土地平整计算的原理与方法

土地整理在我国是一个较新的学科领域，面对“二十一世纪谁来养活中国？”的严峻挑战，积极推行土地整理，已成为解决各方用地矛盾，实现土地资源可持续利用和保持经济快速、健康发展的必然选择。近年来随着人们对自身生存条件和环境意识的觉醒，深刻地感受到了土地整理的急迫性，许多地方的国土部门都在积极申报土地整理项目，以便利用国家投资，通过对项目区田、水、路、林、村的综合整治，提高土地质量，改善农业生产条件和生态环境。土地平整工程是土地整理项目的核心内容，是实现农田水利化、农业机械化的重要条件，是建设高产稳产、旱涝保收基本农田的重要措施。土地平整工程量大、投资额高，为保证工程的顺利实施，必须解决好以下几个关键性问题。.土地平整与其他土地整理工程的协调问题土地平整工程作为整个土地整理项目的一个环节，它的规划和实旌应当与土地整理的其他各项工程协调进行。要把耕地、道路、防护林、排灌渠道、机井、抽水站、输电线路和村庄等结合起来考虑，全面规划，合理安排。要以村镇定路，以地形定渠，渠路搭架，划块定方。以干、支路与干、支、斗渠分大方，生产路与分、引渠分小方，大方套小方，各个方田形成网格。要先修渠、路，搭好骨架，然后平整土地，进行方内建设。.实施土地乎整工程应遵循的技术标准平整后的田块应有利于作物的生长发育，有利于田间机械化作业，有利于水土保持，满足灌溉排水要求和防风要求，便于经营管理。田块大小耕作田块大小的确定应综合考虑地形起伏情况、田间工程难易程度、是否便于耕作和排灌等方面的情况，方田的大小和形状受田间渠系和道路的走向控制。在平原地区方田长度一般为500〜800米，宽度一般为200〜300米，方向为南北向。田面坡降耕作田块的设计必须保证排灌畅通，灌排调控方便，必须保持一定的田面坡降。纵向（灌水方向）坡降应小于1/500,横向以水平为宜。田块土壤为保证耕作田块的土壤质量及当年增产，土地平整时应尽量保留耕层熟土，保蓄底墒，打碎土块，深耕细作。要重施有机肥，巧施速效肥，挖方部位的施肥量至少应为填方部位的2倍。要选种耐瘠作物，加强田间管理。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虚高，一般虚高应为回填厚度的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“全铲法”等三种方法，每种方法都有各自的优缺点，采用何种土地平整方法，应根据地块的地形地貌状况、土地平整方式等具体情况确定。倒行子法倒行子法是一种机械与人工结合的平整土地的方法。具体操作分两步进行：首先根据测量设计，确定开挖线。然后进行划行取土。沿开挖线，以l米宽度分别向上向下划行，确定取土带和填土带。平整时先挖第一取土带，直至标准地面以下7寸，将土填入第一填土带，将第二取土带厚约7寸耕层肥土，填入第一取土带槽底。再开挖第二取土带生土，填入第二填土带，同时将第三填土带表土反卷在第二填土带上，如此抽生留熟，依次平整。采用此方法平整土地有两大优点：可保留表土，保持地力均匀；平地加深翻，可达到改良土壤的目的。但此方法操作较为精细，影响施工进度。抽槽法抽槽法也是一种机械与人工结合的平整土地的方法。具体操作分三步进行：首先根据测量设计，确定开挖线。然后开槽平整。根据设计划行，开槽取土。熟土放至槽梁，生土垫至低处。最后搜根平梁，进行合槽。采用抽槽法平整土地的最大好处是，可同时开多槽，进度快，工效高。缺点是，合槽时，梁上表土不易保存，造成地力不匀。全铲法全铲法是一种主要依靠机械进行土地平整的方法，在具体操作时，把设计地面线以上的土一次挖去，起高垫低。这种方法适于机械平整，工效高。但出现生土多，地力不易恢复。人工平地不宜采用此种方法。4土地平整土方量的计算土地平整挖填土方量的计算方法有多种。传统计算方法有方格网法、梯形法（断面法）、辛卜生法（抛物线法）、等高线法等。近年来随着计算机技术的发展，一些软件被广泛地应用到土方量计算中。常用的有MAPGIS制图计算软件、TFT土方计算绘图软件、数字高程模型（DigitalElevationModel，DEM）等（4）。采用相关软件计算土方量，精度高，速度快，效率高。但其运算原理，与传统计算方法并无实质性差异，而且必须以精度较高的地形图作为基础图件。而平原地区的大多数土地整理项目区，总体地形平坦，微地貌复杂，地面高差常常在1米以内，项目区地形图中甚至没有一条等高线。这样的地形图当然不能作为土方量计算的基础图件。必须先按照一定规律采集项目区各离散点的地面标高，然后才能进行土方量的计算。方格网法正是按照这样的步骤进行土方量计算的，有必要在此对这一传统计算方法的基本原理加以说明。