Nghiên cứu khả năng áp dụng phương pháp rada đất để phát hiện hang rỗng trong thân đê, đập ở việt nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Vương Duy Thọ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP RAĐA ĐẤT ĐỂ PHÁT HIỆN HANG RỖNG TRONG THÂN ĐÊ, ĐẬP Ở VIỆT NAM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Vương Duy Thọ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP RAĐA ĐẤT ĐỂ PHÁT HIỆN HANG RỖNG TRONG THÂN ĐÊ, ĐẬP Ở VIỆT NAM Chuyên ngành: Vật Lý Địa Cầu Mã số: 60440111 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS VŨ ĐỨC MINH Hà Nội – Năm 2015 MỤC LỤC Các ký hiệu & từ viết tắt…………………………………………………………… i Danh mục hình vẽ .ii Danh mục bảng biểu vi MỞ ĐẦU .1 Tính cấp thiết đề tài .1 Mục tiêu nghiên cứu đề tài: Đối tượng phạm vi nghiên cứu .1 Nội dung nghiên cứu đề tài Phương pháp nghiên cứu .2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài .2 Cấu trúc luận văn Chương - TỔNG QUAN CHUNG VỀ PHƯƠNG PHÁP RAĐA ĐẤT 1.1 VÀI NÉT LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN CỦA PHƯƠNG PHÁP RAĐA ĐẤT TRONG KHẢO SÁT HANG RỖNG 1.1.1 Tình hình nghiên cứu nước 1.1.2 Tình hình nghiên cứu nước 1.2 PHƯƠNG PHÁP RA ĐA ĐẤT 1.2.1 Sơ lược phương pháp Rađa đất 1.2.2 Một số tính chất trường điện từ môi trường địa chất 1.2.3 Phương pháp xác định số tham số điện từ 16 Chương - NGHIÊN CỨU TRÊN MÔ HÌNH HANG RỖNG LÝ THUYẾT 21 2.1.CƠ SỞ LỰA CHỌN MÔ HÌNH .21 2.1.1 Cơ sở Vật lý địa chất 21 2.1.2 Cơ sở lựa chọn ăng ten 22 2.2 CÁCH THỨC TÍNH MÔ HÌNH 23 2.2.1 Module mô hình hóa cho mô 2D (Module modelling for the 2Dsimulation) 23 2.2.2 Mô hình sai phân hữu hạn (Finite Difference (FD)) 27 2.2.3 Cơ sở lý thuyết trường sóng đa hang rỗng 28 2.3 XỬ LÝ, TÍNH TOÁN 31 2.4 KẾT QUẢ THỰC HIỆN MÔ HÌNH LÝ THUYẾT 34 2.4.1 Mô hình hang rỗng có độ sâu khác 34 2.4.2 Mô hình hang rỗng nằm độ sâu 1m có bán kính thay đổi .39 2.4.3 Mô hình có đối tượng hang rỗng 47 2.4.3.1 Mô hình có đối tượng hang rỗng có vị trí độ sâu khác 47 2.4.3.2 Mô hình có đối tượng hang rỗng khác vị trí độ sâu khác .49 2.4.3.3 Mô hình có đối tượng hang rỗng khác vị trí độ sâu 51 Chương - KẾT QUẢ ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP RADA ĐẤT ĐỂ PHÁT HIỆN HANG RỖNG 53 3.1 Máy móc thiết bị 53 3.2 Phương pháp kỹ thuật đo Rađa đất 53 3.3 Phương pháp xử lý tài liệu 56 3.4.Kết xác định hang rỗng 58 3.4.1 Kết xác định hang rỗng tổ mối đê tả Đáy - Hoài Đức - Hà Nội .59 3.4.2 Kết xác định hang rỗng tổ mối đê Tả Cấm, Thủy Nguyên, Hải Phòng .61 3.4.3 Kết xác định hang rỗng tổ mối đê tả Đào, Nam Trực, Nam Định.63 