Nghiên cứu xói ngầm dưới nền đê bằng phương pháp đo sâu điện đa cực

ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2017 23 
NGHIÊN CỨU XÓI NGẦM DƯỚI NỀN ĐÊ BẰNG 
PHƯƠNG PHÁP ĐO SÂU ĐIỆN ĐA CỰC 
ĐẶNG QUỐC TUẤN*, PHẠM QUANG TÚ**, 
ĐỖ ANH CHUNG***, TRỊNH MINH THỤ** 
The study on piping river dike by multi-electrode resistivity imaging method 
Abstract: This paper presents the results of study on piping under the Red 
River dike by the geophysical Multi Electrode Resistivity Imaging Method 
at the Sen Chieu area from Km32+322 to Km32+512. It is apparent that 
the anomalies are existed under the dike embankment, and have high 
resistivity than the neighbour area, and as results of the cumulative effect 
of piping in the past. Consequently, the formed pipes have shorten the 
resistant seepage length, leading to the high failure probability of dike due 
to piping, threaten the dike safety in flood season, especially in the context 
of climate change. 
Keywords: Piping, MRI, geophysics, Red River dike, Sen Chieu dike, dike 
safety, geotechnical. 
1. ĐẶT VẤN ĐỀ * 
Xói ngầm là một trong những nguyên nhân 
chính dẫn đến mất an toàn đê Các số liệu thống 
kê hiện trƣờng của đê sông Hồng cho thấy hiện 
tƣợng đùn sủi diễn ra phổ biến ngay cả khi mực 
nƣớc sông thấp hơn mực nƣớc thiết kế Trong 
quá khứ xói ngầm đã gây ra vỡ đê Cống Thôn 
Vân Cốc để lại hậu quả nghiêm trọng 
Hiện tƣợng xói ngầm diễn biến phức tạp dƣới 
nền đê vào mùa lũ và mùa kiệt Trong mùa lũ 
khi áp lực thấm đủ lớn dòng thấm sẽ mang theo 
các hạt cát trong tầng chứa nƣớc đƣa ra hạ lƣu 
qua cửa sổ bục đất hoặc các khe nứt của tầng phủ 
[1, 2] Vào mùa kiệt mực nƣớc sông hạ thấp 
nƣớc ngầm tàng trữ trong tầng chứa nƣớc có xu 
thế chảy ngƣợc ra sông mang theo cát Hiện 
* Viện Bơm và Thiết bị thủy lợi 
 Số 7, ngõ 95 Chùa Bộc, Đống Đa, Hà Nội 
 Email: dqtuandh2@gmail.com 
** Trường đại học Thủy Lợi 
 175 Tây Sơn, Đống Đa, Hà Nội 
 Email: tupq@tlu.edu.vn 
 Email: tmthu@tlu.edu.vn 
***
 Viện Sinh thái và Bảo vệ công trình 
 Số 267 Chùa Bộc, Đống Đa, Hà Nội 
 Email: chungdoanh@gmail.com 
tƣợng này diễn ra có tính chu kỳ theo thời gian 
dẫn đến sự hình thành và tồn tại những vùng cát 
xốp cục bộ dị thƣờng hoặc các ống xói trong nền 
đê Hiệu ứng tích lũy này cũng đã đƣợc đề cập tại 
Mỹ khi tổng hợp ba lần vỡ đê trên lƣu vực sông 
Feather một nhánh chính của sông Sacramento ở 
phía Bắc California [3]. 
Trên lƣu vực sông Hồng xói ngầm đƣợc 
thống kê và nghi nhận thông qua các sự cố đùn 
sủi ở hạ lƣu các tuyến đê mà chƣa có nghiên cứu 
đánh giá diễn biến của hiện tƣợng dƣới nền đê 
Bài báo này đi sâu nghiên cứu hiện tƣợng xói 
ngầm diễn ra dƣới nền đê thông qua phƣơng 
pháp đo sâu điện đa cực để làm sáng tỏ sự tồn tại 
của ống xói (vùng cát xốp) và mức độ nguy hiểm 
của xói ngầm nhằm cung cấp thông tin tham 
khảo cho các cơ quan quản l cũng nhƣ các cán 
bộ kỹ thuật liên quan đến an toàn đê điều 
2. NGHIÊN CỨU DỊ THƯỜNG DƯỚI NỀN 
ĐÊ BẰNG ĐO SÂU ĐIỆN ĐA CỰC - MRI 
Thăm dò điện là một trong các phƣơng pháp 
địa vật l nhằm xác định sự phân bố điện trở 
suất của môi trƣờng đất đá Từ số liệu thu thập 
đƣợc có thể xác định đƣợc điện trở suất biểu 
 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2017 24 
kiến của môi trƣờng cần nghiên cứu Đây là 
tham số có liên quan đến các thông số địa chất 
nhƣ hàm lƣợng khoáng vật và chất lƣu độ rỗng 
và độ bão hoà nƣớc trong đất đá Vì vậy 
phƣơng pháp thăm dò điện đã và đang đƣợc sử 
dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nhƣ địa chất 
thuỷ văn thăm dò khoáng sản địa kỹ thuật cũng 
nhƣ địa chất môi trƣờng và khảo cổ 
Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật 
các hệ thống đa cực ngày càng hoàn thiện cả về 
phần cứng lẫn phần mềm đã làm cho phƣơng 
pháp ảnh điện đa cực 2D (Multi-electrode 
Resistivity Imaging - MRI) trở thành một 
phƣơng pháp rất đƣợc ƣa chuộng và đƣợc sử 
dụng nhiều trong thăm dò điện để khảo sát các 
đối tƣợng với độ phân giải cao Về bản chất 
MRI là phƣơng pháp kết hợp cả phƣơng pháp 
đo sâu và phƣơng pháp mặt cắt điện truyền 
thống và do đó nó nghiên cứu đƣợc sự thay đổi 
điện trở suất của môi trƣờng theo cả hai hƣớng 
thẳng đứng và nằm ngang cho phép giải quyết 
các bài toán địa chất 2D và 3D phức tạp 
2.1. Nguyên lý chung 
Thiết bị của phƣơng pháp MRI thƣờng có 
nhiều điện cực đƣợc bố trí cách đều nhau trên 
tuyến và nối với cuộn cáp nhiều l i khối 
chuyển mạch và khối điều khiển Khối chuyển 
mạch đƣợc sử dụng để lựa chọn ra bốn cực nào 
đó cho từng phép đo theo file điều khiển do 
ngƣời sử dụng lựa chọn và nạp vào bộ nhớ khối 
điều khiển Khối điều khiển dùng để điều khiển 
các thông số khảo sát lƣu trữ số liệu và giao 
tiếp với máy tính để nạp file điều khiển và lấy 
số liệu đo đạc đƣợc để xử l 
Hình 1: Bốn điện cực theo phương pháp MRI 
Trong thực tế thăm dò điện ngƣời ta thƣờng 
sử dụng hệ bốn điện cực (Hình 1): phát dòng 
điện một chiều I qua hai điện cực (C1, C2) và đo 
hiệu điện thế (ở một số tài liệu đƣợc k hiệu 
là U) giữa hai cực (P1, P2) nên điện trở suất thu 
đƣợc sẽ là: 
K
I
r
1
r
1
r
1
r
1
2π
I
2P1C2P1C1P2C1