測釬法在水土保持監測應用中存在的問題及解決方案的探討

蘭景濤 ，岳增璧，張保定，張乃暢，張振師

(中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司，西安　710065 )

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測釬法在水土保持監測應用中存在的問題及解決方案的探討

蘭景濤 ，岳增璧，張保定，張乃暢，張振師

(中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司，西安710065 )

摘要：測釬法具有實施靈活、選材方便、布設簡單、成本低廉的優點，在水土保持監測工作中已經廣泛使用，但同時還存在監測精度不高、受人為活動擾動頻繁、易受破壞等缺點。文章結合測釬法在新建鐵路西安至寶雞客運專線水土保持監測工作中的實際應用情況，對測釬法應用遇到的問題及其解決方法進行探討。

關鍵詞：測釬法;水土保持監測;鐵路建設項目

簡易水土流失觀測場是利用一組測釬測量坡面水土流失厚度的設施，適用于分散的土狀堆積物形成的穩定坡面土壤流失觀測[1]。在水土保持監測中，該方法已有廣泛應用[2]。從應用的實踐成果分析，測釬法具有實施靈活、選材方便、布設簡單、成本低廉的優點，但同時還存在監測精度不高、受人為活動擾動頻繁、易受破壞等缺點[3]。

1項目概況

新建鐵路西安至寶雞客運專線位于陜西省關中平原西部，線路正線全長138.107 km，其中路基長16.178 km，特大及大中橋總長121.026 km(共21座),小橋涵42座，隧道總長0.903 km；西安北～三橋動車組走行線，單線長度12.157 km；咸陽西跨線聯絡線長9.093 km。沿線新建楊凌南、岐山、寶雞南站3個車站。工程施工總工期為4 a，靜態總投資169.03億元。

2測釬監測點布設及運行情況

測釬監測點主要根據水土保持方案及現場踏勘情況進行布設，按照不同監測分區的擾動強度、性質、頻次等水土流失影響因素的不同，結合各分區擾動特點和施工進度進行布設，即監測點的布設要具有代表性；監測點布設密度要在滿足監測精度要求的基礎上，經濟合理地選擇，不宜超精度布設過多的監測點，即監測點要具有典型性、經濟性；在滿足監測要求的基礎上，監測點的選擇要便于監測作業，監測時段應與施工組織設計相協調，避免與主體工程施工產生相互干擾、影響監測效果，造成監測點的破壞，即監測點要具有易操作性。

根據以上監測點布設要求，新建鐵路西安至寶雞客運專線工程共設置了7個簡易水土流失觀測場，具體布設及運行情況見表1。

表1　測釬監測點布設及運行情況匯總表

3主要監測點監測數據分析

根據測釬監測點的總體布局及運行情況，結合現場監測工作，本次研究選擇具有代表性監測點(正線DK599+950 m岐山站進場填方路段測釬監測點)的監測數據進行分析，該處共設置了3個測釬監測點，其中1和3號監測點保存較好，沒有受到人為活動影響，2號監測點的2、3、5、6號測釬部位受到了人為活動影響。測釬監測點布設情況見圖1。

圖1 岐山站進場填方路段測釬監測點布設情況示意圖

本次研究主要對2012年8月和2012年12月的測釬監測數據進行分析，監測數據分析見圖2、3和4。

根據監測點擾動及監測數據分析情況可知，1和3號測釬監測點沒有受到人為活動擾動影響，各測釬測量數據均在100.2～100.4 mm區間內，坡面平均侵蝕厚度計算值分別為0.31 mm和0.30 mm，符合土壤侵蝕規律，能較好地反映該坡面的土壤侵蝕情況；2號監測點由于受到人為活動擾動影響，部分數據存在失實現象，其中2、3、5、6號測釬部位直接受人為活動影響，造成監測數據偏大，最高達100.9 mm，8、9號測釬部位由于上半部分人為擾動，造成地表組成物質滑落，滑落物質發生堆積而導致監測數據為負值。

