基于水上高密度的水库淤积勘查应用

　　摘要：一直以来，水库泥沙淤积问题一直困扰水库的安全。一些水库建成的时间较长、原始测绘数据缺失，早期测量仪器落后等原因而引起库区测绘资料失实，这些都严重影响了准确掌握水库泥沙淤积情况。文中应用高密度电法对某库区泥沙淤积进行调查，连续、快速、有效的探测出了水深和淤积层厚度，探测资料与水上验证钻孔资料有很好的对应性，为后续水库清淤设计方案提供支撑资料。
　　关键词：水库淤积；高密度电法；淤积探查；水库清淤
　　1.引言
　　水库淤积是一个普遍存在的问题，泥沙的大量淤积，一方面降低了水库的防洪能力，一方面水库淤积会引起回水上延，吞蚀既有农田，影响农业生产及社会和谐稳定，因此解决水库淤积测量存在的问题是十分必要的。水庫淤积的地球物理探测手段一般有水上地震法、声呐探测技术、探地雷达技术和高密度电法。本文应用高密度电法对某库区泥沙淤积进行调查，连续、快速、有效的探测出了水深和淤积层厚度，探测资料与水上验证钻孔资料有很好的对应性，为后续水库清淤设计方案提供支撑资料。
　　2.水上高密度电法原理
　　高密度电法原理上属于电阻率法的范畴，是电测深与电剖面的组合，其观测点密度大，获得信息量丰富，是可以较详细探测水平和垂直方向上的电性变化的一种电法勘探。高密度电法是一种阵列布置的物探方法，也称自动电阻率系统，是直流电法的发展，其功能相当于四极测深与电剖面法的结合。通过电极向地下供电形成人工电场，该电场的分布与地下岩土介质的视电阻率ρs的分布密切相关。测量时，AM=MN=NB=AB/3为一个电极间距，A、M、N、B同步向右移动，得到第一层深度的剖面线；接着AM、MN、NB增大一个电极间距，A、M、N、B同步向右移动，得到第二层深度的剖面线；依此类推，这样通过对地表不同部位人工电场的扫描测量，得到视电阻率断面图像，由此来了解地下介质视电阻率ρs的分布，根据地下介质视电阻率的分布推断解释地下地质体的情况。在此工程中即可用于探测淤积层厚度、分布情况。原理示意图见1-1。
　　3.工程应用实例
　　云南某水库1957年兴建，1958年竣工，至今已运行59年，库功能以灌溉为主，兼顾下游农田、乡镇、国道、工矿及企业的防洪。现今，水库的淤积严重，影响着水库的灌溉效益，一定程度制约受益区经济社会的发展，所以水库清淤工作势在必行。现利用高密度电法对水库水下淤积情况进行探测，需初步查明水库库区淤积层厚度、分布情况，为后续水库清淤设计方案提供支撑资料。
　　3.1工作布置
　　某水库淤积层探测共在库区布置29条物探剖面，共布置14个验证钻孔，实际物探测线布置图见图1-2。
　　3.2解释原则
　　①下图1-3为双柏县狮子口水库WT16剖面视电阻率断面成果图，测线长度为300m，桩号为0m～300m。由视电阻率断面图可以看出：剖面电阻率在2Ω·m～140Ω·m之间，电阻率分布均匀，基本成层状分布，视电阻率水平方向上随基岩起伏变化。根据电阻率等级分布，以等值线最密集（电性差异变化最大）的地方为界面，定性的将该剖面大致分为两个电性层：第一层底界面深度为10m左右，电阻率在22Ω·m左右；第二个电性层底界面深度为14m左右，电阻率在28Ω·m左右。电性层分好后，结合地质和钻探资料，定量进行综合解释推断，见图1-4。该剖面桩号165m处通过钻孔WT1601，由地质资料、水深测试资料、钻孔资料知：WT1601钻孔终孔深度为4.5m，该桩号处水深为8.5m，淤积层厚度为4m。综合定量解释后见图1-5，将第一个电性层的底界面解释为水底界面，第二个电性层的底界面解释为淤积底界面。
　　②下图1-6为某水库WT2测线视电阻率断面成果图，测线长度为360m，桩号为0m～360m。解释原则基本同上介绍，但是在剖面桩号80m～160m的地方，视电阻率整体较低，推测为淤积层以下长石石英砂岩含泥岩、泥质粉砂岩夹层影响或基岩起伏导致的体积效应，此时不应该盲目地将淤底往深处勾画解释，而应该结合地质情况，钻孔情况，水库淤积的基本规律（如：在库水位变化幅度不大，淤积处于自由发展情况下，水库淤积一般呈三角洲形态；多沙河流上的水库普遍有淤积一大片，冲刷一条带的特点，淤积一大片指泥沙在横断面上基本呈均匀分布，等等）结合视电阻率等级分布断面图来进行合理的推断与解释。
　　3.3淤积量计算与探测结果分析
　　3.3.1淤积分布
　　某水库淤泥厚度分布成果图见1-7，淤积层厚度区域分布图是根据每单条测线测试的点数据整合插值形成的二维空间面数据。由成果图可以看出：在纵断面上，泥沙淤积主要发展到坝前，成锥体状淤积形态，坝前淤积多，沿库尾方向淤积逐渐减少，甚至未发现明显淤积；在横断面上，水库淤积基本是平淤，泥沙在横断面上基本呈均匀分布，库区横断面上不存在明显的滩槽。淤积层厚度最大的地方在测线WT11桩号115m附近，该处测试水深为10.1m，水下淤积层厚度约为8.6m；29条测线平均水深为7.4m，最大水深12.3m，淤积层平均厚度为4.5m，最大淤积厚度为8.6m。
　　3.3.2淤积量计算
　　计算原理：物探共布置29条测线，测试后得到每条测线的二维视电阻率断面成果图，根据断面图推测出相应点的淤积层厚度，最后插值成二维空间的厚度数据体，得到淤积层厚度等值线图。淤积层体积算法为：将整个库区面积近似划分1m×1m的单元网格，每个单元网格根据插值的二维数据体给出一个淤积层平均厚度，由此计算出每个网格淤积层的体积，累加每一个网格的体积即得到水库淤积层的总体积。经计算的狮子口水库淤积体积约为108.3万立方米，按照水库原设计总库容707.8万立方米计算，淤积体积约占库容的15.3%。
　　4.结论
　　（1）该水库钻孔揭示厚度有数值对比的共有7对数据，最大绝对误差0.6，平均误差0.21，最大相对误差10%。说明使用水上高密度电法进行水库淤积层厚度探测是可行的。实际探测中从探测剖面图上能正确识别水底及淤泥层底界的界面，进而计算出水深和淤积层厚度。（2）总结整个探测过程形成的工法可保证探测技术有效、规范实施。（3）探测实例表明，该方法具有连续、快速、有效的特点。
　　参考文献：
　　[1]雷宛，肖宏跃，邓一谦编.工程与环境物探教程[M].地质出版社，2006.
　　[2]王俊，雷宛，李星，等.综合物探方法在工程基础勘探中的应用[J].物探化探计算技术，2013，35（2）：215-220.
　　[3]王兴泰.工程与环境物探新方法新技术[M].地质出版社，1996.

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