DSpace at VNU: Một số kết quả thử nghiệm xác định đường bão hòa trong thân đập Đồng Mô bằng phương pháp Thăm dò điện đa cực tiên tiến

Cách xác định đường bão hòa bằng cách xây d ựng hàm dự báo gần đúng và xác định điểm uốn của đường cong điện trở suất Tại các vị trí gần ống pizomet, phân tích xác định đoạn có ranh gi

Trang 1

23

Một số kết quả thử nghiệm xác định đường bão hòa

trong thân đập Đồng Mô bằng phương pháp Thăm dò điện

đa cực tiên tiến

Vũ Đức Minh1,*, Đỗ Anh Chung2 1

Tr ường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN, 334 Nguyễn Trãi, Hà Nội, Việt Nam

2

Vi ện Sinh thái và bảo vệ công trình, Viện Khoa học Thuỷ Lợi Việt Nam, 267 Chùa Bộc, Hà Nội, Việt Nam

Nhận ngày 08 tháng 7 năm 2015 Chỉnh sửa ngày 03 tháng 8 năm 2015; Chấp nhận đăng ngày 11 tháng 8 năm 2015

Tóm tắt: Xác định được vị trí đường bão hòa trong thân đập đất làm cơ sở nhận định, phân tích tình hình thấm, cũng như đánh giá sự ổn định, an toàn của đập là một việc làm hết sức cần thiết Bài báo trình bày một số kết quả thử nghiệm về ảnh hưởng của hệ thống ống pizomet đến số liệu của các phép đo điện đa cực trên thân đập Đồng thời cũng trình bày các kết quả đo đạc và xử lý số liệu phương pháp Thăm dò điện đa cực truyền thống và Thăm dò điện đa cực tiên tiến để xác định đường bão hòa, so sánh với kết quả xác định theo các ống pizomet cùng thời điểm khảo sát Từ đó rút ra các kết luận về hiệu quả áp dụng của phương pháp Thăm dò điện đa cực tiên tiến đối với việc xác định đường bão hòa Các kết quả này có được từ quá trình nghiên cứu tại đập chính Đồng

Mô, Hà Nội

T ừ khóa: Đường bão hòa, đập đất, pizomet

1 Đặt vấn đề∗

Nước ta có khoảng 7.000 hồ chứa thủy lợi

các loại, hồ chứa có nhiệm vụ cấp nước tưới

phục vụ cho sản xuất trong mùa khô, cấp nước

sinh hoạt cho con người và vật nuôi, điều tiết lũ

để phòng, tránh, giảm nhẹ thiên tai, đảm bảo an

toàn tính mạng và tài sản nhân dân vùng hạ lưu,

cải tạo môi trường sinh thái

Đa số các đập hồ chứa là đập đất và được

xây dựng từ những năm 1960 - 1970, điều kiện

và khả năng xây dựng lúc bấy giờ còn khó khăn

_

∗ Tác giả liên hệ ĐT: 84-914658586

Email: minhvd@vnu.edu.vn

nên hầu hết không có hệ thống quan trắc đường bão hòa trong thân đập Mặt khác, đến nay do thời gian sử dụng lâu năm và tác động của biến đổi khí hậu nên các công trình đã bị xuống cấp nghiêm trọng

Hiện nay do điều kiện kinh tế xã hội ngày càng phát triển, dân số tăng, nhu cầu cấp nước sinh hoạt, chăn nuôi, công nghiệp và điện năng tăng cao Điều kiện khí hậu ngày càng diễn biến phức tạp, lượng nước mưa có xu hướng tăng trong mùa mưa và giảm trong mùa khô Những vấn đề trên đã và đang đặt ra các yêu cầu đối với các hồ chứa là cần phải đảm bảo an toàn, ổn định chống lũ, tăng dung tích phòng lũ, dung

