高密度電法在堤防滲漏檢測中的應(yīng)用淺析

(四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 崇州，611230)

新中國成立以來的60余年時間里，我國堤防工程建設(shè)得到了快速發(fā)展，特別是從1998年我國發(fā)生了長江、松花江和嫩江大水以后，堤防工程建設(shè)得到了前所未有過的重視和加強，國家已將堤防工程建設(shè)納入了基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的范疇并投入了大量的資金，到目前為止，我國堤防總長度已超過26萬km[1]。為高效、迅速地檢測及加固堤防工程，就必須尋求便捷的滲漏檢測方法，改變傳統(tǒng)地質(zhì)鉆探、同位素示蹤等時間長、費用高且局限性較大的方式，充分利用高密度電法的探測優(yōu)勢，更為準(zhǔn)確地探明堤防所存在的隱患，有效指導(dǎo)地質(zhì)鉆探與定位、檢測工程質(zhì)量等工作，避免堤防滲漏情況惡化。基于此，本文通過對高密度電法基本探測原理深入研究，針對現(xiàn)階段高密度電法在堤防滲漏檢測中存在的具體問題和實際運用，展開了全方位的分析與探索。

1 高密度電法的基本原理概述

在堤防滲漏檢測中應(yīng)用高密度電法，其基本原理與常規(guī)電阻率法并無差異，與之不同的是高密度電法的測點密度相對較高，結(jié)合了電剖面法及電測探法，具有觀測精度較高、數(shù)據(jù)采集可靠等優(yōu)勢，對于地電結(jié)構(gòu)有一定成像功能，并且能夠獲得更為豐富的地質(zhì)信息，在探測圖上更為直觀且明顯地反映出堤防裂縫、洞穴、軟弱層等，現(xiàn)已成為較為廣泛的堤防隱患探測方式。對于高密度電阻率法探測系統(tǒng)而言，其信號采集工作模式分為串行式與并行式，堤防隱患探測主要選用單道分時采集系統(tǒng)，并根據(jù)轉(zhuǎn)換開關(guān)的具體設(shè)置情況，主要分為集中式與分布式。在設(shè)計與技術(shù)實施上，高密度電法所使用的電極數(shù)量較多，且電極之間可自由組合，以提供更多地電信息。與常規(guī)電法相比，高密度電法具有更多優(yōu)點：首先，由于電極布設(shè)一次性完成，減少了因電極設(shè)置所引起的干擾，從而減少測量誤差[2]；其次，高密度電法能夠獲得更為豐富的地電結(jié)構(gòu)狀態(tài)下的地質(zhì)信息。與此同時，利用高密度電法也能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)采集與收錄的全自動化，提高采集速度，減少人工操作誤差。

2 高密度電法在堤防滲漏檢測中存在的問題及發(fā)展展望

2.1 存在問題

在堤防滲漏檢測中使用高密度電法，即使直流電阻率法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于堤防隱患探測工程中，但實際探測隱患的縱向分辨率始終難以解決，而且現(xiàn)有的各種探測儀器都難以突破極限，高密度電法更是如此。與常規(guī)電法相比，高密度電法雖然具有很多探測優(yōu)勢，但卻并沒有在原理上進行創(chuàng)新，對于“無論多窄的裂縫，埋藏多深都能探測出來”這一說法，也始終毫無定數(shù)。由此可見，對于高密度電法而言，其本身所具有的堤防檢測優(yōu)勢顯而易見，但的確存在諸多亟待解決的問題，為了能夠更為有效地滿足堤防檢測工程需要，就必須要對其進行更為廣泛的探索。

2.2 發(fā)展展望

對于在堤防滲漏檢測中應(yīng)用高密度電法而言，雖然存在一定問題，但其未來發(fā)展范圍仍然很廣泛，直流電阻率法這一探測技術(shù)，在未來一定會有更值得期待的發(fā)展趨勢。一方面，高密度電法相關(guān)儀器將會變得越來越小而輕便，電極道數(shù)將被控制在30～40以內(nèi)，并通過電池供電，野外作業(yè)以滾動式為主；另一方面，高密度電法多用于開展決口段、險工段以及穿堤建筑段，該過程中儀器對多參數(shù)且多通道探測對堤防本身質(zhì)量與穩(wěn)定性展開預(yù)測預(yù)報。另外，未來高密度電法在堤防滲漏檢測過程中，將擁有越來越強的數(shù)據(jù)采集能力，并逐漸不再需要數(shù)據(jù)回放。除此以外，以后的高密度電法探測儀器都將擁有網(wǎng)絡(luò)傳輸功能，以及統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，以便得到更好的探測效果。由此可見，高密度電法在堤防滲漏檢測中的應(yīng)用將會愈發(fā)廣泛，在未來會有更廣闊的發(fā)展空間。

