王 偉,季紹勇

(1.杭州市余杭區(qū)苕溪堤防河道管理所,浙江 杭州 311115;2.杭州市四嶺水庫管理所,浙江 杭州 311115)

1 工程概況

東苕溪流域位于杭嘉湖平原西部,干流全長143 km,流域面積達(dá)2 267 km2。其中杭州市境內(nèi)長43 km,流域面積491 km2。

東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,主要由西險大塘、南湖滯洪區(qū)和北湖滯洪區(qū)3部分組成,是保護(hù)杭嘉湖平原及省會城市杭州幾百萬人民群眾生命財產(chǎn)安全的防洪屏障。

西險大塘始建于漢唐時期,位于杭州城西,因位置顯要而得名。該堤塘經(jīng)歷代修筑逐成規(guī)模。歷史上,因限于財力物力,未能較好地整修,洪澇汛期險情屢出。1996—2002年,作為太湖流域綜臺治理十項骨干工程之一和東西苕溪防洪工程的主體工程,進(jìn)行了大規(guī)模的防滲加固施工。西險大塘全長38.73 km,為100 a一遇防洪標(biāo)準(zhǔn),工程級別Ⅱ級,內(nèi)外邊坡1∶2,堤頂寬6.5～7.0 m;南湖滯洪區(qū)有圍堤9.6 km,其中東堤5.88 km為100 a一遇防洪標(biāo)準(zhǔn),西堤3.82 km為20 a一遇防洪標(biāo)準(zhǔn);北湖滯洪區(qū)有圍堤10.14 km,為10 a一遇防洪標(biāo)準(zhǔn),以上堤塘均為土質(zhì)堤塘,建于濱海沖積相的松軟沉積層上,堤基主要由粉質(zhì)黏土、黏質(zhì)粉土、淤泥質(zhì)土等組成,中夾亞砂薄層。堤身主要為黏性雜填土,局部有粉細(xì)砂土薄層,填土含水率一般為25%～29%,干容重14.2 kN/m3左右;少數(shù)含水率在30%以上,干容重達(dá)13.7 kN/m3左右。堤身局部夾有砂性土及含碎石、磚、瓦碎屑及樹木、蘆葦?shù)入s物。此外,該堤防堤身蟻患嚴(yán)重,據(jù)20世紀(jì)80年代普查資料顯示,西險大塘及南、北圍堤均有白蟻危害。

2 堤壩白蟻的蟻害及成因分析

白蟻巢居點必須具備“土、水、食料”3個基本條件,浙江省在北緯31°,氣候條件很適應(yīng)土棲白蟻的孳生。由于西險大塘堤身填筑土中存在較多的有機質(zhì),如棺木、樹樁、樹根、雜草、蘆葦?shù)?為白蟻提供了豐富的食物來源,加上江南濕潤的氣候,為白蟻的繁殖和活動創(chuàng)造了良好的條件。

清除白蟻隱患的關(guān)鍵是找到白蟻蟻巢,傳統(tǒng)的尋找白蟻蟻巢的方法是根據(jù)白蟻蟻道進(jìn)行追蹤挖掘,對標(biāo)體具有很大的破壞性,而且耗時、費力、效率低。

早在20世紀(jì)80年代,就著手對西險大塘的白蟻進(jìn)行普查和防治,但受限于當(dāng)時的科技水平和技術(shù)水平,處理不徹底。直至2002年10月,堤塘管理單位邀請白蟻防治技術(shù)人員,對西險大塘及南、北湖圍堤進(jìn)行全面的白蟻普查和防治。經(jīng)過近2 a挖巢治理,西險大塘及南、北湖圍堤的蟻害暫時得到了控制。2004年3月,經(jīng)上級主管部門批準(zhǔn),堤塘管理單位通過招標(biāo)方式確定了有白蟻防治資質(zhì)的單位進(jìn)行專項長效防治。

3 地球物理勘察方法在白蟻防治中的應(yīng)用設(shè)想

目前,國內(nèi)外對白蟻防治的方法主要有:生物防治法、物理防治法、化學(xué)防治法、生態(tài)防治法及檢疫防治法等。我國防治白蟻的方法除了誘殺、藥殺、煙熏、常用的就是挖巢。在數(shù)十年的白蟻防治工作中,傳統(tǒng)的人工找巢費時、費力,效率低下,對目標(biāo)物造成極大的破壞,越來越不能滿足防治工作的需要。運用高新技術(shù)手段進(jìn)行白蟻防治是緊迫的使命。

