淺析高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田土地平整計(jì)算方法適用性

蕭燕子，許 昌

（黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，河南 鄭州 450003）

1 引言

近幾年，國(guó)家為了保障糧食安全，全面實(shí)施藏糧于地、藏糧于技戰(zhàn)略，加快推進(jìn)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)，提高糧食綜合生產(chǎn)能力。在高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)中，土地平整是重要一環(huán)，是進(jìn)行農(nóng)業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)和農(nóng)田水利、道路等基本建設(shè)的實(shí)施基礎(chǔ)。因地制宜地進(jìn)行土地平整，通過(guò)坡改梯、土壤改良、歸并田塊等措施能夠增加耕地面積，提高土壤質(zhì)量，防止水土流失，提高灌溉效率、合理灌排、節(jié)約用水，有利于耕作、提高農(nóng)作物產(chǎn)量及防止水土流失等。

土地平整的計(jì)算方法主要有方格網(wǎng)法、橫斷面法、DEM數(shù)據(jù)法等，雖計(jì)算方法多，但各種方法適用于不同的情形，不同的特定情況，也受到一定的外界條件的限制。不同的計(jì)算方法造成土方量相差較大，對(duì)工程投資影響也較大，且工作量也相差很多，所以選擇一個(gè)適合的，能夠準(zhǔn)確、快速的計(jì)算土地平整的方法，對(duì)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田項(xiàng)目的規(guī)劃、實(shí)施有著重大的意義。文章結(jié)合蘆溪2020 年高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田項(xiàng)目，針對(duì)常用的土地平整計(jì)算方法的適用性進(jìn)行分析。

2 計(jì)算方法原理

2.1 方格網(wǎng)法

方格網(wǎng)法把要平整的土地分成若干方格，測(cè)出各方格點(diǎn)的高程，計(jì)算出它們的平均高程，根據(jù)平均高程和設(shè)計(jì)坡度，求出填挖邊界和各方格點(diǎn)的填挖數(shù)，最后計(jì)算挖填土方量。

2.2 橫斷面法

斷面法是在地形圖上或碎部測(cè)量的平面圖上，按一定的間距將場(chǎng)地劃分為若干個(gè)相互平行的橫截面，量出各橫斷面之間的距離，按照設(shè)計(jì)高程與地面線所組成的斷面圖，計(jì)算每條斷面線所圍成的面積，再由兩端橫斷面的平均面積乘以兩端橫斷面之間的距離求出土方量。

2.3 DEM數(shù)據(jù)法

三角網(wǎng)法即DEM 法。不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）是數(shù)字高程模型（DEM）表現(xiàn)形式之一，該法利用實(shí)測(cè)地形碎部點(diǎn)、特征點(diǎn)進(jìn)行三角構(gòu)網(wǎng)，對(duì)計(jì)算區(qū)域按三棱柱法計(jì)算土方。主要原理是通過(guò)連接現(xiàn)狀地形圖的原始高程點(diǎn)組成三角網(wǎng)，通過(guò)計(jì)算三角形各頂點(diǎn)的高程與設(shè)計(jì)高程的差值的加權(quán)平均值，然后乘以三角形的面積，其結(jié)果為此三角形內(nèi)的土方填挖量。

3 計(jì)算方法對(duì)比分析

3.1 研究區(qū)域概況

蘆溪縣2020年度統(tǒng)籌整合資金推進(jìn)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模1 206.67 hm2，項(xiàng)目區(qū)位于蘆溪縣境內(nèi)，項(xiàng)目涉及蘆溪縣下轄的蘆溪鎮(zhèn)、上埠鎮(zhèn)、宣風(fēng)鎮(zhèn)、南坑鎮(zhèn)、新泉鄉(xiāng)、源南鄉(xiāng)6個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，33 個(gè)行政村。為了研究不同坡度區(qū)間土地平整計(jì)算方法的適用性，選擇蘆溪鎮(zhèn)葛溪村作為研究區(qū)域，此區(qū)域面積為76.80 hm2，基本上涵蓋了不同地面坡度。

3.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)情況

研究區(qū)域采用1∶1 000 數(shù)字化地形地貌現(xiàn)狀測(cè)量圖，2000國(guó)家大地坐標(biāo)系，高程采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)，等高距為1 m。

3.3 坡度等級(jí)劃分

依據(jù)《高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)通則》規(guī)定，適合高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田土地平整的坡度控制在5°以內(nèi)，為了合理的研究土地平整計(jì)算方法的適用性，將研究區(qū)土地坡度劃分為4個(gè)等級(jí)（見表1所示）：極緩坡（≤0.5°）、微緩坡（0.6°～1°）、緩坡（1.1°～2°）、中緩坡（2.1°～5°）。

對(duì)于極緩坡、微緩坡的區(qū)域進(jìn)行田面土地平整；緩坡的區(qū)域沿著等高線進(jìn)行格田合并，相鄰田塊之間的高差一般控制在0.30～0.50 m；根據(jù)以往建成的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，中緩坡以上坡度區(qū)域因坡度陡，土地平整工程量大，此區(qū)域進(jìn)行土地平整已然不滿足經(jīng)濟(jì)性、水保等要求。

