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病险水库探测技术研究 黄河勘测规划设计有限公司工程物探研究院 1 立项背景 1.1我国水库的基本情况 我国现有8万多座水库，数量居世界之首，其中大型水库占水库总数的0.5%；中型水库占水库总数的3.3%；小型水库占水库总数的96.2%。全国水库总库容约5658亿m3，相当于河流年径流总量的1/6。按部门统计，目前水利系统管理的水库83727 座，占全国水库总数的99%；其中，大型346座，中型2682座，小型80699座。按《水库大坝安全鉴定办法》的评判标准，全国水利系统管理的水库中，共有病险水库30413 座，占水库总数的36.3%。其中，大型病险水库145座，占所属大型水库总数的41.9%；中型病险水库1118 座，占所属中型水库总数的41.7%；小型病险水库29150座，占所属小型水库总数的36.1%。 1.2病险水库的影响 由于病险问题的存在，许多水库不能利用原设计的防洪库容调蓄洪水，无法承担其在江河防洪体系中所应担负的责任, 破坏了原设计防洪体系的完整性。而且， 随着我国近年来堤防建设的加强，病险水库已成为防洪体系中较薄弱的环节，严重影响我国防洪保安工作的顺利实施。病险水库本身由于防洪标准低或存在严重工程质量问题, 增加了垮坝的可能性。而水库大坝一旦失事, 对下游人民的生命财产以及主要交通干线等基础设施将造成毁灭性的灾害。更为严重的是, 很多病险水库位于城镇的上游, 且与城市(镇) 的距离近, 相对高差大, 对城市安全威胁极大。要解决上述出现的问题，必须对病险水库进行除险加固，除险加固必须找到原因，因此，我们试图寻找有效的探测方法来对病险水库进行探测，用以指导除险加固工作。 2研究内容 2.1病险水库的基本特征 病险水库有以下几个基本特征: (1) 水库防洪标准低。 (2) 抗震标准低。 (3) 大坝稳定性差。 (4) 坝体、坝基渗漏严重。 (5) 输、放水及泄洪建筑物老化、破坏较为普遍。 (6) 金属结构和机电设备不能正常运转。 (7) 管理设施、观测设备等不完善。 病险水库的几个特征中最难探测的是水库漏水问题，水库漏水会危机整个水库周围人民生命财产安全，因此对病险水库的漏水问题进行查漏是治理病险水库的基本前提。 2.2病险水库漏水形成的原因 病险水库漏水主要有以下几个方面造成的：①白蚁等形成的洞穴。这种情况一般会出现渗漏集中的通道。②坝身遭到结构性的破坏。如由于土遭渗流破坏或土的强度没达到设计值，在洪水到来时被冲垮，而后重建时新老土层咬合不好而在界面处出现集中渗漏带。③两侧坝肩与围岩接触部位结合不够紧密。这种情况在山区水库大坝和河流的拦河坝中出现较多，容易出现散浸，有时也形成集中渗水通道。④坝体与其下面的基岩接触部位出现渗漏，这在混凝土坝中较常见，有两个原因：一是由于温度应力引起混凝土开裂，二是早期施工时接触面没处理好，这种情况可能出现多处集中渗水通道。⑤坝体基础不好，很多堤坝的基础为砂卵石层，这样容易出现散浸，长期以往，由于细砂容易被水带走，也会在一定部位出现较集中的渗水通道。⑥坝前地质构造中的裂隙、断层等地质现象引起集中漏水通道。 因此，病险水库探测研究的主要内容：运用地球物理方法对水库的渗漏问题进行分析研究，找到查找渗漏的有效可行的方法，并在此基础上研制探测装备。 3现有的探测技术方法及评价 3.1电法 3.1.1 基本原理 用于探测渗漏的电法主要有电阻率法、自然电场法及充电法。电阻率法主要是利用坝体内各物质体(如浆砌石、砂、粘土及渗漏水等)的导电性差异，通过探测得到的视电阻率值分析其物质属性，从而确定渗水通道。自然电场法探测原理：如果存在渗漏水现象，则大坝介质与其周围溶液之间形成离子双电层，靠介质颗粒一边带阴离子，而溶液一侧带阳离子，当地下水在大坝介质中流过时，将带走双电层溶液一侧(扩散区中)的部分阳离子，于是，在水流的上游会留下多余的负电荷(阴离子)，而下游有多余的正电荷(阳离子)。因而破坏正、负电荷的平衡，形成极化，进而产生自然电场。据此可以根据探测该自然电场的分布规律来达到探测渗漏隐患的目的。自然电场法又可分为电位和差分两种观测方式。充电法探测原理：充电法是利用天然的或人工揭露的良导体露头、地下水出露点，直接接上供电电极，而将另一供电电极置于“无穷远”处接地，然后接上电源。这样，整个导体就相当于一个大电极