测钎法在水土保持监测应用中存在的问题及解决方案的探讨

兰景涛 ，岳增璧，张保定，张乃畅，张振师

(中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，西安　710065 )



测钎法在水土保持监测应用中存在的问题及解决方案的探讨

兰景涛 ，岳增璧，张保定，张乃畅，张振师

(中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，西安710065 )

摘要：测钎法具有实施灵活、选材方便、布设简单、成本低廉的优点，在水土保持监测工作中已经广泛使用，但同时还存在监测精度不高、受人为活动扰动频繁、易受破坏等缺点。文章结合测钎法在新建铁路西安至宝鸡客运专线水土保持监测工作中的实际应用情况，对测钎法应用遇到的问题及其解决方法进行探讨。

关键词：测钎法;水土保持监测;铁路建设项目

简易水土流失观测场是利用一组测钎测量坡面水土流失厚度的设施，适用于分散的土状堆积物形成的稳定坡面土壤流失观测[1]。在水土保持监测中，该方法已有广泛应用[2]。从应用的实践成果分析，测钎法具有实施灵活、选材方便、布设简单、成本低廉的优点，但同时还存在监测精度不高、受人为活动扰动频繁、易受破坏等缺点[3]。

1项目概况

新建铁路西安至宝鸡客运专线位于陕西省关中平原西部，线路正线全长138.107 km，其中路基长16.178 km，特大及大中桥总长121.026 km(共21座),小桥涵42座，隧道总长0.903 km；西安北～三桥动车组走行线，单线长度12.157 km；咸阳西跨线联络线长9.093 km。沿线新建杨凌南、岐山、宝鸡南站3个车站。工程施工总工期为4 a，静态总投资169.03亿元。

2测钎监测点布设及运行情况

测钎监测点主要根据水土保持方案及现场踏勘情况进行布设，按照不同监测分区的扰动强度、性质、频次等水土流失影响因素的不同，结合各分区扰动特点和施工进度进行布设，即监测点的布设要具有代表性；监测点布设密度要在满足监测精度要求的基础上，经济合理地选择，不宜超精度布设过多的监测点，即监测点要具有典型性、经济性；在满足监测要求的基础上，监测点的选择要便于监测作业，监测时段应与施工组织设计相协调，避免与主体工程施工产生相互干扰、影响监测效果，造成监测点的破坏，即监测点要具有易操作性。

根据以上监测点布设要求，新建铁路西安至宝鸡客运专线工程共设置了7个简易水土流失观测场，具体布设及运行情况见表1。

表1　测钎监测点布设及运行情况汇总表

3主要监测点监测数据分析

根据测钎监测点的总体布局及运行情况，结合现场监测工作，本次研究选择具有代表性监测点(正线DK599+950 m岐山站进场填方路段测钎监测点)的监测数据进行分析，该处共设置了3个测钎监测点，其中1和3号监测点保存较好，没有受到人为活动影响，2号监测点的2、3、5、6号测钎部位受到了人为活动影响。测钎监测点布设情况见图1。

图1 岐山站进场填方路段测钎监测点布设情况示意图

本次研究主要对2012年8月和2012年12月的测钎监测数据进行分析，监测数据分析见图2、3和4。

根据监测点扰动及监测数据分析情况可知，1和3号测钎监测点没有受到人为活动扰动影响，各测钎测量数据均在100.2～100.4 mm区间内，坡面平均侵蚀厚度计算值分别为0.31 mm和0.30 mm，符合土壤侵蚀规律，能较好地反映该坡面的土壤侵蚀情况；2号监测点由于受到人为活动扰动影响，部分数据存在失实现象，其中2、3、5、6号测钎部位直接受人为活动影响，造成监测数据偏大，最高达100.9 mm，8、9号测钎部位由于上半部分人为扰动，造成地表组成物质滑落，滑落物质发生堆积而导致监测数据为负值。

