点式工程水土保持方案编制中土石方数量与平衡计算初探

'农田·水利点式工程水土保持方案编制中土石方数量与平衡计算初探刘强1王盛萍2(1浙江大学大地科技开发公司,浙江杭州310012;2北京林业大学,北京100083)摘要:项目建设过程中,在场地平整、基础处理等过程中将产生大量的开挖、填筑土石方,从而造成大面积的裸露地表与大量的临时堆置或永久弃置的松散土石方,在水力、风力、重力等外营力作用下容易产生水土流失,如何及时处理好各单项工程之间的土石方平衡问题,减少土石方堆置时间、数量及弃置数量,成为水土保持的首要任务,而在平衡过程中,最基本的土石方挖填数量计算的准确与否将直接影响项目建设产生水土流失的轻重,本文就点式工程水土保持方案编制中土石方数量及其挖填平衡计算进行初步探讨。关键词:点式工程;水土保持方案;土石方;计算方法中图分类号:S281文献标识码:B在水土保持方案编制过程中,水土流失预测和水土流失特点是扰动范围集中、剧烈,其土石方挖填往往在整流失防治构成了方案编制的中心,其中临时堆渣(料)个项目区都要进行;由于工程开挖及填筑量较大,进行合场、施工设施用地、弃渣场等区域的设置位置、面积等均理可行的土石方平衡,使工程中开挖的土石方得到最大与土石方平衡息息相关,故土石方平衡构成了水保方案限度的利用,不仅可降低工程造价,还可减少因取料和弃的基础[1]渣而造成的对水土保持设施的损坏及由此所带来的水土。点式工程为生产建设活动的扰动地表范围呈点型分流失,减少取料场及弃渣场所需的防护成本[1],而在平衡布的工程,如矿山、电厂、水利枢纽、园区等工程,其水土过程中,最基本的土石方挖填数量计算的准确与否将直接影响项目建设产生水土流失的轻重,本文就点式工程作者简介:刘强(1981-),2004年毕业于北京林业大学,助理工程师,浙江大学大地科技开发公司,水土保持工程部,部门经理。水土保持方案编制中土石方数量及其挖填平衡计算进收稿日期:2007-08-09行初步探讨。!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!从表1可看出,与土地集约利用水平呈正相关的指低;岳阳市在城镇建设用地综合容积率、单位工业用地标中城镇建设用地综合容积率(0.45)和单位工业用地产值、单位用地二、三产业增加值等方面表现出集约利产值(574.82)在所选区域排第二;与土地集约利用水用水平较高。总体而言,岳阳市土地集约利用综合水平平呈负相关的指标中城镇人均建设用地(126.58)为所呈现出低集约性。选区域最大,人均建设用地(240.17)和人均农村居民点建设用地(225.59)在所选区域排第二,由此可知,集约参考文献利用水平有待进一步提高。构建X=岳阳市各指标值/湖1韶华,徐国彬,张晋丽.浅谈中国城市土地的集约化利用[J].资源科学,1999,21(3)南省平均值,将其无量纲化。与湖南省平均值水平比较2杨刚桥,韩桐魁.论城市土地集约利用.地域研究与开发,1998(3)可知,岳阳市在人均建设用地、城镇人均建设用地、人均3高华中.城市土地集约利用初探[J].国土经济,2002(10)农村居民点建设用地、农村居民点建设用地综合容积4谢文蕙,邓卫.城市经济学[M].北京:清华大学出版社,1996率、单位GDP交通用地等方面表现出集约利用水平较!"#北京农业科技论文2007年第9期 农田·水利1土石方挖填数量计算将其转化为不规则三角网(TIN)后生成DEM,应用软件1.1数字地形图的获取[2](ArcView软件空间分析扩展模块等相关程序)计算[3]。随着电子全站仪及电子计算机的普及,地形图的鉴于目前地形图的比例问题,很多区域没有进行详细的成图方法正在逐步地由传统的白纸法成图向数字测图高程点测量,导致生成DEM过程中部分无高程信息区方向发展。目前,在我国获得数字地图的主要方法有3域无法进行拓扑,从而影响计算结果的准确度,为了减种:原图数字化、航测数字成图、地面数字测图。不管哪少误差,对于该部分区域采用手工计算的方法。种方法,其主要作业过程均为3个步骤:数据采集、数据1.2.1应用GIS软件计算具有完整等高线区域土石方处理及地形图的数据输出(打印图纸、提供软盘等)。以量地形图生成DEM[4]数字高程模型(DEM)是数字下对3种成图方式进行简单介绍。