3.4 計(jì)算分析

極緩坡研究的區(qū)域面積為1.46 hm2，最大高程161.75 m，最小高程161 m，高差0.75 m，南低北高，區(qū)域長(zhǎng)約160 m，寬約148 m，坡度約0.27°；微緩坡研究的區(qū)域面積為1.42 hm2，最大高程147.09 m，最小高程145.68 m，高差1.41 m，南低北高，區(qū)域長(zhǎng)約140 m，寬約103 m，坡度約0.51°；緩坡研究的區(qū)域面積為0.96 hm2，最大高程155.38 m，最小高程151.78 m，高差3.60 m，南低北高，區(qū)域長(zhǎng)約181 m，寬約56 m，坡度約1.14°。

依次采用方格網(wǎng)法、橫斷面法、DEM數(shù)據(jù)法等方法計(jì)算土地平整工程量，參照工程量選取的是工程竣工決算的工程量，經(jīng)過(guò)計(jì)算分析成果見表1。與參照工程量偏差計(jì)算成果見表2。與參照工程量偏差率計(jì)算采用公式（1），計(jì)算結(jié)果見表2及圖1～圖3。

圖1 極緩坡區(qū)挖/填工程量偏差率對(duì)比圖

圖2 微緩坡區(qū)挖/填工程量偏差率對(duì)比圖

圖3 緩坡區(qū)挖/填工程量偏差率對(duì)比圖

表2 不同計(jì)算方法成果偏差分析表

相對(duì)偏差率公式：

其中，V 是各種計(jì)算方法所計(jì)算得到的土方量，V參是參照工程量。

3.5 結(jié)果分析

經(jīng)過(guò)對(duì)上述計(jì)算方法結(jié)果分析，發(fā)現(xiàn)以下特點(diǎn)：

①?gòu)墓こ塘科罴肮こ塘科盥史治觯ㄒ姳?及圖1～圖3）可看出，若土地平整計(jì)算方法相同的情況下，網(wǎng)格精度決定了計(jì)算準(zhǔn)確性，網(wǎng)格劃分越小，計(jì)算準(zhǔn)確性越高，特別對(duì)于斷面法影響尤其明顯。②對(duì)于極緩坡區(qū)，各類計(jì)算方法偏差率基本控制在3%以內(nèi)，偏差率較小，計(jì)算方法基本都適用，DEM數(shù)據(jù)法更接近參照工程量。③對(duì)于微緩坡區(qū)，橫斷面法和DEM 數(shù)據(jù)法挖（填）偏差率分別為2.42%（2.35%）、1.68%（1.64%），偏差率小，計(jì)算準(zhǔn)確性較高；方格網(wǎng)法挖（填）偏差率則達(dá)到了4.85%（4.72%），其受方格邊長(zhǎng)取值及地形復(fù)雜度的影響造成計(jì)算結(jié)果誤差較大。④對(duì)于緩坡區(qū)，橫斷面法和方格網(wǎng)法挖（填）偏差率分別為10.24%（8.91%）、13.21%（11.98%），兩種方法對(duì)于緩坡區(qū)適應(yīng)性較差，橫斷面法造成誤差較大主要原因在于受斷面之間間距及地形復(fù)雜度影響，方格網(wǎng)法造成誤差較大主要原因在于受方格邊長(zhǎng)取值及地形復(fù)雜度影響；DEM 數(shù)據(jù)法挖（填）偏差率為2.38%（1.40%），其計(jì)算準(zhǔn)確性較高，適應(yīng)性較強(qiáng)。⑤對(duì)于不同坡度等級(jí)，DEM 數(shù)據(jù)法挖（填）偏差率平均值為1.63%（1.40%），偏差率穩(wěn)定且小，計(jì)算結(jié)果與參照工程量相比基本吻合，計(jì)算準(zhǔn)確性較高，適應(yīng)性強(qiáng)。

4 結(jié)語(yǔ)

土地平整在高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)工程投資占比較高，不同的計(jì)算方法適應(yīng)性不同，造成土方量相差較大，對(duì)工程投資影響也較大，且工作量也相差很多，所以選擇一個(gè)適合的，能夠準(zhǔn)確、快速的計(jì)算土地平整的方法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。文章以蘆溪縣2020年度統(tǒng)籌整合資金推進(jìn)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)項(xiàng)目為研究對(duì)象，經(jīng)過(guò)計(jì)算分析，得出以下結(jié)論：

①網(wǎng)格精度對(duì)不同計(jì)算方法影響較大，精度與計(jì)算準(zhǔn)確性成正相關(guān)。②對(duì)于極緩坡區(qū)，方格網(wǎng)法、橫斷面法、DEM 數(shù)據(jù)法基本都適用。③對(duì)于微緩坡區(qū)，橫斷面法、DEM數(shù)據(jù)法計(jì)算準(zhǔn)確性較高，適應(yīng)性較強(qiáng)。④對(duì)于緩坡區(qū)，DEM數(shù)據(jù)法適應(yīng)性較強(qiáng)；由于方格網(wǎng)法、橫斷面法計(jì)算原理決定了計(jì)算準(zhǔn)確性，此區(qū)域不建議采用這兩種方法。⑤對(duì)于不同區(qū)域，DEM 數(shù)據(jù)法計(jì)算結(jié)果最接近參照工程量值，其是根據(jù)高程數(shù)據(jù)文件建立三角網(wǎng)，使結(jié)果更接近實(shí)際地形，計(jì)算更為準(zhǔn)確，若計(jì)算條件允許，DEM數(shù)據(jù)法是首選計(jì)算方法。