白蚁与水利工程
第章 白蚁与水利工程
水利工程是指用于控制和调配自然界的地表水和地下水，达到除害兴利目的而修建的工程。能发生白蚁危害的水利工程主要是土质水库大坝、河道堤防及高填方渠道等，本讲义所指水利工程特指水库土质大坝及河道堤防，简称堤坝。水利工程白蚁防治指对水利工程主体及周边区域的白蚁危害采取相应的技术措施，从而预防和控制白蚁对水利工程造成危害的行为。
第节 水利工程白蚁来源
水库多选择在山谷峡口兴建，两边山坡白蚁隐患历史悠久。堤防般依山或临近岗地修筑，采用的多为粘土，适宜土栖白蚁生存繁衍。堤坝产生白蚁隐患主要有以下几个途径：
、 兴建堤坝遗留下来的白蚁隐患
在建造堤坝之前，由于人们不清楚堤坝基础内存在白蚁隐患，或对其危害估计不足，导致堤坝建好后不久就出现重大险情。例如大中型水库为防止坝基渗漏，仅清除截渗槽部位的坝基，且般只铲去上层的草皮，而对其他部位不予处理；小型水库则多由受益群众自办，筑坝时般不清基。因此，如果坝端范围内有蚁巢而未进行处理或采取的措施不力，处理不彻底，便填土建堤筑坝，那么就给坝体带来了蚁患。人们在筑坝的同时，白蚁为了生存和发展也从基础内向外修筑蚁道，工程刚建好，蚁道也已把堤坝串通。旦蓄水，堤坝上就会出现渗漏现象。对类似的现象，水利工程技术人员常常误认为是堤坝的工程质量不佳或基础与新覆盖土层衔接不好而造成的渗漏，忽视了堤坝基础内本已存在的白蚁隐患。建坝时利用原生山土作坝体，坝头清基时没有清除潜伏深土里的白蚁群体这种情况较为普遍，小水库更甚，因此而受害的水库占蚁害水库的80%以上。由于清基不彻底造成的这种蚁患，蚁巢入土深，危害早，隐患严重，往往大坝发生早期漏水，处理也较困难，对大坝安全威胁很大。譬如湖北省麻城县草庙沟中型水库发现的窝黑翅土白蚁巢，离坝面深7.5m开挖土方1100m3，治理历时105天；随洲市毛儿冲水库为粘土心墙代料坝，由三座小(二)型水库相连，坝高22.4m，坝长531m，建库不久发生坝体漏水现象，1998年6月发生多处浑水洞管涌，不得不腾空库容。后在迎水坡挖出4个深达7.2m的蚁巢大空腔，说明该坝基础原来就埋藏着黑翅土白蚁巢。
许多堤坝为了更大地发挥水利工程效益和进步保障堤坝的安全运行，都纷纷加高培厚。堤坝在加高培厚时，堤坝基础内原有的蚁害如果未经处理或处理不彻底，就把相当厚的土层覆盖上去，这样就会将原堤坝内的白蚁隐患埋藏得更深。白蚁巢穴越深，对堤坝的安全威胁就越大。20世纪60年代以前建成的堤坝，都在70年代发挥更大的效益和确保运行安全，许多地方对这些堤坝均进行了加高培厚，但在加高培厚过程中，般未做白蚁危害检査和灭治处理，这便给这些堤坝的安全造成了隐患在今后的工作中，应重点关注这些堤坝的运行安全。
二、分飞侵入
分飞侵入是指白蚁有翅成虫分飞时，因灯光和水面反光吸引，由附近山坡和田野而飞入大坝上，继而寻找适宜的地方建立新的群体。对大坝而言，这是白蚁入侵的重要途径。无论是在大坝建造过程中，还是在大坝建成后，白蚁的有翅成虫均会通过这种方式侵入大坝，潜伏在坝体内，进而对坝体造成危害。堤坝附近的蚁源不除，堤坝蚁害便治之不尽，年年治年年有,造成蚁害无法控制的被动局面。每年的4-6月份是土栖白蚁分群、繁殖季节，些有翅繁殖蚁分飞到坝体上定居。主要原因是大坝上的管理房、电站、路灯和防汛指挥灯等发出的光和水库水体表面反射的光对趋光性的白蚁繁殖蚁有引诱作用。同时，坝体上种植有小型灌木和绿地，能为白蚁提供生存所必需的食物。因此，飞向大坝的白蚁有翅繁殖蚁，脱翅配对后，易在坝体内筑巢繁殖，建立新的巢群。这种途径占所有入侵大坝白蚁总数的80%以上。在坝龄较长的堤坝内部，成熟的白蚁巢也会不断产生有翅成虫，并在堤坝上分群繁衍。这样，堤坝内的白蚁群体就会越来越多。
