基于探地雷达与电阻率层析成像的校园地下水渗漏成因分析与防治对策研究

针对尼日利亚Mountain Top University校园内持续的地下水渗漏问题，研究人员采用探地雷达(GPR)和二维/三维电阻率层析成像(ERT)技术，结合水力传导率(K)与孔隙度(φ)计算模型，揭示了渗漏源于高孔隙度(37.8%-80.5%)的黏土质砂层而非化粪池泄漏，为热带地区建筑地基稳定性评估提供了创新解决方案。

　　

在尼日利亚Mountain Top University校园内，女生宿舍后方常年出现神秘的地面渗水现象，尤其在雨季更为严重。最初人们怀疑是附近的化粪池泄漏所致，但即便在化粪池停用期间，渗水依然持续。这种异常现象不仅影响校园美观，更可能通过长期渗透侵蚀建筑地基，威胁校园建筑安全。热带地区特有的地质构造和季节性降雨使这类问题尤为突出，但传统检测手段难以精准定位渗漏源。

为破解这一难题，来自Mountain Top University的研究团队Ayolabi Elijah Adebowale等人创新性地采用多技术融合策略，将探地雷达(Ground Penetrating Radar, GPR)与电阻率层析成像(Electrical Resistivity Tomography, ERT)技术相结合，首次系统评估了渗水区域的地层结构与水力特性。相关成果发表在《Scientific African》上，为类似环境下的工程地质问题提供了范本。

研究团队运用Mala Pro Ex GPR设备配备160 MHz和450 MHz双频天线，沿4条间距1米、长度33米的测线进行扫描，同时采用ABEM LS电阻率仪配合64个钢电极，以偶极-偶极阵列模式采集数据。通过ReflexW和Earth Imager软件进行数据处理，结合Sudo和Archie公式计算水力传导率(K=3.545×10^-11×ρ^3.9072)与孔隙度(φ=(aρ_w/ρ)^1/m)，构建了完整的地下水流动机理模型。

GPR结果
雷达图像清晰显示三层结构：0.1米厚的表土层、0.2-0.8米厚的黏土质砂层（渗流主通道），以及2米以下的黏土层。在2米、11米等位置检测到金属管道的双曲线反射特征，排除了人工管道泄漏的可能性。信号在2米深度完全衰减的现象，印证了黏土层的电磁波吸收特性。

ERT结果
二维模型揭示四层电性结构：表土层电阻率2.2-54.85 Ωm，黏土质砂层114.2-820 Ωm，含水黏土层2.2-54.85 Ωm（1.7-4.3米），底层砂质黏土4.3-6.9米。三维反演显示低阻异常体(<25 Ωm)延伸至2.64米深，动态切片证实渗流在深层分布更广。

水力特性分析
黏土质砂层水力传导率1.0×10^-7-1.98×10^-6 m/s，孔隙度37.8%-80.5%，而表土层虽具更高传导率(8.1×10^-4-6.4×10^-3 m/s)但孔隙度仅4.77%-8.1%，形成"高孔隙低渗透"的特殊水理性质。这种组合导致雨水难以下渗，形成地表径流。

研究最终证实渗水源自含水砂层的自然渗流，与化粪池无关。旱季渗水消失的现象佐证了其与降雨补给的关联性。该成果创新性地通过地球物理参数反演水力特性，为热带建筑地基防护提供了量化指标。团队建议采用导排水工程截渗，并在地基设计中考虑1.7-4.3米深度黏土层的隔水作用。这项研究展示了多技术融合在环境地质调查中的强大潜力，其建立的方法体系可推广至类似地质背景的渗漏灾害评估。