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

　　［關(guān)鍵詞］ 繞壩滲流 潛水面水位場(chǎng)矢量法 激發(fā)極化法

　　1 引言

　　近年來(lái)，我國(guó)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(guó)抵御洪澇災(zāi)害提供了保障，并大大地緩解了目前我國(guó)電力緊張的局面，產(chǎn)生了巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。隨著大壩的建成，由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)引發(fā)的各種復(fù)雜的安全隱患也隨之而來(lái)。繞壩滲流問(wèn)題就是目前出現(xiàn)的一類(lèi)較為典型的由地質(zhì)結(jié)構(gòu)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(kù)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(duì)房屋等建筑地基造成不利影響?？焖贉?zhǔn)確的找到繞壩滲流場(chǎng)，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(zhì)概況

　　該大壩位于低山丘陵區(qū)向沖洪積平原的過(guò)渡地帶，地形平坦，地貌類(lèi)型復(fù)雜，地勢(shì)西高東低，南北均與黃土臺(tái)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(jí)階地，Ⅰ級(jí)階地缺失，左岸175～200m高程以上發(fā)育有Ⅲ級(jí)階地。形成了寬闊的第四紀(jì)臺(tái)階式河谷。工區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，共分2層：覆蓋層、基巖。覆蓋層上部為河漫灘粉細(xì)砂、砂壤土、黃土狀粉質(zhì)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(zhì)粉砂巖與粘土巖互層為主，局部夾有灰黃色泥質(zhì)砂巖。

　　3 地球物理參數(shù)

　　該區(qū)的地球物理參數(shù)詳見(jiàn)表1。從表1可見(jiàn)，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(zhì)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(kāi)展電法勘探工作提供了有利的地球物理?xiàng)l件。同時(shí)調(diào)查了解到，在大壩周?chē)植驾^多的民用機(jī)井和觀(guān)測(cè)鉆孔，可以方便測(cè)出潛水位高程，因此，考慮采用潛水面水位場(chǎng)矢量法確定集中滲流場(chǎng)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(chǎng)矢量法

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

　　水庫(kù)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(chǎng)的情況，采用水位矢量場(chǎng)法確定滲流通道的位置和分布區(qū)域。在保證庫(kù)區(qū)水位穩(wěn)定的情況下，測(cè)量近壩區(qū)各觀(guān)測(cè)井的坐標(biāo)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(shì)線(xiàn)圖和矢量場(chǎng)圖；在等勢(shì)線(xiàn)和矢量場(chǎng)圖中分析出地下砂卵石層中水流方向和滲流場(chǎng)的位置。

　　在整個(gè)近壩區(qū)范圍內(nèi)，分布有近200個(gè)民用機(jī)井和觀(guān)測(cè)鉆孔。利用這些觀(guān)測(cè)孔的水位高程，勾勒出近壩區(qū)的水位等值線(xiàn)圖和潛水面矢量場(chǎng)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(guān)測(cè)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(cè)線(xiàn)，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(yīng)的差異為基礎(chǔ)從而達(dá)到解決水文地質(zhì)問(wèn)題的方法?，F(xiàn)場(chǎng)工作采用對(duì)稱(chēng)四極剖面裝置，測(cè)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(cè)量電極，使用乙電池供電。通過(guò)對(duì)野外實(shí)測(cè)的視極化率值進(jìn)行各類(lèi)計(jì)算、處理，勾勒出等值線(xiàn)圖；分析等值線(xiàn)圖，在視極化率相對(duì)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(yàn)參數(shù)為AB/2=60m、100m、160m；MN/2=15m、25m、40m；供電時(shí)間20s、30s、40s，斷電延時(shí)100ms，測(cè)量點(diǎn)距為25m。結(jié)果各組參數(shù)的曲線(xiàn)上都顯示了極化異常體，但在AB/2=100m、MN/2=25時(shí)，極化異常信息更能表現(xiàn)客觀(guān)的地質(zhì)情況。經(jīng)綜合分析，最終選用AB/2=100m、MN/2=25m，供電時(shí)間30s，斷電延時(shí)100ms的參數(shù)進(jìn)行激發(fā)極化法工作。

