測釬法在水土保持監測中的應用

龐志沖

（廣東粵源工程咨詢有限公司，廣東 廣州 510510）

1 工程概況

新建GB 客運專線位于廣州南部珠江三角洲平原，正線設計長度為129.67 km，其中路基、特大及大中橋、隧道長度分別為15.94 km、112.23 km 和1.49 km，橋涵共39 座；廣州北～白云站段動車組走行線單線長11.75 km，沿線新建白云湖站和神山站兩個車站。總工期為4 a，工程靜態投資總額為158.31億元。

客運線路水土流失表現出明顯的人為加速侵蝕，水土流失程度受主體工程施工技術影響較大，并在空間上呈現出明顯的離散型及線狀分布特征，時間上與工程施工進度高度一致。為此，客運線路水土保持監測必須圍繞建設全過程防治責任范圍內水土保持規劃展開，注重水土流失監測及水土保持措施實施進度、綜合效益監測等方面；具體加強工程施工擾動地表面積、擾動強度及數量、棄土棄渣量、工程措施及植物措施、林草覆蓋率等項目的監測，以及對工程區水土流失治理度、林草植被恢復率等指標進行核定，為水土保持設施竣工驗收提供參考。

2 監測過程及結果

2.1 觀測場布置

根據項目水保方案設計及現場探勘結果、不同分區水土流失強度、水土流失主要影響因素、施工進度等進行測釬監測點設置。監測點設置必須具備代表性，監測點密度必須在滿足監測精度要求的基礎上，具備經濟合理性；監測時段的確定必須和施工組織設計保持協調一致性，防止對工程施工過程產生干擾。結合該客運專線工程施工進度、地表破壞程度，坡度、坡長等因素，按照2～3 m 間距布置測釬，且保證每個觀測點測釬數量為9 根，并盡可能避免施測過程對邊坡的二次擾動和破壞；對于多級邊坡而言，應在第一級邊坡處設置監測點，避開臨近坡頂和坡腳的位置；同時結合監測實際進行降雨量、風向、風速等設施的設置。結合以上布設要求，該工程施工期間分別在珠江三角洲沖積平原路塹邊坡、高路堤邊坡及棄土場以及珠江三角洲山前平原路塹邊坡、高路堤邊坡及場站等區域設置六個簡易水土流失觀測場，共包括19個監測點。

在布設好監測點后，應在各監測點處不同土壤剖面通過取土環刀取2～3份柱狀土樣，送至室內烘干稱重后進行對應監測點土壤容重的計算。

2.2 監測頻次

按照《生產建設項目水土保持監測與評價標準》等有關標準規程，客運專線建設工程應按照1次/月的頻次進行水土流失監測，對于實際降雨量大于500 mm的濕潤地區必須根據水文氣象條件，劃分雨季和非雨季，非雨季監測按照規范執行，而雨季應適當加測、縮短監測時間間隔，監測頻率為2次/月；如遇暴雨，應在2～3 次暴雨后實施觀測，大暴雨和特大暴雨均應在降雨后立即施測。

2.3 土壤侵蝕模數計算

在每次進行監測點土壤侵蝕狀況觀測時，必須按照設計次序進行釬桿至坡面高度測量，并確保每次測量方向完全一致，避免因操作過程增大監測結果誤差。將相鄰兩根測釬監測結果相減后結合水文氣象及降雨量觀測資料、監測點面積，進行監測區土壤侵蝕模數的計算，公式如下：

式中：E1—土壤侵蝕模數（t/km2·a）；di—監測點土壤沖淤厚度（km）；ri—監測點土壤容重（t/km3）；si—監測點實際控制面積（km2）；n—監測點個數。

應用式（1）得到監測區土壤侵蝕模數后，再結合監測頻率和監測年限，對各測區土壤侵蝕模數值的加權平均，最后得出整個監測期內客運專線建設項目土壤侵蝕模數及土壤侵蝕量。

2.4 主要測點監測數據及結果

結合觀測場和監測點整體布局及運行實際，選取珠江三角洲山前平原K460+350m 白云高速路口轉盤2 標段2 部施工區路塹邊坡觀測場進行監測結果分析，該觀測場共設置3個測釬監測點，其中1#和3#監測點保存及運行良好，而2#測點部分測釬受到施工及人為的影響，監測功能弱化。測點布置詳見圖1。通過對2020 年1 月至2021 年12 月共兩年的測釬監測數據的分析發現，該觀測場內1#及3#測釬監測點并無施工擾動影響，所得到的坡面侵蝕厚度均值為0.29 mm和0.28 mm，將各監測點數據代入式（1）得出土壤侵蝕模數均值分別為980.45 t/（km2·a）和1 020.01 t/（km2·a）。監測結果符合工程區土壤侵蝕變動趨勢規律，對坡面土壤侵蝕及水土流失情況能較好反映。2#監測點因受到施工影響和破壞部分監測數據失真，其中②③⑤⑥測釬部位受到施工擾動較大，坡面侵蝕厚度監測數據最大達100.90 mm，明顯不合理；⑧⑨測釬部位則由于地表物質滑落堆積掩埋而使得監測結果為負。

圖1 路塹邊坡觀測場測釬監測點布置情況圖

此外，常規監測過程中，在測釬一側緊貼測釬豎立直尺，由監測人員讀取直尺刻度后得到測釬出露地面的實際長度。但是對于測釬與坡面接觸的部位可能不是水平面或斜面的情況（如凹形面），則無法保證直尺與測釬桿緊貼，增大讀數誤差。

3 監測技術的改進

為解決以上問題，監測人員在原點位或就近坡面補設監測點，進行土壤侵蝕情況的繼續監測，但是新的數據和原數據之間缺乏連續性，無法綜合反映具體測點在監測期間的實際侵蝕程度。監測人員就這種情況的誤差，結合坡度情況，延測釬軸向對測釬桿進行刻絲標記，并以刻絲標記處為全部量測部位，進行測釬讀數位置的統一，同時將刻絲位置設置在沿坡面向的上下面，同時測量兩側數據，以降低因重新補測而引起的隨機誤差，保證觀測結果的可靠。

為克服常規量測過程對測釬的影響、擾動和破壞，減少量測工作量，保證監測精度，緊貼測釬豎立直尺，在觀測時借助數碼相機進行監測點處地上部分拍攝，量測結束后應用Photoshop 或Auto-CAD 軟件測定照片上測釬出露長度，并按照照片上所顯示的長度與真實長度的比例，進行照片中測釬出露長度計算。在不擾動測釬底部的基礎上，準確測量測釬出露段長度，保證量測精度。與此同時，將激光測距儀頂部與測釬頂部對準，使激光發射器位于刻絲位置，根據讀數得到測釬頂部和地面之間的實際距離，這種處理能有效避免人為量測對測釬的擾動，且無需后期處理，內外業工作量均顯著減少。

4 結論

綜上所述，應用測釬法進行新建GB客運專線工程區土壤侵蝕量監測的過程中，常規監測方法因操作過程、人為等因素的影響，監測精度不高。通過合理確定監測點位，安排測釬設置間距，借助數碼相機及配套軟件，應用激光測距儀等現代化技術可有效克服量測過程中人為、技術、環境等的不利影響，提高常規測量結果精度，大大推進測釬法在交通工程建設水土保持方面的應用進程。