土地平整

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馮忠江 鄭艷東 張 磊 (1 河北師范大學資源與環(huán)境科學學院，河北石家莊 050016；2 河北省土地整理服務中心，050071) 摘要：土地平整工程是土地整理項目的核心內容。本文對土地平整與其他土地整理工程的協(xié)調問題、土地平整應遵循的技術標準、土地平整的基本方法、土地平整土方量的計算等土地平整工程的關鍵性問題，進行了初步探討。  關鍵詞：土地整理；土地平整；土方量  土地整理在我國是一個較新的學科領域，面對“二十一世紀誰來養(yǎng)活中國?”的嚴峻挑戰(zhàn)，積極推行土地整理，已成為解決各方用地矛盾，實現(xiàn)土地資源可持續(xù)利用和保持經濟快速、健康發(fā)展的必然選擇。近年來隨著人們對自身生存條件和環(huán)境意識的覺醒，深刻地感受到了土地整理的急迫性，許多地方的國土部門都在積極申報土地整理項目，以便利用國家投資，通過對項目區(qū)田、水、路、林、村的綜合整治，提高土地質量，改善農業(yè)生產條件和生態(tài)環(huán)境。土地平整工程是土地整理項目的核心內容，是實現(xiàn)農田水利化、農業(yè)機械化的重要條件，是建設高產穩(wěn)產、旱澇保收基本農田的重要措施。土地平整工程量大、投資額高，為保證工程的順利實施，必須解決好以下幾個關鍵性問題。  1．土地平整與其他土地整理工程的協(xié)調問題  土地平整工程作為整個土地整理項目的一個環(huán)節(jié)，它的規(guī)劃和實旌應當與土地整理的其他各項工程協(xié)調進行。  要把耕地、道路、防護林、排灌渠道、機井、抽水站、輸電線路和村莊等結合起來考慮，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，生產路與分、引渠分小方，大方套小方，各個方田形成網格。要先修渠、路，搭好骨架，然后平整土地，進行方內建設。  2．實施土地乎整工程應遵循的技術標準  平整后的田塊應有利于作物的生長發(fā)育，有利于田間機械化作業(yè)，有利于水土保持，滿足灌溉排水要求和防風要求，便于經營管理。  2.1田塊大小 耕作田塊大小的確定應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)方田長度一般為500～800米，寬度一般為200～300米，方向為南北向。  2.2田面坡降  耕作田塊的設計必須保證排灌暢通，灌排調控方便，必須保持一定的田面坡降?？v向(灌水方向)坡降應小于1／500，橫向以水平為宜。  2.3田塊土壤  為保證耕作田塊的土壤質量及當年增產，土地平整時應盡量保留耕層熟土，保蓄底墑，打碎土塊，深耕細作。要重施有機肥，巧施速效肥，挖方部位的施肥量至少應為填方部位的2倍。要選種耐瘠作物，加強田間管理。  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虛高，一般虛高應為回填厚度的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，采用何種土地平整方法，應根據地塊的地形地貌狀況、土地平整方式等具體情況確定。  3.1倒行子法  倒行子法是一種機械與人工結合的平整土地的方法。具體操作分兩步進行:  首先根據測量設計，確定開挖線。  然后進行劃行取土。沿開挖線，以l米寬度分別向上向下劃行，確定取土帶和填土帶。平整時先挖第一取土帶，直至標準地面以下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。再開挖第二取土帶生土，填入第二填土帶，同時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:可保留表土，保持地力均勻；平地加深翻，可達到改良土壤的目的。但此方法操作較為精細，影響施工進度。  3.2抽槽法  抽槽法也是一種機械與人工結合的平整土地的方法。具體操作分三步進行:  首先根據測量設計，確定開挖線。  然后開槽平整。根據設計劃行，開槽取土。熟土放至槽梁，生土墊至低處。  最后搜根平梁，進行合槽。  采用抽槽法平整土地的最大好處是，可同時開多槽，進度快，工效高。缺點是，合槽時，梁上表土不易保存，造成地力不勻。  3.3全鏟法  全鏟法是一種主要依靠機械進行土地平整的方法，在具體操作時，把設計地面線以上的土一次挖去，起高墊低。  這種方法適于機械平整，工效高。但出現(xiàn)生土多，地力不易恢復。人工平地不宜采用此種方法。  4土地平整土方量的計算  土地平整挖填土方量的計算方法有多種。傳統(tǒng)計算方法有方格網法、梯形法(斷面法)、辛卜生法(拋物線法)、等高線法等。近年來隨著計算機技術的發(fā)展，一些軟件被廣泛地應用到土方量計算中。常用的有MAPGIS制圖計算軟件、TFT土方計算繪圖軟件、數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)等(4)。采用相關軟件計算土方量，精度高，速度快，效率高。但其運算原理，與傳統(tǒng)計算方法并無實質性差異，而且必須以精度較高的地形圖作為基礎圖件。而平原地區(qū)的大多數(shù)土地整理項目區(qū)，總體地形平坦，微地貌復雜，地面高差常常在1米以內，項目區(qū)地形圖中甚至沒有一條等高線。這樣的地形圖當然不能作為土方量計算的基礎圖件。必須先按照一定規(guī)律采集項目區(qū)各離散點的地面標高，然后才能進行土方量的計算。方格網法正是按照這樣的步驟進行土方量計算的，有必要在此對這一傳統(tǒng)計算方法的基本原理加以說明。  