測(cè)釬法在水土保持監(jiān)測(cè)應(yīng)用中存在的問(wèn)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(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，西安　710065 )

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測(cè)釬法在水土保持監(jiān)測(cè)應(yīng)用中存在的問(wèn)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(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，西安710065 )

摘要：測(cè)釬法具有實(shí)施靈活、選材方便、布設(shè)簡(jiǎn)單、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，在水土保持監(jiān)測(cè)工作中已經(jīng)廣泛使用，但同時(shí)還存在監(jiān)測(cè)精度不高、受人為活動(dòng)擾動(dòng)頻繁、易受破壞等缺點(diǎn)。文章結(jié)合測(cè)釬法在新建鐵路西安至寶雞客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)水土保持監(jiān)測(cè)工作中的實(shí)際應(yīng)用情況，對(duì)測(cè)釬法應(yīng)用遇到的問(wèn)題及其解決方法進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：測(cè)釬法;水土保持監(jiān)測(cè);鐵路建設(shè)項(xiàng)目

簡(jiǎn)易水土流失觀(guān)測(cè)場(chǎng)是利用一組測(cè)釬測(cè)量坡面水土流失厚度的設(shè)施，適用于分散的土狀堆積物形成的穩(wěn)定坡面土壤流失觀(guān)測(cè)[1]。在水土保持監(jiān)測(cè)中，該方法已有廣泛應(yīng)用[2]。從應(yīng)用的實(shí)踐成果分析，測(cè)釬法具有實(shí)施靈活、選材方便、布設(shè)簡(jiǎn)單、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)還存在監(jiān)測(cè)精度不高、受人為活動(dòng)擾動(dòng)頻繁、易受破壞等缺點(diǎn)[3]。

1項(xiàng)目概況

新建鐵路西安至寶雞客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)位于陜西省關(guān)中平原西部，線(xiàn)路正線(xiàn)全長(zhǎng)138.107 km，其中路基長(zhǎng)16.178 km，特大及大中橋總長(zhǎng)121.026 km(共21座),小橋涵42座，隧道總長(zhǎng)0.903 km；西安北～三橋動(dòng)車(chē)組走行線(xiàn)，單線(xiàn)長(zhǎng)度12.157 km；咸陽(yáng)西跨線(xiàn)聯(lián)絡(luò)線(xiàn)長(zhǎng)9.093 km。沿線(xiàn)新建楊凌南、岐山、寶雞南站3個(gè)車(chē)站。工程施工總工期為4 a，靜態(tài)總投資169.03億元。

2測(cè)釬監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)及運(yùn)行情況

測(cè)釬監(jiān)測(cè)點(diǎn)主要根據(jù)水土保持方案及現(xiàn)場(chǎng)踏勘情況進(jìn)行布設(shè)，按照不同監(jiān)測(cè)分區(qū)的擾動(dòng)強(qiáng)度、性質(zhì)、頻次等水土流失影響因素的不同，結(jié)合各分區(qū)擾動(dòng)特點(diǎn)和施工進(jìn)度進(jìn)行布設(shè)，即監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)要具有代表性；監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)密度要在滿(mǎn)足監(jiān)測(cè)精度要求的基礎(chǔ)上，經(jīng)濟(jì)合理地選擇，不宜超精度布設(shè)過(guò)多的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，即監(jiān)測(cè)點(diǎn)要具有典型性、經(jīng)濟(jì)性；在滿(mǎn)足監(jiān)測(cè)要求的基礎(chǔ)上，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的選擇要便于監(jiān)測(cè)作業(yè)，監(jiān)測(cè)時(shí)段應(yīng)與施工組織設(shè)計(jì)相協(xié)調(diào)，避免與主體工程施工產(chǎn)生相互干擾、影響監(jiān)測(cè)效果，造成監(jiān)測(cè)點(diǎn)的破壞，即監(jiān)測(cè)點(diǎn)要具有易操作性。

根據(jù)以上監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)要求，新建鐵路西安至寶雞客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)工程共設(shè)置了7個(gè)簡(jiǎn)易水土流失觀(guān)測(cè)場(chǎng)，具體布設(shè)及運(yùn)行情況見(jiàn)表1。

表1　測(cè)釬監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)及運(yùn)行情況匯總表

3主要監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

根據(jù)測(cè)釬監(jiān)測(cè)點(diǎn)的總體布局及運(yùn)行情況，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)工作，本次研究選擇具有代表性監(jiān)測(cè)點(diǎn)(正線(xiàn)DK599+950 m岐山站進(jìn)場(chǎng)填方路段測(cè)釬監(jiān)測(cè)點(diǎn))的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，該處共設(shè)置了3個(gè)測(cè)釬監(jiān)測(cè)點(diǎn)，其中1和3號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)保存較好，沒(méi)有受到人為活動(dòng)影響，2號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的2、3、5、6號(hào)測(cè)釬部位受到了人為活動(dòng)影響。測(cè)釬監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)情況見(jiàn)圖1。