图2 岐山站进场填方路段测1号钎监测点监测数据分析图

图3 岐山站进场填方路段测2号钎监测点监测数据分析图

图4 岐山站进场填方路段测3号钎监测点监测数据分析图

4测钎法存在的问题

根据工程区现场监测情况，并结合监测点的运行情况和监测数据的分析，发现测钎法存在以下3个方面的问题。

(1) 监测点受施工影响破坏较为严重

为减少工程施工造成的扰动地表范围，建设项目的施工活动范围一般都严格控制在一定的区域内，施工期间活动频繁，扰动强度较大，对周边影响的变化大，对水土保持监测点的干扰也比较强烈，甚至损坏监测设施设备或中断监测工作，影响监测数据的准确性与连续性。

根据表1可知，新建铁路西安至宝鸡客运专线工程布设的7个测钎监测点中有6个监测点在运行过程中受施工的影响遭到了不同程度的破坏，其中5个监测点是因为路基、路堑边坡放坡或绿化等施工活动影响遭到破坏，1个监测点由于弃土场二次弃土，造成原弃土边坡遭到填埋而破坏。根据测钎监测点的破坏情况和施工现场的实际情况，监测人员在原点位或附近坡面补充布设了测钎监测点，可继续进行数据观测，但新的监测数据与原监测数据不具有连续性，不能综合反映该监测点在整个监测时段内的侵蚀情况。

(2) 测钎监测点受人为活动扰动频繁

人为活动对测钎监测点的影响主要包括2个方面：一是现场施工人员在施工过程中的各种活动对测钎观测场造成的影响；二是由于观测人员在进行现场读数时造成的影响。这种影响主要变现为以下2种形式：一是施工人员或观测人员直接对测钎监测点造成的踩踏影响；二是施工人员或观测人员没有直接对测钎阵列造成踩踏影响，而是在测钎监测点周围活动时对测钎监测点造成的影响。这些人为活动对测钎布设部位的坡面径流路径造成影响，从而改变地表径流对坡面的侵蚀状况，影响测钎对坡面侵蚀做出真实反映。同时，施工人员或监测人员在监测点周围活动时容易造成地表组成物质滑落的现象，当滑落物质在坡面下方布设的测钎处发生堆积时，会对测钎的读数造成影响，尤其是当坡面地表组成物质较为粗糙时，更容易发生此类现象，使测钎不能对坡面土壤侵蚀情况做出真实反映[4-5]。

根据现场监测成果，新建铁路西安至宝鸡客运专线工程布设的测钎监测点中有超过50%的监测点不同程度的受到了人为活动扰动的影响。

(3) 监测数据精度较低

坡面侵蚀情况，将测钎顶部和地面分别作为起点、终点，并定期观测起终点之间的高度变化。常规量测方法是在测钎一侧紧贴测钎竖立直尺，监测人员通过读取直尺上面的刻度，获取测钎出露地面长度。而在实际监测过程中，坡面布设的测钎与坡面接触的部位，即测钎出露长度观测的终点处，既不是水平面，也不是与坡面相平行的一个斜面，通常是一个不规则的凹形面。对周边土壤影响也导致测钎根部土壤疏松，受径流冲刷后也容易在测钎根部形成凹坑，使测量终点存在不确定性，增加了测钎读数的不确定，影响测量结果精度。

此外，测量读数的位置不统一也是造成监测数据精度偏低的重要原因。

5主要解决方法

针对测钎法在实际应用中存在的问题，主要解决方法如下：

(1) 科学合理地布设监测点位，避免施工影响

为保证动态监测的连续性，在布置监测点时要十分注意监测点的稳定性，避免遭受施工的影响，使监测点在整个时段内都能稳定的发挥作用。在监测点位布设前，监测人员应仔细研究施工组织设计，根据现场施工的实际情况进行监测点位布设，必要时还需咨询现场施工单位有关人员和现场工作人员，保证所选监测点位的稳定性。

