繞壩滲流探測技術應用研究

［摘 要］ 利用潛水面水位場矢量法結合激發(fā)極化法基本查明了大壩繞壩滲流問題，確定了繞壩滲流通道的位置，為大壩處理提供了準確翔實的資料。

　　［關鍵詞］ 繞壩滲流 潛水面水位場矢量法 激發(fā)極化法

　　1 引言

　　近年來，我國水利水電工程發(fā)展迅速，許多水利樞紐、電站相繼建成并投入使用，為我國抵御洪澇災害提供了保障，并大大地緩解了目前我國電力緊張的局面，產(chǎn)生了巨大的社會經(jīng)濟效益。隨著大壩的建成，由于地質結構引發(fā)的各種復雜的安全隱患也隨之而來。繞壩滲流問題就是目前出現(xiàn)的一類較為典型的由地質結構引發(fā)的安全隱患。某大壩蓄水后，由于蓄水壓力形成透水層，從而產(chǎn)生了繞壩滲流，伴隨著庫區(qū)水位抬高，大壩下游灘地及居民區(qū)的地下水位也隨之升高，對房屋等建筑地基造成不利影響?？焖贉蚀_的找到繞壩滲流場，界定繞壩滲流通道的位置，為大壩加固處理工程提供依據(jù)，具有十分重要的意義。

　　2 工程地質概況

　　該大壩位于低山丘陵區(qū)向沖洪積平原的過渡地帶，地形平坦，地貌類型復雜，地勢西高東低，南北均與黃土臺塬—丘陵區(qū)相鄰。河谷呈廣闊的“U”型，谷地寬3 000m左右，左岸河漫灘寬約750m，右岸河漫灘1 100～1 500m，灘面高程124～126m。兩岸主要為Ⅱ級階地，Ⅰ級階地缺失，左岸175～200m高程以上發(fā)育有Ⅲ級階地。形成了寬闊的第四紀臺階式河谷。工區(qū)地質構造簡單，共分2層：覆蓋層、基巖。覆蓋層上部為河漫灘粉細砂、砂壤土、黃土狀粉質壤土等，厚約15～25m，下部為砂卵石層，約20～30m厚；基巖為紫紅色泥質粉砂巖與粘土巖互層為主，局部夾有灰黃色泥質砂巖。

　　3 地球物理參數(shù)

　　該區(qū)的地球物理參數(shù)詳見表1。從表1可見，含水砂礫石層的視極化率范圍為3.81～6.10，明顯高于干砂礫石層和泥質砂巖與粘土巖。區(qū)內(nèi)砂卵石層與第四系上覆層的電阻率有較大差異，這種物性差異為開展電法勘探工作提供了有利的地球物理條件。同時調查了解到，在大壩周圍分布較多的民用機井和觀測鉆孔，可以方便測出潛水位高程，因此，考慮采用潛水面水位場矢量法確定集中滲流場的位置及滲流通道方向。

　　4 工作方法及成果分析

　　4.1 潛水面水位場矢量法

　　潛水是一種重力水，它的流動性主要是因受重力作用而形成的，其在流動時總是由高水位流向低水位且沿最大坡度方向流動，如圖1所示。

　　水庫蓄水后，由于近壩區(qū)砂卵石層滲流作用，引起地下水位較大幅度上漲，產(chǎn)生繞壩滲流。為了模擬出近壩區(qū)滲流場的情況，采用水位矢量場法確定滲流通道的位置和分布區(qū)域。在保證庫區(qū)水位穩(wěn)定的情況下，測量近壩區(qū)各觀測井的坐標及潛水面水位高程，再將這些數(shù)據(jù)繪制到地形圖上，勾勒出潛水面等勢線圖和矢量場圖；在等勢線和矢量場圖中分析出地下砂卵石層中水流方向和滲流場的位置。

　　在整個近壩區(qū)范圍內(nèi)，分布有近200個民用機井和觀測鉆孔。利用這些觀測孔的水位高程，勾勒出近壩區(qū)的水位等值線圖和潛水面矢量場如圖2所示，可以判斷出在有兩處明顯的滲流區(qū)域。根據(jù)觀測到的滲流區(qū)域，在覆蓋滲流區(qū)域左右壩肩布置了6條激發(fā)極化測線，利用激發(fā)極化法確定滲流通道的位置。