三、蔓延侵入
蔓延侵入是指分布在堤坝附近山体上的白蚁，以蚁巢为中心筑路向四面八方寻找食物。坝两端山坡上有大量的枯死树木、伐桩、枯枝落叶和牲畜粪便，这些材料为白蚁提供了丰富的食物，白蚁易在这样的环境中大量滋生；背水坡滋生的杂草和种植的绿地，迎水坡聚集的各种各样漂浮物以及护石层裂缝内贮藏的飘落下来的枯枝落叶，都是土栖白蚁喜食的食物。同时，大多数的堤坝均属黄黏土，偏酸性，且堤坝内的温、湿度多适宜于白蚁筑巢繁殖，因而白蚁喜欢在这类土壤中定居生活。生活在堤坝附近山坡上的白蚁，在寻找食物的过程中，会通过堤坝与山体连接处侵人大坝内，进而在坝体内适动，并通过营建副巢、蚁巢转移等迁巢活动，在坝体内建立新的巢群。对堤坝而言，这是条仅次于分飞的侵入途径。研究表明，黑翅土白蚁工蚁可到距巢150多米远的地方觅食，黄翅大白蚁则可在巢外35m远处的地方活动、采食。在堤坝附近山坡筑巢生活的黑翅土白蚁、黄翅大白蚁等土栖白蚁，在觅食过程中，都易通过与坝体连接的山坡处侵入坝体内，进而在其内生存、繁衍。如果在堤坝建造前和建造好后，对堤坝两侧山坡上的白蚁进行灭杀，那么无论在堤坝建造过程中还是在堤坝建好后堤坝均不会受到这种侵入方式的危害。因此，为了减少白蚁对堤坝的危害，需要在建造堤坝前、后对附近山坡上的白蚁进行灭治，以减少白蚁对堤坝的危害。
四、人为招致白蚁侵入危害
是随土料带入。随土料带入是指在土料场取料时，由于机械作业，生活在土料场土壤中的白蚁，特别是幼龄巢内的繁殖蚁，易伴随土料而被带入坝体内。这些白蚁如未被及时消除，在施工过程中，由于很难对所有的土料做到随倒随碾压，因此混在土料中的繁殖蚁旦幸存下来，它们便会在坝体内营建新的蚁巢，进而对坝体造成破坏。二是«水库大坝安全管理条例»第十七条规定：禁止在坝体修建码头、渠道、堆放杂物、晾晒粮草。但是许多堤坝无视条例规定，管理不善，经常在堤坝上堆晒柴草和木材，过后又不及时清理。有个别的堤防边建坟墓、盖猪舍、搭柴火棚、建厕所等。有的水库甚至在大坝的两端种植白蚁喜食的树木。更多的是堤坝上杂草丛生，给白蚁创造了良好的隐蔽和取食等生活条件，这些都容易招致周围的白蚁来此安家落户。
第二节 白蚁对水利工程的危害
古人云：“蚁之为害，隐患难察”、“千里金堤，溃于蚁穴”。今人日：“堤坝隐患，定时炸弹”，这些慎小节才能防大患的名言均证实了白蚁对土质堤坝的危害，常常造成散渗、渗漏、管涌、跌窝、滑坡等险情，严重情况下能酿成溃堤垮坝事故，是危及水利工程运行和人民生命财产安全的重要隐患。1998年长江中下游发生特大洪水，引发河堤管漏、散浸等险情6181处，其中80%的管漏是白蚁隐患造成的。因此，掌握白蚁对堤坝的危害，有针对性地进行科学防治，对于我国的水利建设和国民经济发展具有十分重大的意义。
、危害原理
