劉成+戴國(guó)強(qiáng)+王俊

摘要：一直以來，水庫(kù)泥沙淤積問題一直困擾水庫(kù)的安全。一些水庫(kù)建成的時(shí)間較長(zhǎng)、原始測(cè)繪數(shù)據(jù)缺失，早期測(cè)量?jī)x器落后等原因而引起庫(kù)區(qū)測(cè)繪資料失實(shí)，這些都嚴(yán)重影響了準(zhǔn)確掌握水庫(kù)泥沙淤積情況。文中應(yīng)用高密度電法對(duì)某庫(kù)區(qū)泥沙淤積進(jìn)行調(diào)查，連續(xù)、快速、有效的探測(cè)出了水深和淤積層厚度，探測(cè)資料與水上驗(yàn)證鉆孔資料有很好的對(duì)應(yīng)性，為后續(xù)水庫(kù)清淤設(shè)計(jì)方案提供支撐資料。

關(guān)鍵詞：水庫(kù)淤積；高密度電法；淤積探查；水庫(kù)清淤

1.引言

水庫(kù)淤積是一個(gè)普遍存在的問題，泥沙的大量淤積，一方面降低了水庫(kù)的防洪能力，一方面水庫(kù)淤積會(huì)引起回水上延，吞蝕既有農(nóng)田，影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及社會(huì)和諧穩(wěn)定，因此解決水庫(kù)淤積測(cè)量存在的問題是十分必要的。水庫(kù)淤積的地球物理探測(cè)手段一般有水上地震法、聲吶探測(cè)技術(shù)、探地雷達(dá)技術(shù)和高密度電法。本文應(yīng)用高密度電法對(duì)某庫(kù)區(qū)泥沙淤積進(jìn)行調(diào)查，連續(xù)、快速、有效的探測(cè)出了水深和淤積層厚度，探測(cè)資料與水上驗(yàn)證鉆孔資料有很好的對(duì)應(yīng)性，為后續(xù)水庫(kù)清淤設(shè)計(jì)方案提供支撐資料。

2.水上高密度電法原理

高密度電法原理上屬于電阻率法的范疇，是電測(cè)深與電剖面的組合，其觀測(cè)點(diǎn)密度大，獲得信息量豐富，是可以較詳細(xì)探測(cè)水平和垂直方向上的電性變化的一種電法勘探。高密度電法是一種陣列布置的物探方法，也稱自動(dòng)電阻率系統(tǒng)，是直流電法的發(fā)展，其功能相當(dāng)于四極測(cè)深與電剖面法的結(jié)合。通過電極向地下供電形成人工電場(chǎng)，該電場(chǎng)的分布與地下巖土介質(zhì)的視電阻率ρs的分布密切相關(guān)。測(cè)量時(shí)，AM=MN=NB=AB/3為一個(gè)電極間距，A、M、N、B同步向右移動(dòng)，得到第一層深度的剖面線；接著AM、MN、NB增大一個(gè)電極間距，A、M、N、B同步向右移動(dòng)，得到第二層深度的剖面線；依此類推，這樣通過對(duì)地表不同部位人工電場(chǎng)的掃描測(cè)量，得到視電阻率斷面圖像，由此來了解地下介質(zhì)視電阻率ρs的分布，根據(jù)地下介質(zhì)視電阻率的分布推斷解釋地下地質(zhì)體的情況。在此工程中即可用于探測(cè)淤積層厚度、分布情況。原理示意圖見1-1。

3.工程應(yīng)用實(shí)例

云南某水庫(kù)1957年興建，1958年竣工，至今已運(yùn)行59年，庫(kù)功能以灌溉為主，兼顧下游農(nóng)田、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、國(guó)道、工礦及企業(yè)的防洪。現(xiàn)今，水庫(kù)的淤積嚴(yán)重，影響著水庫(kù)的灌溉效益，一定程度制約受益區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，所以水庫(kù)清淤工作勢(shì)在必行。現(xiàn)利用高密度電法對(duì)水庫(kù)水下淤積情況進(jìn)行探測(cè)，需初步查明水庫(kù)庫(kù)區(qū)淤積層厚度、分布情況，為后續(xù)水庫(kù)清淤設(shè)計(jì)方案提供支撐資料。

3.1工作布置

某水庫(kù)淤積層探測(cè)共在庫(kù)區(qū)布置29條物探剖面，共布置14個(gè)驗(yàn)證鉆孔，實(shí)際物探測(cè)線布置圖見圖1-2。