1.1.1原图数字化利用现有的地形图,配备计算机、地面模型(DTM)的一种,它以数字的形式按一定的结构数字化仪、绘图仪再配以一种数字化软件在很短的时间组织在一起,表示实际地形高低起伏和地形大小特征的内获得数字成果的方法。其主要工作方法有2种:手扶空间分布模型。DEM的数据以离散的方式组织在一起,跟踪数字化及扫描矢量化后数字化,其中后1种要比前其结构有规则和不规则2种。其文件同样可以2进制或1种的精度高、效率高。但是,利用该方法所获得的数字ASC码方式存贮。此外,DEM可以进行各种运算,以满地图其精度因受原图精度的影响,加上数字化过程中所足计算的精度需求。由于Delaunay三角网是通过一个产生的各种误差,因此,其精度要比原图精度差,而且它个的三角形面来拟合地形的DEM的,从理论上来说把所反映的只是白纸成图时地表上各种地物地貌,现势性每个三角形面作为一个多边形,计算各个三角形的坡度不是很好。就获得了矢量坡度信息。依据高程信息及获取的坡度信1.1.2航测数字成图通过在空中利用数字摄影机所息逐一计算三角形的土石方量。基准面的表示[5]必须确定计算基准面才能进行土获得的数字影像,内业通过专门的航测软件,在计算机上对数字影像进行像对匹配,建立地面的数字模型,再石方计算,基准面一般取设计地面(可以是通过某一高通过专用的软件来获得数字地图。该方法可将大量的外程的水平面,也可以是斜面、规则曲面以及不规则曲业测量工作移到室内完成,它具有成图速度快、精度高面);对于水平基准面,可直接进行计算;对于规则或不而均匀、成本低,不受气候及季节的限制等优点,特别适规则曲面,同样建立数字地面模型,建立过程同上。土石方计算[5]对于基准面是水平面的,只需在计合于城市密集地区的大面积成图。但是,该方法初期投入较大,如果一个测区较小,其成本将显得较高。算过程中按基准面的高程,逐一计算范围内每个三角形1.1.3地面数字测图在没有合乎要求的大比例尺地的挖填方量即可;对于斜面等非水平基准面,通过模型图的地区,或该地区的测绘经费比较充足时可直接采用投影的方法,将基准面模型投影到DEM上,形成全新的地面数字测图的方法,该方法也称为内外业一体化数字高差模型,按水平基准面计算方法零基准面计算就可以测图,是我国目前各测绘单位用得最多的数字测图方解决。法。采用该方法所得到的数字地图精度较高,只要采取1.2.2应用传统平均面积(断面)法计算陡坎等部分无高程点区域[6]目前,多采用平均面积(断面)法来近似一定的措施,重要地物相对于邻近控制点的精度可控制在5cm以内。但其所耗费的人力、物力与财力较大。计算土石方数量。该法是假定相邻断面A1、A2间为一1.2土石方开挖填筑量的计算柱体,其高为两相邻断面的间距L,则土石方量V近似土石方数量为一系列的体积计算,从数学角度分的按下式计算:Vi=(Ai+Ai+1)/2×Li,总的土石方挖填量n析,为有限多重积分,据其几何意义可用下式表示其原为V总="Vi。bi=0理:!(x)=!f(x)dx(1.1)。式中,!(x)为挖填方数量,a,b这一方法的特点是比较实用且简便迅速,但精度较a差。当相邻面积A1和A2相差不大时该法较准确,但当为标高,f(x)为区域面积,为一系列的面积。x为高差(理A1和A2相差较大时,计算结果偏大,尤其是当相邻断论上可认为达到无穷小,与等高线的疏密有关)。面是一填一挖时,平均断面法分别认为另一断面填、挖依据可操作性原则,结合目前相关GIS理论实践,北京农业科技论文2007年第9期"#$ 农田·水利面积为零,仍取平均(即面积之半)值来计算,这时计算满足,前3个条件为土石方利用的必要条件,数量条件工程量要比实际工程量偏大50%左右。为此,在平均断决定了工程产生的弃渣或借方量的大小。下面就这4个面法的基础上加以改进,提出计算土石方工程量较准确条件进行详细说明[1]。的方法—变更平均面积(断面)法,即采用泰森多边形2.1时间法,增加密度计算。时间条件主要是指施工时序问题,点式工程中,三2土石方平衡通一平后主体建筑物工程一般先进行施工,建筑物施工点式工程主体设计中虽然可研阶段已进行了总体完成后进行路面管线及绿化工程,道路工程的基底是在规划,但其对土石方数量计算粗略,主要依据设计地坪开工前期完成的,因此在土石方平衡计算过程中,一般与“三通一平”后地坪标高,初步计算商购/弃渣量,土石大量的土石方开挖填筑都发生在三通一平过程中,除绿方平衡缺乏统筹性,只是进行大致估列;在初步设计中,化用耕植土外其余间隔时间较短,时间条件一般不是制虽然对各单体建筑进行详细设计,但土石方涉及仍较约因素。