方格網法計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，測出各方格點的高程，計算出它們的平均高程，根據平均高程和設計坡度，求出填挖邊界和各方格點的填挖數(shù)，最后計算挖填土方量。以下以河北省阜城縣土地整理項目區(qū)中的一個典型地塊(400×400米)為例，介紹方格網法計算挖填土方量的簡要過程。  4.1測設方格網  先在要平整的地塊內測設方格網，方格的大小根據地形繁簡程度和施工方法而定，一般人工施工多用20×20米方格，地而起伏較大時用10×10米；機械施工多用40×40米或100×100米。因項目區(qū)地形起伏不大，且以機械施工為主，方格的大小擬采用100×100米，各方格點按所在的橫縱行列編號(如2.1等)，測設完畢繪制一張略圖。  4.2測量各方格點處的地面高程  用水準儀實地測量各方格點的水平讀數(shù)(精確到毫米)，為以后運算方便需將該水平讀數(shù)換算成海拔高度。各點的高程值應按點號記錄在設計圖中各方格點的右上角。  4.3計算方格網的平均高程  由于各方格點所控制的面積不相同，四角點和周圍邊點控制的面積較中問各點所控制的面積小，采用算術平均法計算平均高程會產生一定的誤差。一般采用加權平均法來計算，以一個方格的四分之一作為一個單位面積，定其權為1，那么各點的權分別是:角點為l(a角=1)，邊點為2(a邊:2)，中心點為4(Q中=4)。加權平均法就是把各方格點的高程分別乘上各點的權，求得總和后，再除以各點權數(shù)總和，此加權平均值即為項目區(qū)的設計高程(H)。照此方法計算，此典型地塊的加權平均高程(H)為12.584米。  H=[a角(H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)]／(4 a角+12 a邊+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計算斜平面上各方格點的設計高程和填挖數(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，故其重心點必然在“土方工程設計圖”中縱坐標為2的那條近東西向直線(0-2)上，因平整后東西向水平，此線上各點的高程均為12.570米。南北向兩方格點間的設計高差為0.02米(100×1／5000)，以設計高程12.570米線為基準，各方格點的設計高程是向南遞增0.02米，向北遞減0.02米。各點設計高程的推算，均直接在略圖上進行，設計讀數(shù)寫在各方格點的右下角。  當各方格點的設計高程計算校核無誤后，可按下式計算各點填挖數(shù):  填挖數(shù)=地面高程.設計高程  式中：填挖數(shù)為“+”時，表示挖方；  填挖數(shù)為“-”時，表示填方。  各點的填挖數(shù)在略圖上直接算出，寫在各點設計高程下面。  4.5計算零點位置，畫出填挖邊界  在方格的挖方點與填方點之間，必定有一個不挖不填的點，即填挖邊界點(零點)，把所有相臨的零點連接起來，就是填挖邊界線(零線)。零點和零線是計算土方量和施工的重要依據。  計算零點位置的方法所依據的是相似三角形的比例關系(圖1)。  圖1零點位置計算示意圖  因為xl／h1=l／(hl+h2)，所以Xl=l·hl／(hl+h2)  式中:      l——方格邊長；      h1、h2——方格兩端的填挖數(shù)的絕對值；      X1——零點①距填挖數(shù)為h1的方格點的距離。  如在“土方工程設計圖”中，0-3點與0-4點填挖數(shù)的絕對值分別為hl(0.130)和h2(0.084)，方格邊長為Z(100)，0-3點至零點①的距離為x1，則:  Xl=100×0.130／(0.130+0.084)=60.75米  同理，求出各零點②，③，④，……⑦的位置，然后在圖上連出零線，并在實地根據方格點找出相應的零點位置，用白灰撒出零線，作為施工時的填挖邊界(圖2)。                                                                    圖2填挖零線設計圖  4.6計算填挖土方量  根據零線位置和各方格點處的填挖數(shù)，即可分別算出各方格中的填方量和挖方量。這樣算法雖準確，但計算工作量大，本設計采用近似算法。在一個方格中不分別計算零線兩側的填方量和挖方量，而是把方格四個格點填挖數(shù)的代數(shù)和乘以四分之一方格面積，作為該方格中應運進的填方量或要運出的挖方量。通過計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)。  總填方量和總挖方量在理論上應相等，但因為存在測量和計算誤差，兩者總有些出入。為了求得填、挖土方量相等或相近，需要多次調整設計高程，計算填、挖土方量。反復調整工作可使用相關計算軟件來完成。 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  圖3土方工程設計圖  參考文獻：  [1]姜愛林，姜志德.論土地整理概念的科學界定[J].地域研究與開發(fā)，1998，17(1):l～4.  [2]閻建忠，余杰.關于土地整理的幾個問題[J].西南農業(yè)大學學報，1999，2l(3):240～243.  [3]國土資源部土地整理中心.土地開發(fā)整理標準(TD/T 10ll～1013—2000).北京:中國計劃出版社，2000.  [4]李福祥，許迪.農田土地平整方法的組合應用及效果[J].農業(yè)工程學報，2000，16(2):50～53