Trang 2

tích hữu ích đáp ứng tốt hơn nhu cầu cấp nước,

phát điện phục vụ nhân dân

Đường bão hòa trong thân đập là vị trí bề

mặt dòng thấm, luôn tồn tại và thay đổi theo

mực nước hồ, phụ thuộc vào lớp đất được đắp

trong thân đập… Khi mực nước thượng đập

dâng cao sẽ dẫn đến việc dâng cao đường bão

hòa, tăng gradient thấm trong thân đập, tăng áp

lực nước hoặc giảm thể tích khối đất không bão

hòa Việc đồng thời tăng áp lực nước và giảm

thể tích khối đất không bão hòa, tăng gradient

thấm trong thân đập dẫn đến sự suy giảm cường

độ kháng cắt của đất Vì vậy, việc xác định

được vị trí đường bão hòa tại một số thời điểm

điển hình của mực nước hồ và so sánh với bản

thiết kế ban đầu để kiểm tra và làm cơ sở nhận

định, phân tích tình hình thấm trong thân đập,

cũng như đánh giá sự ổn định, an toàn của đập

là một việc làm hết sức cần thiết

Trong bài báo này chúng tôi giới thiệu một

số kết quả thử nghiệm mới thu được khi nghiên

cứu khả năng xác định đường bão hòa trong đập

đất đồng chất bằng phương pháp Thăm dò điện

đa cực truyền thống [1-3] và Thăm dò điện đa

cực tiên tiến (The Advanced Multi-electrode

Electrical Sounding method - AMES) [4], trong

một số trường hợp có thể gọi chung là phương pháp ảnh điện 2D

2 Đặc điểm khu vực thử nghiệm

Khu vực nghiên cứu được lựa chọn là đập ngăn nước thuộc công trình thủy lợi hồ chứa nước Đồng Mô thuộc địa phận Thị xã Sơn Tây, Thành phố Hà Nội Hồ Đồng Mô là hồ chứa nước trên núi được xây dựng vào những năm

1966 - 1967, cách thị xã Sơn Tây hơn 10km về phía Nam và cách hồ Suối Hai gần 20km về phía Đông Hồ Đồng Mô bắt đầu đưa vào khai thác năm 1974, với nguồn nước cung cấp cho

hồ được lấy từ sông Hang, hồ có chiều dài dài 17km, rộng trung bình 4km, diện tích mặt nước 1.300ha, chứa gần 100 triệu m3 nước, chống úng và hạn cho đồng ruộng bốn huyện Phúc Thọ, Thạch Thất, Quốc Oai, Chương Mỹ Trong lòng hồ còn trên 60ha đất đồi chưa ngập, trồng cây lưu niên Đập ngăn nước thuộc hồ có chiều dài 485m, chiều rộng khoảng 52m, mặt đập có chiều rộng khoảng 5.2m, đập ngăn nước

đã được kiên cố hóa phía trên mặt đập bằng bê tông nhựa và vai đập phía bên hồ chứa nước bằng bê tông

Hình 1 Đập và hồ chứa nước Đồng Mô

Trang 3

Trên đập Đồng Mô có hệ thống ống

pizomet đang hoạt động bình thường Mực

nước hồ khi tiến hành đo đã ổn định hơn 30

ngày Đối với đập chính Đồng Mô tiến hành đo

01 khu vực với chiều dài tuyến là 110m, điểm

giữa tại vị trí ống pizomet A (hình 1)

3 Phương pháp và nội dung nghiên cứu

Trong suốt quá trình nghiên cứu chúng tôi

áp dụng phương pháp Thăm dò điện đa cực

truyền thống và phương pháp AMES với việc

sử dụng hệ thiết bị SuperSting R8/IP (Mỹ) [5]

của bộ môn Vật lý Địa cầu, khoa Vật lý, trường

Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN Trong

bài báo này chúng tôi chỉ giới thiệu ví dụ một

số kết quả thu được khi tiến hành công tác thực địa bằng hệ cực đo đa cực truyền thống và hệ cực đo đa cực tiên tiến (MC) đối xứng; xử lý phân tích số liệu thực địa bằng phần mềm EartImager 2D [6]