少。而在实际施工过程中,各项目的土石方一般由主体2.2空间建筑物工程、道路管线工程及绿化工程产生,本着可操空间条件由于点式工程涉及范围集中,除商购料及作性与低成本的原则,土石方应尽可能多的就近利用。弃渣可能有一定运距外对土石方平衡相对制约较小。由于点式工程一般面广但不涉及较长距离,若有余亏,2.3质量则考虑运距调配利用,有余方则作为弃方用于其它项目土质必须从工程本身考虑,对于满足建筑物、道路或弃置。平衡原理主要首先进行单项工程平衡,然后进基础等工程所需的土质才可以进行数量平衡,工程上一行总平衡。般根据土颗粒组成及其特征,土的塑性指标,液限,塑限土石方的利用需要满足时间、空间及材料的质量、和塑性指数,土中有机质存在情况将土分为4大类,如数量4个条件,当4个条件都满足时,就不存在弃渣或表1。在平衡计算中,首先需按其来源,将土石方分类,借方问题;但在实际施工中,这4个条件往往难以同时其中耕植土作为绿化工程用土,一般为土壤表层土。表1一般工程土类分级表[7]生态旅游健身中心一期项目占地面积40.00hm2,为旅2.4数量游配套服务建设用地,计划建设工期24个月(2005年在分析了以上3个必要条件后,就可以进行土石方11月-2007年11月),投资1亿元。项目区所在地为低数量平衡计算,分为挖方、填方、借方/弃方,其中挖方中丘、谷地地貌,原土地利用类型以林地、园地、耕地为主,又分别按自身回填、综合利用(调运等)等分别统计,形如何在保证可操作性、成本低等原则下,使工程开挖的成成果。土石方得到最大限度的利用,成为本方案的重点。土石3实例分析方量及其平衡计算过程如下。以中国安吉生态旅游健身中心项目为例。中国安吉3.1分单项工程计算土石方量!"#北京农业科技论文2007年第9期 农田·水利首先,依据工程边界由地形图生成带边界DEM,利TIN数据进行采样,并对数据进行拓扑检查。经检查无用ArcView软件空间分析扩展模块等相关程序计算土误后,生成DEM,本项目基准面为水平面,不需以基准石方量,对于陡坎等区域进行手工计算。以下为土石方面生成数字地面模型。量的计算过程及步骤。3.1.3计算土石方量3.1.1等高线矢量化采用原图数字化法,首先将已收3.1.4对于部分无高程点区域手工进行计算集地形图扫描,利用MapInfo进行矢量化并赋予id高程3.1.5统计结果分别将前述边界内土石方量逐一统等属性及边界(按照方案分区输入)信息。计,按照方案需要,结果按星级宾馆会所、独立产权式度3.1.2数字地面模型将编辑好的地图调入Arcview假酒店、绿化区、道路、管线及硬化区分别统计。中,应用空间分析扩展模块生成不规则三角网(TIN),将星级宾馆会所土石方计算结果见表2。表2星级宾馆会所土石方平衡表万m3独立产权式度假酒店区土石方计算结果见表3。表3独立产权式度假酒店土石方平衡表m3绿化区土石方计算结果见表4。表4绿化区土石方平衡表万m3北京农业科技论文2007年第9期!"# 农田·水利道路、管线及硬化区土石方计算结果见表5。表5道路、管线及硬化区土石方平衡表万m33.2综合4条件考虑项目总土石方平衡工程土石方汇总见表6。表6工程土石方汇总表万m3注:表中土方均为自然方,调运量中“-”表示调出,“+”表示调入。工程开挖土石方总量37.45万m3方开挖填筑量,据此进行土石方综合平衡,既符合工程(其中清除耕植土33施工实际也为主体工程提供了依据、节约了投资,也达2.49万m),回填土石方总量27.38万m(其中绿化覆土2.49万m33到了编制水土保持方案的目的,为以后的点式工程水土),弃渣量10.07万m(临时堆置于施工设施区,待2007年9月2期项目开工后全部利用)。保持方案中土石方平衡提供了思路。通过以上方法,合理调配土石方,进行综合平衡后,在本文引用实例计算过程中应用了GIS软件,较为减少了工程弃渣量,同时为主体工程节约了投资,取得准确的计算了项目开发建设过程中的土石方量,并据此了较好的效果。数据从土石方平衡的4个条件考虑,进行了综合平衡,4结论更好的体现了水土保持方案编制的科学性与准确性,进本文从水土保持角度出发,结合实际项目水土保持一步节约了投资,在实际工作中起到了指导作用。方案编制,依据主体工程施工工艺方法,运用GIS软件致谢:较准确的计算了工程建设过程中土建工程施工的土石本文计算中应用了多位作者的成果,引用了大量的!"