從分析白蟻蟻巢的生物學(xué)、生態(tài)學(xué)、物理性質(zhì)入手,探討了將地球物理勘察方法用于白蟻蟻巢探測的可行性,通過理論分析、模型試驗、現(xiàn)場探測等研究工作,一致認(rèn)為利用高精度綜合物探方法 (包括高密度電阻率法和探地雷達(dá)法)探測白蟻主巢是可行的。因此將 “白蟻隱患探測儀”用于西險大塘的白蟻洞穴探測。

4 白蟻蟻巢規(guī)模、物理性質(zhì)分析

根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂蛱卣?、地理條件,在普查和防治中發(fā)現(xiàn)的白蟻主要是黑翅土白蟻。黑翅土白蟻,屬土棲性白蟻,筑巢于地下,在地面上部分可以發(fā)現(xiàn)的活動跡象有:泥被、泥線、分飛孔,除有繁殖蟻在分飛出地面、趨光性外,其余整個活動都在地下進(jìn)行。蟻巢有1個主巢,若干菌圃,少數(shù)空腔,通過蟻路連接起來。一個成熟興旺的巢群,飛出的有翅繁殖蟻總數(shù)從數(shù)千至1萬只以上,多的可達(dá)2萬只。黑翅土白蟻在堤壩內(nèi)筑有主蟻巢和數(shù)量眾多的衛(wèi)星巢,蟻道四通八達(dá),嚴(yán)重時蟻道貫穿堤壩的內(nèi)外坡,當(dāng)汛期水位高漲時,水流便進(jìn)入隱藏在堤壩內(nèi)的蟻道和巢穴中,造成散浸、管漏、跌窩和滑坡等重大險情。

蟻巢的發(fā)展分為幼年巢和成年巢2個階段。

4.1 幼年巢的主要結(jié)構(gòu)類型

幼年巢的主要結(jié)構(gòu)類型如下:

(1)單腔空巢。入土深為6～28 cm,巢腔大小為1～4 c m。

(2)單腔菌巢。入土深為10～78 cm,巢腔大小為3～14 cm。

(3)上位少腔巢。入土深為20～65 cm,巢腔大小為13～28 cm。

(4)下位少腔巢。入土深為27～90 cm,巢腔大小為11～35 cm。其中(3)、(4)類型的蟻王、蟻后所在腔巢(菌巢)的位置靠上或靠下。

4.2 成年巢的主要結(jié)構(gòu)類型

成年巢的主要結(jié)構(gòu)類型如下:

(1)層積多腔巢。埋深為85～320 cm,巢腔大小為35～50 cm,一般有13 a以上的歷史。

(2)塊積多腔巢。埋深為85～320 cm,巢腔大小為70～75 cm,一般有20 a以上的歷史。

(3)萎縮多腔巢。埋深為85～320 cm,巢腔大小為90 cm,一般有40 a以上的歷史。

據(jù)此,白蟻成年主巢的巢齡越大,對堤壩及建筑物的安全威脅就越大。經(jīng)分析,白蟻巢與周圍介質(zhì)還存在以下物理性質(zhì)上的差異:

(1)導(dǎo)電性差異。蟻巢是由白蟻用體液和黃土筑成的,呈橢球體狀,里面有空腔,整體上蟻巢部位的電阻率與其周圍土壤存在差異。

(2)密度差異。蟻巢與周圍土壤相比是明顯的低密度體。

(3)電磁感應(yīng)差異。對于電磁波,白蟻巢與周圍土壤存在明顯的吸收衰減差異。

由以上各種條件分析,使用地球物理勘察方法探測白蟻蟻巢是可行的。

5 地球物理勘察方法探測白蟻蟻巢的效果分析及模型試驗

根據(jù)白蟻蟻巢結(jié)構(gòu)的物理特征,針對地球物理勘察的各種方法及探測精度、應(yīng)用條件、儀器成本、工作效率、施工強度等綜合指標(biāo)進(jìn)行評價,認(rèn)為將地球物理勘察的電法(高密度電阻率法)和地質(zhì)雷達(dá)方法應(yīng)用于有一定規(guī)模的白蟻主巢的探測工作是可行的。