方格网法计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，测出各方格点的高程，计算出它们的平均高程，根据平均高程和设计坡度，求出填挖边界和各方格点的填挖数，最后计算挖填土方量。以下以河北省阜城县土地整理项目区中的一个典型地块（400X400米）为例，介绍方格网法计算挖填土方量的简要过程。测设方格网先在要平整的地块内测设方格网，方格的大小根据地形繁简程度和施工方法而定，一般人工施工多用20X20米方格，地而起伏较大时用10X10米；机械施工多用40X40米或100X100米。因项目区地形起伏不大，且以机械施工为主，方格的大小拟采用100X100米，各方格点按所在的横纵行列编号（如2.1等），测设完毕绘制一张略图。测量各方格点处的地面高程用水准仪实地测量各方格点的水平读数（精确到毫米），为以后运算方便需将该水平读数换算成海拔高度。各点的高程值应按点号记录在设计图中各方格点的右上角。计算方格网的平均高程由于各方格点所控制的面积不相同，四角点和周围边点控制的面积较中问各点所控制的面积小，采用算术平均法计算平均高程会产生一定的误差。一般采用加权平均法来计算，以一个方格的四分之一作为一个单位面积，定其权为1，那么各点的权分别是：角点为l（a角=1），边点为2（a边:2），中心点为4（Q中=4）。加权平均法就是把各方格点的高程分别乘上各点的权，求得总和后，再除以各点权数总和，此加权平均值即为项目区的设计高程（H）。照此方法计算，此典型地块的加权平均高程（H）为12.584米。H=［a角田角1+H角2+H角3+H角4）+a边（H边1+H边2+…+H边12）+a中（H中I+H中2+…+H中9）］/（4a角+12a边+9a中）二［1义（12.810+12.466+12.488+12.618）+2义（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义（12.684+12.614+12.594+12.612+12.481+12.488+12.400+12.481+12.534）］/（4X1+12X2+9X4）=12.570（米）计算斜平面上各方格点的设计高程和填挖数为排水需要，每块方田都平整为南高北低的斜平面，纵向坡降1/5000，横向水平。因方田形状规则，故其重心点必然在“土方工程设计图”中纵坐标为2的那条近东西向直线（0-2）上，因平整后东西向水平，此线上各点的高程均为12.570米。南北向两方格点间的设计高差为0.02米（100X1/5000）,以设计高程12.570米线为基准，各方格点的设计高程是向南递增0.02米，向北递减0.02米。各点设计高程的推算，均直接在略图上进行，设计读数写在各方格点的右下角。当各方格点的设计高程计算校核无误后，可按下式计算各点填挖数：填挖数=地面高程.设计高程式中：填挖数为“+”时，表示挖方；填挖数为“-”时，表示填方。各点的填挖数在略图上直接算出，写在各点设计高程下面。计算零点位置，画出填挖边界在方格的挖方点与填方点之间，必定有一个不挖不填的点，即填挖边界点（零点），把所有相临的零点连接起来，就是填挖边界线（零线）。零点和零线是计算土方量和施工的重要依据。计算零点位置的方法所依据的是相似三角形的比例关系（图1）。图1零点位置计算示意图因为xl/h1=l/（hl+h2）,所以Xl=l-hl/（hl+h2）式中：l 方格边长；hl、h2——方格两端的填挖数的绝对值；X1——零点①距填挖数为hl的方格点的距离。如在“土方工程设计图”中，0-3点与0-4点填挖数的绝对值分别为hl(0.130)和h2(0.084)，方格边长为Z(100)，0-3点至零点①的距离为xl，则：Xl=100X0.130/(0.130+0.084)=60.75米同理，求出各零点②，③，④，……⑦的位置，然后在图上连出零线，并在实地根据方格点找出相应的零点位置，用白灰撒出零线，作为施工时的填挖边界(图2)。4.6计算填挖土方量根据零线位置和各方格点处的填挖数，即可分别算出各方格中的填方量和挖方量。这样算法虽准确，但计算工作量大，本设计采用近似算法。在一个方格中不分别计算零线两侧的填方量和挖方量，而是

把方格四个格点填挖数的代数和乘以四分之一方格面积，作为该方格中应运进的填方量或要运出的挖方量。通过计算本方田的总填方量为5975.00立方米，总挖方量为5920.00立方米（图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计算填挖土方量根据零线位置和各方格点处的填挖数，即可分别算出各方格中的填方量和挖方量。这样算法虽准确，但