圖2 岐山站進場填方路段測1號釬監測點監測數據分析圖

圖3 岐山站進場填方路段測2號釬監測點監測數據分析圖

圖4 岐山站進場填方路段測3號釬監測點監測數據分析圖

4測釬法存在的問題

根據工程區現場監測情況，并結合監測點的運行情況和監測數據的分析，發現測釬法存在以下3個方面的問題。

(1) 監測點受施工影響破壞較為嚴重

為減少工程施工造成的擾動地表范圍，建設項目的施工活動范圍一般都嚴格控制在一定的區域內，施工期間活動頻繁，擾動強度較大，對周邊影響的變化大，對水土保持監測點的干擾也比較強烈，甚至損壞監測設施設備或中斷監測工作，影響監測數據的準確性與連續性。

根據表1可知，新建鐵路西安至寶雞客運專線工程布設的7個測釬監測點中有6個監測點在運行過程中受施工的影響遭到了不同程度的破壞，其中5個監測點是因為路基、路塹邊坡放坡或綠化等施工活動影響遭到破壞，1個監測點由于棄土場二次棄土，造成原棄土邊坡遭到填埋而破壞。根據測釬監測點的破壞情況和施工現場的實際情況，監測人員在原點位或附近坡面補充布設了測釬監測點，可繼續進行數據觀測，但新的監測數據與原監測數據不具有連續性，不能綜合反映該監測點在整個監測時段內的侵蝕情況。

(2) 測釬監測點受人為活動擾動頻繁

人為活動對測釬監測點的影響主要包括2個方面：一是現場施工人員在施工過程中的各種活動對測釬觀測場造成的影響；二是由于觀測人員在進行現場讀數時造成的影響。這種影響主要變現為以下2種形式：一是施工人員或觀測人員直接對測釬監測點造成的踩踏影響；二是施工人員或觀測人員沒有直接對測釬陣列造成踩踏影響，而是在測釬監測點周圍活動時對測釬監測點造成的影響。這些人為活動對測釬布設部位的坡面徑流路徑造成影響，從而改變地表徑流對坡面的侵蝕狀況，影響測釬對坡面侵蝕做出真實反映。同時，施工人員或監測人員在監測點周圍活動時容易造成地表組成物質滑落的現象，當滑落物質在坡面下方布設的測釬處發生堆積時，會對測釬的讀數造成影響，尤其是當坡面地表組成物質較為粗糙時，更容易發生此類現象，使測釬不能對坡面土壤侵蝕情況做出真實反映[4-5]。

根據現場監測成果，新建鐵路西安至寶雞客運專線工程布設的測釬監測點中有超過50%的監測點不同程度的受到了人為活動擾動的影響。

(3) 監測數據精度較低

坡面侵蝕情況，將測釬頂部和地面分別作為起點、終點，并定期觀測起終點之間的高度變化。常規量測方法是在測釬一側緊貼測釬豎立直尺，監測人員通過讀取直尺上面的刻度，獲取測釬出露地面長度。而在實際監測過程中，坡面布設的測釬與坡面接觸的部位，即測釬出露長度觀測的終點處，既不是水平面，也不是與坡面相平行的一個斜面，通常是一個不規則的凹形面。對周邊土壤影響也導致測釬根部土壤疏松，受徑流沖刷后也容易在測釬根部形成凹坑，使測量終點存在不確定性，增加了測釬讀數的不確定，影響測量結果精度。

此外，測量讀數的位置不統一也是造成監測數據精度偏低的重要原因。

5主要解決方法

針對測釬法在實際應用中存在的問題，主要解決方法如下：

(1) 科學合理地布設監測點位，避免施工影響

為保證動態監測的連續性，在布置監測點時要十分注意監測點的穩定性，避免遭受施工的影響，使監測點在整個時段內都能穩定的發揮作用。在監測點位布設前，監測人員應仔細研究施工組織設計，根據現場施工的實際情況進行監測點位布設，必要時還需咨詢現場施工單位有關人員和現場工作人員，保證所選監測點位的穩定性。

(2) 合理選擇測釬間距，設置柵欄、標識牌、步道等設施

在監測人員進行測釬讀數時，為了避免因觀測人員臂展小于測釬布設間距而進入測釬陣列對測釬周圍地面造成擾動，應通過控制測釬布設間距解決。測釬布設間距應當以測釬讀數時，監測人員不進入測釬陣列中為宜，監測人員從測釬陣列兩側進行測量，不需要進入測釬陣列內部，避免對坡面下方測釬及測釬陣列內部地面的干擾。

