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众所周知,黄河下游是举世闻名的地上悬河,滔滔洪水全靠两岸大堤约束下泄,黄河下游堤防是防御洪水的主要屏障。黄河下游防洪工程还存在不少薄弱环节:堤防质量差、险点隐患多等。
目前,我国堤防隐患探测的方法主要有:直流电阻率法(常规电阻率法、高密度电阻率法)、自然电场法、瞬变电磁法、放射性同位素示踪法、测温法、瞬态面波和地质雷达等。但真正在测评中表现好的应用方法是高密度电阻率法、瞬变电磁法、瞬态面波和地质雷达。黄河下游堤防的隐患探测中,高密度电法是最有效的方法之一。
学生所在单位曾先后成功地完成了“八五”国家重点科技攻关项目“堤防工程新技术研究”专题研究及水利部重大科技攻关项目(国科99-01)“堤防隐患和险情探测仪器开发”研制开发工作,取得了巨大的社会效益和经济效益。此外在黄河下游采用高密度电阻率法完成了数百公里的隐患探测工作,探测出隐患2000多处。但近几年我们偏重仪器设备和探测速度研究,而对不同类型隐患针对性的探测技术研究较少。因此,提出了“高密度电阻率法在黄河下游堤防隐患探测中的应用研究”课题,是结合黄河下游堤防高密度电阻率法探测资料,分析、总结、研究出一套系统完整的探测和隐患判别技术,目的是根据黄河下游堤防工程隐患的特点,针对不同隐患类型的电性特征和异常形态,分析研究其数据处理方法和在高密度电阻率剖面上的图像特征,总结各种隐患探测应采用的最佳装置形式,以及资料分析判断方法。
论文首先论文对目前黄河堤防现状和隐患探测技术在治黄的发展情况及隐患探测技术现状进行了述评,针对黄河下游堤防工程隐患探测在实际应用中存在的问题,进行了分析,提出了课题的研究方向,介绍主要工作内容和主要成果。
其次,对高密度电阻率法及常用的电极装置工作原理进行了较为详细的阐述,分析了高密度电阻率法的工作特点,及采用高密度电阻率法对黄河下游堤防隐患探测时所使用的各种仪器设备的性能特点。结合生产实际,借鉴前人提出的数据处理的方法,分析总结了一套切实可行的数据处理的方法。使得黄河下游堤防隐患探测的数据处理工作,思路更清晰,效果更好。
再其次,分析研究了黄河下游堤防隐患的成因和机理,针对堤身隐患(主要是裂缝、洞穴、松散体)、堤基隐患(老口门、堤基渗漏)。举例说明了不同隐患模型下各种装置探测的图象效果;不同的隐患类型,所反映的异常形态各不相同;不同的装置对不同类型隐患的反映能力也不同。对于洞穴探测,采用温纳装置或斯龙贝格装置;对裂缝探测,采用小极距的对称四极或三极装置。
从隐患探测的普查和详查两方面,分析研究了外业工作中测线布置、测量定位、高密度电法工作参数、误差分析的方法。针对不同类型的隐患探测模式的选取,堤防正常电性背景的选取是很重要的一个环节,提出了在高密度电测剖面数据中,利用数理统计方法进行正常背景的选取和确定,当正常背景在图象中成大范围层状或均匀的块状结构,而隐患成不规则条带或小块结构时说明分级合适,当探测堤段不靠水时,低于由数理统计确定的正常电性背景的值也可以合并为背景,以便突出异常图象。
分析研究通过对高密度电法剖面图隐患特征及视电阻率曲线异常特征的,得出了隐患分析判断的方法,集中对裂缝异常的确定、洞穴异常的确定、堤身质量分类原则进行了详细地分析研究。然后从模型和实地两方面进行了探测试验分析,验证分析了不同装置对不同隐患的反应能力。根据平水期和汛期隐患出险电阻率的变化,分析得出了堤防隐患和险情监测的技术依据,并在此基础上得出了地球物理技术监测堤防工程内部结构和质量变化的思路。
最后,对该课题的应用研究进行了总结,得出一套系统完整的黄河下游堤防隐患探测技术,并指出了开展隐患探测和险情监测预报的新思路。为今后开展隐患探测和险情监测工作提供了技术支撑。