白蚁主要在土质堤坝内营建巢穴，成熟巢群的主巢腔大小般为60cmx50cmx60cm(长x宽x高)，主巢腔周围常有大小不等的数十个甚至上百个卫星巢腔，主巢腔与卫星巢腔之问有四通八达的蚁道相连通，有些蚁道穿通堤坝的内外坡。主巢腔在堤坝内的深度往往在2m左右，常在浸润线以上。白蚁除在背水坡取食植被外，还可通过地下蚁道，穿过堤坝到迎水坡取食枯枝落叶和浪渣。汛期水位缓涨且不高时，蚁道如果进水，白蚁能及时对洞口进行封堵，险情难以发现；旦水位突然升高，高压下水流经蚁道、巢腔快速浸入堤坝内造成破坏，散浸、渗漏、管涌、跌窝、滑坡等险情随即发生，抢险不及时或措施不当时就酿成崩堤垮坝灾难。如果在堤坝加固时未把原堤防内已存在的白蚁隐患进行彻底清除，就把相当厚的土层覆盖上去，就会在堤坝深处留下安全隐患。白蚁巢穴越深，对堤坝的安全就威胁越大。
二、蚁害(灾)历程
多数堤坝白蚁的壮年巢有可能修筑穿通堤坝内外坡的蚁道，当水位不超越巢底水平线时，堤坝不会发生漏水险情；只有当水位上升超过主巢底水平线时才会发生险情。
白蚁导致的堤坝漏水险情，大致有以下几个历程。
l.管漏
(1)先漏清水。若土质堤坝的质量尚好，是用坚实的黄黏土等筑成，白蚁修筑的蚁道就坚固结实蚁道内壁光滑。当水流从迎水坡进入蚁道时，不管水如何混浊，开始漏水时，出水口流出的水都是清水。这是因为浊水从蚁道入水口进入蚁道，可能中间要经过无数个菌圃的过滤，穿过主巢底后又要经过无数个菌圃过滤才由蚁道出水口流出，故流出的水总是清水，并伴随有白蚁在清水中冲出。
(2)漏出水中带有蚁巢碎片。漏清水段时问后，由于蚁道被水流冲刷而遭破坏，随之水流中带有泥沙流出，水位不断升高，水压加大，菌圃也被冲碎而随浊水起流出，这时险情加剧。尤其是主巢巢腔被洪水冲刷，越冲越大，很有可能造成塌窝、滑坡等重大事故。凡是有管漏现象几乎100%是蚁患酿成的。
2.堤坝外坡湿润片
白蚁湿润片的形成与堤坝的质量有关。般匀质堤坝的全堤坝由黄黏土筑成，而非匀质堤坝除墙心是黄黏土外，其余由代替料修筑，如风化土、半风化土、沙石料等。白蚁修筑的蚁道，在黄黏土中为典型的管漏发生，而在代替料中，就难以形成既规则又直通的典型蚁道。白蚁修筑蚁道，在代替料中会遇到障碍物,较大颗粒用口器就搬不动，就必须绕过这些障碍物，绕来绕去，再加上这些出口于地面上的取食蚁道口径细小，在代替料中不像黄黏土那样密实，所以，通过代替料中时，蚁道中的水就散开来，形成湿润片。
3.塌窝
当管漏严重发生时，将主巢腔内的大量泥土冲刷出堤坝外，由于泥土重力作用，瞬问就会形成主巢顶塌下来。若是堤坝矮小，断面不大时，白蚁主巢往往修筑在堤坝顶或内外坡的肩部下面约2m的深度，而水位这时已超越主巢腔底的水平高度, 故塌窝发生，就有决堤垮坝的灾难发生，凡是堤坝矮小、断面不大时，从管漏到塌窝至崩堤垮坝的历时皆很短；而断面大、堤坝高大时，蚁患酿成的管漏险情，则历时较长。
4.崩堤垮坝
从管漏到塌窝至崩堤垮坝的演化历程，少则数小时，多则数十小时，甚至更长时间，这主要取决于洪水位升涨速度和堤坝大小、断面厚度以及堤坝质量和蚁巢在堤坝里的位置等因素。另外，与抢险是否及时和处理措施是否科学也有很大的关系。
下面，介绍两种非常重要的白蚁危害典型。
(l)管漏
管漏是由堤坝白蚁在土质堤坝内修筑的贯穿堤坝内、外坡的蚁道形成。堤坝白蚁在土质堤坝内营巢繁衍要经过5～6年或者更长的时间，才有可能修筑贯穿堤坝内、外坡的蚁道。
