Trong thực tế quản lý an toàn hồ đập thủy điện và công trình thủy lợi, các phương pháp quan trắc phục vụ an toàn thấm đang còn có nhiều nhu cầu nghiên cứu đề xuất những phương pháp, kỹ thuật quan trắc, khảo sát mới nhằm đưa ra những thông tin đầy đủ và tin cậy về hiện tượng rò rỉ hồ, đập, nhất là khi hiện tượng rò rỉ mới bắt đầu được phát hiện để làm cơ sở cho việc đánh giá an toàn, lập kế hoạch quan trắc tiếp theo cũng như các giải pháp khắc phục.

Các phương pháp có thể tiếp cận dòng thấm ưu tiên của vùng rò rỉ không nhiều, bao gồm kỹ thuật đánh dấu, đo địa vật lý mặt đất và quan trắc bằng nhiệt độ. Nhược điểm của các phương pháp địa vật lý và đo nhiệt độ là độ phân giải không gian và độ nhạy đối với dòng thấm ưu tiên không đủ để phát hiện dòng rò rỉ chảy trong đập, nhất là khi hiện tượng rò rỉ mới phát lộ. Phương pháp đánh dấu cũng chỉ cho các thông số về vị trí điểm vào của dòng rò và thời gian di chuyển trung bình trong kênh thấm tập trung. Hầu như chưa có phương pháp nào cho thông tin về vị trí, đường đi của kênh thấm tập trung chảy ngầm trong đập. Các kết quả mô phỏng số sử dụng kết quả đánh dấu cũng chỉ là những giả thiết chưa có xác nhận trực tiếp bằng phương pháp thực nghiệm.

Các phương pháp mới để tiếp cận dòng chảy ưu tiên trong đất đá và dòng rò rỉ trong hồ, đập gần đây vẫn được tiếp tục nghiên cứu thử nghiệm, như phương pháp xác định vận tốc dòng chảy ngầm bằng đánh dấu kết hợp đo điện thế tự nhiên, phương pháp từ trường cảm ứng…

Xuất phát từ thực tiễn đó, Cơ quan chủ trì Trung tâm Ứng dụng kỹ thuật hạt nhân trong công nghiệp cùng phối hợp với Chủ nhiệm đề tài KS. Bùi Trọng Duy thực hiện “Nghiên cứu chế tạo thử nghiệm hệ thiết bị từ trường cảm ứng để dò tìm vị trí dòng rò qua thân đập” với mục tiêu xây dựng phương pháp sử dụng từ trường cảm ứng xác định vị trí dòng rò qua thân đập bao gồm thiết kế chế tạo thiết bị tạo và đo từ trường cảm ứng, phương pháp xử lý số liệu và hiển thị dòng rò rỉ.

Phương pháp cảm ứng từ của dòng rò chảy ngầm trong đập dựa trên nguyên lý dòng nước ngầm có độ dẫn điện cao hơn đất đá của đập. Các kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng độ dẫn điện và độ dẫn thủy lực tỷ lệ thuận với nhau trong hầu hết môi trường đất đá, trừ trường hợp đất sét có tỷ lệ nghịch. Khi đặt một điện thế xoay chiều có tần số khác với tần số can nhiễu vào 2 điểm thượng và hạ lưu đập thì dòng điện xoay chiều tương ứng sẽ được thiết lập tập trung trong vùng có dòng chảy ngầm, là vùng có độ dẫn điện vượt trội so với xung quanh. Bằng cách đo phân bố từ trường cảm ứng do dòng điện xoay chiều phát ra, sau khi hiệu chính về hình học của địa hình, loại bỏ ảnh hưởng từ trường do dây dẫn và từ trường can nhiễu có thể lập bản đồ phân bố cường độ từ trường thành phần Bx, By và Bz để xác định phân bố dòng điện phản ánh dòng chảy rò rỉ trong đập.

Thông qua thực hiện đề tài, phương pháp sử dụng từ trường cảm ứng để xác định vị trí dòng rò rỉ trong đập đã được xây dựng bao gồm cơ sở lý thuyết, thiết kế chế tạo thiết bị và phương pháp xử lý số liệu. Các thí nghiệm đã được tiến hành với mô hình số, mô hình vật lý 2D, 3D và trên hiện trường của Đập Phụ số 2 Hàm Thuận nhằm kiểm chứng và thử nghiệm phương pháp.

Hệ thiết bị bao gồm máy phát dòng, hệ đo từ trường cảm ứng dựa trên cảm biến cuộn dây tích hợp với Máy định vị GPS, Datalogger đã được thiết kế chế tạo, đáp ứng được nhu cầu khảo sát rò rỉ đập ở độ sâu phổ biến khoảng 150-200m. Chương trình xử lý số liệu viết trên MATLAB cũng đã hoàn thành tạo nên một phương pháp hoàn chỉnh.

Kết quả xác định vị trí đường thấm ưu tiên của dòng rò rỉ trong đập cũng được xác nhận bằng thí nghiệm đánh dấu cho thấy khả năng kết hợp kết quả đánh dấu với phương pháp định vị dòng rò rỉ bằng từ trường để có thông tin cụ thể hơn về tình trạng rò rỉ trong đập.

Thông qua đề tài, Trung tâm Ứng dụng kỹ thuật hạt nhân được trang bị thêm 1 phương pháp định vị dòng chảy ngầm ưu tiên dựa trên nguyên lý từ trường cảm ứng, mở ra khả năng khảo sát rò rỉ hồ, đập thủy điện, công trình thủy lợi, nước ngầm, ô nhiễm môi trường nước ngầm... Đây là phương pháp mới được ứng dụng ở Mỹ, hoàn toàn mới ở Việt Nam và Khu vực. Năng lực của các Nhóm chuyên môn về điện tử, tự động, chế tạo thiết bị và đánh dấu, mô phỏng được nâng lên rõ rệt. Năng lực về đánh dấu và các kỹ thuật phối hợp cũng được cải thiện rõ rệt, khẳng định sự phát triển chuyên môn theo chiều sâu và cả việc đa dạng hóa năng lực giải quyết bài toán thực tiễn của Trung tâm Ứng dụng kỹ thuật hạt nhân trong công nghiệp.

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 17887/2020) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

Đ.T.V (NASATI)