王 伟,季绍勇

(1.杭州市余杭区苕溪堤防河道管理所,浙江 杭州 311115;2.杭州市四岭水库管理所,浙江 杭州 311115)

1 工程概况

东苕溪流域位于杭嘉湖平原西部,干流全长143 km,流域面积达2 267 km2。其中杭州市境内长43 km,流域面积491 km2。

东苕溪防洪工程是太湖流域骨干工程之一,也是浙江省重要的防洪工程之一,主要由西险大塘、南湖滞洪区和北湖滞洪区3部分组成,是保护杭嘉湖平原及省会城市杭州几百万人民群众生命财产安全的防洪屏障。

西险大塘始建于汉唐时期,位于杭州城西,因位置显要而得名。该堤塘经历代修筑逐成规模。历史上,因限于财力物力,未能较好地整修,洪涝汛期险情屡出。1996—2002年,作为太湖流域综台治理十项骨干工程之一和东西苕溪防洪工程的主体工程,进行了大规模的防渗加固施工。西险大塘全长38.73 km,为100 a一遇防洪标准,工程级别Ⅱ级,内外边坡1∶2,堤顶宽6.5～7.0 m;南湖滞洪区有围堤9.6 km,其中东堤5.88 km为100 a一遇防洪标准,西堤3.82 km为20 a一遇防洪标准;北湖滞洪区有围堤10.14 km,为10 a一遇防洪标准,以上堤塘均为土质堤塘,建于滨海冲积相的松软沉积层上,堤基主要由粉质黏土、黏质粉土、淤泥质土等组成,中夹亚砂薄层。堤身主要为黏性杂填土,局部有粉细砂土薄层,填土含水率一般为25%～29%,干容重14.2 kN/m3左右;少数含水率在30%以上,干容重达13.7 kN/m3左右。堤身局部夹有砂性土及含碎石、砖、瓦碎屑及树木、芦苇等杂物。此外,该堤防堤身蚁患严重,据20世纪80年代普查资料显示,西险大塘及南、北围堤均有白蚁危害。

2 堤坝白蚁的蚁害及成因分析

白蚁巢居点必须具备“土、水、食料”3个基本条件,浙江省在北纬31°,气候条件很适应土栖白蚁的孳生。由于西险大塘堤身填筑土中存在较多的有机质,如棺木、树桩、树根、杂草、芦苇等,为白蚁提供了丰富的食物来源,加上江南湿润的气候,为白蚁的繁殖和活动创造了良好的条件。

清除白蚁隐患的关键是找到白蚁蚁巢,传统的寻找白蚁蚁巢的方法是根据白蚁蚁道进行追踪挖掘,对标体具有很大的破坏性,而且耗时、费力、效率低。

早在20世纪80年代,就着手对西险大塘的白蚁进行普查和防治,但受限于当时的科技水平和技术水平,处理不彻底。直至2002年10月,堤塘管理单位邀请白蚁防治技术人员,对西险大塘及南、北湖围堤进行全面的白蚁普查和防治。经过近2 a挖巢治理,西险大塘及南、北湖围堤的蚁害暂时得到了控制。2004年3月,经上级主管部门批准,堤塘管理单位通过招标方式确定了有白蚁防治资质的单位进行专项长效防治。

3 地球物理勘察方法在白蚁防治中的应用设想

目前,国内外对白蚁防治的方法主要有:生物防治法、物理防治法、化学防治法、生态防治法及检疫防治法等。我国防治白蚁的方法除了诱杀、药杀、烟熏、常用的就是挖巢。在数十年的白蚁防治工作中,传统的人工找巢费时、费力,效率低下,对目标物造成极大的破坏,越来越不能满足防治工作的需要。运用高新技术手段进行白蚁防治是紧迫的使命。

从分析白蚁蚁巢的生物学、生态学、物理性质入手,探讨了将地球物理勘察方法用于白蚁蚁巢探测的可行性,通过理论分析、模型试验、现场探测等研究工作,一致认为利用高精度综合物探方法 (包括高密度电阻率法和探地雷达法)探测白蚁主巢是可行的。因此将 “白蚁隐患探测仪”用于西险大塘的白蚁洞穴探测。

4 白蚁蚁巢规模、物理性质分析

根据当地气候特征、地理条件,在普查和防治中发现的白蚁主要是黑翅土白蚁。黑翅土白蚁,属土栖性白蚁,筑巢于地下,在地面上部分可以发现的活动迹象有:泥被、泥线、分飞孔,除有繁殖蚁在分飞出地面、趋光性外,其余整个活动都在地下进行。蚁巢有1个主巢,若干菌圃,少数空腔,通过蚁路连接起来。一个成熟兴旺的巢群,飞出的有翅繁殖蚁总数从数千至1万只以上,多的可达2万只。黑翅土白蚁在堤坝内筑有主蚁巢和数量众多的卫星巢,蚁道四通八达,严重时蚁道贯穿堤坝的内外坡,当汛期水位高涨时,水流便进入隐藏在堤坝内的蚁道和巢穴中,造成散浸、管漏、跌窝和滑坡等重大险情。

蚁巢的发展分为幼年巢和成年巢2个阶段。

4.1 幼年巢的主要结构类型

幼年巢的主要结构类型如下:

(1)单腔空巢。入土深为6～28 cm,巢腔大小为1～4 c m。

(2)单腔菌巢。入土深为10～78 cm,巢腔大小为3～14 cm。

(3)上位少腔巢。入土深为20～65 cm,巢腔大小为13～28 cm。

(4)下位少腔巢。入土深为27～90 cm,巢腔大小为11～35 cm。其中(3)、(4)类型的蚁王、蚁后所在腔巢(菌巢)的位置靠上或靠下。

4.2 成年巢的主要结构类型

成年巢的主要结构类型如下:

(1)层积多腔巢。埋深为85～320 cm,巢腔大小为35～50 cm,一般有13 a以上的历史。

(2)块积多腔巢。埋深为85～320 cm,巢腔大小为70～75 cm,一般有20 a以上的历史。

(3)萎缩多腔巢。埋深为85～320 cm,巢腔大小为90 cm,一般有40 a以上的历史。

据此,白蚁成年主巢的巢龄越大,对堤坝及建筑物的安全威胁就越大。经分析,白蚁巢与周围介质还存在以下物理性质上的差异:

(1)导电性差异。蚁巢是由白蚁用体液和黄土筑成的,呈椭球体状,里面有空腔,整体上蚁巢部位的电阻率与其周围土壤存在差异。

(2)密度差异。蚁巢与周围土壤相比是明显的低密度体。

(3)电磁感应差异。对于电磁波,白蚁巢与周围土壤存在明显的吸收衰减差异。

由以上各种条件分析,使用地球物理勘察方法探测白蚁蚁巢是可行的。

5 地球物理勘察方法探测白蚁蚁巢的效果分析及模型试验

根据白蚁蚁巢结构的物理特征,针对地球物理勘察的各种方法及探测精度、应用条件、仪器成本、工作效率、施工强度等综合指标进行评价,认为将地球物理勘察的电法(高密度电阻率法)和地质雷达方法应用于有一定规模的白蚁主巢的探测工作是可行的。

高密度电阻率法实际上是多种排列的常规电阻率法与资料自动反演处理相结合的综合方法。高密度电阻率法密集的数据采集方式,使得探测结果显示形象、直观,便于解释、分析。目前的高密度电法仪器都具有数据自动记录功能,可以将测量记录数据送入计算机,对数据进行反演计算,给出关于地电断面分布的各种图。而常规传统电法测量所获得的信息量、工作效率、资料整理的方式等与高密度电法无法相比。

对电法勘察而言,只要探测目标体的小大规模与入土深度达到一定程度时,才可以获得比较好的探测结果。当巢腔大小与白蚁主巢的入土深度比值为1∶4～1∶3时,才有条件使用该法。

6 应用实例

西险大塘及南、北围堤上发现白蚁活动的痕迹,经白蚁防治专业人员地面调查后,发现在西险大塘0K+700～0K+739 m处的背水坡有白蚁的分群孔。根据白蚁防治人员的建议,2009年6月12日,在堤坝的背水坡上布置了1条与大堤平行的测线,距堤肩平行间距约2.5 m,测线上布置40根测量电极,电极距离为1.0m,测线长39 m。现场对资料进行处理和解释,测线下的反演呈层状分布,基本上反映了堤坝修建时逐层堆土。在测线13 m(即0K+713 m)下方有1个直径约为0.5 m的电阻值高阻异常区域,埋深约2.49 m,本测线高密度电阻率色谱图见图1。对异常处的独立性大小、位置等综合情况进行分析,可排除基岩等原始地质构造异常,疑似蚁巢。经现场开挖,挖出蚁王和蚁后,现场开挖照片见图2。

图1 测线高密度电阻率色谱图

图2 0K+713 m处现场开挖照片

2009年8月,西险大塘6K+285～6K+315 m处发现有白蚁活动迹象,根据白蚁专家对白蚁主巢位置的推测,与大堤平行布设了2条测线,每条测线上布置31根测量电极,电极距离为1.0 m,测线长30 m。

在第2条测线12 m(即6K+297m)下方发现了1个直径为0.5 m的电阻值低阻异常区域,埋深约2.2 m,本测线高密度电阻率色谱图见图3,从该异常的独立性大小、位置等综合情况分析,可排除基岩等原始地质构造异常,疑似蚁巢。直接从该低阻异常上方开挖,在2.1m深处发现1个直径0.6 m的白蚁主巢,找到了1对蚁王和蚁后,清除了堤塘隐患,确保了堤塘安全运行,现场开挖照片见图4。

图3 测线高密度电阻率色谱图

图4 6K+297 m现场开挖照片

2010年6月30日,对北湖围堤2K+930 m处,与大堤平行布置2条测线,每条测线上布置31根测量电极,电极极距为1.0 m,测线长30 m,距堤肩平行间距约2.5 m。

探测结果分别显示1号测线20 m(即2K+950 m)处下方发现了1个直径为0.5m的电阻值高阻异常区域,埋深约0.8 m,本测线高密度电阻率色谱图见图5,从该异常的独立性大小、位置等综合情况分析,可排除基岩等原始地质构造异常,疑似蚁巢。经现场开挖验证,1号测线下隐患处挖出1个直径为0.7 m大型黑翅土白蚁成年蚁巢。

图5 测线高密度电阻率色谱图

7 结 语

根据白蚁的生物学、生态学特征,使用地球物理的方法探测白蚁蚁巢是一种全新的探测方法。在研究过程中,对蚁巢物理性质的了解、实验室实验和野外探测试验及验证等阶段,都取得了明显的成果,同时由于其具有直观、简单快捷、准确、方便携带等特点,相对于传统方法来说,是一场较大的变革。