土地平整

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冯忠江 郑艳东 张 磊 (1 河北师范大学资源与环境科学学院，河北石家庄 050016；2 河北省土地整理服务中心，050071) 摘要：土地平整工程是土地整理项目的核心内容。本文对土地平整与其他土地整理工程的协调问题、土地平整应遵循的技术标准、土地平整的基本方法、土地平整土方量的计算等土地平整工程的关键性问题，进行了初步探讨。  关键词：土地整理；土地平整；土方量  土地整理在我国是一个较新的学科领域，面对“二十一世纪谁来养活中国?”的严峻挑战，积极推行土地整理，已成为解决各方用地矛盾，实现土地资源可持续利用和保持经济快速、健康发展的必然选择。近年来随着人们对自身生存条件和环境意识的觉醒，深刻地感受到了土地整理的急迫性，许多地方的国土部门都在积极申报土地整理项目，以便利用国家投资，通过对项目区田、水、路、林、村的综合整治，提高土地质量，改善农业生产条件和生态环境。土地平整工程是土地整理项目的核心内容，是实现农田水利化、农业机械化的重要条件，是建设高产稳产、旱涝保收基本农田的重要措施。土地平整工程量大、投资额高，为保证工程的顺利实施，必须解决好以下几个关键性问题。  1．土地平整与其他土地整理工程的协调问题  土地平整工程作为整个土地整理项目的一个环节，它的规划和实旌应当与土地整理的其他各项工程协调进行。  要把耕地、道路、防护林、排灌渠道、机井、抽水站、输电线路和村庄等结合起来考虑，全面规划，合理安排。要以村镇定路，以地形定渠，渠路搭架，划块定方。以干、支路与干、支、斗渠分大方，生产路与分、引渠分小方，大方套小方，各个方田形成网格。要先修渠、路，搭好骨架，然后平整土地，进行方内建设。  2．实施土地乎整工程应遵循的技术标准  平整后的田块应有利于作物的生长发育，有利于田间机械化作业，有利于水土保持，满足灌溉排水要求和防风要求，便于经营管理。  2.1田块大小 耕作田块大小的确定应综合考虑地形起伏情况、田间工程难易程度、是否便于耕作和排灌等方面的情况，方田的大小和形状受田间渠系和道路的走向控制。在平原地区方田长度一般为500～800米，宽度一般为200～300米，方向为南北向。  2.2田面坡降  耕作田块的设计必须保证排灌畅通，灌排调控方便，必须保持一定的田面坡降。纵向(灌水方向)坡降应小于1／500，横向以水平为宜。  2.3田块土壤  为保证耕作田块的土壤质量及当年增产，土地平整时应尽量保留耕层熟土，保蓄底墒，打碎土块，深耕细作。要重施有机肥，巧施速效肥，挖方部位的施肥量至少应为填方部位的2倍。要选种耐瘠作物，加强田间管理。  2.4挖、填土方量  土地平整挖、填土方量要基本相等。填方地段和挖方合槽地段均需留有一定虚高，一般虚高应为回填厚度的20～25％。  3土地平整的基本方法  土地平整工程通常采用“倒行子法”、“抽槽法”和“全铲法”等三种方法，每种方法都有各自的优缺点，采用何种土地平整方法，应根据地块的地形地貌状况、土地平整方式等具体情况确定。  3.1倒行子法  倒行子法是一种机械与人工结合的平整土地的方法。具体操作分两步进行:  首先根据测量设计，确定开挖线。  然后进行划行取土。沿开挖线，以l米宽度分别向上向下划行，确定取土带和填土带。平整时先挖第一取土带，直至标准地面以下7寸，将土填入第一填土带，将第二取土带厚约7寸耕层肥土，填入第一取土带槽底。再开挖第二取土带生土，填入第二填土带，同时将第三填土带表土反卷在第二填土带上，如此抽生留熟，依次平整。  采用此方法平整土地有两大优点:可保留表土，保持地力均匀；平地加深翻，可达到改良土壤的目的。但此方法操作较为精细，影响施工进度。  3.2抽槽法  抽槽法也是一种机械与人工结合的平整土地的方法。具体操作分三步进行:  首先根据测量设计，确定开挖线。  然后开槽平整。根据设计划行，开槽取土。熟土放至槽梁，生土垫至低处。  最后搜根平梁，进行合槽。  采用抽槽法平整土地的最大好处是，可同时开多槽，进度快，工效高。缺点是，合槽时，梁上表土不易保存，造成地力不匀。  3.3全铲法  全铲法是一种主要依靠机械进行土地平整的方法，在具体操作时，把设计地面线以上的土一次挖去，起高垫低。  这种方法适于机械平整，工效高。但出现生土多，地力不易恢复。人工平地不宜采用此种方法。  4土地平整土方量的计算  土地平整挖填土方量的计算方法有多种。