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        黃土丘陵溝壑區(qū)山頂?shù)谝粔K梯田土方量計(jì)算方法及應(yīng)用

        2011-04-23 10:27:34李生惠李凌鳳
        山西水利科技 2011年1期
        關(guān)鍵詞:挖方復(fù)式等高線

        李生惠 李凌鳳

        (1.山西省呂梁市水利局,呂梁033000;2.南開大學(xué),天津300071)

        黃土丘陵溝壑區(qū),地形破碎,大部分農(nóng)耕地分布在梁峁上。梯田常見的有水平梯田、復(fù)式梯田兩種形式,其土方量計(jì)算已各有定論。近年來,隨著機(jī)修梯田和機(jī)械耕作的發(fā)展,機(jī)修梯田的條寬要滿足機(jī)耕的要求,特別是山頂?shù)谝粔K梯田地要修成滿足人們意圖的寬度及面積,其土方量計(jì)算至今沒有較為成熟的方法。筆者結(jié)合柳林縣復(fù)興村的機(jī)修梯田規(guī)劃與設(shè)計(jì),提出山頂?shù)谝粔K梯田土方量計(jì)算方法。

        復(fù)興村機(jī)修梯田項(xiàng)目區(qū)位于柳林縣城東南43 km處,地貌類型為黃土丘陵溝壑區(qū)。該區(qū)溝壑密度為6.2 km/km2,黃土層較厚,結(jié)構(gòu)松散,在長期雨水徑流的沖刷作用下,形成了深80~150 m的侵蝕溝。項(xiàng)目區(qū)總面積402.5 hm2,規(guī)劃建設(shè)機(jī)修梯田145.0 hm2,分布在10個山頭,28個山梁上。能否準(zhǔn)確計(jì)算山頂?shù)谝粔K梯田地的工程量,直接影響整體工程投資。

        1 山頂?shù)谝粔K梯田地土方量計(jì)算方法

        以復(fù)興村第一個山頭第一塊梯田地為例,假定第一塊地現(xiàn)狀山體為圓臺型,其土方量計(jì)算步驟如下。

        第一步,量算第一塊地底部(平均填方處)的面積和周長。量算的第一塊地底部1 080 m高程處閉合等高線的面積為 14 300 m2,周長 419 m。

        第二步,量算第一塊地最頂部閉合等高線的面積。頂部等高線高程1 098 m,面積為1 269 m2。

        第三步,計(jì)算開挖處現(xiàn)狀山體的截面面積。先假設(shè)一個以第一塊梯田底部高程為起點(diǎn),到開挖處的高度,即第一塊梯田地的平均填方高度,用內(nèi)插法計(jì)算現(xiàn)狀山體截面面積。

        式中:F——開挖高程處的現(xiàn)狀山體截面面積,m2;

        S1——第一塊地底部閉合等高線的面積,m2;

        S2——第一塊地頂部閉合等高線的面積,m2;

        h1——第一塊地底部閉合等高線的高程,m;

        h2——第一塊地頂部閉合等高線高程,m;

        h——第一塊梯田的平均填方高度,m。

        設(shè)h=11.862 m

        將以上數(shù)據(jù)代入式(1)得:

        第四步,計(jì)算施工后可成地面積。根據(jù)前面假設(shè)的填方高度,用(2)式計(jì)算可成地面積。

        式中:S——可成地面積,m2;

        C——第一塊地底部的周長,m;

        β——軟埂坡度(°),一般 β=42°,為了計(jì)算簡便取

        β=45°,ctg45°=1

        S=14300-419×11.862×1=9326 m2

        第五步,求挖填平衡。根據(jù)假設(shè)平均填方高度,按(3)式計(jì)算挖方量,再按(4)式計(jì)算填方量,使挖方、填方值相近即可。

        挖方體積:

        W1=(5713+1269)×(1098-1080-11.862)/2=21426 m3

        填方體積:

        挖方量約等于填方量,說明假設(shè)正確。

        第六步,計(jì)算開挖高程。用(5)式計(jì)算。

        式中:H挖—開挖高程,m。

        H=1080+11.862=1091.862 m。

        把以上計(jì)算方法在電腦上編程,通過試算確定山頂?shù)谝粔K梯田的開挖高程、土方量及梯田面積(不包括地埂)。

        本辦法只適用于比例1/2000~1/500且等高距在2~1 m的地形圖。本次規(guī)劃設(shè)計(jì)的10個山頭第一塊梯田的土方量計(jì)算結(jié)果見表1。

        表1 復(fù)興村10個山頭第一塊梯田面積與工程量計(jì)算結(jié)果表

        2 山頂?shù)谝粔K梯田土方量計(jì)算法與復(fù)式梯田公式法比較

        1)定性分析。山頂?shù)谝粔K梯田與復(fù)式梯田的共同點(diǎn)是挖土部分為陡坡硬埂,填土部分地埂虛土堆筑,形成下陡上緩復(fù)式埂坎;不同點(diǎn)是復(fù)式梯田土方量計(jì)算公式是在平均地面坡度的情況下推導(dǎo)出來的公式,而山頂?shù)谝粔K梯田土方量計(jì)算方法是將現(xiàn)狀山體假定為圓臺形狀提出的計(jì)算方法,復(fù)式梯田公式用在山頂?shù)谝粔K梯田就少算了挖方高度中間的圓柱體土方。

        2)定量分析。山頂?shù)谝粔K梯田是復(fù)式梯田的一種特殊形式,復(fù)式梯田土方量按西北林學(xué)院崔云鵬編寫的《水土保持工程》教材,本文公式編號(6)計(jì)算,土方量計(jì)算結(jié)果見表2。

        式中:v——單位面積梯田的土方量,m3/hm2;

        H——地埂高度,m;

        α——地面坡度(°);

        θ——硬埂坡度(°),一般 θ=75°。

        表2 用復(fù)式梯田公式計(jì)算的10個山頭第一塊梯田工程量表

        從表2可以看出,梯田面積仍是12.18 hm2,按復(fù)式梯田公式計(jì)算的土方量19 976 m3,只占山頂?shù)谝粔K梯田計(jì)算法土方量205 792 m3的9.7%。通過比較土方量相差甚大,說明山頂?shù)谝粔K梯田土方量不能用復(fù)式梯田公式計(jì)算。

        3 山頂?shù)谝粔K梯田地的設(shè)計(jì)與施工結(jié)果比較

        檢驗(yàn)山頂?shù)谝粔K梯田土方量的計(jì)算方法是否合理,應(yīng)根據(jù)施工結(jié)果從梯田的面積、軟埂的坡長及工程量來檢驗(yàn)。開挖高度是按設(shè)計(jì)放線,所以設(shè)計(jì)挖深與施工值相符。

        從10個山頂?shù)谝粔K地的設(shè)計(jì)與施工結(jié)果看,設(shè)計(jì)梯田面積為12.18 hm2,實(shí)際梯田面積12.12 hm2,為設(shè)計(jì)梯田面積的99.5%;設(shè)計(jì)總坡長96.89 m,實(shí)際累計(jì)為102.55 m,為設(shè)計(jì)的105.8%;設(shè)計(jì)總工程量205 972 m3,實(shí)際完成206 068 m3,為設(shè)計(jì)工程量的100.0%。

        綜上所述,本文所介紹的黃土丘陵溝壑區(qū)山頂?shù)谝粔K梯田地土方量計(jì)算方法準(zhǔn)確可行,可在黃土高原類似地區(qū)推廣應(yīng)用。

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