3.1 Xác định sự ảnh hưởng của ống pizomet đến số liệu của phép đo

Trên đập chính Đồng Mô, chúng tôi tiến hành đo thí nghiệm để đánh giá sự ảnh hưởng của các ống pizomet đến số liệu của các phép

đo bằng cách bố trí các tuyến đo song song và cách ống pizomet với các khoảng cách từ 0,2; 0,5; 0,8;1,1; 1,4; 1,7; 2 và 2,3m (hình 2)

Hình 2 Sơ đồ bố trí tuyến khảo sát xác định sự ảnh hưởng của ống pizomet

Vị trí ống pizomet nằm ở giữa các tuyến (vị

trí 55m của mỗi tuyến đo) Trên mỗi mặt cắt

cách ống pizomet từ 0,2m đến 2,3m, lấy giá trị

điện trở suất (ĐTS) tại vị trí 55m rồi xem xét

mức độ biến đổi điện trở suất của môi trường

theo khoảng cách đến ống tại các độ sâu, đặc

biệt lưu ý lấy giá trị chiều sâu đoạn có sự thay đổi nhanh từ điện trở cao xuống điện trở suất thấp Ví dụ tại chiều sâu 1,5m (hình 3) cho thấy càng xa ống pizomet thì giá trị điện trở suất càng lớn, đến khoảng cách 2m trở đi thì giá trị điện trở suất tương đối ổn định không tăng nữa

pizomet

0,2 0,5 0,8 1,1 1,4 1,7 2,0 2,3

Trang 4

TT Khoảng

cách (m) Giá trị ĐTS (Ωm)

Hình 3 Ảnh hưởng của ống pizomet tới giá trị đo điện trở suất tại chiều sâu 1,5m ở các tuyến đo

Qua kết quả khảo sát chúng tôi thấy rằng

trong trường hợp khảo sát đường bão hòa trong

đập đất có hệ thống pizomet hoạt động bình

thường thì nên bố trí các tuyến đo điện cách các

ống pizomet tối thiểu là 2m Mặt cắt địa điện

trên tuyến cách ống pizomet 0,8m (trong vùng

ảnh hưởng) có dị thường ảnh hưởng của ống pizomet rất rõ nét (hình 4) Còn mặt cắt địa điện trên tuyến cách ống pizomet 2,3m (ngoài vùng ảnh hưởng) thì không còn dị thường ảnh hưởng của ống pizomet, chứng tỏ ảnh hưởng của ống pizomet đã hết (hình 5)

Hình 4 Mặt cắt địa điện trên tuyến cách ống pizomet 0,8m

Hình 5 Mặt cắt địa điện trên tuyến cách ống pizomet 2,3m

Vị trí pizomet

Trang 5

3.2 Cách xác định đường bão hòa bằng cách

xây d ựng hàm dự báo gần đúng và xác định

điểm uốn của đường cong điện trở suất

Tại các vị trí gần ống pizomet, phân tích

xác định đoạn có ranh giới thấm bão hòa thông

qua các giá trị đường cong điện trở suất bằng

cách phân tích sơ bộ kết quả khảo sát bằng

phương pháp ảnh điện 2D, đồng thời lấy giá trị

chiều sâu đoạn có sự thay đổi nhanh từ điện trở

cao xuống điện trở suất thấp Xây dựng phương

trình đường cong gần đúng với số liệu đã có

bằng cách xây dựng hàm dự báo gần đúng

(Trendline trong Exel), từ đó đạo hàm bậc 2 để

xác định điểm uốn của đường cong điện trở

suất Lấy giá trị điểm uốn làm ranh giới để xác

định đường bão hòa Chúng tôi tiến hành thử

nghiệm trên 2 tuyến cách ống pizomet một

khoảng là 2m và 2,3m thuộc cơ 1 mái Hạ lưu

đập chính Đồng Mô

Tại vị trí 54,5m và 55,5m của tuyến cách

ống pizomet 2,3m có giá trị cực đại ở chiều sâu

1,43m và giá trị cực tiểu ở 13,66m Chúng tôi

tiến hành xây dựng đồ thị đường cong gần đúng

trong đoạn này và xác định được điểm uốn của chúng tại vị trí 54,5m có chiều sâu 5,3m và giá trị ĐTS là 545Ωm; tại vị trí 55,5m có chiều sâu 5,6m và giá trị ĐTS là 540Ωm (hình 6 và 7) Tương tự, tuyến cách ống pizomet 2m xác định được điểm uốn tại vị trí 54,5m có chiều sâu 5,45m và giá trị ĐTS là 549Ωm; tại vị trí 55,5m có chiều sâu 5,15m và giá trị ĐTS là 539Ωm

