测钎法在水土保持监测中的应用

庞志冲

（广东粤源工程咨询有限公司，广东 广州 510510）

1 工程概况

新建GB 客运专线位于广州南部珠江三角洲平原，正线设计长度为129.67 km，其中路基、特大及大中桥、隧道长度分别为15.94 km、112.23 km 和1.49 km，桥涵共39 座；广州北～白云站段动车组走行线单线长11.75 km，沿线新建白云湖站和神山站两个车站。总工期为4 a，工程静态投资总额为158.31亿元。

客运线路水土流失表现出明显的人为加速侵蚀，水土流失程度受主体工程施工技术影响较大，并在空间上呈现出明显的离散型及线状分布特征，时间上与工程施工进度高度一致。为此，客运线路水土保持监测必须围绕建设全过程防治责任范围内水土保持规划展开，注重水土流失监测及水土保持措施实施进度、综合效益监测等方面；具体加强工程施工扰动地表面积、扰动强度及数量、弃土弃渣量、工程措施及植物措施、林草覆盖率等项目的监测，以及对工程区水土流失治理度、林草植被恢复率等指标进行核定，为水土保持设施竣工验收提供参考。

2 监测过程及结果

2.1 观测场布置

根据项目水保方案设计及现场探勘结果、不同分区水土流失强度、水土流失主要影响因素、施工进度等进行测钎监测点设置。监测点设置必须具备代表性，监测点密度必须在满足监测精度要求的基础上，具备经济合理性；监测时段的确定必须和施工组织设计保持协调一致性，防止对工程施工过程产生干扰。结合该客运专线工程施工进度、地表破坏程度，坡度、坡长等因素，按照2～3 m 间距布置测钎，且保证每个观测点测钎数量为9 根，并尽可能避免施测过程对边坡的二次扰动和破坏；对于多级边坡而言，应在第一级边坡处设置监测点，避开临近坡顶和坡脚的位置；同时结合监测实际进行降雨量、风向、风速等设施的设置。结合以上布设要求，该工程施工期间分别在珠江三角洲冲积平原路堑边坡、高路堤边坡及弃土场以及珠江三角洲山前平原路堑边坡、高路堤边坡及场站等区域设置六个简易水土流失观测场，共包括19个监测点。

在布设好监测点后，应在各监测点处不同土壤剖面通过取土环刀取2～3份柱状土样，送至室内烘干称重后进行对应监测点土壤容重的计算。

2.2 监测频次

按照《生产建设项目水土保持监测与评价标准》等有关标准规程，客运专线建设工程应按照1次/月的频次进行水土流失监测，对于实际降雨量大于500 mm的湿润地区必须根据水文气象条件，划分雨季和非雨季，非雨季监测按照规范执行，而雨季应适当加测、缩短监测时间间隔，监测频率为2次/月；如遇暴雨，应在2～3 次暴雨后实施观测，大暴雨和特大暴雨均应在降雨后立即施测。

2.3 土壤侵蚀模数计算

在每次进行监测点土壤侵蚀状况观测时，必须按照设计次序进行钎杆至坡面高度测量，并确保每次测量方向完全一致，避免因操作过程增大监测结果误差。将相邻两根测钎监测结果相减后结合水文气象及降雨量观测资料、监测点面积，进行监测区土壤侵蚀模数的计算，公式如下：

式中：E1—土壤侵蚀模数（t/km2·a）；di—监测点土壤冲淤厚度（km）；ri—监测点土壤容重（t/km3）；si—监测点实际控制面积（km2）；n—监测点个数。

应用式（1）得到监测区土壤侵蚀模数后，再结合监测频率和监测年限，对各测区土壤侵蚀模数值的加权平均，最后得出整个监测期内客运专线建设项目土壤侵蚀模数及土壤侵蚀量。

2.4 主要测点监测数据及结果

结合观测场和监测点整体布局及运行实际，选取珠江三角洲山前平原K460+350m 白云高速路口转盘2 标段2 部施工区路堑边坡观测场进行监测结果分析，该观测场共设置3个测钎监测点，其中1#和3#监测点保存及运行良好，而2#测点部分测钎受到施工及人为的影响，监测功能弱化。测点布置详见图1。通过对2020 年1 月至2021 年12 月共两年的测钎监测数据的分析发现，该观测场内1#及3#测钎监测点并无施工扰动影响，所得到的坡面侵蚀厚度均值为0.29 mm和0.28 mm，将各监测点数据代入式（1）得出土壤侵蚀模数均值分别为980.45 t/（km2·a）和1 020.01 t/（km2·a）。监测结果符合工程区土壤侵蚀变动趋势规律，对坡面土壤侵蚀及水土流失情况能较好反映。2#监测点因受到施工影响和破坏部分监测数据失真，其中②③⑤⑥测钎部位受到施工扰动较大，坡面侵蚀厚度监测数据最大达100.90 mm，明显不合理；⑧⑨测钎部位则由于地表物质滑落堆积掩埋而使得监测结果为负。

图1 路堑边坡观测场测钎监测点布置情况图

此外，常规监测过程中，在测钎一侧紧贴测钎竖立直尺，由监测人员读取直尺刻度后得到测钎出露地面的实际长度。但是对于测钎与坡面接触的部位可能不是水平面或斜面的情况（如凹形面），则无法保证直尺与测钎杆紧贴，增大读数误差。

3 监测技术的改进

为解决以上问题，监测人员在原点位或就近坡面补设监测点，进行土壤侵蚀情况的继续监测，但是新的数据和原数据之间缺乏连续性，无法综合反映具体测点在监测期间的实际侵蚀程度。监测人员就这种情况的误差，结合坡度情况，延测钎轴向对测钎杆进行刻丝标记，并以刻丝标记处为全部量测部位，进行测钎读数位置的统一，同时将刻丝位置设置在沿坡面向的上下面，同时测量两侧数据，以降低因重新补测而引起的随机误差，保证观测结果的可靠。

为克服常规量测过程对测钎的影响、扰动和破坏，减少量测工作量，保证监测精度，紧贴测钎竖立直尺，在观测时借助数码相机进行监测点处地上部分拍摄，量测结束后应用Photoshop 或Auto-CAD 软件测定照片上测钎出露长度，并按照照片上所显示的长度与真实长度的比例，进行照片中测钎出露长度计算。在不扰动测钎底部的基础上，准确测量测钎出露段长度，保证量测精度。与此同时，将激光测距仪顶部与测钎顶部对准，使激光发射器位于刻丝位置，根据读数得到测钎顶部和地面之间的实际距离，这种处理能有效避免人为量测对测钎的扰动，且无需后期处理，内外业工作量均显著减少。

4 结论

综上所述，应用测钎法进行新建GB客运专线工程区土壤侵蚀量监测的过程中，常规监测方法因操作过程、人为等因素的影响，监测精度不高。通过合理确定监测点位，安排测钎设置间距，借助数码相机及配套软件，应用激光测距仪等现代化技术可有效克服量测过程中人为、技术、环境等的不利影响，提高常规测量结果精度，大大推进测钎法在交通工程建设水土保持方面的应用进程。