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      白蟻與水利工程

      第章  白蟻與水利工程

      水利工程是指用于控制和調配自然界的地表水和地下水,達到除害興利目的而修建的工程。能發生白蟻危害的水利工程主要是土質水庫大壩、河道堤防及高填方渠道等,本講義所指水利工程特指水庫土質大壩及河道堤防,簡稱堤壩。水利工程白蟻防治指對水利工程主體及周邊區域的白蟻危害采取相應的技術措施,從而預防和控制白蟻對水利工程造成危害的行為。

      第節  水利工程白蟻來源

      水庫多選擇在山谷峽口興建,兩邊山坡白蟻隱患歷史悠久。堤防般依山或臨近崗地修筑,采用的多為粘土,適宜土棲白蟻生存繁衍。堤壩產生白蟻隱患主要有以下幾個途徑:

      、 興建堤壩遺留下來的白蟻隱患

      在建造堤壩之前,由于人們不清楚堤壩基礎內存在白蟻隱患,或對其危害估計不足,導致堤壩建好后不久就出現重大險情。例如大中型水庫為防止壩基滲漏,僅清除截滲槽部位的壩基,且般只鏟去上層的草皮,而對其他部位不予處理;小型水庫則多由受益群眾自辦,筑壩時般不清基。因此,如果壩端范圍內有蟻巢而未進行處理或采取的措施不力,處理不徹底,便填土建堤筑壩,那么就給壩體帶來了蟻患。人們在筑壩的同時,白蟻為了生存和發展也從基礎內向外修筑蟻道,工程剛建好,蟻道也已把堤壩串通。旦蓄水,堤壩上就會出現滲漏現象。對類似的現象,水利工程技術人員常常誤認為是堤壩的工程質量不佳或基礎與新覆蓋土層銜接不好而造成的滲漏,忽視了堤壩基礎內本已存在的白蟻隱患。建壩時利用原生山土作壩體,壩頭清基時沒有清除潛伏深土里的白蟻群體這種情況較為普遍,小水庫更甚,因此而受害的水庫占蟻害水庫的80%以上。由于清基不徹底造成的這種蟻患,蟻巢入土深,危害早,隱患嚴重,往往大壩發生早期漏水,處理也較困難,對大壩安全威脅很大。譬如湖北省麻城縣草廟溝中型水庫發現的窩黑翅土白蟻巢,離壩面深7.5m開挖土方1100m3,治理歷時105天;隨洲市毛兒沖水庫為粘土心墻代料壩,由三座小(二)型水庫相連,壩高22.4m,壩長531m,建庫不久發生壩體漏水現象,1998年6月發生多處渾水洞管涌,不得不騰空庫容。后在迎水坡挖出4個深達7.2m的蟻巢大空腔,說明該壩基礎原來就埋藏著黑翅土白蟻巢。

      許多堤壩為了更大地發揮水利工程效益和進步保障堤壩的安全運行,都紛紛加高培厚。堤壩在加高培厚時,堤壩基礎內原有的蟻害如果未經處理或處理不徹底,就把相當厚的土層覆蓋上去,這樣就會將原堤壩內的白蟻隱患埋藏得更深。白蟻巢穴越深,對堤壩的安全威脅就越大。20世紀60年代以前建成的堤壩,都在70年代發揮更大的效益和確保運行安全,許多地方對這些堤壩均進行了加高培厚,但在加高培厚過程中,般未做白蟻危害檢査和滅治處理,這便給這些堤壩的安全造成了隱患在今后的工作中,應重點關注這些堤壩的運行安全。

      二、分飛侵入

      分飛侵入是指白蟻有翅成蟲分飛時,因燈光和水面反光吸引,由附近山坡和田野而飛入大壩上,繼而尋找適宜的地方建立新的群體。對大壩而言,這是白蟻入侵的重要途徑。無論是在大壩建造過程中,還是在大壩建成后,白蟻的有翅成蟲均會通過這種方式侵入大壩,潛伏在壩體內,進而對壩體造成危害。堤壩附近的蟻源不除,堤壩蟻害便治之不盡,年年治年年有,造成蟻害無法控制的被動局面。每年的4-6月份是土棲白蟻分群、繁殖季節,些有翅繁殖蟻分飛到壩體上定居。主要原因是大壩上的管理房、電站、路燈和防汛指揮燈等發出的光和水庫水體表面反射的光對趨光性的白蟻繁殖蟻有引誘作用。同時,壩體上種植有小型灌木和綠地,能為白蟻提供生存所必需的食物。因此,飛向大壩的白蟻有翅繁殖蟻,脫翅配對后,易在壩體內筑巢繁殖,建立新的巢群。這種途徑占所有入侵大壩白蟻總數的80%以上。在壩齡較長的堤壩內部,成熟的白蟻巢也會不斷產生有翅成蟲,并在堤壩上分群繁衍。這樣,堤壩內的白蟻群體就會越來越多。