3.4.4 Kết xác định hang rỗng tổ mối đập Đá Đen, Khánh Hòa 64 3.4.5 Kết xác định hang rỗng tổ mối đập Khe Tân-Quảng Nam 66 KẾT LUẬN .68 Tài liệu tham khảo .70 Các ký hiệu chữ viết tắt  - độ dẫn điện [đơn vị Siemens/m]  - số điện môi f - tần số ăng ten [MHz] v - vận tốc truyền sóng điện từ [m/ns] c - vận tốc ánh sáng [c = 108 m/s]  - điện trở suất môi trường [ohm/m]  - độ thẩm từ R - hệ số phản xạ  - bước sóng [m]  - độ suy giảm sóng điện từ [dB/m2] E - cường độ điện trường [Volt/m] D - véc tơ cảm ứng điện Jc - mật độ dòng dẫn [amperes/m2] Jd - dòng dịch  = 2f - tần số góc [rad/s]  - phần trăm lỗ rỗng hay độ rỗng môi trường đất đá [%] S - độ bão hoà nước hay tỷ lệ độ ngậm nước DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 Mối liên hệ dòng điện dẫn, dòng dịch dòng toàn phần 11 Hình 1.2 Mối liên hệ độ điện thẩm tương đối vận tốc truyền sóng vào lượng nước môi trường 13 Hình 1.3 Phương pháp hình học 17 Hình 1.4 Vận tốc truyền sóng 18 Hình 1.5 Phương pháp điểm sâu chung 19 Hình 2.1: Giản đồ sóng rađa đối tượng 28 Hình 2.2 Giản đồ sóng rađa đối tượng dạng điểm 30 Hình 2.3 Giản đồ sóng rađa mặt phân lớp 31 Hình 2.4 Hình ảnh dịch chuyển Migration 32 Hình 2.5 Mô hình có đối tượng hang rỗng có bán kính 0,3m nằm vị trí mét thứ có độ sâu 0,3m 34 Hình 2.6 Mô hình có đối tượng hang rỗng có bán kính 0,3m nằm vị trí mét thứ có độ sâu 0,3m sau xử lý Migration 34 Hình 2.7 Mô hình có đối tượng hang rỗng có bán kính 0,3m nằm vị trí mét thứ có độ sâu 0,6m 35 Hình 2.8 Mô hình có đối tượng hang rỗng có bán kính 0,3m nằm vị trí mét thứ có độ sâu 0,6m sau xử lý Migration 35 Hình 2.9 Mô hình có đối tượng hang rỗng có bán kính 0,3m nằm vị trí mét thứ có độ sâu 0,9m 36 Hình 2.10 Mô hình có đối tượng hang rỗng có bán kính 0,3m nằm vị trí mét thứ có độ sâu 0,9m sau xử lý Migration 36 Hình 2.11 Mô hình có đối tượng hang rỗng có bán kính 0,3m nằm vị trí mét thứ có độ sâu 1,2m 37 Hình 2.12 Mô hình có đối tượng hang rỗng có bán kính 0,3m nằm vị trí mét thứ có độ sâu 1,2m sau xử lý Migration 37 Hình 2.13 Mô hình có đối tượng hang rỗng có bán kính 0,3m nằm vị trí mét thứ có độ sâu 1,5m 38 Hình 2.14 Mô hình có đối tượng hang rỗng có bán kính 0,3m nằm vị trí mét thứ có độ sâu 1,5m sau xử lý Migration 38 Hình 2.15 Mô hình hang rỗng có bán kính 0.05m nằm vị trí mét thứ chiều sâu 1m 39 Hình 2.16 Mô hình hang rỗng có bán kính 0,1m nằm vị trí mét thứ chiều sâu 1m 40 Hình 2.17 Mô hình hang rỗng có bán kính 0,1m nằm vị trí mét thứ chiều sâu 1m sau xử lý Migration 40 Hình 2.18 Mô hình hang rỗng có bán kính 0,15m nằm vị trí mét