土地平整計(jì)算的原理與方法

土地整理在我國(guó)是一個(gè)較新的學(xué)科領(lǐng)域，面對(duì)“二十一世紀(jì)誰(shuí)來(lái)養(yǎng)活中國(guó)？”的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，積極推行土地整理，已成為解決各方用地矛盾，實(shí)現(xiàn)土地資源可持續(xù)利用和保持經(jīng)濟(jì)快速、健康發(fā)展的必然選擇。近年來(lái)隨著人們對(duì)自身生存條件和環(huán)境意識(shí)的覺(jué)醒，深刻地感受到了土地整理的急迫性，許多地方的國(guó)土部門(mén)都在積極申報(bào)土地整理項(xiàng)目，以便利用國(guó)家投資，通過(guò)對(duì)項(xiàng)目區(qū)田、水、路、林、村的綜合整治，提高土地質(zhì)量，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件和生態(tài)環(huán)境。土地平整工程是土地整理項(xiàng)目的核心內(nèi)容，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)田水利化、農(nóng)業(yè)機(jī)械化的重要條件，是建設(shè)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、旱澇保收基本農(nóng)田的重要措施。土地平整工程量大、投資額高，為保證工程的順利實(shí)施，必須解決好以下幾個(gè)關(guān)鍵性問(wèn)題。.土地平整與其他土地整理工程的協(xié)調(diào)問(wèn)題土地平整工程作為整個(gè)土地整理項(xiàng)目的一個(gè)環(huán)節(jié)，它的規(guī)劃和實(shí)旌應(yīng)當(dāng)與土地整理的其他各項(xiàng)工程協(xié)調(diào)進(jìn)行。要把耕地、道路、防護(hù)林、排灌渠道、機(jī)井、抽水站、輸電線路和村莊等結(jié)合起來(lái)考慮，全面規(guī)劃，合理安排。要以村鎮(zhèn)定路，以地形定渠，渠路搭架，劃塊定方。以干、支路與干、支、斗渠分大方，生產(chǎn)路與分、引渠分小方，大方套小方，各個(gè)方田形成網(wǎng)格。要先修渠、路，搭好骨架，然后平整土地，進(jìn)行方內(nèi)建設(shè)。.實(shí)施土地乎整工程應(yīng)遵循的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)平整后的田塊應(yīng)有利于作物的生長(zhǎng)發(fā)育，有利于田間機(jī)械化作業(yè)，有利于水土保持，滿(mǎn)足灌溉排水要求和防風(fēng)要求，便于經(jīng)營(yíng)管理。田塊大小耕作田塊大小的確定應(yīng)綜合考慮地形起伏情況、田間工程難易程度、是否便于耕作和排灌等方面的情況，方田的大小和形狀受田間渠系和道路的走向控制。在平原地區(qū)方田長(zhǎng)度一般為500?800米，寬度一般為200?300米，方向?yàn)槟媳毕颉Ｌ锩嫫陆蹈魈飰K的設(shè)計(jì)必須保證排灌暢通，灌排調(diào)控方便，必須保持一定的田面坡降?？v向（灌水方向）坡降應(yīng)小于1/500,橫向以水平為宜。田塊土壤為保證耕作田塊的土壤質(zhì)量及當(dāng)年增產(chǎn)，土地平整時(shí)應(yīng)盡量保留耕層熟土，保蓄底墑，打碎土塊，深耕細(xì)作。要重施有機(jī)肥，巧施速效肥，挖方部位的施肥量至少應(yīng)為填方部位的2倍。要選種耐瘠作物，加強(qiáng)田間管理。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虛高，一般虛高應(yīng)為回填厚度的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“全鏟法”等三種方法，每種方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，采用何種土地平整方法，應(yīng)根據(jù)地塊的地形地貌狀況、土地平整方式等具體情況確定。倒行子法倒行子法是一種機(jī)械與人工結(jié)合的平整土地的方法。具體操作分兩步進(jìn)行：首先根據(jù)測(cè)量設(shè)計(jì)，確定開(kāi)挖線。然后進(jìn)行劃行取土。沿開(kāi)挖線，以l米寬度分別向上向下劃行，確定取土帶和填土帶。平整時(shí)先挖第一取土帶，直至標(biāo)準(zhǔn)地面以下7寸，將土填入第一填土帶，將第二取土帶厚約7寸耕層肥土，填入第一取土帶槽底。再開(kāi)挖第二取土帶生土，填入第二填土帶，同時(shí)將第三填土帶表土反卷在第二填土帶上，如此抽生留熟，依次平整。采用此方法平整土地有兩大優(yōu)點(diǎn)：可保留表土，保持地力均勻；平地加深翻，可達(dá)到改良土壤的目的。