从分飞有翅成虫落在堤坝上，雌、雄配对人土至形成成年巢大约要5～6年的时间。此时，白蚁个体数量激增，达到数10万头，甚至更多。随着巢内白蚁个体数量的增多，白蚁需要大量的食物和水分，大量的工蚁修筑蚁道，外出堤坝的内外坡觅食取水，就会造成堤坝的内、外坡贯穿。
堤坝白蚁建立的幼龄巢，开始入土时，在堤坝的表层土内约15cm深处。随着幼龄巢的增长和白蚁个体数量增加，蚁巢逐渐向堤坝深处转移，如我国南方堤坝白蚁主要危害种黑翅土白蚁即可将巢移至2m左右深处。2m左右是黑翅土自蚁成年巢的正常深度，达到这种深度般巢位就稳定下来了。
黑翅土白蚁的群体比较大，除主巢外，还有数10个甚至上百个大小不的菌圃群，分布在主巣的周围，俗称卫星菌画；菌圃与主巢和菌圃之间均有蚁道连通，形成四通八达的交通网络(图1.1)。蚁道口径越近主巢越高大, 越远离主巢越矮扁。高的口径高度可达10cm左右，底宽也达8cm左右。蚁道的形状均为拱形，道内壁修筑得十分光滑，便于白蚁爬行。在库水位和河水位低或正常水位时，堤坝不会发生管漏(图1.2)。在堤坝高水位时，贯穿堤坝内、外坡的蚁道口(内坡)处于高水位中时，主巢腔底又等于或低于高水位时，这时堤坝就会突然发生管漏险情。
另外，除白蚁分飞落在堤坝表面入土建立幼龄巢外，还有可能是堤坝近处的白蚁也会蔓延进堤坝内，甚至主巢转移进堤坝内。更多见者是修筑堤坝时，堤坝基础内的白蚁未清除或清除得不干净，留下隐患，在这种情况下，堤坝会出现早漏险情。
图1.1黑翅土白蚁主巢系结构和网络系统开挖示意图(仿李栋等, 2001)
图1.2 白蚁危害堤坝引发管漏险情示意图(仿李栋等, 2001)
1正常水位; 2高水位; 3正常水位浸润线; 4高水位浸润线; 5蚁道;6菌画(副巢); 7主巢; 8候飞室; 9分群孔; 10泥被、泥线; 11漏水孔
由于白蚁危害和大坝工程质量欠佳都可能导致管漏的产生，因此必须对管漏的成因进行准确判断，误判不仅会带来巨大的经济损失，甚至产生垮坝的危险。白蚁管漏和水利管漏的区别主要是始期表现形式不同。白蚁管漏始期定是漏出清水，并有白蚁冲出来，并且有填料细颗粒；而水利管漏始期只有土体中的填料细颗粒被带出来，无白蚁出来。白蚁管漏在非均质土堤坝中，则有可能形成浸润片，也无法冲出白蚁来。水利管漏范围很大，它包括堤基的渗漏破坏表现为泡泉、沙沸、土层隆起、浮动、膨胀和断裂等，这些管漏对与白蚁无关。白蚁管漏，不论河水和库水是多么的混浊，白蚁管漏的始期定是以清水流出，伴随着冲出白蚁,这是因为从内(迎水)坡蚁道口进来浊水,其间要经过蚁道、菌圃、主巢和取食蚁道口，这些蚁道壁都修筑的十分光滑，浊水经过菌圃反复过滤后就变成清水。白蚁管漏始期清水中，常常是伴随着冲出白蚁来，而水利管漏的清水中仅有细沙，对不会有白蚁出来。
(2)散浸
在修筑堤坝时，在黄黏土资源不足的条件下，往往只有堤坝的墙心用黄黏土修筑，而墙心两侧(内、外坡)就不得不采用代替料如风化土、半风化土、沙石土等。这种非均质堤坝，白蚁修筑的蚁道除在堤坝墙心是正正规规的底平上拱的典型蚁道外，在内外坡内就难以形成典型蚁道。原因是白蚁修筑蚁道时，在代替料中碰到粗大颗粒风化土或半风化土以至石块时，白蚁无法用口器搬动，必须绕道而行。由于蚁道时大时小，时宽时扁，加上土壤黏结度差，易松散，水流进入这样的蚁道时，很容易扩散。这种蚁患酿成的管漏在堤坝表面上很难观察到,而呈现出另种形式——湿润(散浸)。
