监测技术
关于水土保持监测中测钎应用的思考
李 俊 李海林 李 健
(中国水电顾问集团华东勘测设计研究院,浙江杭州310014)
中图分类号:S157.2 文献标志码:B 文章编号:1673-5366(2009)01-0021-02
摘要:简易观测场坡面布设测钎观测土壤侵蚀量,在水土保持监测中已有广泛应用,总体上比较适合于以水蚀为主的土壤侵蚀观测。现阶段水土保持监测方法中,简易水土流失观测场测钎的布设、尺寸选择以及数据采集方法的欠合理,存在测量精度低、外业工作量大等缺陷,并且在读数过程中易遭到干扰。针对上述问题,对现有测钎应用中存在的不足提出了解决方案。
关键词:水土流失;监测;测钎;测量精度
人员不同时间的观测位置不同,在对测钎出露长度
量测时,选择的测钎与地面接触部位可能不同,因而可能对观测数据的精度造成影响。下面以不同观测者对同一测钎进行读数的情况为例进行说明,具体参数如图1
所示。
1 应用测钎观测存在问题分析
简易水土流失观测场是开发建设项目水土保持
[1]
监测地面观测方法中的一种,在此方法中,通过布设测钎来测量土壤侵蚀量。在水土保持监测中,
[2]
该方法已有广泛应用。
从应用的实践成果分析,此方法存有测量精度不够高、径流无法计测、控制点易遭到破坏、外业工
[2]
作量过大等缺陷。笔者结合工作中的实际应用情况,对简易水土流失观测场测钎应用遇到的问题及其解决方法进行研讨。
1.1 布设测钎间距问题,测钎坡面人为扰动频繁
测钎布设通常根据坡面面积,按一定距离分上中下、左中右纵横各3排,共9根布设。在对测钎布设间距选择时,往往忽略在测钎布设间距过大时可能诱发观测人员对测钎的扰动这一不良因素。当布设测钎距离大于观测人员臂展时,由于观测人员对于中间一列测钎的观测受臂展长度限制,无法触及,所以必须进入测钎阵列中读取。当读取次数较为频繁时,阵列之间的坡面通常会受观测人员踩踏影响,形成网格状的道路,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侵蚀情况,影响测钎对坡面侵蚀做出真实反映;同时,观测人员在坡面观测时,多会发生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。
1.2 测钎尺寸选择及观测数据的精度
由于不同的观测人员观测位置不同、同一观测
图1 测钎误差示意图
当测钎直径为5mm时,假设坡面与测钎接触面坡度与整个坡面的坡度一致均为A,测钎直径为
D,观测人员A从坡面正上方向正下方观测时,测钎顶部至测钎底部读数为A,当观测人员B从坡面正下方向正上方观测时,测钎顶部至测钎底部读数为B,两者读数差C=B-A=D@tanA,即在坡度一定的情况下,测钎直径与可能造成的误差呈线性关系。当测钎直径为5mm、坡度为30b时,测钎读数差C为0.84mm,若坡面真实的土壤侵蚀强度为微度,则实测土壤平均流失厚度可能使坡面土壤侵蚀强度从
[3]
微度误判为轻度;当测钎直径为1.0cm时,测钎读数差C为1.68mm,若坡面真实的土壤侵蚀强度为轻度,则实测土壤平均流失厚度可能使坡面土壤侵蚀强度从轻度误判为中度或强度,观测结果精度降低,可信度严重失真。
1.3 数据读取的便捷性及监测工作量问题
测钎数据读取时,在满足读数尽量准确、观测人员活动对坡面下方任何一根测钎均不造成堆积影响的条件下,在25b坡面对9根测钎全部量测完成并记录数据,需要20~25min,当天气条件较为恶劣或
者坡面更陡时,监测人员数据读数时间会延长,监测人员工作量大。
[4-5]
1.4 测钎根基面影响测量精度问题
坡面侵蚀情况,通过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求得。实际情况中,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。而且测钎尺寸越粗,打设测钎时对周边土壤的挤压越严重,形成的凹坑越大,对周边土壤2.3 改变测钎读数方法,提高量测精度
常规量测方法存在监测人员对测钎读数时,对测钎出露长度读数工作量大,以及测量工具常常无法触及测钎底部,致使读数困难等问题,为了避免此类问题发生,可紧贴测钎竖立直尺,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,此方法由于能够在基本不扰动测钎底部的情况下,对测钎出露部分全部测量。根据照片内直尺长度与真实长度比例,计算照片内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。
另当获取测钎观测数据时,由于测钎根部的凹形面,用一般的长度测量工具(如卷尺)无法接触到测钎底部,如强行将测钎周围土体挖开,使测量工具能够与测钎底部接触,则可能对测钎造成人为干扰。
2 解决方法
2.1 合理选择测钎布设间距