传统计算方法有方格网法、梯形法(断面法)、辛卜生法(抛物线法)、等高线法等。近年来随着计算机技术的发展，一些软件被广泛地应用到土方量计算中。常用的有MAPGIS制图计算软件、TFT土方计算绘图软件、数字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)等(4)。采用相关软件计算土方量，精度高，速度快，效率高。但其运算原理，与传统计算方法并无实质性差异，而且必须以精度较高的地形图作为基础图件。而平原地区的大多数土地整理项目区，总体地形平坦，微地貌复杂，地面高差常常在1米以内，项目区地形图中甚至没有一条等高线。这样的地形图当然不能作为土方量计算的基础图件。必须先按照一定规律采集项目区各离散点的地面标高，然后才能进行土方量的计算。方格网法正是按照这样的步骤进行土方量计算的，有必要在此对这一传统计算方法的基本原理加以说明。  方格网法计算土地平整挖填土方量的基本原理是:把要平整的土地分成若干方格，测出各方格点的高程，计算出它们的平均高程，根据平均高程和设计坡度，求出填挖边界和各方格点的填挖数，最后计算挖填土方量。以下以河北省阜城县土地整理项目区中的一个典型地块(400×400米)为例，介绍方格网法计算挖填土方量的简要过程。  4.1测设方格网  先在要平整的地块内测设方格网，方格的大小根据地形繁简程度和施工方法而定，一般人工施工多用20×20米方格，地而起伏较大时用10×10米；机械施工多用40×40米或100×100米。因项目区地形起伏不大，且以机械施工为主，方格的大小拟采用100×100米，各方格点按所在的横纵行列编号(如2.1等)，测设完毕绘制一张略图。  4.2测量各方格点处的地面高程  用水准仪实地测量各方格点的水平读数(精确到毫米)，为以后运算方便需将该水平读数换算成海拔高度。各点的高程值应按点号记录在设计图中各方格点的右上角。  4.3计算方格网的平均高程  由于各方格点所控制的面积不相同，四角点和周围边点控制的面积较中问各点所控制的面积小，采用算术平均法计算平均高程会产生一定的误差。一般采用加权平均法来计算，以一个方格的四分之一作为一个单位面积，定其权为1，那么各点的权分别是:角点为l(a角=1)，边点为2(a边:2)，中心点为4(Q中=4)。加权平均法就是把各方格点的高程分别乘上各点的权，求得总和后，再除以各点权数总和，此加权平均值即为项目区的设计高程(H)。照此方法计算，此典型地块的加权平均高程(H)为12.584米。  H=[a角(H角1+H角2+H角3+H角4)+a边(H边1+H边2+…+H边12)+a中(H中I+H中2+…+H中9)]／(4 a角+12 a边+9 a中)  =[1×(12.810+12.466+12.488+12.618)+2×(12.818+12.615+12.680+12.302+12.374+12.460+12.545+12.502+12.601+12.854+12.811+12.730)+4×(12.684+12.614+12.594+12.612+12.481+12.488+12.400+12.481+12.534)]／(4×1+12×2+9×4)   =12.570(米)  4.4计算斜平面上各方格点的设计高程和填挖数  为排水需要，每块方田都平整为南高北低的斜平面，纵向坡降1／5000，横向水平。因方田形状规则，故其重心点必然在“土方工程设计图”中纵坐标为2的那条近东西向直线(0-2)上，因平整后东西向水平，此线上各点的高程均为12.570米。南北向两方格点间的设计高差为0.02米(100×1／5000)，以设计高程12.570米线为基准，各方格点的设计高程是向南递增0.02米，向北递减0.02米。各点设计高程的推算，均直接在略图上进行，设计读数写在各方格点的右下角。  当各方格点的设计高程计算校核无误后，可按下式计算各点填挖数:  填挖数=地面高程.设计高程  式中：填挖数为“+”时，表示挖方；  填挖数为“-”时，表示填方。  各点的填挖数在略图上直接算出，写在各点设计高程下面。  4.5计算零点位置，画出填挖边界  在方格的挖方点与填方点之间，必定有一个不挖不填的点，即填挖边界点(零点)，把所有相临的零点连接起来，就是填挖边界线(零线)。零点和零线是计算土方量和施工的重要依据。  计算零点位置的方法所依据的是相似三角形的比例关系(图1)。  