Để đánh giá sai số giữa đường bão hòa thực (đo bằng pizomet) và đường bão hòa được xác định bằng phương pháp ảnh điện theo cách thức nêu trên, chúng ta phải xác định được đường bão hòa thực tại vị trí tuyến đo Muốn vậy, từ các giá trị đã đo được bằng pizomet ta xây dựng đường dự báo (Trendline - hình 8) của đường bão hòa trong thân đập Từ phương trình đường

dự báo, khi cho giá trị vị trí tuyến đo sẽ xác định được chiều sâu của đường bão hòa tại các

vị trí của tuyến đo so với mặt đập Với nguyên tắc nêu trên, ta xác định được chiều sâu đường bão hòa tại vị trí 2 tuyến cách ống pizomet 2m

và 2,3m là 5m

Hình 6 Giá trị ĐTS đo được và đường cong ĐTS tại vị trí 54,5m của tuyến cách ống pizomet 2,3m

Trang 6

TT Chiều sâu

Hình 7 Giá trị ĐTS đo được và đường cong ĐTS tại vị trí 55,5m của tuyến cách ống pizomet 2,3m

Hình 8 Đường bão hòa trên đập Đồng Mô xác định theo pizomet

Kết quả thử nghiệm xác định đường bão

hòa bằng cách xây dựng hàm dự báo gần đúng

và xác định điểm uốn của đường cong điện trở

suất cho thấy sai lệch với kết quả đo trực tiếp qua các ống pizomet lớn nhất khoảng 10% (bảng 1)

Trang 7

Bảng 1 Kết quả so sánh xác định đường bão hòa bằng pizomet và bằng điểm uốn

TT

Cách ống

Pizomet Điểm đo Xác định bằng pizomet (m) Xác định bằng điểm uốn (m)

Sai lệch (m) Sai số (%)

3.3 S ơ đồ các tuyến khảo sát trên đập Đồng

Mô (hình 9)

• Cao trình đỉnh đập: +26,4;

• Cao trình Mực nước dâng bình thường

(MNDBT): +22,0

• Cao trình mực nước hồ tại thời điểm nghiên

cứu: +18,95

• Tuyến DMAT1: Tại cao trình +22,5; trên mái

thượng lưu

• Tuyến DMAT2: Tại cao trình +25,7; trên mái thượng sát rìa mặt đập

• Tuyến DMAT3: Tại cao trình +25,9; trên mái

hạ sát rìa mặt đập

• Tuyến DMAT4: Tại cao trình +22,9; nằm ở giữa mái 1 hạ lưu

• Tuyến DMAT5: Tại cao trình +18,4 trên cơ 1

• Tuyến ngang từ chân đập đến MNDBT

Hình 9 Sơ đồ các tuyến khảo sát tại pizomet A đập Đồng Mô

Bảng 2 Kết quả đo đường bão hòa theo các ống Pizomet tại thời điểm khảo sát

TT Cao trình của ống Pizomet Chiều sâu (m) Cao trình mực nước (m)

Trang 8

3.4 X ử lý, phân tích số liệu

- Sử dụng phần mềm EartImager 2D của

phương pháp Thăm dò điện đa cực truyền thống

để xử lý số liệu;

- Xác định đường bão hòa theo cách thức đã

nêu ở mục 3.2;

- So sánh kết quả xác định bằng phương

pháp AMES với kết quả xác định theo các ống

Pizomet

4 Kết quả thực tế

4.1 So sánh k ết quả đo bằng hệ cực truyền

th ống và hệ cực MC

Kết quả mặt cắt địa điện 2D khi khảo sát bằng hệ cực đo truyền thống và bằng hệ cực đo