#北京农业科技论文2007年第9期 农田·水利技术文章,在此向原作者表示感谢。4王家耀,崔铁军,苗国强.数字高程模型及其数据结构.海洋测绘,2004,24(3):1～45赵秉东.土石方计算软件在CAD下的设计与开发.地理空间信息,参考文献2005(1):59～611陈昌军,林洪.公路建设项目水保方案编制中土石方平衡方法的探讨.6王乃坤,孙立民,马立波.高斯方程在土石方调配计算中的应用.黑龙水土保持科技情报,2004(6):9～10江交通科技,2002(9):45～482陈坤福.现代数字化测图的应用与发展.中国科技成果,2006(16):7中华人民共和国水利部.水土保持工程概算定额.郑州:黄河水利出44～45版社,20033柳长顺,杜丽娟.Arcview在土地整理项目土方量计算中的运用.农业工程学报,2003(2):224～227!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"农产品加工仍是农业发展的“短板”“加快发展农产品加工业和特色农业”又在2007年的中央农村工作会议上重重地敲了响锤。全国人大常委会原副委员长布赫,在日前举行的全国“农产品加工业十大新闻和十大新闻人物”公布大会上提出:发展农产品加工业是夯实新农村建设的重要支撑点,通过农业产业链条的延长,进一步促进农业的专业化和市场化,以此增强我国农业的国际竞争力。不可否认,近几年来,我国的农产品加工业有了长足的发展,目前总产值达到4.18万亿元,农产品加工业的增加值已突破1.1万亿元,约占国民经济GDP的8%。但是,由于我国农产品深加工还处于初级发展阶段,存在着许多“先天”的不足,与发达国家相比,形势不容乐观。据2006年中国农产品深加工行业研究报告中指出,发达国家农产品加工率在90%左右,而我国只有30%左右;发达国家二次以上的深加工农产品占80%,而我国只有20%;发达国家加工制造食品占食物消费总量的比重大约为80%,而我国不到30%;发达国家农产品加工业产值一般为农业产值的2~3倍,而我国却只有80%。目前,我国农产品加工企业所面临的问题是,由于忽视加工业对农产品品质和品种的要求,农产品资源普遍存在品种单一、质量不高、专用性差的问题。一方面,我国农民存在卖难,农产品大量积压;另一方面,适合企业深加工要求的优质专用农产品“原材料”短缺,直接影响了农产品制成品的质量和知名品牌的开发。企业员工整体素质不高、农民组织化程度低,企业经营风险明显加大。我国大量的人口在农村,多数直接从事农业生产,传统的生产方式和思维,形成了点多线长的农产品生产格局。农民一家一户劳作,组织化程度低,生产不能对接市场,农产品生产存在盲目性。加之企业员工多由农村剩余劳动力转化而来,文化技术素质不高,生产效率低,从而抵消掉了一部分我国劳动力低成本的优势。企业技术工艺、装备水平亟待更新与提高。长期以来,我国农业重田间生产,轻农产品的再加工,造成加工企业研发经费投入不足。美国每年仅用于食品技术与新产品的研制经费就达10亿美元之多,而我国在此方面的投入几近于零,直接影响了技术创新能力和产品的竞争力。反倾销也是影响加工企业开拓海外市场的又一“拦路虎”。还有一个更为重要的因素,就是与我国农产品加工制成品的质量安全认证体系不完善不无关系。从以上种种因素可以看出,农产品加工业仍是制约我国农业发展农民增收的一块“短板”,政府必须正视现实,加大政策扶持力度,尽快走出发展缓慢的阴影。为此,布赫提出六个结合的概念值得思考:即把发展农产品加工业与农业结构性调整结合起来;与农民增收和就业结合起来;与农业资源综合利用与深度开发结合起来;与丰富城乡居民生活需求结合起来;与抓产业集聚和促进农村城镇化结合起来;与社会主义新农村建设结合起来。按照中央要求,要加快现代农业加工业的发展。其中一个重要认识就是转变消费观念,引导加工企业走“消费者需要什么,企业就加工什么,农民就生产什么”的路径。顺应市场的迫切需求,以市场为导向,开发新领域,创立新品牌。(葛洪才)!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!""!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!北京农业科技论文2007年第9期!"#'