但此方法操作較為精細(xì)，影響施工進(jìn)度。抽槽法抽槽法也是一種機(jī)械與人工結(jié)合的平整土地的方法。具體操作分三步進(jìn)行：首先根據(jù)測(cè)量設(shè)計(jì)，確定開(kāi)挖線。然后開(kāi)槽平整。根據(jù)設(shè)計(jì)劃行，開(kāi)槽取土。熟土放至槽梁，生土墊至低處。最后搜根平梁，進(jìn)行合槽。采用抽槽法平整土地的最大好處是，可同時(shí)開(kāi)多槽，進(jìn)度快，工效高。缺點(diǎn)是，合槽時(shí)，梁上表土不易保存，造成地力不勻。全鏟法全鏟法是一種主要依靠機(jī)械進(jìn)行土地平整的方法，在具體操作時(shí)，把設(shè)計(jì)地面線以上的土一次挖去，起高墊低。這種方法適于機(jī)械平整，工效高。但出現(xiàn)生土多，地力不易恢復(fù)。人工平地不宜采用此種方法。4土地平整土方量的計(jì)算土地平整挖填土方量的計(jì)算方法有多種。傳統(tǒng)計(jì)算方法有方格網(wǎng)法、梯形法（斷面法）、辛卜生法（拋物線法）、等高線法等。近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，一些軟件被廣泛地應(yīng)用到土方量計(jì)算中。常用的有MAPGIS制圖計(jì)算軟件、TFT土方計(jì)算繪圖軟件、數(shù)字高程模型（DigitalElevationModel，DEM）等（4）。采用相關(guān)軟件計(jì)算土方量，精度高，速度快，效率高。但其運(yùn)算原理，與傳統(tǒng)計(jì)算方法并無(wú)實(shí)質(zhì)性差異，而且必須以精度較高的地形圖作為基礎(chǔ)圖件。而平原地區(qū)的大多數(shù)土地整理項(xiàng)目區(qū)，總體地形平坦，微地貌復(fù)雜，地面高差常常在1米以?xún)?nèi)，項(xiàng)目區(qū)地形圖中甚至沒(méi)有一條等高線。這樣的地形圖當(dāng)然不能作為土方量計(jì)算的基礎(chǔ)圖件。必須先按照一定規(guī)律采集項(xiàng)目區(qū)各離散點(diǎn)的地面標(biāo)高，然后才能進(jìn)行土方量的計(jì)算。方格網(wǎng)法正是按照這樣的步驟進(jìn)行土方量計(jì)算的，有必要在此對(duì)這一傳統(tǒng)計(jì)算方法的基本原理加以說(shuō)明。方格網(wǎng)法計(jì)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，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。以下以河北省阜城縣土地整理項(xiàng)目區(qū)中的一個(gè)典型地塊（400X400米）為例，介紹方格網(wǎng)法計(jì)算挖填土方量的簡(jiǎn)要過(guò)程。測(cè)設(shè)方格網(wǎng)先在要平整的地塊內(nèi)測(cè)設(shè)方格網(wǎng)，方格的大小根據(jù)地形繁簡(jiǎn)程度和施工方法而定，一般人工施工多用20X20米方格，地而起伏較大時(shí)用10X10米；機(jī)械施工多用40X40米或100X100米。因項(xiàng)目區(qū)地形起伏不大，且以機(jī)械施工為主，方格的大小擬采用100X100米，各方格點(diǎn)按所在的橫縱行列編號(hào)（如2.1等），測(cè)設(shè)完畢繪制一張略圖。測(cè)量各方格點(diǎn)處的地面高程用水準(zhǔn)儀實(shí)地測(cè)量各方格點(diǎn)的水平讀數(shù)（精確到毫米），為以后運(yùn)算方便需將該水平讀數(shù)換算成海拔高度。各點(diǎn)的高程值應(yīng)按點(diǎn)號(hào)記錄在設(shè)計(jì)圖中各方格點(diǎn)的右上角。計(jì)算方格網(wǎng)的平均高程由于各方格點(diǎn)所控制的面積不相同，四角點(diǎn)和周?chē)咟c(diǎn)控制的面積較中問(wèn)各點(diǎn)所控制的面積小，采用算術(shù)平均法計(jì)算平均高程會(huì)產(chǎn)生一定的誤差。一般采用加權(quán)平均法來(lái)計(jì)算，以一個(gè)方格的四分之一作為一個(gè)單位面積，定其權(quán)為1，那么各點(diǎn)的權(quán)分別是：角點(diǎn)為l（a角=1），邊點(diǎn)為2（a邊:2），中心點(diǎn)為4（Q中=4）。加權(quán)平均法就是把各方格點(diǎn)的高程分別乘上各點(diǎn)的權(quán)，求得總和后，再除以各點(diǎn)權(quán)數(shù)總和，此加權(quán)平均值即為項(xiàng)目區(qū)的設(shè)計(jì)高程（H）。照此方法計(jì)算，此典型地塊的加權(quán)平均高程（H）為12.584米。H=［a角田角1+H角2+H角3+H角4）+a邊（H邊1+H邊2+…+H邊12）+a中（H中I+H中2+…+H中9）］/（4a角+12a邊+9a中）二［1義（12.810+12.466+12.488+12.618）+2義（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義（12.684+12.614+12.594+12.612+12.481+12.488+12.400+12.481+12.534）］/（4X1+12X2+9X4）=12.570（米）計(jì)算斜平面上各方格點(diǎn)的設(shè)計(jì)高程和填挖數(shù)為排水需要，每塊方田都平整為南高北低的斜平面，縱向坡降1/5000，橫向水平。因方田形狀規(guī)則，故其重心點(diǎn)必然在“土方工程設(shè)計(jì)圖”中縱坐標(biāo)為2的那條近東西向直線（0-2）上，因平整后東西向水平，此線上各點(diǎn)的高程均為12.570米。南北向兩方格點(diǎn)間的設(shè)計(jì)高差為0.02米（100X1/5000）,以設(shè)計(jì)高程12.570米線為基準(zhǔn)，各方格點(diǎn)的設(shè)計(jì)高程是向南遞增0.02米，向北遞減0.02米。各點(diǎn)設(shè)計(jì)高程的推算，均直接在略圖上進(jìn)行，設(shè)計(jì)讀數(shù)寫(xiě)在各方格點(diǎn)的右下角。當(dāng)各方格點(diǎn)的設(shè)計(jì)高程計(jì)算校核無(wú)誤后，可按下式計(jì)算各點(diǎn)填挖數(shù)：填挖數(shù)=地面高程.設(shè)計(jì)高程式中：填挖數(shù)為“+”時(shí)，表示挖方；填挖數(shù)為“-”時(shí)，表示填方。各點(diǎn)的填挖數(shù)在略圖上直接算出，寫(xiě)在各點(diǎn)設(shè)計(jì)高程下面。計(jì)算零點(diǎn)位置，畫(huà)出填挖邊界在方格的挖方點(diǎn)與填方點(diǎn)之間，必定有一個(gè)不挖不填的點(diǎn)，即填挖邊界點(diǎn)（零點(diǎn)），把所有相臨的零點(diǎn)連接起來(lái)，就是填挖邊界線（零線）。零點(diǎn)和零線是計(jì)算土方量和施工的重要依據(jù)。計(jì)算零點(diǎn)位置的方法所依據(jù)的是相似三角形的比例關(guān)系（圖1）。圖1零點(diǎn)位置計(jì)算示意圖因?yàn)閤l/h1=l/（hl+h2）,所以Xl=l-hl/（hl+h2）式中：l 方格邊長(zhǎng)；hl、h2——方格兩端的填挖數(shù)的絕對(duì)值；X1——零點(diǎn)①距填挖數(shù)為hl的方格點(diǎn)的距離。如在“土方工程設(shè)計(jì)圖”中，0-3點(diǎn)與0-4點(diǎn)填挖數(shù)的絕對(duì)值分別為hl(0.130)和h2(0.084)，方格邊長(zhǎng)為Z(100)，0-3點(diǎn)至零點(diǎn)①的距離為xl，則：Xl=100X0.130/(0.130+0.084)=60.75米同理，求出各零點(diǎn)②，③，④，……⑦的位置，然后在圖上連出零線，并在實(shí)地根據(jù)方格點(diǎn)找出相應(yīng)的零點(diǎn)位置，用白灰撒出零線，作為施工時(shí)的填挖邊界(圖2)。4.6計(jì)算填挖土方量根據(jù)零線位置和各方格點(diǎn)處的填挖數(shù)，即可分別算出各方格中的填方量和挖方量。這樣算法雖準(zhǔn)確，但計(jì)算工作量大，本設(shè)計(jì)采用近似算法。在一個(gè)方格中不分別計(jì)算零線兩側(cè)的填方量和挖方量，而是

把方格四個(gè)格點(diǎn)填挖數(shù)的代數(shù)和乘以四分之一方格面積，作為該方格中應(yīng)運(yùn)進(jìn)的填方量或要運(yùn)出的挖方量。通過(guò)計(jì)算本方田的總填方量為5975.00立方米，總挖方量為5920.00立方米（圖3）。12.53012.53012.53012.530—0.084一O.228-0.156-0.070-830.00-1507.50-777.50-432.5012.680 1-312.400 2-312.481 3-312.534 4-312.55012.55012.55012.5500.130-0.150-O.069-0.016167.50-665.00-640.00-427.5012.615 1-212.612 2-212.481 3-212.488 4-212.57012.57012.57012.5700.0450.042-0.089-O.0821022.50177.50-357.50-337.5012.818 1-112.684 2-112.614 3-112.594 4-112.59012.59012.59012.590O.228O.0940.0240.0041605.001097.501182.50667.5012.810 1-012.730 2-012.811 3-O12.854 4-O4.6計(jì)算填挖土方量根據(jù)零線位置和各方格點(diǎn)處的填挖數(shù)，即可分別算出各方格中的填方量和挖方量。這樣算法雖準(zhǔn)確，但