Luận văn Nghiên cứu khả năng áp dụng phương pháp Rađa đất để phát hiện hang rỗng trong thân đê, đập ở Việt Nam

Nội dung tài liệu: Luận văn Nghiên cứu khả năng áp dụng phương pháp Rađa đất để phát hiện hang rỗng trong thân đê, đập ở Việt Nam

1. 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
2. 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
3. MỤC LỤC Các ký hiệu & từ viết tắt ..i Danh mục hình vẽ.......................................................................................................ii Danh mục bảng biểu................................................................................................. vi MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của đề tài ....................................................................................... 1 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: ........................................................................... 1 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ....................................................................... 1 4. Nội dung nghiên cứu của đề tài ........................................................................... 2 5. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................... 2 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ............................................................. 2 7. Cấu trúc của luận văn........................................................................................... 2 Chương 1 - TỔNG QUAN CHUNG VỀ PHƯƠNG PHÁP RAĐA ĐẤT ................. 3 1.1 VÀI NÉT LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN CỦA PHƯƠNG PHÁP RAĐA ĐẤT TRONG KHẢO SÁT HANG RỖNG ................................................ 3 1.1.1 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài ............................................................ 3 1.1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước ................................................................ 4 1.2. PHƯƠNG PHÁP RA ĐA ĐẤT ........................................................................ 6 1.2.1. Sơ lược về phương pháp Rađa đất. ............................................................ 6 1.2.2. Một số tính chất cơ bản của trường điện từ trong môi trường địa chất ...... 8 1.2.3. Phương pháp xác định một số tham số điện từ ........................................ 16 Chương 2 - 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 phỏng 2D (Module modelling for the 2D- simulation) .......................................................................................................... 23
4. 2.2.2 Mô hình sai phân hữu hạn (Finite Difference (FD)) ................................. 27 2.2.3. Cơ sở lý thuyết trường sóng ra đa trên 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 nhau .................................................. 34 2.4.2. Mô hình hang rỗng nằm ở độ sâu 1m có bán kính thay đổi ..................... 39 2.4.3. Mô hình có 2 đối tượng hang rỗng ........................................................... 47 2.4.3.1. Mô hình có 2 đối tượng hang rỗng có cùng vị trí nhưng độ sâu khác nhau ............................................................................................................................ 47 2.4.3.2. Mô hình có 2 đối tượng hang rỗng khác vị trí và độ sâu khác nhau ..... 49 2.4.3.3. Mô hình có 2 đối tượng hang rỗng khác vị trí và cùng độ sâu .............. 51 Chương 3 - 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 quả xác định hang rỗng ................................................................................ 58 3.4.1 Kết quả xác định hang rỗng tổ mối trên đê tả Đáy - Hoài Đức - Hà Nội ..... 59 3.4.2 Kết quả xác định hang rỗng tổ mối trên đê Tả Cấm, Thủy Nguyên, Hải Phòng ............................................................................................................................... 61 3.4.3. Kết quả xác định hang rỗng tổ mối trên đê tả Đào, Nam Trực, Nam Định . 63 3.4.4. Kết quả xác định hang rỗng tổ mối trên đập Đá Đen, Khánh Hòa .............. 64 3.4.5. Kết quả xác định hang rỗng tổ mối trên đập Khe Tân-Quảng Nam ............ 66 KẾT LUẬN ............................................................................................................... 68 Tài liệu tham khảo ..................................................................................................... 70
5. Các ký hiệu và chữ viết tắt  - độ dẫn điện [đơn vị Siemens/m]  - hằng số điện môi f - tần số của ăng ten [MHz] v - vận tốc truyền sóng điện từ [m/ns] c - vận tốc ánh sáng [c = 3 . 108 m/s] - điện trở suất của môi trường [ohm/m]  - độ thẩm từ R - hệ số phản xạ  - bước sóng [m] - độ suy giảm của sóng điện từ [dB/m2] E - cường độ điện trường [Volt/m] D - véc tơ cảm ứng điện 2 Jc - mật độ dòng dẫn [amperes/m ] Jd - dòng dịch  = 2 f - tần số góc [rad/s]  - phần trăm lỗ rỗng hay độ rỗng của môi trường đất đá [%] S - độ bão hoà nước hay tỷ lệ độ ngậm nước
6. DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1. Mối liên hệ giữa dòng điện dẫn, dòng dịch và dòng toàn phần ................ 11 Hình 1.2. Mối liên hệ giữa độ điện thẩm tương đối và vận tốc truyền sóng vào lượng nước của 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 trên các đối tượng ...................................................... 28 Hình 2.2. Giản đồ sóng rađa trên đối tượng dạng điểm ........................................... 30 Hình 2.3. Giản đồ sóng rađa trên mặt phân lớp ....................................................... 31 Hình 2.4. Hình ảnh dịch chuyển Migration ............................................................. 32 Hình 2.5. Mô hình có 1 đối tượng hang rỗng có bán kính 0,3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và có độ sâu 0,3m ................................................................................................. 34 Hình 2.6. Mô hình có 1 đối tượng hang rỗng có bán kính 0,3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và có độ sâu 0,3m sau khi đã xử lý Migration ..................................................... 34 Hình 2.7. Mô hình có 1 đối tượng hang rỗng có bán kính 0,3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và có độ sâu 0,6m ..................................................................................................... 35 Hình 2.8. Mô hình có 1 đối tượng hang rỗng có bán kính 0,3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và có độ sâu 0,6m sau khi đã xử lý Migration ......................................................... 35 Hình 2.9. Mô hình có 1 đối tượng hang rỗng có bán kính 0,3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và có độ sâu 0,9m .................................................................................................. 36 Hình 2.10. Mô hình có 1 đối tượng hang rỗng có bán kính 0,3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và có độ sâu 0,9m sau khi đã xử lý Migration ..................................................... 36 Hình 2.11. Mô hình có 1 đối tượng hang rỗng có bán kính 0,3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và có độ sâu 1,2m .................................................................................................. 37 Hình 2.12. Mô hình có 1 đối tượng hang rỗng có bán kính 0,3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và có độ sâu 1,2m sau khi đã xử lý Migration ..................................................... 37