在監測點位布設完成后，需在監測點周圍設置柵欄，避免人為活動對監測點的擾動，并在監測點周圍較為顯著的區域設置標識牌，標識牌應寫明工程項目名稱、監測單位名稱、監測點類型及編號等信息。此外，還需在監測點周圍設置步道，便于監測人員進行常規監測數據采集，也可避免在進行數據采集時對監測點外圍的坡面造成人為擾動。

(3) 統一讀數位置，改進測釬讀數方法

為了避免由于觀測人員觀測不同位置、不同觀測時間、不同觀測方法等所造成的測釬讀數誤差，根據坡度一定情況下，延測釬軸向方向，對測釬進行刻絲標記，將刻絲位置作為所有量測的部位，統一測釬的讀數位置，降低系統測量的隨機誤差。經現場測量，刻絲位置最好選擇在沿坡面方向的上面或下面，在條件允許的情況下，最好將兩側數據全部進行測量，以提高數據的可靠性。

根據常規量測方法在實際量測過程中存在的問題，現階段測釬讀數主要有以下2個方法：① 緊貼測釬豎立直尺，每次觀測時利用數碼相機對測釬地上部分進行拍照，之后使用圖形圖像處理軟件AutoCAD或Photoshop等對照片內測釬出露長度進行判定，根據照片內直尺長度與真實長度比例，計算照片內測釬出露長度對應的真實長度。這種方法能夠在基本不擾動測釬底部的情況下，對測釬出露部分進行測量，且在圖像處理軟件中對于測釬出露部分的長度可以精確測量，提高測釬量測精度。但后續進行圖像處理的工作量較大，影響測量的整體工作進度。② 采用激光測距儀測量測釬頂部至地面的距離，將激光測距儀頂部對準測釬頂部，保持激光發射器在刻絲位置進行讀數，獲得測釬頂部至地面的距離。經現場實測應用，在激光測距儀使用熟練的情況下，可以快速完成測釬讀數工作，且測量數據精度高，無需進行后期處理，可以大大減少監測人員的外業和內業工作量。

6結語

通過測釬法在新建鐵路西安至寶雞客運專線工程水土保持監測中的應用，發現測釬法存在監測精度不高、受人為活動擾動頻繁、易受破壞等問題。針對以上問題，監測人員可通過科學合理地布設監測點位；合理選擇測釬間距，設置柵欄、標識牌、步道等設施；統一讀數位置，改進測釬讀數方法等措施，進一步推動測釬法在水土保持監測工作中的應用。

參考文獻:

[1]李智廣.開發建設項目水土保持監測[M].中國水利水電出版社,2008.

[2]候琳,康博文,彭鴻.高速公路建設土壤流失特點及監測方法探討[J].中國水土保持科學,2004,(11)：32-33.

[3]易澤,劉濤.淺談高速公路工程水土保持監測中測釬法應用[C]//公路水土保持學術交流會論文集,2011：90-91.

[4]李俊,李海林,李健.關于水土保持監測中測釬應用的思考[J].水土保持應用技術,2009,(1):21-22.

[5]李海林,李俊,李健.一種用于土壤侵蝕觀測的光電測尺研究[C]//中國水土保持學會,水土保持規劃設計專業委員會.2011年年會論文集,2011

Study on Issues and Solution of Application of Chain Pin Method in Monitoring of Water and Soil Conservation

LAN Jingtao, YUE Zengbi,ZHANG Baoding, ZHANG Naichang, ZHANG Zhenshi

(Northwest Engineering Corporation Limited, Xi'an710065,China)

Abstract:Chain pin method features flexible implementation, convenient material selection, simple arrangement and low cost. Therefore, it is widely applied in monitoring of water and soil conservation. Meanwhile, this method also is with disadvantages of lower monitoring precision, frequently being disturbed and damaged, etc. In the paper, issues and solution of application of the chain pin method are discussed in combination with the practice of the chain pin method in monitoring of water and soil conservation of the newly-built passenger dedicated line from Xi'an to Baoji.

Key words:chain pin method; monitoring of water and soil conservation; railway construction project

中圖分類號：S157

文獻標識碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1006-2610.2016.01.003

作者簡介：蘭景濤(1984- )，男，遼寧省燈塔市人，碩士，主要從事水土保持設計和監測工作.

收稿日期：2015-03-03

文章編號：1006—2610(2016)01—0010—04