要证明散浸是由蚁患引发的，通常难以做到。其原因是代替料中跟踪追挖白蚁主巢的难度大，出水孔、漏水蚁道在松散的土壤中时现时隐，即便是找到蚁道，由于锄头开挖震动大，松散的土壤会跌落覆盖蚁道，追挖起来十分艰难。从散浸开挖寻找漏水蚁道，即便很有经验的蚁巢开挖者，少则1周，多则半个月也不定能挖出主巢。
三、 堤坝由于白蚁出险的分析
坝内蚁巢周围的蚁道纵横，栖居在心墙部位的蚁巢，其中必然有几条蚁道横穿大坝。如果蚁道在溢洪水位以上，洪水来临时般也不会漏水；如果蚁道的深度接近或低于溢洪道高度，不论蚁道大小，则都是危险的隐患。由于蚁患而出现渗漏，也要作具体分析。
1.低于常水位管漏漏水，除了岩基断层沥析水外，可能是坝基残留废蚁路未清除而出现的后遗症。如坝脚漏洞，山坡绕渗等等。
2.水位猛升时出现蚁道漏水，般不会马上发生滑坡垮坝事故。因为蚁道四壁是重黏土糊筑，摩擦力较好，但也不能麻痹。如果漏出的是混浊泥水，则是因为蚁道经过流水摩擦，泥水混合涌出背坡。此时，坝土产生浮动，是将发生决口垮坝的危险信号。
3.防洪堤在洪水期出现成片散渗，除了土质差或有砂砾层的因素外，可能是植被层的蚁路、取食孔漏水的反映。只要从渗水点略加开挖就能见到明显的蚁道冒水。出现这种情况时，表土开始滑动。如不及时抢险，可能产生滑坡、塌方、决堤的灾害性事故。
4.施工质量不标准，自蚁活动多,背坡砾石漏水。这种情况可能是施工质量与蚁害问题同时存在，白蚁活动助长了渗透范围，出现漏水时比其他坝段早而严重，但从漏水点看不到蚁道，只见反滤层坡面流水，往往否定了蚁害是其原因。在有蚁害的心墙坝、斜墙坝和不标准的均质坝内常有类似争议。如果要澄清原因，只有大面积开挖才能证实。
5.平时堤坝渗水。堤坝施工质量差，土层严重不匀，上面松土层积水，下面密实土挡水，全坝常年渗水标高超过水位高度。两坝头山岩断层斜向坝体，坝头山坡上白蚁活动密集，而坝体无白蚁活动迹象，这是渗水限制了白蚁侵坝。因为白蚁只能在渗水带以上营巢活动，在全坝渗水的情况下，白蚁无法营巢立足，所以土白蚁喜欢到质坝的土里定居。
白蚁危害我国水利工程历史悠久，范围广，破坏性大。除青海、新疆、宁夏、吉林、内蒙古、黑龙江等省(区)外，我国其他地区均发现明显白蚁危害。据不完全统计，建国以来，全国因白蚁危害而垮坝的水库数量多达500余座。1993年广西大洋河水库晴天垮坝及2001年四川会理县大路沟水库垮坝均主要为白蚁危害所致，98大洪水期间，白蚁也曾造成长江堤防发生多处溃口性险情。根据文献记载，上世纪80年代我国仅有南方部分省份发现水利工程白蚁危害，白蚁危害率小于70%； 2006年全国水利工程白蚁危害调査结果表明，河北、上海、江苏、浙江、安徽、福建、江西、山东、河南、湖北、湖南、广东、广西、海南、重庆、四川、贵州、云南等18个省(市)均发现大面积自蚁危害，白蚁危害率已达85%以上。近些年来，随着全球气候变暧，白蚁日益呈普遍大发生趋势，部分水利工程白蚁危害满目疮痍，已涉嫌贯穿水利工程主体，现状令人担忧。据调査，近几年投巨资加固的长江等江河堤防、大中型水库大坝工程相继发现了严重的白蚁危害,威胁工程和防洪安全，防治任务越来越重,防治工作刻不容缓。
