[幻燈片] 神奇的想法:堵塞水壩和追蹤地下水,使用地球核磁共振成像

新技術透過跟蹤電流流動來繪製地下水地圖


關於支援科學新聞

如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞事業: 訂閱。 透過購買訂閱,您正在幫助確保未來能夠繼續講述關於塑造我們當今世界的發現和想法的有影響力的故事。


斯里蘭卡的 薩馬納拉韋瓦大壩 自1992年竣工之日起就一直在漏水。在此期間,該國已花費超過 6500 萬美元來堵塞其第二大水壩的洩漏,該水壩旨在為 1.2 億瓦的薩馬納拉韋瓦水電專案供電。 2005 年的一項研究發現,該水庫——位於首都科倫坡東南約 100 英里(160 公里)處的巴朗戈達鎮附近——以每秒 475 加侖(1,800 升)的速度持續洩漏。 而解決薩馬納拉韋瓦大壩問題的“霰彈槍式”方法——包括使用 13,640 噸水泥加固大壩以及傾倒 180 萬立方英尺(50,000 立方米)粘土來堵塞漏洞——均已失敗。

問題在於地質學家和工程師不知道所有洩漏點在哪裡。 因此,他們求助於英國工程諮詢公司 阿特金斯全球。 阿特金斯在二月份使用位於猶他州德雷珀的 Willowstick Technologies 開發的 AquaTrack 技術,對大壩及周邊地區進行了為期三週的初步檢查。 這項耗資約 300 萬美元的專案要求阿特金斯全球今年夏天使用 AquaTrack 進行額外的勘測工作,以查明洩漏源,並在隨後的雨季精確規劃在哪裡注入灌漿以堵塞這些漏洞,該公司大壩和水庫主管安迪·休斯預計這項工作將於明年初開始。

以下是 AquaTrack 的工作原理:將兩個電極——每個三英尺(一米)長——向下放入,一個放入水庫,另一個放入大壩對面(通常在下游的落水洞或其他積水中)。 每個電極的頂部都用導線連線。 Willowstick 業務發展副總裁保羅·羅林斯說:“一旦他們接通電源,我們就基本上建立了一個大型電路。” 因為地下水是導體,電流沿著電極之間的地下水流動,產生一個磁場,可以使用靈敏的磁接收器在地面上檢測到該磁場。

檢視 AquaTrack 工作原理的影像

一旦產生磁場,Willowstick 的科學家就會用一種儀器在探頭之間的地面上以網格狀模式行走,該儀器收集有關其在地下檢測到的頻率的資料。 (研究人員最感興趣的是 AquaTrack 電極發出的 380 赫茲訊號)。 根據羅林斯的說法,該儀器裝在一個三英尺(一米)高、六英寸(15 釐米)見方的盒子裡,用三腳架豎立,可以在短短五分鐘內收集數千個讀數。 (這項技術已在多個大壩成功使用,包括亞利桑那州小科羅拉多河上的 River Reservoir Dam No. 3 和肯塔基州南部坎伯蘭河上的 Wolf Creek Dam。)

羅林斯說:“該電路以 380 赫茲的頻率發射磁場,該磁場會跟隨它找到的任何地下水,因為水確實是地下最好的導電[材料]。” 飽和度越高,磁場就越大,磁場向上散發,Willowstick 的地面感測儀器會記錄下來。 收集到的資訊被上傳到 Willowstick 設施的計算機中,研究人員在那裡跟蹤任何 380 赫茲讀數的線索,以繪製地下水源的流動圖。

休斯說:“這將有助於確定洩漏源,即使洩漏源在大壩下方。” 他補充說:“所有水壩在某種程度上都會洩漏,但我們不希望它們失控。”

美國公司已使用 AquaTrack 繪製大壩滲漏圖,並確定這些公司可能已汙染的地下水的範圍和位置。 例如,羅林斯說,一旦擁有工廠或礦場的公司發現它汙染了當地的地下水(或已被美國環境保護署命令調查其汙染地下水的可能性),那麼到目前為止,瞭解問題的唯一真正方法就是挖掘一系列井——通常直徑為六英寸——以對土壤和地下水中的汙染物進行取樣。

羅林斯說,公司通常為每口井支付高達 12 萬美元的鑽井費用,因此“他們不會想在地下打 100 個洞”。 他補充說:“透過在建模環境中建立理論流量,科學家可以建立理論磁場。” “然後,他們將對這些流量進行建模,直到理論場與在現場收集的[資料]相匹配。 一旦他們獲得與實際資料相匹配的理論異常形狀,他們就可以準確地確定大壩滲漏或地下水的深度。” 這裡的目標,就像使用該技術查詢大壩洩漏一樣,是儘可能精確地告知工程師他們應該在何處鑽探,以便澆注混凝土(在洩漏的大壩的情況下)或採集水樣以找到受汙染水的路徑。

AquaTrack 的設計功能與 MRI 或 X 射線在手術前用於定位體內健康問題的方式非常相似。 羅林斯說:“你不會走進醫生的辦公室,告訴他們把你切開以找出問題所在。” “你首先會想做 X 射線或 MRI 檢查。”

當然,AquaTrack 並不是唯一一種讓科學家和商業勘探者更好地瞭解地下情況的技術。 多年來,石油和天然氣公司一直使用爆破或撞擊地面並測量由此產生的衝擊波的技術來確定地點的地殼成分,更重要的是,確定他們可能想要鑽探的位置。 Headwave, Inc. 是一家位於休斯頓的軟體製造商,可以根據原始資料製作地圖。該公司研發和營銷副總裁 Alex Krueger 說:“聲波訊號穿過地球,在每個岩層介面,部分訊號會反彈回地面,由感測器陣列記錄下來。” “因此,可以建立地下層的影像。”

© .