3 高密度電法在堤防滲漏檢測中的具體應(yīng)用分析

3.1 高密度電法探測堤防隱患的可行性

作為電法勘探的一個分支，高密度電法屬于直流電阻率法，其基本理論建立在“半無限均質(zhì)體”的理想條件下：將大地表面視為一個平面，其上方空氣不導(dǎo)電。從地面向下，則完全是同一種巖石，且其導(dǎo)電性能在各方面都保持一致性[3]。基于此，研究學(xué)者提出了“視電阻率”這一概念，并將該種探測方法的探測范圍逐漸擴大為“半無限非均質(zhì)體”，最終使其得以在不同巖性及復(fù)雜的地質(zhì)體上廣泛應(yīng)用。如今，高密度電法逐漸被廣泛應(yīng)用于堤防隱患探測工作中，并將“半無限體”逐漸變?yōu)椤熬哂幸欢◣缀涡螤畹膸缀误w”，而這也引起了較大非議，尤其是地質(zhì)礦產(chǎn)部門的工作人員提出了較多質(zhì)疑。在研究中發(fā)現(xiàn)，即使高密度電阻率法的基本理論建立在“半無限體”基礎(chǔ)之上，實際上并不妨礙其在不同堤身幾何形狀上的應(yīng)用[3]。可見，在堤防隱患探測過程中應(yīng)用高密度電法，在理論上是完全可行的。

3.2 測線布設(shè)

在堤防滲漏檢測實踐過程中，需要現(xiàn)場進行地質(zhì)勘探，并根據(jù)實際情況進行測線布設(shè)，沿著堤防走向布置兩條高密度電法測線，根據(jù)所收集的數(shù)據(jù)信息進行分析與處理。與此同時，工作人員應(yīng)事先了解區(qū)域巖層電阻率的規(guī)律：首先，巖層電阻率主要取決于自身含水情況以及地下水礦化度大小，即干燥時電阻率較高、反之則低，礦化度高則電阻率較低，反之則高[3]；一般情況下，火成巖的電阻率高于松散或者破碎且含水的巖層；其次，粘土電阻率低于砂、礫石層的電阻率[3]，且空隙越大則電阻率越高；溫度變化是影響巖石電阻率的直接因素，隨著溫度升高巖石中水的粘滯性也隨之減小，導(dǎo)致水中離子的活動能力顯著提高[3]，同時增加可溶物的溶解度，提高礦化度，致使巖石的電阻率隨著溫度的升高而降低。因此，在進行測線布設(shè)之前，工作人員務(wù)必應(yīng)掌握區(qū)域巖層電阻率的相關(guān)規(guī)律，在此基礎(chǔ)上才能夠有效發(fā)揮高密度電法的探測有效性。

3.3 數(shù)據(jù)處理與解釋

在實際應(yīng)用過程中，高密度電法的數(shù)據(jù)處理與解釋主要包括：反演計算、探測深度、成果解釋以及現(xiàn)場考察。其中，反演計算是指利用高密度電法將儀器內(nèi)的測量數(shù)據(jù)進行傳輸，并進行壞點剔除、格式轉(zhuǎn)化、反演計算等，進而繪制成電阻率等值線圖，同時結(jié)合已知材料做出相應(yīng)反演及具象的地質(zhì)解釋；探測深度，是指根據(jù)剖面的電極距長短以及最大隔離數(shù)，在決定了最大AB極距的基礎(chǔ)上，也就決定了探測深度的大小；成果解釋，是指通過野外數(shù)據(jù)采集的編輯及調(diào)整后，對曲線或相應(yīng)繪圖單元進行圓滑處理，以便清除干擾因素，突出異常，最終得到更為清晰的解釋精度；現(xiàn)場考察，是指工作人員通過現(xiàn)場查看及調(diào)查，根據(jù)具體的堤防滲漏情況，結(jié)合高密度電阻率法進行解釋，以得到更為吻合的數(shù)據(jù)結(jié)果。

4 結(jié)語

綜上所述，在現(xiàn)代堤防滲漏檢測中，為了有效提高檢測效率，務(wù)必要摒棄傳統(tǒng)堤防探測方式，充分利用高密度電法較高的自動化程度、工作效率以及形象直觀的異常成像等優(yōu)勢，保證對堤防加固等處理工作的準(zhǔn)確性。與此同時，高密度電法在資料解釋方法上也不需要先驗信息，而且計算速度更快，對實例資料的處理結(jié)果也更為精準(zhǔn)。由此可見，高密度電法在堤防滲漏檢測中更為實用，對探測堤防隱患具有相當(dāng)顯著的貢獻。因此，為了提高堤防滲漏檢測效率，就必須要充分利用高密度電法的優(yōu)勢，并配合其他勘探方法進行異常區(qū)的驗證。