圖1 岐山站進(jìn)場(chǎng)填方路段測(cè)釬監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)情況示意圖

本次研究主要對(duì)2012年8月和2012年12月的測(cè)釬監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析見(jiàn)圖2、3和4。

根據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)擾動(dòng)及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析情況可知，1和3號(hào)測(cè)釬監(jiān)測(cè)點(diǎn)沒(méi)有受到人為活動(dòng)擾動(dòng)影響，各測(cè)釬測(cè)量數(shù)據(jù)均在100.2～100.4 mm區(qū)間內(nèi)，坡面平均侵蝕厚度計(jì)算值分別為0.31 mm和0.30 mm，符合土壤侵蝕規(guī)律，能較好地反映該坡面的土壤侵蝕情況；2號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)由于受到人為活動(dòng)擾動(dòng)影響，部分?jǐn)?shù)據(jù)存在失實(shí)現(xiàn)象，其中2、3、5、6號(hào)測(cè)釬部位直接受人為活動(dòng)影響，造成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)偏大，最高達(dá)100.9 mm，8、9號(hào)測(cè)釬部位由于上半部分人為擾動(dòng)，造成地表組成物質(zhì)滑落，滑落物質(zhì)發(fā)生堆積而導(dǎo)致監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為負(fù)值。

圖2 岐山站進(jìn)場(chǎng)填方路段測(cè)1號(hào)釬監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析圖

圖3 岐山站進(jìn)場(chǎng)填方路段測(cè)2號(hào)釬監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析圖

圖4 岐山站進(jìn)場(chǎng)填方路段測(cè)3號(hào)釬監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析圖

4測(cè)釬法存在的問(wèn)題

根據(jù)工程區(qū)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)情況，并結(jié)合監(jiān)測(cè)點(diǎn)的運(yùn)行情況和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)測(cè)釬法存在以下3個(gè)方面的問(wèn)題。

(1) 監(jiān)測(cè)點(diǎn)受施工影響破壞較為嚴(yán)重

為減少工程施工造成的擾動(dòng)地表范圍，建設(shè)項(xiàng)目的施工活動(dòng)范圍一般都嚴(yán)格控制在一定的區(qū)域內(nèi)，施工期間活動(dòng)頻繁，擾動(dòng)強(qiáng)度較大，對(duì)周邊影響的變化大，對(duì)水土保持監(jiān)測(cè)點(diǎn)的干擾也比較強(qiáng)烈，甚至損壞監(jiān)測(cè)設(shè)施設(shè)備或中斷監(jiān)測(cè)工作，影響監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與連續(xù)性。

根據(jù)表1可知，新建鐵路西安至寶雞客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)工程布設(shè)的7個(gè)測(cè)釬監(jiān)測(cè)點(diǎn)中有6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)在運(yùn)行過(guò)程中受施工的影響遭到了不同程度的破壞，其中5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)是因?yàn)槁坊?、路塹邊坡放坡或綠化等施工活動(dòng)影響遭到破壞，1個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)由于棄土場(chǎng)二次棄土，造成原棄土邊坡遭到填埋而破壞。根據(jù)測(cè)釬監(jiān)測(cè)點(diǎn)的破壞情況和施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，監(jiān)測(cè)人員在原點(diǎn)位或附近坡面補(bǔ)充布設(shè)了測(cè)釬監(jiān)測(cè)點(diǎn)，可繼續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)觀(guān)測(cè)，但新的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與原監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不具有連續(xù)性，不能綜合反映該監(jiān)測(cè)點(diǎn)在整個(gè)監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)的侵蝕情況。