3.2解釋原則

①下圖1-3為雙柏縣獅子口水庫(kù)WT16剖面視電阻率斷面成果圖，測(cè)線長(zhǎng)度為300m，樁號(hào)為0m～300m。由視電阻率斷面圖可以看出：剖面電阻率在2Ω·m～140Ω·m之間，電阻率分布均勻，基本成層狀分布，視電阻率水平方向上隨基巖起伏變化。根據(jù)電阻率等級(jí)分布，以等值線最密集（電性差異變化最大）的地方為界面，定性的將該剖面大致分為兩個(gè)電性層：第一層底界面深度為10m左右，電阻率在22Ω·m左右；第二個(gè)電性層底界面深度為14m左右，電阻率在28Ω·m左右。電性層分好后，結(jié)合地質(zhì)和鉆探資料，定量進(jìn)行綜合解釋推斷，見圖1-4。該剖面樁號(hào)165m處通過鉆孔WT1601，由地質(zhì)資料、水深測(cè)試資料、鉆孔資料知：WT1601鉆孔終孔深度為4.5m，該樁號(hào)處水深為8.5m，淤積層厚度為4m。綜合定量解釋后見圖1-5，將第一個(gè)電性層的底界面解釋為水底界面，第二個(gè)電性層的底界面解釋為淤積底界面。

②下圖1-6為某水庫(kù)WT2測(cè)線視電阻率斷面成果圖，測(cè)線長(zhǎng)度為360m，樁號(hào)為0m～360m。解釋原則基本同上介紹，但是在剖面樁號(hào)80m～160m的地方，視電阻率整體較低，推測(cè)為淤積層以下長(zhǎng)石石英砂巖含泥巖、泥質(zhì)粉砂巖夾層影響或基巖起伏導(dǎo)致的體積效應(yīng)，此時(shí)不應(yīng)該盲目地將淤底往深處勾畫解釋，而應(yīng)該結(jié)合地質(zhì)情況，鉆孔情況，水庫(kù)淤積的基本規(guī)律（如：在庫(kù)水位變化幅度不大，淤積處于自由發(fā)展情況下，水庫(kù)淤積一般呈三角洲形態(tài)；多沙河流上的水庫(kù)普遍有淤積一大片，沖刷一條帶的特點(diǎn)，淤積一大片指泥沙在橫斷面上基本呈均勻分布，等等）結(jié)合視電阻率等級(jí)分布斷面圖來進(jìn)行合理的推斷與解釋。

3.3淤積量計(jì)算與探測(cè)結(jié)果分析

3.3.1淤積分布

某水庫(kù)淤泥厚度分布成果圖見1-7，淤積層厚度區(qū)域分布圖是根據(jù)每單條測(cè)線測(cè)試的點(diǎn)數(shù)據(jù)整合插值形成的二維空間面數(shù)據(jù)。由成果圖可以看出：在縱斷面上，泥沙淤積主要發(fā)展到壩前，成錐體狀淤積形態(tài)，壩前淤積多，沿庫(kù)尾方向淤積逐漸減少，甚至未發(fā)現(xiàn)明顯淤積；在橫斷面上，水庫(kù)淤積基本是平淤，泥沙在橫斷面上基本呈均勻分布，庫(kù)區(qū)橫斷面上不存在明顯的灘槽。淤積層厚度最大的地方在測(cè)線WT11樁號(hào)115m附近，該處測(cè)試水深為10.1m，水下淤積層厚度約為8.6m；29條測(cè)線平均水深為7.4m，最大水深12.3m，淤積層平均厚度為4.5m，最大淤積厚度為8.6m。

3.3.2淤積量計(jì)算

計(jì)算原理：物探共布置29條測(cè)線，測(cè)試后得到每條測(cè)線的二維視電阻率斷面成果圖，根據(jù)斷面圖推測(cè)出相應(yīng)點(diǎn)的淤積層厚度，最后插值成二維空間的厚度數(shù)據(jù)體，得到淤積層厚度等值線圖。淤積層體積算法為：將整個(gè)庫(kù)區(qū)面積近似劃分1m×1m的單元網(wǎng)格，每個(gè)單元網(wǎng)格根據(jù)插值的二維數(shù)據(jù)體給出一個(gè)淤積層平均厚度，由此計(jì)算出每個(gè)網(wǎng)格淤積層的體積，累加每一個(gè)網(wǎng)格的體積即得到水庫(kù)淤積層的總體積。經(jīng)計(jì)算的獅子口水庫(kù)淤積體積約為108.3萬立方米，按照水庫(kù)原設(shè)計(jì)總庫(kù)容707.8萬立方米計(jì)算，淤積體積約占庫(kù)容的15.3%。

4.結(jié)論

（1）該水庫(kù)鉆孔揭示厚度有數(shù)值對(duì)比的共有7對(duì)數(shù)據(jù)，最大絕對(duì)誤差0.6，平均誤差0.21，最大相對(duì)誤差10%。說明使用水上高密度電法進(jìn)行水庫(kù)淤積層厚度探測(cè)是可行的。實(shí)際探測(cè)中從探測(cè)剖面圖上能正確識(shí)別水底及淤泥層底界的界面，進(jìn)而計(jì)算出水深和淤積層厚度。（2）總結(jié)整個(gè)探測(cè)過程形成的工法可保證探測(cè)技術(shù)有效、規(guī)范實(shí)施。（3）探測(cè)實(shí)例表明，該方法具有連續(xù)、快速、有效的特點(diǎn)。

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