      三、蔓延侵入

      蔓延侵入是指分布在堤壩附近山體上的白蟻,以蟻巢為中心筑路向四面八方尋找食物。壩兩端山坡上有大量的枯死樹木、伐樁、枯枝落葉和牲畜糞便,這些材料為白蟻提供了豐富的食物,白蟻易在這樣的環境中大量滋生;背水坡滋生的雜草和種植的綠地,迎水坡聚集的各種各樣漂浮物以及護石層裂縫內貯藏的飄落下來的枯枝落葉,都是土棲白蟻喜食的食物。同時,大多數的堤壩均屬黃黏土,偏酸性,且堤壩內的溫、濕度多適宜于白蟻筑巢繁殖,因而白蟻喜歡在這類土壤中定居生活。生活在堤壩附近山坡上的白蟻,在尋找食物的過程中,會通過堤壩與山體連接處侵人大壩內,進而在壩體內適動,并通過營建副巢、蟻巢轉移等遷巢活動,在壩體內建立新的巢群。對堤壩而言,這是條僅次于分飛的侵入途徑。研究表明,黑翅土白蟻工蟻可到距巢150多米遠的地方覓食,黃翅大白蟻則可在巢外35m遠處的地方活動、采食。在堤壩附近山坡筑巢生活的黑翅土白蟻、黃翅大白蟻等土棲白蟻,在覓食過程中,都易通過與壩體連接的山坡處侵入壩體內,進而在其內生存、繁衍。如果在堤壩建造前和建造好后,對堤壩兩側山坡上的白蟻進行滅殺,那么無論在堤壩建造過程中還是在堤壩建好后堤壩均不會受到這種侵入方式的危害。因此,為了減少白蟻對堤壩的危害,需要在建造堤壩前、后對附近山坡上的白蟻進行滅治,以減少白蟻對堤壩的危害。

      四、人為招致白蟻侵入危害

      是隨土料帶入。隨土料帶入是指在土料場取料時,由于機械作業,生活在土料場土壤中的白蟻,特別是幼齡巢內的繁殖蟻,易伴隨土料而被帶入壩體內。這些白蟻如未被及時消除,在施工過程中,由于很難對所有的土料做到隨倒隨碾壓,因此混在土料中的繁殖蟻旦幸存下來,它們便會在壩體內營建新的蟻巢,進而對壩體造成破壞。二是?水庫大壩安全管理條例?第十七條規定:禁止在壩體修建碼頭、渠道、堆放雜物、晾曬糧草。但是許多堤壩無視條例規定,管理不善,經常在堤壩上堆曬柴草和木材,過后又不及時清理。有個別的堤防邊建墳墓、蓋豬舍、搭柴火棚、建廁所等。有的水庫甚至在大壩的兩端種植白蟻喜食的樹木。更多的是堤壩上雜草叢生,給白蟻創造了良好的隱蔽和取食等生活條件,這些都容易招致周圍的白蟻來此安家落戶。

      第二節   白蟻對水利工程的危害

      古人云:“蟻之為害,隱患難察”、“千里金堤,潰于蟻穴”。今人日:“堤壩隱患,定時炸彈”,這些慎小節才能防大患的名言均證實了白蟻對土質堤壩的危害,常常造成散滲、滲漏、管涌、跌窩、滑坡等險情,嚴重情況下能釀成潰堤垮壩事故,是危及水利工程運行和人民生命財產安全的重要隱患。1998年長江中下游發生特大洪水,引發河堤管漏、散浸等險情6181處,其中80%的管漏是白蟻隱患造成的。因此,掌握白蟻對堤壩的危害,有針對性地進行科學防治,對于我國的水利建設和國民經濟發展具有十分重大的意義。