thứ chiều sâu 1m 41 Hình 2.19 Mô hình hang rỗng có bán kính 0,15m nằm vị trí mét thứ chiều sâu 1m sau xử lý Migration 41 Hình 2.20 Mô hình hang rỗng có bán kính 0,2m nằm vị trí mét thứ chiều sâu 1m 42 Hình 2.21 Mô hình hang rỗng có bán kính 0,2m nằm vị trí mét thứ chiều sâu 1m sau xử lý Migration 42 Hình 2.22 Mô hình hang rỗng có bán kính 0,25m nằm vị trí mét thứ chiều sâu 1m 43 Hình 2.23 Mô hình hang rỗng có bán kính 0,25m nằm vị trí mét thứ chiều sâu 1m sau xử lý Migration 43 Hình 2.24 Mô hình hang rỗng có bán kính 0,3m nằm vị trí mét thứ chiều sâu 1m 44 Hình 2.25 Mô hình hang rỗng có bán kính 0,3m nằm vị trí mét thứ chiều sâu 1m sau xử lý Migration 44 Hình 2.26: Mô hình hang rỗng có bán kính 0,4m nằm vị trí mét thứ chiều sâu 1m 45 Hình 2.27 Mô hình hang rỗng có bán kính 0,4m nằm vị trí mét thứ chiều sâu 1m sau xử lý Migration 45 Hình 2.28 Mô hình hang rỗng có bán kính 0,5m nằm vị trí mét thứ chiều sâu 1m 46 Hình 2.29 Mô hình hang rỗng có bán kính 0,5m nằm vị trí mét thứ chiều sâu 1m sau xử lý Migration 46 Hình 2.30 Mô hình có hang rỗng có bán kính 0.3m nằm vị trí mét thứ chiều sâu 0,3m, 1,2m 47 Hình 2.31 Mô hình có hang rỗng có bán kính 0.3m nằm vị trí mét thứ chiều sâu 0,3m, 1,2m sau xử lý Migration 47 Hình 2.32 Mô hình có hang rỗng có bán kính 0.3m nằm vị trí mét thứ chiều sâu 0,3m, 0,9m 48 Hình 2.33 Mô hình có hang rỗng có bán kính 0.3m nằm vị trí mét thứ chiều sâu 0,3m, 0,9m sau xử lý Migration 48 Hình 2.34 Mô hình có hang rỗng có bán kính 0.3m nằm vị trí mét thứ 3,9; chiều sâu 0,3m, 0,9m 49 Hình 2.35 Mô hình có hang rỗng có bán kính 0.3m nằm vị trí mét thứ 3,9; chiều sâu 0,3m, 0,9m sau xử lý Migration 49 Hình 2.36 Mô hình có hang rỗng có bán kính 0.3m nằm vị trí mét thứ 3,6; chiều sâu 0,9m, 1,2m 50 Hình 2.37 Mô hình có hang rỗng có bán kính 0.3m nằm vị trí mét thứ 3,6; chiều sâu 0,9m, 1,2m sau xử lý Migration 50 Hình 2.38 Mô hình có hang rỗng có bán kính 0.3m nằm vị trí mét thứ 3,6; chiều sâu 0,9m 51 Hình 2.39 Mô hình có hang rỗng có bán kính 0.3m nằm vị trí mét thứ 3,6; chiều sâu 0,9m sau xử lý Migration 51 Hình 2.40 Mô hình có hang rỗng có bán kính 0.3m nằm vị trí mét thứ 3,9; chiều sâu 0,9m 52 Hình 2.41 Mô hình có hang rỗng có bán kính 0.3m nằm vị trí mét thứ 3,9; chiều sâu 0,9m sau xử lý Migration 52 Hình 3.1 Hệ thiết bị SIR- 10B 53 Hình 3.2 Khuyếch đại tín hiệu chuẩn 55 Hình 3.3 Cài đặt thông số lọc 56 Hình 3.4 Tuyến đo khảo sát tổ mối 58 Hình 3.5.Sơ đồ vị trí tuyến khảo sát 59 Hình 3.6 Hình ảnh khảo sát hang rỗng tổ mối đê Hoài Đức-Hà Nội 59 Hình 3.7 Kết khảo sát hang rỗng tổ mối đê Hoài Đức - Hà Nộ 60 Hình 3.8.Sơ đồ vị trí tuyến khảo sát 61 Hình 3.9 Hình ảnh khảo sát hang rỗng tổ mối đê Thủy Nguyên-Hải Phỏng 61 Hình 3.10 Kết khảo sát hang rỗng tổ mối đê Thủy Nguyên-Hải Phòng 62 Hình 3.11.Sơ đồ vị trí tuyến khảo sát 63 Hình 3.12 Hình ảnh khảo sát hang rỗng tổ mối đê Nam Trực-Nam Định 63 Hình 3.13 Kết khảo sát hang rỗng tổ mối đê Nam Trực-Nam Định 64 Hình 3.14.Sơ đồ vị trí tuyến khảo sát 64 Hình 3.15 Hình ảnh khảo sát hang rỗng tổ mối đập Đá Đen-Khánh Hòa 65 Hình 3.16 Kết khảo sát hang rỗng tổ mối đập Đá Đen-Khánh Hòa 65 Hình 3.17.Sơ đồ vị trí tuyến khảo sát 66 Hình 3.18 Hình ảnh khảo sát hang rỗng tổ mối đập Khe Tân-Quảng Nam 66 Hình 3.19 Kết khảo sát hang rỗng tổ mối đập Khe Tân-Quảng Nam 67 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1 Hằng số điện môi số vật chất tự nhiên Tài liệu tham khảo Tiếng Việt Ngô Trí Côi nnk, (2001), Ứng dụng công nghệ dò tìm xử lý mối đê, Thư viện Cục phòng chống lụt bão quản lý đê điều Ngô Trí Côi nnk, (2001), Nghiên cứu ứng dụng chương trình phần mềm Rađa xuyên đất dò tìm khuyết tật lỗ rỗng (lưu ý tổ mối) đê đập, Báo cáo kết nghiên cứu đề tài cấp bộ; Thư viện Viện Phòng trừ mối bảo vệ công trình Nguyễn Văn Giảng Nguyễn Thành Công Ứng dụng rađa xuyên đất việc đánh giá trạng đất đắp cống đê (Assesing earth's filling side of sluice under the dyke by the GPR method) Tuyển tập kết KH CN 1994-1999, Tập IV, tr 33-41 NXB Nông Nghiệp Nguyễn Trọng Nga, Đỗ Anh Chung nnk, (2002), Báo cáo kết dò tìm hang rỗng Nhà máy Xi măng Tam Điệp - Ninh Bình, Thư viện Viện Phòng trừ mối Bảo vệ công trình Lê Hoàng Kim, Nguyễn Thành Vấn, Đặng Hoài Trung, Áp dụng phương pháp dịch chuyển dời pha nội suy tuyến tính vào xử lý tài liệu radar xuyên đất để xác định kích thước vị trí dị vật Tạp chí Địa Chất, loại A, số 341-345, 3-8/2014, tr 230236 Đặng Hoài Trung, Nguyễn Thành Vấn, Võ Minh Triết, Nguyễn Văn Thuận, Võ Nguyễn Như Liễu, Ra đa xuyên đất khảo sát công trình ngấm thành phố Hồ Chí Minh Tạp chí Địa Chất, loại A, số 341-345, 3-8/2014, tr 299-308 Mai Thanh Tân, 2011, Thăm dò Địa chấn NXB Giao thông vận tải, Hà Nội Nguyễn Thành Vấn, Nguyễn Văn Thuận, Đặng Hoài Trung, Dịch chuyển F-K Entropy cực tiểu xử tài liệu Rađa xuyên đất Tạp chí Địa Chất, loại A, số 341-345, 3-8/2014, tr 273-282 Nguyễn Thành Vấn, Võ Minh Triết, Đặng Hoài Trung, Lê Văn Anh Cường, Nguyễn Văn Giảng, Xác định vận tốc truyền sóng điện từ radar xuyên đất hiệu chỉnh động Tạp chí Các Khoa Học Về Trái Đất Số tập 35, 6-2013, tr 137-145 70 10 Nguyễn Thành Vấn, Nguyễn Văn Giảng, 2013, Ra đa