阵列电探方法。根据在施加电场作用下地层传导电流的分布规律，推断地下具有不同电阻率的地质体赋存情况。野外测量时只需将全部电极(几十至上百根)置于测点上，然后利用程控电极转换开关和计算机工程电测仪便可实现数据的快速和自动采集。当测量结果传入计算机后，还可对数据进行处理并给出关于地电断面分布的各种物理解释结果。相对于常规电法，高密度电法具有以下特点：

a.电极布设一次完成，这不仅减少了因电极设置而引起的故障和干扰，而且为野外数据的快速和自动测量奠定了基础。

b.能有效地进行多种电极排列方式的扫描测量，因而可以获得较丰富的关于地电断面结构特征的地质信息。

c.野外数据采集实现了自动化，不仅采集速度快(大约每一测点需2～5s)，而且避免了由于手工操作所出现的错误。

d.可以对资料进行预处理并显示剖面曲线形态，脱机处理后还可以自动绘制和打印各种成果图件。

e.成本低、效率高，信息丰富，解释方便，勘探能力显著提高。

3.1.2 高密度电法探测仪器

采用仪器为McOHM Profiler 4 多道数字电阻率测量仪。该仪器有32个电极转换功能，带有高分辨率24 位delta sigma A/D 转换器的四通道接收电路，由最新技术支持的基于PC 的控制器控制，最大输出为400V(峰流量800V)、120mA。能显示电流波形、四通道电位波形和衰减曲线，能有效地控制数据的质量，仪器外观见图3，系统结构见图4，现地测试过程见图5。

图3 McOHM Profiler4 多道数字电阻率测量仪

图4 高密度电法测量系统结构示意图(集中式)

图5 高密度电法现场测试示意图(温纳α装置)C1、C2—供电电极；P1、P2—电位电极；a—最小电极距；n—间隔系数。

3.2 探测方案

根据现场检查情况，重点在大坝渗水部位及其附近布置线路探测大坝渗漏情况，为探明大坝右岸绕渗情况以及渗漏通道，部分测线沿右岸山体布置，具体布置情况见下表和图6。为取得较高探测精度，测线电极阵列采用“温纳”模型。

探测当日天气晴，库水位为26.80m。

水库大坝探测断面特性表

3.3 探测成果分析

采用 Res2dinv 3.54 程序对探测成果进行模型反演与成果后处理。数据反演采用基于平滑抑制的最小二乘优化算法，针对建基面上下坝体填土与基岩存在较大电阻率差异的情况，反演过程中采用了减小对数据噪声敏感性的加强抑制反演法，旨在提高坝体视电阻率的计算精度。

图6 高密度电法探测线路平面布置

图7 水库测线反演模型电阻率断面(单位：Ω·m)

引入地形修正后的探测数据反演云图(见图7)。云图横坐标为桩号，纵坐标为高程和测深，均采用常数坐标轴。图中红色直线为根据实测最大坝高确定的近似坝体、坝基分界线。岩质材料的电阻率与岩土体材质、风化程度、是否浸水等因素有关，当坝体或坝基存在渗漏水时，电阻率明显降低，出现低阻异常区域，这是高密度电法探测坝体渗漏情况的物理基础。

由图7可知：

a.桩号0+182以右区域为大坝右岸山体，其电阻率普遍高于坝体(桩号0+182以左区域)电阻率，符合岩土材料电阻率的一般特性。

b.桩号0+186～0+188段高程22.90～24.50m区域电阻率小于20Ω·m，为云图中的低阻异常区。该低阻区位于右岸山体建基面以上高程部位，结合现场检查情况可推测该低阻区与右坝肩与山体结合部位下游坝脚渗水有关，应为绕坝渗流的主要通道。

结合现场检查情况与高密度电法探测结果分析可知：大坝右岸存在绕坝渗流，经高密度电法探测，绕渗通道主要位于右岸山体内距坝轴线+10m、桩号0+186～0+188段、高程22.90～24.50m区域，为引起右坝肩与山体结合部位下游坝脚渗水的主要原因。

4 结论与建议

在现场检查基础上，针对水库大坝存在的渗漏问题，采用高密度电法对大坝渗漏部位进行了探测，探测结果与现场检查情况可互为验证。

水库当前存在的渗漏问题虽不至于影响大坝安全运行，但需及早采取必要措施处理，否则可能进一步发展进而危及大坝安全。建议在消除渗流隐患前，适当降低水位控制运行，加强渗流出口反滤保护；强化巡视检查，设置量水装置定期观测渗漏量并及时整编分析；必要时采取灌浆措施封堵绕渗通道。

[1] SL 326—2005水利水电工程物探规程[S].北京：中国水利水电出版社,2005.

[2] 程志平.电法勘探教程[M].北京：冶金工业出版社,2007.

[3] 陈卫辉.温州市山塘水库大坝渗漏的成因与处理对策[J].中国水能及电气化,2007(6):32-34.