      、危害原理

      白蟻主要在土質堤壩內營建巢穴,成熟巢群的主巢腔大小般為60cmx50cmx60cm(長x寬x高),主巢腔周圍常有大小不等的數十個甚至上百個衛星巢腔,主巢腔與衛星巢腔之問有四通八達的蟻道相連通,有些蟻道穿通堤壩的內外坡。主巢腔在堤壩內的深度往往在2m左右,常在浸潤線以上。白蟻除在背水坡取食植被外,還可通過地下蟻道,穿過堤壩到迎水坡取食枯枝落葉和浪渣。汛期水位緩漲且不高時,蟻道如果進水,白蟻能及時對洞口進行封堵,險情難以發現;旦水位突然升高,高壓下水流經蟻道、巢腔快速浸入堤壩內造成破壞,散浸、滲漏、管涌、跌窩、滑坡等險情隨即發生,搶險不及時或措施不當時就釀成崩堤垮壩災難。如果在堤壩加固時未把原堤防內已存在的白蟻隱患進行徹底清除,就把相當厚的土層覆蓋上去,就會在堤壩深處留下安全隱患。白蟻巢穴越深,對堤壩的安全就威脅越大。

      二、蟻害(災)歷程

      多數堤壩白蟻的壯年巢有可能修筑穿通堤壩內外坡的蟻道,當水位不超越巢底水平線時,堤壩不會發生漏水險情;只有當水位上升超過主巢底水平線時才會發生險情。

      白蟻導致的堤壩漏水險情,大致有以下幾個歷程。

      l.管漏

      (1)先漏清水。若土質堤壩的質量尚好,是用堅實的黃黏土等筑成,白蟻修筑的蟻道就堅固結實蟻道內壁光滑。當水流從迎水坡進入蟻道時,不管水如何混濁,開始漏水時,出水口流出的水都是清水。這是因為濁水從蟻道入水口進入蟻道,可能中間要經過無數個菌圃的過濾,穿過主巢底后又要經過無數個菌圃過濾才由蟻道出水口流出,故流出的水總是清水,并伴隨有白蟻在清水中沖出。

      (2)漏出水中帶有蟻巢碎片。漏清水段時問后,由于蟻道被水流沖刷而遭破壞,隨之水流中帶有泥沙流出,水位不斷升高,水壓加大,菌圃也被沖碎而隨濁水起流出,這時險情加劇。尤其是主巢巢腔被洪水沖刷,越沖越大,很有可能造成塌窩、滑坡等重大事故。凡是有管漏現象幾乎100%是蟻患釀成的。

      2.堤壩外坡濕潤片

      白蟻濕潤片的形成與堤壩的質量有關。般勻質堤壩的全堤壩由黃黏土筑成,而非勻質堤壩除墻心是黃黏土外,其余由代替料修筑,如風化土、半風化土、沙石料等。白蟻修筑的蟻道,在黃黏土中為典型的管漏發生,而在代替料中,就難以形成既規則又直通的典型蟻道。白蟻修筑蟻道,在代替料中會遇到障礙物,較大顆粒用口器就搬不動,就必須繞過這些障礙物,繞來繞去,再加上這些出口于地面上的取食蟻道口徑細小,在代替料中不像黃黏土那樣密實,所以,通過代替料中時,蟻道中的水就散開來,形成濕潤片。

      3.塌窩

      當管漏嚴重發生時,將主巢腔內的大量泥土沖刷出堤壩外,由于泥土重力作用,瞬問就會形成主巢頂塌下來。若是堤壩矮小,斷面不大時,白蟻主巢往往修筑在堤壩頂或內外坡的肩部下面約2m的深度,而水位這時已超越主巢腔底的水平高度, 故塌窩發生,就有決堤垮壩的災難發生,凡是堤壩矮小、斷面不大時,從管漏到塌窩至崩堤垮壩的歷時皆很短;而斷面大、堤壩高大時,蟻患釀成的管漏險情,則歷時較長。

      4.崩堤垮壩

      從管漏到塌窩至崩堤垮壩的演化歷程,少則數小時,多則數十小時,甚至更長時間,這主要取決于洪水位升漲速度和堤壩大小、斷面厚度以及堤壩質量和蟻巢在堤壩里的位置等因素。另外,與搶險是否及時和處理措施是否科學也有很大的關系。