在观测人员读数时,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造成对测钎周围地面扰动,以及由此对坡面下方测钎淤积影响,根据工作中实测情况,作者认为可通过控制测钎布设间距解决。测钎间距选择时,布设间距选择的原则,应当以测钎读数时,观测人员尽量不进入测钎阵列中为宜,测钎间距应与成人上肢长(上肢长=前臂长+上臂长+手长)相接近,使单侧上肢伸展后即可触及测钎并完成读数,按照5中国成年人人体尺寸6成年男性上肢伸展后距离在0.73m左右,同时弯腰时可增加手臂触探距离,综合考虑测钎布设间隔以1m为宜,在此情况下,观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,避免了对坡面下方测钎及测钎阵列内部地面的干扰。
2.2 合理选择测钎直径,统一读数位置
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,测钎直径与由此可能造成的误差成线性关系,测钎直径选择时,在满足测钎打入坡面的所需强度的条件下,尽可能选择直径较小的钢钎,同时,延钢钎轴向方向,对钢钎进行刻丝标记,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。
测钎出露长度对应的真实长度。经实测,在数码照相机操作熟练的情况下,使用本办法可在5min完成9根测钎读数工作,相对于原有办法消耗的20~25min,可以大大减少监测人员的外业工作量,同时可以解决测量工具无法到达测钎根部的问题,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。
3 结 论
简易观测场坡面布设测钎来观测土壤侵蚀量,在水保监测中已有广泛应用,总体上比较适合于以水蚀为主的土壤侵蚀观测。针对现阶段该方法应用中存在的测量精度不够高、测钎在读数时易遭到扰动、监测人员工作量大等不足,不利于现场水土保持监测工作的开展,通过合理选择测钎尺寸、统一测钎量测部位、选择合适的布设间距、改进测钎读数方式等方法,可以减少水土保持监测人员外业工作量,提高观测精度,进一步推动此方法的应用。
[参考文献]
[1]中华人民共和国水利行业标准,水土保持监测技术规程
[S].2002,10:32-33.[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]中华人民共和国行业标准.土壤侵蚀分类分级标准[S].1997,5:9.
[4]张淑琴.野外监测桩施力分析及性能测试[J].水土保持
应用技术,2007(4):14-16.
[5]徐祝.固定观测桩起拔器的研发[J].水土保持科技情
报,2004(6):16-17.收稿日期:2008-10-17
作者简介:李 俊(1981-),男,山西人,硕士,助理工程师,工作于中国水电顾问集团华东勘测设计研究院,从事水土保持监测工作。
(责任编辑 郑 娟 责任校对 关 月)
监测技术
关于水土保持监测中测钎应用的思考
李 俊 李海林 李 健
(中国水电顾问集团华东勘测设计研究院,浙江杭州310014)
中图分类号:S157.2 文献标志码:B 文章编号:1673-5366(2009)01-0021-02
摘要:简易观测场坡面布设测钎观测土壤侵蚀量,在水土保持监测中已有广泛应用,总体上比较适合于以水蚀为主的土壤侵蚀观测。现阶段水土保持监测方法中,简易水土流失观测场测钎的布设、尺寸选择以及数据采集方法的欠合理,存在测量精度低、外业工作量大等缺陷,并且在读数过程中易遭到干扰。针对上述问题,对现有测钎应用中存在的不足提出了解决方案。
关键词:水土流失;监测;测钎;测量精度
人员不同时间的观测位置不同,在对测钎出露长度
量测时,选择的测钎与地面接触部位可能不同,因而可能对观测数据的精度造成影响。下面以不同观测者对同一测钎进行读数的情况为例进行说明,具体参数如图1
所示。
1 应用测钎观测存在问题分析
简易水土流失观测场是开发建设项目水土保持
[1]
监测地面观测方法中的一种,在此方法中,通过布设测钎来测量土壤侵蚀量。在水土保持监测中,
[2]
该方法已有广泛应用。
从应用的实践成果分析,此方法存有测量精度不够高、径流无法计测、控制点易遭到破坏、外业工
[2]
作量过大等缺陷。笔者结合工作中的实际应用情况,对简易水土流失观测场测钎应用遇到的问题及其解决方法进行研讨。
1.1 布设测钎间距问题,测钎坡面人为扰动频繁
测钎布设通常根据坡面面积,按一定距离分上中下、左中右纵横各3排,共9根布设。在对测钎布设间距选择时,往往忽略在测钎布设间距过大时可能诱发观测人员对测钎的扰动这一不良因素。当布设测钎距离大于观测人员臂展时,由于观测人员对于中间一列测钎的观测受臂展长度限制,无法触及,所以必须进入测钎阵列中读取。当读取次数较为频繁时,阵列之间的坡面通常会受观测人员踩踏影响,形成网格状的道路,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侵蚀情况,影响测钎对坡面侵蚀做出真实反映;同时,观测人员在坡面观测时,多会发生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。
1.2 测钎尺寸选择及观测数据的精度
由于不同的观测人员观测位置不同、同一观测
图1 测钎误差示意图
当测钎直径为5mm时,假设坡面与测钎接触面坡度与整个坡面的坡度一致均为A,测钎直径为