xuyên đất phương pháp ứng dụng, NXB Đại học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh 11 Viện Sinh thái Bảo vệ công trình - Viện Khoa học thuỷ lợi Việt Nam, (2004), Báo cáo kết đề tài:" Điều tra, khảo sát tình hình mối ẩn hoạ hệ thống đập đất thuộc tỉnh Hoà Bình đề xuất biện pháp xử lý" 12 Viện Sinh thái Bảo vệ công trình - Viện Khoa học thuỷ lợi Việt Nam, (2006), Báo cáo đề tài:" Nghiên cứu điều tra, đánh giá tổng hợp điều kiện môi trường, ẩn hoạ đê điều tỉnh Nam Định" Tiếng Anh 13 Annan A.P (1984) - Radar mapping of buried pipes and cable 14 A.P.Annan, Sensors & Sorfware Inc, Thư viện Viện Phòng trừ mối Bảo vệ công trình 15 Daniels.D.J (1980) - Short Imfulse radar for stratified lossy dielectrie layer measurement 16 Damiels D.J (1996) - Subsurface Penetrating radar 17 Vu Duc Minh, Do Anh Chung, 2013, “Simulation research on hollow cavities in the body of dikes, dams by Geophysical Methods”, VNU Journal of Science, Mathematics-Physics, 29 (1), p 18 Vu Duc Minh, Do Anh Chung, 2013, “Some research results from the application of geophysical methods in quickly identifying shallow hazards in dike and dam body” , VNU Journal of Science, Mathematics-Physics 19 Radan For Windows, Manual, (2014) of Geophysical Survey Systems, Inc 20 Sandmeier K.J, Reflexw Manual Zipser Straße 1D-76227 Karlsruhe Germany 21 Stolt, R.H, 1996, Seissmic Migration: Theory and pratice, Geophyssical Press 22 SIR-System 10B, Manual, (1998), Thư viện Viện Phòng trừ mối Bảo vệ công trình 71 23 Szynkiewicz, A., (2000) GPR monitoring of earthen flood banks/ levees, Proceedings of the Eighth International Conference on Ground Penetrating Radar, (GPR 2000) 24 Xuxingxin, Lidong and al, Study of Ground Penetrating Rađa Exploration of Subterranean Termites in Dykes and Dams, (1996), Acta Entomology Sinica, vol.39 72 [...]...Tài liệu tham khảo Tiếng Việt 1 Ngô Trí Côi và nnk, (2001), Ứng dụng công nghệ mới dò tìm và xử lý mối trong đê, Thư viện Cục phòng chống lụt bão và quản lý đê điều 2 Ngô Trí Côi và nnk, (2001), Nghiên cứu ứng dụng chương trình phần mềm Rađa xuyên đất dò tìm khuyết tật lỗ rỗng (lưu ý tổ mối) trong đê đập, Báo cáo kết quả nghiên cứu đề tài cấp bộ; Thư viện Viện Phòng trừ... phương pháp và ứng dụng, NXB Đại học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh 11 Viện Sinh thái và Bảo vệ công trình - Viện Khoa học thuỷ lợi Việt Nam, (2004), Báo cáo kết quả đề tài:" Điều tra, khảo sát tình hình mối và các ẩn hoạ ở hệ thống đập đất thuộc tỉnh Hoà Bình và đề xuất biện pháp xử lý" 12 Viện Sinh thái và Bảo