Nghiên cứu mô hình vùng thấm trong thân đê đập bằng phương pháp điện đa cực cải tiến và ra đa đất

Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Tập 29, Số (2013) 30-39 Nghiên cứu mơ hình vùng thấm thân đê, đập phương pháp điện đa cực cải tiến Ra đa đất Vũ Đức Minh1,*, Đỗ Anh Chung2 Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN, 334 Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội, Việt Nam Viện Sinh thái bảo vệ cơng trình, Viện Khoa học Thuỷ Lợi Việt Nam Nhận ngày 29 tháng 11 năm 2012 Chỉnh sửa ngày 14 tháng 12 năm 2012; chấp nhận đăng ngày 28 tháng 10 năm 2013 Tóm tắt: Bài báo trình bày số kết tính tốn mơ hình lý thuyết thực tế vùng thấm thân đê đập áp dụng kiến thức Toán học, Vật lý phần mềm EarthImage 2D (đối với phương pháp điện đa cực), phần mềm Reflex (đối với phương pháp Ra đa đất) Đồng thời trình bày kết nghiên cứu lựa chọn hệ cực đo tối ưu từ loại hệ cực đo khác phương pháp điện đa cực mơ hình lý thuyết thực tế Từ rút kết luận hiệu áp dụng phương pháp Ra đa đất phương pháp điện đa cực cải tiến với hệ cực tối ưu việc tìm kiếm, xác định vùng thấm; đồng thời tìm phương pháp tiến hành cơng tác ngồi thực địa cho phù hợp Các kết áp dụng thử nghiệm vùng thấm thuộc Kè Mỹ Trung đoạn từ K0+00 ÷ K2+400 thuộc đê ngồi hữu sơng Đào, huyện Vụ Bản, tỉnh Nam Định Đặt vấn đề∗ Chúng tiến hành nghiên cứu nhằm sử dụng tổ hợp phương pháp điện đa cực cải tiến [1] Ra đa đất [2,3] để phát vùng thấm thân đê đập thơng qua việc lựa chọn, nghiên cứu, tính tốn mơ hình lý thuyết thực tế vùng thấm thân đê đập; nghiên cứu thử nghiệm tính tốn lựa chọn hệ cực đo tối ưu từ loại hệ cực đo khác phương pháp điện đa cực [3-5] mơ hình lý thuyết thực tế Từ đó, tìm phương pháp tiến hành cơng tác ngồi thực địa cho phù hợp Các kết áp dụng thử nghiệm thực tế Từ trước đến phát vùng thấm thân đê đập thông qua biểu thấm bên ngồi, vùng thấm gây ảnh hưởng không nhỏ đến an toàn đê đập Mặt khác, biểu hiên bên ngồi khơng thể giúp ta rõ vị trí vùng thấm để xử lý nên xử lý phải khoan thăm dị tốn Vì vậy, việc xác định vị trí qui mơ vùng thấm thân đê đập quan trọng, giúp lựa chọn giải pháp xử lý hữu hiệu vùng thấm _ ∗ Tác giả liên hệ ĐT: 84-914658586 E-mail: minhvd@vnu.edu.vn 30 V.Đ Minh, Đ.A Chung /Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Tập 29, Số (2013) 30-39 Q trình nghiên cứu mơ hình lý thuyết kết 31 h d 2.1 Lựa chọn mơ hình lý thuyết vùng thấm D Kết nghiên cứu, khảo sát địa chất vùng đồng sông Hồng cho thấy, đất đắp đê chủ yếu đất bồi lắng có điện trở suất từ 14-40Ωm Vùng thấm thân đê đập thực tế thường có chiều rộng vài mét đến vài chục mét, có chiều sâu vài mét đến chục mét so với mặt đê, đập Cho đến khơng có mơ hình thực tế cụ thể vùng thấm cụ thể phát xử lý khoan Từ thực tế chúng tơi chọn mơ hình vùng thấm, rị rỉ có dạng lớp kéo dài, cân đối Lớp thấm có chiều dày (d) 0,5m, dài (D) 20m nằm