　　實(shí)測(cè)的視極化率剖面曲線(xiàn)如圖3所示。從圖上可以看出各測(cè)線(xiàn)均存在相對(duì)高視極化率異常。如在A線(xiàn)的100～175m段，視極化率值在4.16%～5.71%，遠(yuǎn)高于均值2.16%～3.84%，可以推測(cè)此處應(yīng)存在相對(duì)高極化率的富水層。為判定整個(gè)滲流通道的準(zhǔn)確位置和走向，把同區(qū)內(nèi)的測(cè)線(xiàn)按其相對(duì)位置組合起來(lái)，勾勒出區(qū)域內(nèi)的視極化率等值線(xiàn)圖，從而可以直觀(guān)的看出滲流通道位置。

　　左壩肩的A、B、C三線(xiàn)間距200m，按其相對(duì)位置布置網(wǎng)格區(qū)域，勾勒出等值線(xiàn)圖4。從圖4中可以明顯看出在A線(xiàn)100～175m、B線(xiàn)100～150m范圍出現(xiàn)相對(duì)高極化率；并且在A線(xiàn)600～700m、B線(xiàn)625～675m 、C線(xiàn)625～700m范圍也出現(xiàn)有相對(duì)高極化率，推測(cè)兩處存在有集中滲漏通道。在潛水面水位矢量場(chǎng)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(xiàn)間距300m，按其相對(duì)位置布置網(wǎng)格區(qū)域，勾勒出等值線(xiàn)圖5。其中在H線(xiàn)375～475m、I線(xiàn)425～550m、J線(xiàn)550～625m范圍出現(xiàn)相對(duì)高極化率；推測(cè)該處存在有集中滲漏通道。而在潛水面水位矢量場(chǎng)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(chǎng)法和激發(fā)極化法準(zhǔn)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(xiàn)100～175m、B線(xiàn)100～150m范圍； A線(xiàn)600～700m、C線(xiàn)625～700m范圍有2處集中滲漏通道；右岸H線(xiàn)375～475m、J線(xiàn)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(cè)后，地質(zhì)在測(cè)區(qū)布置了3個(gè)鉆孔進(jìn)行勘探驗(yàn)證。其中ZK01位于左岸近壩區(qū)A線(xiàn)655m處，ZK03位于右岸近壩區(qū)H線(xiàn)460m處，經(jīng)鉆孔電視、水溫、電導(dǎo)、庫(kù)水位與排水量分析以及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等，確定兩處均存在較大的滲流通道。ZK02位于J線(xiàn)的210m處，經(jīng)驗(yàn)證，該處無(wú)明顯滲流。鉆孔驗(yàn)證結(jié)果與探測(cè)的滲流通道結(jié)果一致，取得了較好的效果。

　　5 結(jié)語(yǔ)

　　本次繞壩滲流探測(cè)在充分考慮該壩區(qū)地球物理?xiàng)l件下，選擇了較為行之有效的探測(cè)方法。探測(cè)的精度高，工期短，產(chǎn)生了較好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，為以后類(lèi)似問(wèn)題的解決提供了很好的參考。相對(duì)于目前常用的也是較為準(zhǔn)確的環(huán)境同位素分析方法，具有方法簡(jiǎn)便，探測(cè)精度高，不需要在壩體布置較多觀(guān)測(cè)鉆孔等優(yōu)點(diǎn)。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(guān)測(cè)孔的條件限制，地層結(jié)構(gòu)的單一性等等。在壩基滲流和繞壩滲流探測(cè)中，應(yīng)該充分調(diào)查該地區(qū)的地質(zhì)工程概況，選擇最為有效的探測(cè)方法，進(jìn)行綜合探測(cè)，避免單一物探方法的多解性，對(duì)提高探測(cè)精度，具有重要的意義。

　　參考文獻(xiàn)

［1］ 傅良魁. 電法勘探教程［M］ . 北京:地質(zhì)出版社,1983.

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

［3 ］ 李金銘. 地電場(chǎng)與電法勘探［M］ . 北京:地質(zhì)出版社,2005.

［4 ］ 陳崇希,林敏. 地下水動(dòng)力學(xué)［M］ . 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社,1999. 

　 原作者： 涂善波 楊紅云 魯輝  
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