      下面,介紹兩種非常重要的白蟻危害典型。

      (l)管漏

      管漏是由堤壩白蟻在土質堤壩內修筑的貫穿堤壩內、外坡的蟻道形成。堤壩白蟻在土質堤壩內營巢繁衍要經過5~6年或者更長的時間,才有可能修筑貫穿堤壩內、外坡的蟻道。

      從分飛有翅成蟲落在堤壩上,雌、雄配對人土至形成成年巢大約要5~6年的時間。此時,白蟻個體數量激增,達到數10萬頭,甚至更多。隨著巢內白蟻個體數量的增多,白蟻需要大量的食物和水分,大量的工蟻修筑蟻道,外出堤壩的內外坡覓食取水,就會造成堤壩的內、外坡貫穿。

      堤壩白蟻建立的幼齡巢,開始入土時,在堤壩的表層土內約15cm深處。隨著幼齡巢的增長和白蟻個體數量增加,蟻巢逐漸向堤壩深處轉移,如我國南方堤壩白蟻主要危害種黑翅土白蟻即可將巢移至2m左右深處。2m左右是黑翅土自蟻成年巢的正常深度,達到這種深度般巢位就穩定下來了。

      黑翅土白蟻的群體比較大,除主巢外,還有數10個甚至上百個大小不的菌圃群,分布在主巣的周圍,俗稱衛星菌畫;菌圃與主巢和菌圃之間均有蟻道連通,形成四通八達的交通網絡(圖1.1)。蟻道口徑越近主巢越高大, 越遠離主巢越矮扁。高的口徑高度可達10cm左右,底寬也達8cm左右。蟻道的形狀均為拱形,道內壁修筑得十分光滑,便于白蟻爬行。在庫水位和河水位低或正常水位時,堤壩不會發生管漏(圖1.2)。在堤壩高水位時,貫穿堤壩內、外坡的蟻道口(內坡)處于高水位中時,主巢腔底又等于或低于高水位時,這時堤壩就會突然發生管漏險情。

      另外,除白蟻分飛落在堤壩表面入土建立幼齡巢外,還有可能是堤壩近處的白蟻也會蔓延進堤壩內,甚至主巢轉移進堤壩內。更多見者是修筑堤壩時,堤壩基礎內的白蟻未清除或清除得不干凈,留下隱患,在這種情況下,堤壩會出現早漏險情。



      圖1.1黑翅土白蟻主巢系結構和網絡系統開挖示意圖(仿李棟等, 2001)




      圖1.2  白蟻危害堤壩引發管漏險情示意圖(仿李棟等, 2001)

      1正常水位; 2高水位; 3正常水位浸潤線; 4高水位浸潤線; 5蟻道;6菌畫(副巢); 7主巢; 8候飛室; 9分群孔; 10泥被、泥線; 11漏水孔

      由于白蟻危害和大壩工程質量欠佳都可能導致管漏的產生,因此必須對管漏的成因進行準確判斷,誤判不僅會帶來巨大的經濟損失,甚至產生垮壩的危險。白蟻管漏和水利管漏的區別主要是始期表現形式不同。白蟻管漏始期定是漏出清水,并有白蟻沖出來,并且有填料細顆粒;而水利管漏始期只有土體中的填料細顆粒被帶出來,無白蟻出來。白蟻管漏在非均質土堤壩中,則有可能形成浸潤片,也無法沖出白蟻來。水利管漏范圍很大,它包括堤基的滲漏破壞表現為泡泉、沙沸、土層隆起、浮動、膨脹和斷裂等,這些管漏對與白蟻無關。白蟻管漏,不論河水和庫水是多么的混濁,白蟻管漏的始期定是以清水流出,伴隨著沖出白蟻,這是因為從內(迎水)坡蟻道口進來濁水,其間要經過蟻道、菌圃、主巢和取食蟻道口,這些蟻道壁都修筑的十分光滑,濁水經過菌圃反復過濾后就變成清水。白蟻管漏始期清水中,常常是伴隨著沖出白蟻來,而水利管漏的清水中僅有細沙,對不會有白蟻出來。

      (2)散浸

      在修筑堤壩時,在黃黏土資源不足的條件下,往往只有堤壩的墻心用黃黏土修筑,而墻心兩側(內、外坡)就不得不采用代替料如風化土、半風化土、沙石土等。這種非均質堤壩,白蟻修筑的蟻道除在堤壩墻心是正正規規的底平上拱的典型蟻道外,在內外坡內就難以形成典型蟻道。原因是白蟻修筑蟻道時,在代替料中碰到粗大顆粒風化土或半風化土以至石塊時,白蟻無法用口器搬動,必須繞道而行。由于蟻道時大時小,時寬時扁,加上土壤黏結度差,易松散,水流進入這樣的蟻道時,很容易擴散。這種蟻患釀成的管漏在堤壩表面上很難觀察到,而呈現出另種形式——濕潤(散浸)。