(2) 測(cè)釬監(jiān)測(cè)點(diǎn)受人為活動(dòng)擾動(dòng)頻繁

人為活動(dòng)對(duì)測(cè)釬監(jiān)測(cè)點(diǎn)的影響主要包括2個(gè)方面：一是現(xiàn)場(chǎng)施工人員在施工過(guò)程中的各種活動(dòng)對(duì)測(cè)釬觀(guān)測(cè)場(chǎng)造成的影響；二是由于觀(guān)測(cè)人員在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)讀數(shù)時(shí)造成的影響。這種影響主要變現(xiàn)為以下2種形式：一是施工人員或觀(guān)測(cè)人員直接對(duì)測(cè)釬監(jiān)測(cè)點(diǎn)造成的踩踏影響；二是施工人員或觀(guān)測(cè)人員沒(méi)有直接對(duì)測(cè)釬陣列造成踩踏影響，而是在測(cè)釬監(jiān)測(cè)點(diǎn)周?chē)顒?dòng)時(shí)對(duì)測(cè)釬監(jiān)測(cè)點(diǎn)造成的影響。這些人為活動(dòng)對(duì)測(cè)釬布設(shè)部位的坡面徑流路徑造成影響，從而改變地表徑流對(duì)坡面的侵蝕狀況，影響測(cè)釬對(duì)坡面侵蝕做出真實(shí)反映。同時(shí)，施工人員或監(jiān)測(cè)人員在監(jiān)測(cè)點(diǎn)周?chē)顒?dòng)時(shí)容易造成地表組成物質(zhì)滑落的現(xiàn)象，當(dāng)滑落物質(zhì)在坡面下方布設(shè)的測(cè)釬處發(fā)生堆積時(shí)，會(huì)對(duì)測(cè)釬的讀數(shù)造成影響，尤其是當(dāng)坡面地表組成物質(zhì)較為粗糙時(shí)，更容易發(fā)生此類(lèi)現(xiàn)象，使測(cè)釬不能對(duì)坡面土壤侵蝕情況做出真實(shí)反映[4-5]。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)成果，新建鐵路西安至寶雞客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)工程布設(shè)的測(cè)釬監(jiān)測(cè)點(diǎn)中有超過(guò)50%的監(jiān)測(cè)點(diǎn)不同程度的受到了人為活動(dòng)擾動(dòng)的影響。

(3) 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)精度較低

坡面侵蝕情況，將測(cè)釬頂部和地面分別作為起點(diǎn)、終點(diǎn)，并定期觀(guān)測(cè)起終點(diǎn)之間的高度變化。常規(guī)量測(cè)方法是在測(cè)釬一側(cè)緊貼測(cè)釬豎立直尺，監(jiān)測(cè)人員通過(guò)讀取直尺上面的刻度，獲取測(cè)釬出露地面長(zhǎng)度。而在實(shí)際監(jiān)測(cè)過(guò)程中，坡面布設(shè)的測(cè)釬與坡面接觸的部位，即測(cè)釬出露長(zhǎng)度觀(guān)測(cè)的終點(diǎn)處，既不是水平面，也不是與坡面相平行的一個(gè)斜面，通常是一個(gè)不規(guī)則的凹形面。對(duì)周邊土壤影響也導(dǎo)致測(cè)釬根部土壤疏松，受徑流沖刷后也容易在測(cè)釬根部形成凹坑，使測(cè)量終點(diǎn)存在不確定性，增加了測(cè)釬讀數(shù)的不確定，影響測(cè)量結(jié)果精度。

此外，測(cè)量讀數(shù)的位置不統(tǒng)一也是造成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)精度偏低的重要原因。

5主要解決方法

針對(duì)測(cè)釬法在實(shí)際應(yīng)用中存在的問(wèn)題，主要解決方法如下：

(1) 科學(xué)合理地布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，避免施工影響

為保證動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的連續(xù)性，在布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)要十分注意監(jiān)測(cè)點(diǎn)的穩(wěn)定性，避免遭受施工的影響，使監(jiān)測(cè)點(diǎn)在整個(gè)時(shí)段內(nèi)都能穩(wěn)定的發(fā)揮作用。在監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)前，監(jiān)測(cè)人員應(yīng)仔細(xì)研究施工組織設(shè)計(jì)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工的實(shí)際情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)，必要時(shí)還需咨詢(xún)現(xiàn)場(chǎng)施工單位有關(guān)人員和現(xiàn)場(chǎng)工作人員，保證所選監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的穩(wěn)定性。

(2) 合理選擇測(cè)釬間距，設(shè)置柵欄、標(biāo)識(shí)牌、步道等設(shè)施

在監(jiān)測(cè)人員進(jìn)行測(cè)釬讀數(shù)時(shí)，為了避免因觀(guān)測(cè)人員臂展小于測(cè)釬布設(shè)間距而進(jìn)入測(cè)釬陣列對(duì)測(cè)釬周?chē)孛嬖斐蓴_動(dòng)，應(yīng)通過(guò)控制測(cè)釬布設(shè)間距解決。測(cè)釬布設(shè)間距應(yīng)當(dāng)以測(cè)釬讀數(shù)時(shí)，監(jiān)測(cè)人員不進(jìn)入測(cè)釬陣列中為宜，監(jiān)測(cè)人員從測(cè)釬陣列兩側(cè)進(jìn)行測(cè)量，不需要進(jìn)入測(cè)釬陣列內(nèi)部，避免對(duì)坡面下方測(cè)釬及測(cè)釬陣列內(nèi)部地面的干擾。