高密度電阻率法實際上是多種排列的常規(guī)電阻率法與資料自動反演處理相結(jié)合的綜合方法。高密度電阻率法密集的數(shù)據(jù)采集方式,使得探測結(jié)果顯示形象、直觀,便于解釋、分析。目前的高密度電法儀器都具有數(shù)據(jù)自動記錄功能,可以將測量記錄數(shù)據(jù)送入計算機,對數(shù)據(jù)進(jìn)行反演計算,給出關(guān)于地電斷面分布的各種圖。而常規(guī)傳統(tǒng)電法測量所獲得的信息量、工作效率、資料整理的方式等與高密度電法無法相比。

對電法勘察而言,只要探測目標(biāo)體的小大規(guī)模與入土深度達(dá)到一定程度時,才可以獲得比較好的探測結(jié)果。當(dāng)巢腔大小與白蟻主巢的入土深度比值為1∶4～1∶3時,才有條件使用該法。

6 應(yīng)用實例

西險大塘及南、北圍堤上發(fā)現(xiàn)白蟻活動的痕跡,經(jīng)白蟻防治專業(yè)人員地面調(diào)查后,發(fā)現(xiàn)在西險大塘0K+700～0K+739 m處的背水坡有白蟻的分群孔。根據(jù)白蟻防治人員的建議,2009年6月12日,在堤壩的背水坡上布置了1條與大堤平行的測線,距堤肩平行間距約2.5 m,測線上布置40根測量電極,電極距離為1.0m,測線長39 m?，F(xiàn)場對資料進(jìn)行處理和解釋,測線下的反演呈層狀分布,基本上反映了堤壩修建時逐層堆土。在測線13 m(即0K+713 m)下方有1個直徑約為0.5 m的電阻值高阻異常區(qū)域,埋深約2.49 m,本測線高密度電阻率色譜圖見圖1。對異常處的獨立性大小、位置等綜合情況進(jìn)行分析,可排除基巖等原始地質(zhì)構(gòu)造異常,疑似蟻巢。經(jīng)現(xiàn)場開挖,挖出蟻王和蟻后,現(xiàn)場開挖照片見圖2。

圖1 測線高密度電阻率色譜圖

圖2 0K+713 m處現(xiàn)場開挖照片

2009年8月,西險大塘6K+285～6K+315 m處發(fā)現(xiàn)有白蟻活動跡象,根據(jù)白蟻專家對白蟻主巢位置的推測,與大堤平行布設(shè)了2條測線,每條測線上布置31根測量電極,電極距離為1.0 m,測線長30 m。

在第2條測線12 m(即6K+297m)下方發(fā)現(xiàn)了1個直徑為0.5 m的電阻值低阻異常區(qū)域,埋深約2.2 m,本測線高密度電阻率色譜圖見圖3,從該異常的獨立性大小、位置等綜合情況分析,可排除基巖等原始地質(zhì)構(gòu)造異常,疑似蟻巢。直接從該低阻異常上方開挖,在2.1m深處發(fā)現(xiàn)1個直徑0.6 m的白蟻主巢,找到了1對蟻王和蟻后,清除了堤塘隱患,確保了堤塘安全運行,現(xiàn)場開挖照片見圖4。

圖3 測線高密度電阻率色譜圖

圖4 6K+297 m現(xiàn)場開挖照片

2010年6月30日,對北湖圍堤2K+930 m處,與大堤平行布置2條測線,每條測線上布置31根測量電極,電極極距為1.0 m,測線長30 m,距堤肩平行間距約2.5 m。

探測結(jié)果分別顯示1號測線20 m(即2K+950 m)處下方發(fā)現(xiàn)了1個直徑為0.5m的電阻值高阻異常區(qū)域,埋深約0.8 m,本測線高密度電阻率色譜圖見圖5,從該異常的獨立性大小、位置等綜合情況分析,可排除基巖等原始地質(zhì)構(gòu)造異常,疑似蟻巢。經(jīng)現(xiàn)場開挖驗證,1號測線下隱患處挖出1個直徑為0.7 m大型黑翅土白蟻成年蟻巢。

圖5 測線高密度電阻率色譜圖

7 結(jié) 語

根據(jù)白蟻的生物學(xué)、生態(tài)學(xué)特征,使用地球物理的方法探測白蟻蟻巢是一種全新的探測方法。在研究過程中,對蟻巢物理性質(zhì)的了解、實驗室實驗和野外探測試驗及驗證等階段,都取得了明顯的成果,同時由于其具有直觀、簡單快捷、準(zhǔn)確、方便攜帶等特點,相對于傳統(tǒng)方法來說,是一場較大的變革。