[幻灯片] 神奇的想法:堵塞水坝和追踪地下水,使用地球核磁共振成像

新技术通过跟踪电流流动来绘制地下水地图


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斯里兰卡的 萨马纳拉韦瓦大坝 自1992年竣工之日起就一直在漏水。在此期间,该国已花费超过 6500 万美元来堵塞其第二大水坝的泄漏,该水坝旨在为 1.2 亿瓦的萨马纳拉韦瓦水电项目供电。 2005 年的一项研究发现,该水库——位于首都科伦坡东南约 100 英里(160 公里)处的巴朗戈达镇附近——以每秒 475 加仑(1,800 升)的速度持续泄漏。 而解决萨马纳拉韦瓦大坝问题的“霰弹枪式”方法——包括使用 13,640 吨水泥加固大坝以及倾倒 180 万立方英尺(50,000 立方米)粘土来堵塞漏洞——均已失败。

问题在于地质学家和工程师不知道所有泄漏点在哪里。 因此,他们求助于英国工程咨询公司 阿特金斯全球。 阿特金斯在二月份使用位于犹他州德雷珀的 Willowstick Technologies 开发的 AquaTrack 技术,对大坝及周边地区进行了为期三周的初步检查。 这项耗资约 300 万美元的项目要求阿特金斯全球今年夏天使用 AquaTrack 进行额外的勘测工作,以查明泄漏源,并在随后的雨季精确规划在哪里注入灌浆以堵塞这些漏洞,该公司大坝和水库主管安迪·休斯预计这项工作将于明年初开始。

以下是 AquaTrack 的工作原理:将两个电极——每个三英尺(一米)长——向下放入,一个放入水库,另一个放入大坝对面(通常在下游的落水洞或其他积水中)。 每个电极的顶部都用导线连接。 Willowstick 业务发展副总裁保罗·罗林斯说:“一旦他们接通电源,我们就基本上创建了一个大型电路。” 因为地下水是导体,电流沿着电极之间的地下水流动,产生一个磁场,可以使用灵敏的磁接收器在地面上检测到该磁场。

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一旦产生磁场,Willowstick 的科学家就会用一种仪器在探头之间的地面上以网格状模式行走,该仪器收集有关其在地下检测到的频率的数据。 (研究人员最感兴趣的是 AquaTrack 电极发出的 380 赫兹信号)。 根据罗林斯的说法,该仪器装在一个三英尺(一米)高、六英寸(15 厘米)见方的盒子里,用三脚架竖立,可以在短短五分钟内收集数千个读数。 (这项技术已在多个大坝成功使用,包括亚利桑那州小科罗拉多河上的 River Reservoir Dam No. 3 和肯塔基州南部坎伯兰河上的 Wolf Creek Dam。)

罗林斯说:“该电路以 380 赫兹的频率发射磁场,该磁场会跟随它找到的任何地下水,因为水确实是地下最好的导电[材料]。” 饱和度越高,磁场就越大,磁场向上散发,Willowstick 的地面传感仪器会记录下来。 收集到的信息被上传到 Willowstick 设施的计算机中,研究人员在那里跟踪任何 380 赫兹读数的线索,以绘制地下水源的流动图。

休斯说:“这将有助于确定泄漏源,即使泄漏源在大坝下方。” 他补充说:“所有水坝在某种程度上都会泄漏,但我们不希望它们失控。”

美国公司已使用 AquaTrack 绘制大坝渗漏图,并确定这些公司可能已污染的地下水的范围和位置。 例如,罗林斯说,一旦拥有工厂或矿场的公司发现它污染了当地的地下水(或已被美国环境保护署命令调查其污染地下水的可能性),那么到目前为止,了解问题的唯一真正方法就是挖掘一系列井——通常直径为六英寸——以对土壤和地下水中的污染物进行采样。

罗林斯说,公司通常为每口井支付高达 12 万美元的钻井费用,因此“他们不会想在地下打 100 个洞”。 他补充说:“通过在建模环境中创建理论流量,科学家可以创建理论磁场。” “然后,他们将对这些流量进行建模,直到理论场与在现场收集的[数据]相匹配。 一旦他们获得与实际数据相匹配的理论异常形状,他们就可以准确地确定大坝渗漏或地下水的深度。” 这里的目标,就像使用该技术查找大坝泄漏一样,是尽可能精确地告知工程师他们应该在何处钻探,以便浇注混凝土(在泄漏的大坝的情况下)或采集水样以找到受污染水的路径。

AquaTrack 的设计功能与 MRI 或 X 射线在手术前用于定位体内健康问题的方式非常相似。 罗林斯说:“你不会走进医生的办公室,告诉他们把你切开以找出问题所在。” “你首先会想做 X 射线或 MRI 检查。”

当然,AquaTrack 并不是唯一一种让科学家和商业勘探者更好地了解地下情况的技术。 多年来,石油和天然气公司一直使用爆破或撞击地面并测量由此产生的冲击波的技术来确定地点的地壳成分,更重要的是,确定他们可能想要钻探的位置。 Headwave, Inc. 是一家位于休斯顿的软件制造商,可以根据原始数据制作地图。该公司研发和营销副总裁 Alex Krueger 说:“声波信号穿过地球,在每个岩层界面,部分信号会反弹回地面,由传感器阵列记录下来。” “因此,可以创建地下层的图像。”

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