(2) 合理选择测钎间距，设置栅栏、标识牌、步道等设施

在监测人员进行测钎读数时，为了避免因观测人员臂展小于测钎布设间距而进入测钎阵列对测钎周围地面造成扰动，应通过控制测钎布设间距解决。测钎布设间距应当以测钎读数时，监测人员不进入测钎阵列中为宜，监测人员从测钎阵列两侧进行测量，不需要进入测钎阵列内部，避免对坡面下方测钎及测钎阵列内部地面的干扰。

在监测点位布设完成后，需在监测点周围设置栅栏，避免人为活动对监测点的扰动，并在监测点周围较为显著的区域设置标识牌，标识牌应写明工程项目名称、监测单位名称、监测点类型及编号等信息。此外，还需在监测点周围设置步道，便于监测人员进行常规监测数据采集，也可避免在进行数据采集时对监测点外围的坡面造成人为扰动。

(3) 统一读数位置，改进测钎读数方法

为了避免由于观测人员观测不同位置、不同观测时间、不同观测方法等所造成的测钎读数误差，根据坡度一定情况下，延测钎轴向方向，对测钎进行刻丝标记，将刻丝位置作为所有量测的部位，统一测钎的读数位置，降低系统测量的随机误差。经现场测量，刻丝位置最好选择在沿坡面方向的上面或下面，在条件允许的情况下，最好将两侧数据全部进行测量，以提高数据的可靠性。

根据常规量测方法在实际量测过程中存在的问题，现阶段测钎读数主要有以下2个方法：① 紧贴测钎竖立直尺，每次观测时利用数码相机对测钎地上部分进行拍照，之后使用图形图像处理软件AutoCAD或Photoshop等对照片内测钎出露长度进行判定，根据照片内直尺长度与真实长度比例，计算照片内测钎出露长度对应的真实长度。这种方法能够在基本不扰动测钎底部的情况下，对测钎出露部分进行测量，且在图像处理软件中对于测钎出露部分的长度可以精确测量，提高测钎量测精度。但后续进行图像处理的工作量较大，影响测量的整体工作进度。② 采用激光测距仪测量测钎顶部至地面的距离，将激光测距仪顶部对准测钎顶部，保持激光发射器在刻丝位置进行读数，获得测钎顶部至地面的距离。经现场实测应用，在激光测距仪使用熟练的情况下，可以快速完成测钎读数工作，且测量数据精度高，无需进行后期处理，可以大大减少监测人员的外业和内业工作量。

6结语

通过测钎法在新建铁路西安至宝鸡客运专线工程水土保持监测中的应用，发现测钎法存在监测精度不高、受人为活动扰动频繁、易受破坏等问题。针对以上问题，监测人员可通过科学合理地布设监测点位；合理选择测钎间距，设置栅栏、标识牌、步道等设施；统一读数位置，改进测钎读数方法等措施，进一步推动测钎法在水土保持监测工作中的应用。

参考文献:

[1]李智广.开发建设项目水土保持监测[M].中国水利水电出版社,2008.

[2]候琳,康博文,彭鸿.高速公路建设土壤流失特点及监测方法探讨[J].中国水土保持科学,2004,(11)：32-33.

[3]易泽,刘涛.浅谈高速公路工程水土保持监测中测钎法应用[C]//公路水土保持学术交流会论文集,2011：90-91.

[4]李俊,李海林,李健.关于水土保持监测中测钎应用的思考[J].水土保持应用技术,2009,(1):21-22.

[5]李海林,李俊,李健.一种用于土壤侵蚀观测的光电测尺研究[C]//中国水土保持学会,水土保持规划设计专业委员会.2011年年会论文集,2011

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

中图分类号：S157

文献标识码：A

DOI:10.3969/j.issn.1006-2610.2016.01.003

作者简介：兰景涛(1984- )，男，辽宁省灯塔市人，硕士，主要从事水土保持设计和监测工作.

收稿日期：2015-03-03

文章编号：1006—2610(2016)01—0010—04