　　4.2 激發(fā)極化法

　　激發(fā)極化法是以巖、礦石的激電效應的差異為基礎從而達到解決水文地質問題的方法?，F(xiàn)場工作采用對稱四極剖面裝置，測量砂卵石層中的富水性。以鐵電極作為供電電極，不極化電極作為測量電極，使用乙電池供電。通過對野外實測的視極化率值進行各類計算、處理，勾勒出等值線圖；分析等值線圖，在視極化率相對高的地方，就是砂卵石層滲漏集中的地方。 鑒于區(qū)內(nèi)覆蓋層黃土層的厚度為15～25m，選擇的試驗參數(shù)為AB/2=60m、100m、160m；MN/2=15m、25m、40m；供電時間20s、30s、40s，斷電延時100ms，測量點距為25m。結果各組參數(shù)的曲線上都顯示了極化異常體，但在AB/2=100m、MN/2=25時，極化異常信息更能表現(xiàn)客觀的地質情況。經(jīng)綜合分析，最終選用AB/2=100m、MN/2=25m，供電時間30s，斷電延時100ms的參數(shù)進行激發(fā)極化法工作。

　　實測的視極化率剖面曲線如圖3所示。從圖上可以看出各測線均存在相對高視極化率異常。如在A線的100～175m段，視極化率值在4.16%～5.71%，遠高于均值2.16%～3.84%，可以推測此處應存在相對高極化率的富水層。為判定整個滲流通道的準確位置和走向，把同區(qū)內(nèi)的測線按其相對位置組合起來，勾勒出區(qū)域內(nèi)的視極化率等值線圖，從而可以直觀的看出滲流通道位置。

　　左壩肩的A、B、C三線間距200m，按其相對位置布置網(wǎng)格區(qū)域，勾勒出等值線圖4。從圖4中可以明顯看出在A線100～175m、B線100～150m范圍出現(xiàn)相對高極化率；并且在A線600～700m、B線625～675m 、C線625～700m范圍也出現(xiàn)有相對高極化率，推測兩處存在有集中滲漏通道。在潛水面水位矢量場圖（圖2）上，兩處也發(fā)現(xiàn)有同向滲流現(xiàn)象。

　　右壩肩的H、I、J三線間距300m，按其相對位置布置網(wǎng)格區(qū)域，勾勒出等值線圖5。其中在H線375～475m、I線425～550m、J線550～625m范圍出現(xiàn)相對高極化率；推測該處存在有集中滲漏通道。而在潛水面水位矢量場圖（圖2）上，該處也同樣有同向滲流現(xiàn)象。

　　4.3 成果分析 [Page]

　　利用水位矢量場法和激發(fā)極化法準確的界定了左、右壩肩部位集中滲漏通道的位置。在左岸A線100～175m、B線100～150m范圍； A線600～700m、C線625～700m范圍有2處集中滲漏通道；右岸H線375～475m、J線550～625m范圍有1處集中滲漏通道。

　　在完成集中滲流通道位置的探測后，地質在測區(qū)布置了3個鉆孔進行勘探驗證。其中ZK01位于左岸近壩區(qū)A線655m處，ZK03位于右岸近壩區(qū)H線460m處，經(jīng)鉆孔電視、水溫、電導、庫水位與排水量分析以及現(xiàn)場試驗等，確定兩處均存在較大的滲流通道。ZK02位于J線的210m處，經(jīng)驗證，該處無明顯滲流。鉆孔驗證結果與探測的滲流通道結果一致，取得了較好的效果。

　　5 結語

　　本次繞壩滲流探測在充分考慮該壩區(qū)地球物理條件下，選擇了較為行之有效的探測方法。探測的精度高，工期短，產(chǎn)生了較好的社會經(jīng)濟效益，為以后類似問題的解決提供了很好的參考。相對于目前常用的也是較為準確的環(huán)境同位素分析方法，具有方法簡便，探測精度高，不需要在壩體布置較多觀測鉆孔等優(yōu)點。但是還存在一些局限，比如近壩區(qū)已知一定數(shù)量潛水位觀測孔的條件限制，地層結構的單一性等等。在壩基滲流和繞壩滲流探測中，應該充分調查該地區(qū)的地質工程概況，選擇最為有效的探測方法，進行綜合探測，避免單一物探方法的多解性，對提高探測精度，具有重要的意義。

　　參考文獻

［1］ 傅良魁. 電法勘探教程［M］ . 北京:地質出版社,1983.

［2 ］ 傅良魁. 激發(fā)極化法［M］ . 北京:地質出版社,1982.

［3 ］ 李金銘. 地電場與電法勘探［M］ . 北京:地質出版社,2005.

［4 ］ 陳崇希,林敏. 地下水動力學［M］ . 中國地質大學出版社,1999. 

　 原作者： 涂善波 楊紅云 魯輝  
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