sâu (h) 2m so với mặt đất Vùng thấm đất ẩm có điện trở 10Ωm, nằm mơi trường đất đắp đê có điện trở 20Ωm (hình 1) Hình Mơ hình lý thuyết vùng thấm 2.2 Tính tốn lựa chọn hệ cực tối ưu phương pháp điện đa cực cải tiến mơ hình lý thuyết vùng thấm 2.2.1 Hệ điện cực dipole - dipole Trên tuyến tính lý thuyết mơ hình lý thuyết vùng thấm, chúng tơi tiến hành tính cho hệ điện cực dipole - dipole với a=1, n=8 dựa phần mềm EarthImage 2D [4] Hình (trong (a) kết tính thuận; (b) kết giải ngược; (c) mơ hình tính thuận) kết tính lý thuyết mơ hình lý thuyết vùng thấm thể khu vực thấm vùng dị thường điện trở thấp, kết tính ngược (b) cho thấy vùng có chiều dày lớn chiều dày thực, không phù hợp với mơ hình đưa mơ hình tính thuận (c) Vì vậy, với hệ cực khơng xác định chiều dày vùng thấm (a) (b) (c) Hìmh Kết tính mơ hình lý thuyết vùng thấm cho hệ cực dipole-dipole 32 V.Đ Minh, Đ.A Chung /Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Tập 29, Số (2013) 30-39 2.2.2 Hệ điện cực Wenner Chúng tơi tiến hành tính lý thuyết cho hệ điện cực Wenner dựa phần mềm EarthImage 2D mơ hình nêu hình Hình ví dụ minh họa kết tính tốn mơ hình lý thuyết vùng thấm (trong (a) kết tính thuận; (b) kết giải ngược; (c) mơ hình tính) (a) (b) (c) Hình Kết tính mơ hình lý thuyết vùng thấm cho hệ cực Wenner Kết tính lý thuyết với hệ cực Wenner cho thấy với hệ cực bề mặt mô hình tính tốn với mơ hình lý thuyết Tuy nhiên, chiều dày vùng thấm lớn nhiều so với mơ hình 2.2.3 Hệ điện cực Wenner - Schlumberger điện cực Wenner - Schlumberger có a=1, n=8 dựa phần mềm EarthImage 2D mơ hình nêu hình Hình ví dụ minh họa kết tính tốn mơ hình vùng thấm (trong hình (a) kết tính thuận; hình (b) kết giải ngược; hình (c) mơ hình tính) Chúng tơi tiến hành tính lý thuyết cho hệ a b c Hình Kết tính mơ hình lý thuyết vùng thấm cho hệ cực Wenner- Schlumberger V.Đ Minh, Đ.A Chung /Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Tập 29, Số (2013) 30-39 Các kết tính tốn tốn thuận cho hệ cực Wenner - Schlumberger mơ hình thấm thể mặt cắt điện trở sau: Dị thường điện trở thấp có dạng vỉa ngang Chiều sâu đến đỉnh phù hợp với mơ hình Nhưng chiều dày dị thường lớn so với mô hình 2.2.4 Nhận xét chung Đối với đối tượng vùng thấm hay vỉa ngang sử dụng hệ cực Wenner hệ điện cực Wenner-Schlumberger để tìm kiếm, nhiên dị thường thể rõ đo hệ cực Wenner 2.3 Tính tốn cho hệ cực Wenner mơ hình lý thuyết vùng thấm thay đổi Chúng tơi tiến hành tính tốn cho hệ cực Wenner với mơ hình thấm vỉa ngang độ sâu thay đổi Lớp thấm có chiều dày (d) 0,5m, dài (D) 20m nằm sâu (h) tăng 33 dần từ 2m so với mặt đất đến khơng cịn dị thường Vùng thấm đất ẩm có điện trở 10Ωm, nằm mơi trường đất đắp đê có điện trở 20Ωm Sai số kỹ thuật tính 3% Tính tốn lý thuyết mơ hình vùng thấm (vỉa nằm ngang) với chiều sâu khác (hình đến hình 7) cho thấy: Vùng thấm có chiều dày 0,5m, chiều dài 20m nằm độ sâu