在監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)完成后，需在監(jiān)測(cè)點(diǎn)周?chē)O(shè)置柵欄，避免人為活動(dòng)對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的擾動(dòng)，并在監(jiān)測(cè)點(diǎn)周?chē)^為顯著的區(qū)域設(shè)置標(biāo)識(shí)牌，標(biāo)識(shí)牌應(yīng)寫(xiě)明工程項(xiàng)目名稱(chēng)、監(jiān)測(cè)單位名稱(chēng)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)類(lèi)型及編號(hào)等信息。此外，還需在監(jiān)測(cè)點(diǎn)周?chē)O(shè)置步道，便于監(jiān)測(cè)人員進(jìn)行常規(guī)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集，也可避免在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)外圍的坡面造成人為擾動(dòng)。

(3) 統(tǒng)一讀數(shù)位置，改進(jìn)測(cè)釬讀數(shù)方法

為了避免由于觀(guān)測(cè)人員觀(guān)測(cè)不同位置、不同觀(guān)測(cè)時(shí)間、不同觀(guān)測(cè)方法等所造成的測(cè)釬讀數(shù)誤差，根據(jù)坡度一定情況下，延測(cè)釬軸向方向，對(duì)測(cè)釬進(jìn)行刻絲標(biāo)記，將刻絲位置作為所有量測(cè)的部位，統(tǒng)一測(cè)釬的讀數(shù)位置，降低系統(tǒng)測(cè)量的隨機(jī)誤差。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)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(cè)數(shù)據(jù)全部進(jìn)行測(cè)量，以提高數(shù)據(jù)的可靠性。

根據(jù)常規(guī)量測(cè)方法在實(shí)際量測(cè)過(guò)程中存在的問(wèn)題，現(xiàn)階段測(cè)釬讀數(shù)主要有以下2個(gè)方法：① 緊貼測(cè)釬豎立直尺，每次觀(guān)測(cè)時(shí)利用數(shù)碼相機(jī)對(duì)測(cè)釬地上部分進(jìn)行拍照，之后使用圖形圖像處理軟件AutoCAD或Photoshop等對(duì)照片內(nèi)測(cè)釬出露長(zhǎng)度進(jìn)行判定，根據(jù)照片內(nèi)直尺長(zhǎng)度與真實(shí)長(zhǎng)度比例，計(jì)算照片內(nèi)測(cè)釬出露長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)的真實(shí)長(zhǎng)度。這種方法能夠在基本不擾動(dòng)測(cè)釬底部的情況下，對(duì)測(cè)釬出露部分進(jìn)行測(cè)量，且在圖像處理軟件中對(duì)于測(cè)釬出露部分的長(zhǎng)度可以精確測(cè)量，提高測(cè)釬量測(cè)精度。但后續(xù)進(jìn)行圖像處理的工作量較大，影響測(cè)量的整體工作進(jìn)度。② 采用激光測(cè)距儀測(cè)量測(cè)釬頂部至地面的距離，將激光測(cè)距儀頂部對(duì)準(zhǔn)測(cè)釬頂部，保持激光發(fā)射器在刻絲位置進(jìn)行讀數(shù)，獲得測(cè)釬頂部至地面的距離。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)應(yīng)用，在激光測(cè)距儀使用熟練的情況下，可以快速完成測(cè)釬讀數(shù)工作，且測(cè)量數(shù)據(jù)精度高，無(wú)需進(jìn)行后期處理，可以大大減少監(jiān)測(cè)人員的外業(yè)和內(nèi)業(yè)工作量。

6結(jié)語(yǔ)

通過(guò)測(cè)釬法在新建鐵路西安至寶雞客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)工程水土保持監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)測(cè)釬法存在監(jiān)測(cè)精度不高、受人為活動(dòng)擾動(dòng)頻繁、易受破壞等問(wèn)題。針對(duì)以上問(wèn)題，監(jiān)測(cè)人員可通過(guò)科學(xué)合理地布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位；合理選擇測(cè)釬間距，設(shè)置柵欄、標(biāo)識(shí)牌、步道等設(shè)施；統(tǒng)一讀數(shù)位置，改進(jìn)測(cè)釬讀數(shù)方法等措施，進(jìn)一步推動(dòng)測(cè)釬法在水土保持監(jiān)測(cè)工作中的應(yīng)用。

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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(lèi)號(hào)：S157

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1006-2610.2016.01.003

作者簡(jiǎn)介：蘭景濤(1984- )，男，遼寧省燈塔市人，碩士，主要從事水土保持設(shè)計(jì)和監(jiān)測(cè)工作.

收稿日期：2015-03-03

文章編號(hào)：1006—2610(2016)01—0010—04