      要證明散浸是由蟻患引發的,通常難以做到。其原因是代替料中跟蹤追挖白蟻主巢的難度大,出水孔、漏水蟻道在松散的土壤中時現時隱,即便是找到蟻道,由于鋤頭開挖震動大,松散的土壤會跌落覆蓋蟻道,追挖起來十分艱難。從散浸開挖尋找漏水蟻道,即便很有經驗的蟻巢開挖者,少則1周,多則半個月也不定能挖出主巢。

      三、 堤壩由于白蟻出險的分析

      壩內蟻巢周圍的蟻道縱橫,棲居在心墻部位的蟻巢,其中必然有幾條蟻道橫穿大壩。如果蟻道在溢洪水位以上,洪水來臨時般也不會漏水;如果蟻道的深度接近或低于溢洪道高度,不論蟻道大小,則都是危險的隱患。由于蟻患而出現滲漏,也要作具體分析。

      1.低于常水位管漏漏水,除了巖基斷層瀝析水外,可能是壩基殘留廢蟻路未清除而出現的后遺癥。如壩腳漏洞,山坡繞滲等等。

      2.水位猛升時出現蟻道漏水,般不會馬上發生滑坡垮壩事故。因為蟻道四壁是重黏土糊筑,摩擦力較好,但也不能麻痹。如果漏出的是混濁泥水,則是因為蟻道經過流水摩擦,泥水混合涌出背坡。此時,壩土產生浮動,是將發生決口垮壩的危險信號。

      3.防洪堤在洪水期出現成片散滲,除了土質差或有砂礫層的因素外,可能是植被層的蟻路、取食孔漏水的反映。只要從滲水點略加開挖就能見到明顯的蟻道冒水。出現這種情況時,表土開始滑動。如不及時搶險,可能產生滑坡、塌方、決堤的災害性事故。

      4.施工質量不標準,自蟻活動多,背坡礫石漏水。這種情況可能是施工質量與蟻害問題同時存在,白蟻活動助長了滲透范圍,出現漏水時比其他壩段早而嚴重,但從漏水點看不到蟻道,只見反濾層坡面流水,往往否定了蟻害是其原因。在有蟻害的心墻壩、斜墻壩和不標準的均質壩內常有類似爭議。如果要澄清原因,只有大面積開挖才能證實。

      5.平時堤壩滲水。堤壩施工質量差,土層嚴重不勻,上面松土層積水,下面密實土擋水,全壩常年滲水標高超過水位高度。兩壩頭山巖斷層斜向壩體,壩頭山坡上白蟻活動密集,而壩體無白蟻活動跡象,這是滲水限制了白蟻侵壩。因為白蟻只能在滲水帶以上營巢活動,在全壩滲水的情況下,白蟻無法營巢立足,所以土白蟻喜歡到質壩的土里定居。

      白蟻危害我國水利工程歷史悠久,范圍廣,破壞性大。除青海、新疆、寧夏、吉林、內蒙古、黑龍江等省(區)外,我國其他地區均發現明顯白蟻危害。據不完全統計,建國以來,全國因白蟻危害而垮壩的水庫數量多達500余座。1993年廣西大洋河水庫晴天垮壩及2001年四川會理縣大路溝水庫垮壩均主要為白蟻危害所致,98大洪水期間,白蟻也曾造成長江堤防發生多處潰口性險情。根據文獻記載,上世紀80年代我國僅有南方部分省份發現水利工程白蟻危害,白蟻危害率小于70%; 2006年全國水利工程白蟻危害調査結果表明,河北、上海、江蘇、浙江、安徽、福建、江西、山東、河南、湖北、湖南、廣東、廣西、海南、重慶、四川、貴州、云南等18個省(市)均發現大面積自蟻危害,白蟻危害率已達85%以上。近些年來,隨著全球氣候變曖,白蟻日益呈普遍大發生趨勢,部分水利工程白蟻危害滿目瘡痍,已涉嫌貫穿水利工程主體,現狀令人擔憂。據調査,近幾年投巨資加固的長江等江河堤防、大中型水庫大壩工程相繼發現了嚴重的白蟻危害,威脅工程和防洪安全,防治任務越來越重,防治工作刻不容緩。




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