綜合物探法探測堤壩白蟻蟻巢技術

余金煌 吳 瓊

綜合物探法探測堤壩白蟻蟻巢技術

余金煌 吳 瓊

一、概述

安徽省是水利大省，境內堤壩眾多。據最新水利普查資料：安徽省共有水庫5826座，總庫容324.78億m3。堤防總長度為34463.3km，5級及以上堤防長度為21073.4km。塘壩61.72萬處，總容積48.19億m3。這些水利工程的興建和運行，為安徽省的防洪保安、農業灌溉發揮了巨大的作用。白蟻活動主要分布在淮河以南的廣大地區，向北漸漸稀少，往南逐漸遞增。安徽省堤壩工程大多數為土石堤壩，在堤壩運行中受白蟻危害十分嚴重，尤其是皖南的堤壩工程。近年來，由于氣候變化等原因，皖北的堤壩白蟻危害也逐漸嚴重。

白蟻對堤壩的本質性威脅是在堤壩內挖掘的四通八達的蟻道、主巢腔及眾多的菌圃腔。蟻巢一般修筑在背水坡距壩面2m以下，常水位浸潤線以上。一般從有翅成蟲分飛配對到成熟群體，歷經8～10年，主巢腔積可達0.15m3,再加上菌圃和蟻道，一個群體可掏空約1m3的土壤腔積。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，而當汛期水位上升時，水流便有可能進入隱藏在堤壩內的蟻道和巢腔內，造成散浸、管漏、跌窩和滑坡等險情。有些堤壩為提高標準而加高培厚，但在工程實施前未把舊堤壩內已存在的白蟻隱患徹底清除，使得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，水位升高后常發生因蟻患導致的險情。

白蟻的防治工作一直是堤壩管理的一項重要工作。在白蟻防治過程中，首先需要尋找白蟻活動的痕跡，然后探測白蟻在堤壩內的蟻巢。目前對白蟻蟻巢探測主要采取人工開挖的方法。人工開挖的方法具有直觀、技術要求不高的優點，但也有工作效率低、成本高的局限性。隨著工程物探技術的逐漸成熟，目前普遍利用綜合物探的方法探測白蟻蟻巢。

二、工程物探法探測白蟻蟻巢可行性

工程物探是工程地球物理勘探的簡稱，它是以地下巖土層（或地質體）的物性差異為基礎，通過儀器觀測自然或人工物理場的變化，確定地下地質體的空間展布范圍（大小、形狀、埋深等）并可測定巖土體的物性參數，達到解決地質問題的一種物理勘探方法。

由于白蟻蟻巢與周圍的巖土體在物性上存在較大的差異，尤其是在電阻率和電磁波波速上的差異。這種差異的存在為采用工程物探方法探測蟻巢提供了物性前提。加之，蟻巢一般埋深較淺、規模相對較大，且基本在浸潤線之上，利用工程物探方法可以達到預期的深度和精度。

使用工程物探方法探測白蟻蟻巢具有工作效率高、成本低的特點。在采用工程物探方法的基礎上，輔之鉆孔、靜力觸探或人工開挖的手段驗證，可以達到較高的探測準確率。

綜合以上所述，利用綜合物探的方法探測堤壩白蟻蟻巢是可行的。

三、探測方法

根據堤壩內蟻巢蟻道的特點以及其與周圍巖土的電性差異，使用探地雷達和高密度電法進行綜合探測。

1.方法的原理

（1）探地雷達原理

探地雷達是根據電磁波在不同介質中傳播特性不同的原理進行工作的，由探地雷達發射天線（T）發出的電磁脈沖向地下傳播，在存在電性差異的界面產生反射，反射波被雷達接收天線（R）接收并被儀器記錄下來，見圖1。反射脈沖總是滯后于發射脈沖一段時間，這個時間是電磁脈沖通過穿透介質的速度和目標體埋藏深度的函數，即：

式中：t—電磁波的雙程走時，ns，1ns=10-9s；

z—為目標體的埋藏深度，m；

v—為電磁波在穿透介質中的傳播速度，m/ns。

發射的電磁脈沖信號以時間和振幅的函數記錄下來，稱之為一次掃描。當收發天線沿地面移動時，記錄地面不同位置上的多次掃描，得到時間域脈沖信號的剖面，構成探地雷達記錄。地下不同的介質一般具有不同的介電常數，電磁波在不同介電常數的界面會產生反射，通過對反射波的振幅及相位等波形特征進行研究，即可對地下目標體的性狀作出一定程度的判別。

（2）高密度電法原理

高密度電法測試原理是根據被測體的電流和電位差在目的體長度、深度方向上的變化差異，進行特征體的判讀和解釋。用該法在測線上相同剖面采集數據后傳入計算機，用與之配套的處理軟件進行處理，在計算機上進行處理和濾波后，得到目的體的電性在測線長度、深度方向上的變化分布圖。高密度電法測量系統工作原理見圖2。

圖1 探地雷達基本原理示意圖

圖2 高密度電法測量系統工作原理示意圖

2.現場探測

現場探測按以下步驟開展工作：

（1）現場查勘

現場調查地形、地貌、植被、土質，尋找白蟻活動的范圍。確定探測范圍。

（2）擬定探測方案

根據現場查勘結果，確定探測范圍、具體探測方法。

在探測原理上，探地雷達法是根據電磁波速的差異，高密度法是根據電阻率的差異，兩者各有優缺點：探地雷達法比較適合高精度的探測2m以內的缺陷，探測時效率高，一般每天可以探測10km；高密度電法比較適合于探測深度較大的缺陷，一般探測深度可以達到30m，甚至更深，但探測時電極距需設置較大或者需要的電極數量較多。如需要探測深度小于2m的缺陷，可以通過小電極間距以提高測試精度。高密度電法一般每天能探測2km測線。

在白蟻蟻巢探測時，可以首先使用探地雷達法測試；再根據探地雷達測試成果推斷存在蟻巢部位，使用高密度電法進行進一步確認。在兩種方法探測均推斷存在蟻巢處，采用鉆孔、靜力觸探或人工開挖的方式進行結果驗證。

（3）現場探測

在擬定的探測范圍內布置探地雷達測線，根據探測深度選擇雷達天線中心頻率。天線中心頻率一般為100MHz、200MHz、400MHz。

在擬定的探測范圍布置高密度電法測線，一般采用二維探測，在有條件時可選擇三維探測。探測時電極距一般為0.5～3m，電極距原則上普查時選擇大間距以提高工作效率，詳查時選擇小間距以提高探測精度。測試方法一般選擇溫納法。

根據探地雷達、高密度電法測試成果，對可能存在白蟻蟻巢的區域，根據其埋藏深度和范圍采用人工開挖、鉆孔或靜力觸探進行驗證。

四、結論

（1）探地雷達和高密度電法均能較準確反映蟻巢異常區域，且兩種方法測試結果具有統一性。

（2）現場操作來看，雷達探測效率較高，但是對場地環境要求也比較高，一般要求場地無障礙并且比較平坦，探測深度受地下水位影響較大；相對來說，高密度電法對場地要求較低，只需保證電極與地面有良好的接觸即可，并且不易受外界環境干擾，信號可靠度比較好。

（3）在實際探測工作中，宜采用兩種方法進行綜合探測。探測結果處理后，應通過現場開挖進一步驗證探測結果■

（作者單位：安徽省（水利部淮河水利委員會）水利科學研究院 233000 水利部淮河水利委員會 233001）