图1零点位置计算示意图  因为xl／h1=l／(hl+h2)，所以Xl=l·hl／(hl+h2)  式中:      l——方格边长；      h1、h2——方格两端的填挖数的绝对值；      X1——零点①距填挖数为h1的方格点的距离。  如在“土方工程设计图”中，0-3点与0-4点填挖数的绝对值分别为hl(0.130)和h2(0.084)，方格边长为Z(100)，0-3点至零点①的距离为x1，则:  Xl=100×0.130／(0.130+0.084)=60.75米  同理，求出各零点②，③，④，……⑦的位置，然后在图上连出零线，并在实地根据方格点找出相应的零点位置，用白灰撒出零线，作为施工时的填挖边界(图2)。                                                                    图2填挖零线设计图  4.6计算填挖土方量  根据零线位置和各方格点处的填挖数，即可分别算出各方格中的填方量和挖方量。这样算法虽准确，但计算工作量大，本设计采用近似算法。在一个方格中不分别计算零线两侧的填方量和挖方量，而是把方格四个格点填挖数的代数和乘以四分之一方格面积，作为该方格中应运进的填方量或要运出的挖方量。通过计算本方田的总填方量为5975.00立方米，总挖方量为5920.00立方米(图3)。  总填方量和总挖方量在理论上应相等，但因为存在测量和计算误差，两者总有些出入。为了求得填、挖土方量相等或相近，需要多次调整设计高程，计算填、挖土方量。反复调整工作可使用相关计算软件来完成。 0-4    12.446    1-4  12.302    2-4  12.374    3-4  12.460    4-4  12.448    12.530  —0.084      -830.00    12.680    l-3    12.530    一O.228      -1507.50   12.400    2-3   12.530  -0.156      -777.50   12.48l    3-3   12.530  -0.070      -432.50   12.534    4-3   12.550   0.130      167.50    12.615    1-2    12.550    -0.150      -665.00    12.612    2-2    12.550    -O.069      -640.00   12.481    3-2   12.550  -0.016      -427.50   12.488    4-2   12.570   0.045      1022.50   12.818    1-1   12.570   0.042      177.50   12.684    2-1   12.570  -0.089      -357.50   12.614    3-1   12.570  -O.082      -337.50   12.594    4-1   12.590   O.228      1605.00   12.810    1-0   12.590   O.094      1097.50   12.730    2-0   12.590   0.024      1182.50    12.8ll    3-O    12.590    0.004      667.50   12.854    4-O  12.610         12.610         12.610         12.610        12.610  0.200            0.120          0.201          0.244         0.008  图3土方工程设计图  参考文献：  [1]姜爱林，姜志德.论土地整理概念的科学界定[J].地域研究与开发，1998，17(1):l～4.  [2]阎建忠，余杰.关于土地整理的几个问题[J].西南农业大学学报，1999，2l(3):240～243.  [3]国土资源部土地整理中心.土地开发整理标准(TD/T 10ll～1013—2000).北京:中国计划出版社，2000.  [4]李福祥，许迪.农田土地平整方法的组合应用及效果[J].农业工程学报，2000，16(2):50～53