7. Hình 2.13. Mô hình có 1 đối tượng hang rỗng có bán kính 0,3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và có độ sâu 1,5m .................................................................................................. 38 Hình 2.14. Mô hình có 1 đối tượng hang rỗng có bán kính 0,3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và có độ sâu 1,5m sau khi đã xử lý Migration ..................................................... 38 Hình 2.15. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0.05m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu là 1m ......................................................................................................................... 39 Hình 2.16. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,1m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu là 1m ............................................................................................................................. 40 Hình 2.17. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,1m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu là 1m sau khi xử lý Migration ...................................................................................... 40 Hình 2.18. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,15m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu là 1m .......................................................................................................................... 41 Hình 2.19. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,15m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu là 1m sau khi xử lý Migration ................................................................................... 41 Hình 2.20. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,2m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu là 1m ............................................................................................................................. 42 Hình 2.21. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,2m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu là 1m sau khi xử lý Migration ....................................................................................... 42 Hình 2.22. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,25m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu là 1m ......................................................................................................................... 43 Hình 2.23. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,25m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu là 1m sau khi xử lý Migration ................................................................................... 43 Hình 2.24. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,3m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu là 1m ............................................................................................................................. 44 Hình 2.25. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,3m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu là 1m sau khi xử lý Migration ...................................................................................... 44
8. Hình 2.26: Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,4m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu là 1m ............................................................................................................................. 45 Hình 2.27. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,4m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu là 1m sau khi xử lý Migration ...................................................................................... 45 Hình 2.28. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,5m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu là 1m ............................................................................................................................. 46 Hình 2.29. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,5m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu là 1m sau khi xử lý Migration ....................................................................................... 46 Hình 2.30. Mô hình có 2 hang rỗng có bán kính 0.3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và chiều sâu là 0,3m, 1,2m ...................................................................................................... 47 Hình 2.31. Mô hình có 2 hang rỗng có bán kính 0.3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và chiều sâu là 0,3m, 1,2m sau khi đã xử lý Migration ........................................................... 47 Hình 2.32. Mô hình có 2 hang rỗng có bán kính 0.3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và chiều sâu là 0,3m, 0,9m ..................................................................................................... 48 Hình 2.33. Mô hình có 2 hang rỗng có bán kính 0.3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và chiều sâu là 0,3m, 0,9m sau khi đã xử lý Migration ........................................................... 48 Hình 2.34. Mô hình có 2 hang rỗng có bán kính 0.3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và 3,9; chiều sâu là 0,3m, 0,9m ........................................................................................... 49 Hình 2.35. Mô hình có 2 hang rỗng có bán kính 0.3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và 3,9; chiều sâu là 0,3m, 0,9m sau khi đã xử lý Migration ................................................ 49 Hình 2.36. Mô hình có 2 hang rỗng có bán kính 0.3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và 3,6; chiều sâu là 0,9m, 1,2m ............................................................................................ 50 Hình 2.37. Mô hình có 2 hang rỗng có bán kính 0.3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và 3,6; chiều sâu là 0,9m, 1,2m sau khi đã xử lý Migration ................................................. 50 Hình 2.38. Mô hình có 2 hang rỗng có bán kính 0.3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và 3,6; chiều sâu là 0,9m ....................................................................................................... 51 Hình 2.39. Mô hình có 2 hang rỗng có bán kính 0.3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và 3,6; chiều sâu là 0,9m sau khi đã xử lý Migration ........................................................... 51 Hình 2.40. Mô hình có 2 hang rỗng có bán kính 0.3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và 3,9; chiều sâu là 0,9m ...................................................................................................... 52
9. Hình 2.41. Mô hình có 2 hang rỗng có bán kính 0.3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và 3,9; chiều sâu là 0,9m sau khi đã 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 các bộ 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 trên đê Hoài Đức-Hà Nội .............. 59 Hình 3.7. Kết quả khảo sát hang rỗng tổ mối trên 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 trên đê Thủy Nguyên-Hải Phỏng ... 61 Hình 3.10. Kết quả khảo sát hang rỗng tổ mối trên 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 trên đê Nam Trực-Nam Định ...... 63 Hình 3.13. Kết quả khảo sát hang rỗng tổ mối trên 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 trên đập Đá Đen-Khánh Hòa ......................................................................................................................... ..65 Hình 3.16. Kết quả khảo sát hang rỗng tổ mối trên 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 trên đập Khe Tân-Quảng Nam .... 66 Hình 3.19. Kết quả khảo sát hang rỗng tổ mối trên đập Khe Tân-Quảng Nam ....... 67
10. DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1. Hằng số điện môi của một số vật chất trong tự nhiên ................................ 8