Nghiên cứu khả năng áp dụng phương pháp rada đất để phát hiện hang rỗng trong thân đê, đập ở việt nam

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


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


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 2Dsimulation) ..........................................................................................................23


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

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
Jc - mật độ dòng dẫn [amperes/m2]
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


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


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


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


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


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Trang
Bảng 1.1. Hằng số điện môi của một số vật chất trong tự nhiên ................................8


Tài liệu tham khảo
Tiếng Việt
1. Ngô Trí Côi và nnk, (2001), Ứng dụng công nghệ mới dò tìm và xử lý mối trong
đê, Thư viện Cục phòng chống lụt bão và quản lý đê điều.
2. Ngô Trí Côi và nnk, (2001), Nghiên cứu ứng dụng chương trình phần mềm Rađa
xuyên đất dò tìm khuyết tật lỗ rỗng (lưu ý tổ mối) trong đê đập, Báo cáo kết quả
nghiên cứu đề tài cấp bộ; Thư viện Viện Phòng trừ mối và bảo vệ công trình.
3. Nguyễn Văn Giảng Nguyễn Thành Công Ứng dụng rađa xuyên đất trong việc đánh
giá hiện trạng đất đắp cống dưới đê (Assesing earth's filling side of sluice under

the dyke by the GPR method). Tuyển tập kết quả KH và CN 1994-1999, Tập IV, tr
33-41. NXB Nông Nghiệp
4. Nguyễn Trọng Nga, Đỗ Anh Chung và nnk, (2002), Báo cáo kết quả dò tìm hang
rỗng nền Nhà máy Xi măng Tam Điệp - Ninh Bình, Thư viện Viện Phòng trừ mối
và Bảo vệ công trình.
5. Lê Hoàng Kim, Nguyễn Thành Vấn, Đặng Hoài Trung, Áp dụng phương pháp dịch
chuyển dời pha nội suy tuyến tính vào xử lý tài liệu radar xuyên đất để xác định
kích thước và vị trí dị vật. Tạp chí Địa Chất, loại A, số 341-345, 3-8/2014, tr 230236.
6. Đặng Hoài Trung, Nguyễn Thành Vấn, Võ Minh Triết, Nguyễn Văn Thuận, Võ
Nguyễn Như Liễu, Ra đa xuyên đất trong khảo sát công trình ngấm tại thành phố
Hồ Chí Minh. Tạp chí Địa Chất, loại A, số 341-345, 3-8/2014, tr 299-308.
7. Mai Thanh Tân, 2011, Thăm dò Địa chấn. NXB Giao thông vận tải, Hà Nội.
8. Nguyễn Thành Vấn, Nguyễn Văn Thuận, Đặng Hoài Trung, Dịch chuyển F-K và
Entropy cực tiểu trong xử tài liệu Rađa xuyên đất. Tạp chí Địa Chất, loại A, số
341-345, 3-8/2014, tr 273-282.
9. Nguyễn Thành Vấn, Võ Minh Triết, Đặng Hoài Trung, Lê Văn Anh Cường,
Nguyễn Văn Giảng, Xác định vận tốc truyền sóng điện từ trong radar xuyên đất
bằng hiệu chỉnh động. Tạp chí Các Khoa Học Về Trái Đất. Số 2 tập 35, 6-2013, tr
137-145.

70


10. Nguyễn Thành Vấn, Nguyễn Văn Giảng, 2013, Ra đa xuyên đất phương pháp
và ứng dụng,. NXB Đại học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh
11. Viện Sinh thái và Bảo vệ công trình - Viện Khoa học thuỷ lợi Việt Nam, (2004),
Báo cáo kết quả đề tài:" Điều tra, khảo sát tình hình mối và các ẩn hoạ ở hệ thống
đập đất thuộc tỉnh Hoà Bình và đề xuất biện pháp xử lý"
12. Viện Sinh thái và Bảo vệ công trình - Viện Khoa học thuỷ lợi Việt Nam, (2006),
Báo cáo đề tài:" Nghiên cứu điều tra, đánh giá tổng hợp các điều kiện môi trường,

ẩn hoạ đối với đê điều tỉnh Nam Định"

Tiếng Anh
13. Annan. A.P (1984) - Radar mapping of buried pipes and cable.
14. A.P.Annan, Sensors & Sorfware Inc, Thư viện Viện Phòng trừ mối và Bảo vệ
công trình.
15. Daniels.D.J (1980) - Short Imfulse radar for stratified lossy dielectrie layer
measurement.
16. Damiels D.J (1996) - Subsurface Penetrating radar.
17. Vu Duc Minh, Do Anh Chung, 2013, “Simulation research on hollow cavities
in the body of dikes, dams by Geophysical Methods”, VNU. Journal of Science,
Mathematics-Physics, 29 (1), p.
18. Vu Duc Minh, Do Anh Chung, 2013, “Some research results from the
application of geophysical methods in quickly identifying shallow hazards in dike
and dam body” , VNU. Journal of Science, Mathematics-Physics.
19. Radan For Windows, Manual, (2014) of Geophysical Survey Systems, Inc
20. Sandmeier. K.J, Reflexw Manual. Zipser Straße 1D-76227 Karlsruhe Germany
21. Stolt, R.H, 1996, Seissmic Migration: Theory and pratice, Geophyssical Press
22. SIR-System 10B, Manual, (1998), Thư viện Viện Phòng trừ mối và Bảo vệ công
trình.

71


23. Szynkiewicz, A., (2000) GPR monitoring of earthen flood banks/ levees,
Proceedings of the Eighth International Conference on Ground Penetrating
Radar, (GPR 2000).
24. Xuxingxin, Lidong and al, Study of Ground Penetrating Rađa Exploration of
Subterranean Termites in Dykes and Dams, (1996), Acta Entomology Sinica,
vol.39.

72