D,观测人员A从坡面正上方向正下方观测时,测钎顶部至测钎底部读数为A,当观测人员B从坡面正下方向正上方观测时,测钎顶部至测钎底部读数为B,两者读数差C=B-A=D@tanA,即在坡度一定的情况下,测钎直径与可能造成的误差呈线性关系。当测钎直径为5mm、坡度为30b时,测钎读数差C为0.84mm,若坡面真实的土壤侵蚀强度为微度,则实测土壤平均流失厚度可能使坡面土壤侵蚀强度从
[3]
微度误判为轻度;当测钎直径为1.0cm时,测钎读数差C为1.68mm,若坡面真实的土壤侵蚀强度为轻度,则实测土壤平均流失厚度可能使坡面土壤侵蚀强度从轻度误判为中度或强度,观测结果精度降低,可信度严重失真。
1.3 数据读取的便捷性及监测工作量问题
测钎数据读取时,在满足读数尽量准确、观测人员活动对坡面下方任何一根测钎均不造成堆积影响的条件下,在25b坡面对9根测钎全部量测完成并记录数据,需要20~25min,当天气条件较为恶劣或
者坡面更陡时,监测人员数据读数时间会延长,监测人员工作量大。
[4-5]
1.4 测钎根基面影响测量精度问题
坡面侵蚀情况,通过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求得。实际情况中,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。而且测钎尺寸越粗,打设测钎时对周边土壤的挤压越严重,形成的凹坑越大,对周边土壤2.3 改变测钎读数方法,提高量测精度
常规量测方法存在监测人员对测钎读数时,对测钎出露长度读数工作量大,以及测量工具常常无法触及测钎底部,致使读数困难等问题,为了避免此类问题发生,可紧贴测钎竖立直尺,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,此方法由于能够在基本不扰动测钎底部的情况下,对测钎出露部分全部测量。根据照片内直尺长度与真实长度比例,计算照片内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。
另当获取测钎观测数据时,由于测钎根部的凹形面,用一般的长度测量工具(如卷尺)无法接触到测钎底部,如强行将测钎周围土体挖开,使测量工具能够与测钎底部接触,则可能对测钎造成人为干扰。
2 解决方法
2.1 合理选择测钎布设间距
在观测人员读数时,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造成对测钎周围地面扰动,以及由此对坡面下方测钎淤积影响,根据工作中实测情况,作者认为可通过控制测钎布设间距解决。测钎间距选择时,布设间距选择的原则,应当以测钎读数时,观测人员尽量不进入测钎阵列中为宜,测钎间距应与成人上肢长(上肢长=前臂长+上臂长+手长)相接近,使单侧上肢伸展后即可触及测钎并完成读数,按照5中国成年人人体尺寸6成年男性上肢伸展后距离在0.73m左右,同时弯腰时可增加手臂触探距离,综合考虑测钎布设间隔以1m为宜,在此情况下,观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,避免了对坡面下方测钎及测钎阵列内部地面的干扰。
2.2 合理选择测钎直径,统一读数位置
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,测钎直径与由此可能造成的误差成线性关系,测钎直径选择时,在满足测钎打入坡面的所需强度的条件下,尽可能选择直径较小的钢钎,同时,延钢钎轴向方向,对钢钎进行刻丝标记,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。
测钎出露长度对应的真实长度。经实测,在数码照相机操作熟练的情况下,使用本办法可在5min完成9根测钎读数工作,相对于原有办法消耗的20~25min,可以大大减少监测人员的外业工作量,同时可以解决测量工具无法到达测钎根部的问题,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。
3 结 论
简易观测场坡面布设测钎来观测土壤侵蚀量,在水保监测中已有广泛应用,总体上比较适合于以水蚀为主的土壤侵蚀观测。针对现阶段该方法应用中存在的测量精度不够高、测钎在读数时易遭到扰动、监测人员工作量大等不足,不利于现场水土保持监测工作的开展,通过合理选择测钎尺寸、统一测钎量测部位、选择合适的布设间距、改进测钎读数方式等方法,可以减少水土保持监测人员外业工作量,提高观测精度,进一步推动此方法的应用。
[参考文献]
[1]中华人民共和国水利行业标准,水土保持监测技术规程
[S].2002,10:32-33.[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]中华人民共和国行业标准.土壤侵蚀分类分级标准[S].1997,5:9.
[4]张淑琴.野外监测桩施力分析及性能测试[J].水土保持
应用技术,2007(4):14-16.
[5]徐祝.固定观测桩起拔器的研发[J].水土保持科技情
报,2004(6):16-17.收稿日期:2008-10-17
作者简介:李 俊(1981-),男,山西人,硕士,助理工程师,工作于中国水电顾问集团华东勘测设计研究院,从事水土保持监测工作。
(责任编辑 郑 娟 责任校对 关 月)