MC của tuyến khảo sát trên cơ 1 hạ lưu đập Đồng mô (tuyến 5, hình 2) tại vị trí cách ống pizomet 1,1m về phía hạ lưu được biểu diễn

trên hình 10 và 11

Hình 10 Mặt cắt địa điện 2D khi khảo sát bằng hệ cực đo truyền thống

Hình 11 Mặt cắt địa điện 2D khi khảo sát bằng hệ cực đo MC

Kết quả xử lý cho thấy cơ bản về hình dáng

mặt cắt địa điện không có sự khác biệt nhiều

Tuy nhiên, dị thường điện trở suất thấp của

phương pháp đo truyền thống có xu hướng dốc

về phía cuối tuyến, còn phương pháp đo AMES

thì dị thường này gần như nằm ngang phù hợp

hơn với điều kiện thực tế là các đường thấm

bão hòa thường nằm ngang và sự biến đổi không lớn

4.2 K ết quả xác định đường bão hòa

Các kết quả mặt cắt địa điện khảo sát bằng phương pháp AMES của các tuyến được biểu diễn từ hình 12 đến hình 17

Hình 12 Kết quả mặt cắt địa điện 2D tuyến DMAT1

Trang 9

Hình 13 Kết quả mặt cắt địa điện 2D tuyến DMAT2.

Hình 17 Kết quả mặt cắt địa điện 2D tuyến ngang đập

Trang 10

Các kết quả xác định điểm uốn, chiều sâu

và điện trở suất tại điểm uốn của các tuyến

được biểu diễn từ hình 18 đến hình 22

TT Chiều sâu (m) (Ωm) ĐTS

Hình 18 Giá trị ĐTS đo được và đường cong ĐTS tại vị trí 54,5m của tuyến DMAT1

Kết quả xác định có điểm uốn tại chiều sâu 5,38m với giá trị điện trở suất 563Ωm của tuyến DMAT1

TT Chiều sâu (m) ĐTS (Ωm)

1 - 931

Trang 11

Trang 12

Kết quả xác định điểm uốn tại chiều sâu 5,3m và giá trị ĐTS là 545Ωm của tuyến DMAT5

Qua các kết quả xử lý và phân tích nêu trên ta xác định được đường bão hòa trong thân đập Đồng

Mô bằng hai phương pháp như trình bầy trong bảng 3

Bảng 3 Đường bão hòa trong thân đập Đồng Mô

Cao trình (m)

TT Khoảng cách (m)

Trang 13

Hình 23 Sơ đồ vị trí đường bão hòa

Để đánh giá sai số giữa đường bão hòa thực

(đo bằng pzomet) và đường bão hòa được xác

định bằng phương pháp AMES theo cách thức

nêu ở mục 3.2, chúng ta phải tiến hành hiệu

chỉnh đường bão hòa được xác định bằng

phương pháp AMES về vị trí của các ống

pizomet Muốn vậy, từ các kết quả xác định

đường bão hòa bằng phương pháp AMES và đo

trực tiếp qua ống pizomet (bảng 3) ta xây dựng đường dự báo (Trendline - hình 23) của đường bão hòa trong thân đập

Từ phương trình đường dự báo, khi cho giá trị vị trí của các ống pizomet ta xác định được chiều sâu và cao trình của đường bão hòa tại các vị trí ống pizomet so với mặt đập (bảng 4)

Bảng 4 Kết quả so sánh xác định đường bão hòa bằng pizomet và bằng phương pháp AMES

Cao trình (m)

pizomet ĐBH theo PP AMES

Chiều sâu (m) Sai lệch (m) Sai số (%)

Từ kết quả xác định đường bão hòa bằng

phương pháp AMES so sánh với kết quả đo

pizomet cho thấy sai số của phương pháp AMES trên đập Đồng Mô lớn nhất khoảng 9%

Thân đập

Định dạng
Số trang	15
Dung lượng	3,68 MB