vệ công trình - Viện Khoa học thuỷ lợi Việt Nam, (2006), Báo cáo đề tài:" Nghiên cứu điều tra, đánh... Lê Hoàng Kim, Nguyễn Thành Vấn, Đặng Hoài Trung, Áp dụng phương pháp dịch chuyển dời pha nội suy tuyến tính vào xử lý tài liệu radar xuyên đất để xác định kích thước và vị trí dị vật Tạp chí Địa Chất, loại A, số 341-345, 3-8/2014, tr 230236 6 Đặng Hoài Trung, Nguyễn Thành Vấn, Võ Minh Triết, Nguyễn Văn Thuận, Võ Nguyễn Như Liễu, Ra đa xuyên đất trong khảo sát công trình ngấm tại thành phố Hồ Chí Minh... tiểu trong xử tài liệu Rađa xuyên đất Tạp chí Địa Chất, loại A, số 341-345, 3-8/2014, tr 273-282 9 Nguyễn Thành Vấn, Võ Minh Triết, Đặng Hoài Trung, Lê Văn Anh Cường, Nguyễn Văn Giảng, Xác định vận tốc truyền sóng điện từ trong radar xuyên đất bằng hiệu chỉnh động Tạp chí Các Khoa Học Về Trái Đất Số 2 tập 35, 6-2013, tr 137-145 70 10 Nguyễn Thành Vấn, Nguyễn Văn Giảng, 2013, Ra đa xuyên đất phương pháp. .. vệ công trình 3 Nguyễn Văn Giảng Nguyễn Thành Công Ứng dụng rađa xuyên đất trong việc đánh giá hiện trạng đất đắp cống dưới đê (Assesing earth's filling side of sluice under the dyke by the GPR method) Tuyển tập kết quả KH và CN 1994-1999, Tập IV, tr 33-41 NXB Nông Nghiệp 4 Nguyễn Trọng Nga, Đỗ Anh Chung và nnk, (2002), Báo cáo kết quả dò tìm hang rỗng nền Nhà máy Xi măng Tam Điệp - Ninh Bình, Thư viện... kiện môi trường, ẩn hoạ đối với đê điều tỉnh Nam Định" Tiếng Anh 13 Annan A.P (1984) - Radar mapping of buried pipes and cable 14 A.P.Annan, Sensors & Sorfware Inc, Thư viện Viện Phòng trừ mối và Bảo vệ công trình 15 Daniels.D.J (1980) - Short Imfulse radar for stratified lossy dielectrie layer measurement 16 Damiels D.J (1996) - Subsurface Penetrating radar 17 Vu Duc Minh, Do Anh Chung, 2013, “Simulation... Minh, Do Anh Chung, 2013, “Some research results from the application of geophysical methods in quickly identifying shallow hazards in dike and dam body” , VNU Journal of Science, Mathematics-Physics 19 Radan For Windows, Manual, (2014) of Geophysical Survey Systems, Inc 20 Sandmeier K.J, Reflexw Manual Zipser Straße 1D-76227 Karlsruhe Germany 21 Stolt, R.H, 1996, Seissmic Migration: Theory and pratice,... (1998), Thư viện Viện Phòng trừ mối và Bảo vệ công trình 71 23 Szynkiewicz, A., (2000) GPR monitoring of earthen flood banks/ levees, Proceedings of the Eighth International Conference on Ground Penetrating Radar, (GPR 2000) 24 Xuxingxin, Lidong and al, Study of Ground Penetrating Rađa Exploration of Subterranean Termites in Dykes and Dams, (1996), Acta Entomology Sinica, vol.39 72