CN115481944A - 一种工程弃渣位置确定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种工程弃渣位置确定方法，其包括以下步骤：S1、确定弃渣场初步边界；S2、沿弃渣场初步边界，提取原地形DEM记为DEM_1；S3、参考弃渣场边界地表高程，对渣场两侧原始高程模拟填平沟道，构建自渣场上方至下方均匀分布的模拟堆积坡面，沿模拟堆积坡面，提取模拟堆渣后地形DEM记为DEM_2；S4、使用栅格计算器工具，选择原始地形DEM_1和弃渣后的地形DEM_2，计算堆积前后的高程差异，并乘以栅格面积，形成堆积量分布图；S5、根据堆积量分布图结合等高线按1‑2倍弃渣量确定渣场范围，筛选出多个备选弃渣场；S6、从多个备选弃渣场中选取最优弃渣场。其能够定量的确定最优弃渣场所，避免变更带来的社会及经济损害，并且最大限度的保护环境。

Description

一种工程弃渣位置确定方法
技术领域
本发明涉及生产建设项目水土保持技术领域，具体涉及一种工程弃渣位置确定方法。
背景技术
随着城市化、工业化、现代化进程越来越快，资源开发和生产建设项目数量急剧增加，建设过程中每年产生近百亿吨弃土弃渣，尤其是线型工程因常穿越地貌复杂、线路隧道比例高、与周边项目建设时序难以对接等因素制约，较难实现土石方总体平衡。大量弃渣不仅造成水土资源破坏、影响生态环境，还易引发次生地质灾害，已成为我国现阶段水土流失的主要策源地之一；选择合适位置合理处置弃渣也成了生产建设项目水土保持工作的重点内容。
当前弃渣场的选址一般是通过现场调研结合规范及法律法规规定的内容、方法和标准下由设计单位进行选址的。但是，由于弃渣场选址涉及下游敏感点、征占地、容量、运距、水文地质、社会环境等诸多因素；对选址与设计原则把握不当，往往在施工阶段不得不进行变更，大量变更给业主、设计、施工等参建单位增加工作量且造成诸多不便，同时也给地方政府增加了很多额外工作，造成人力物力的浪费，甚至埋下安全隐患，对下游重要基础设施、居民点等造成重大危害。因此，弃渣场选址需要一种系统论证和比选流程方法才能确保选址最优，才能最大限度减少弃渣带来的环境影响。因此，急需新的可量化的弃渣场选址方法指导实际弃渣工程，以减小和控制弃渣场变更造成的安全和经济损失，并尽可能减少弃渣带来的环境影响。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的缺陷，本发明提供一种工程弃渣位置确定方法，能够确定最优弃渣场所，避免变更带来的社会及经济损害，并且最大限度的保护环境。
具体地，本发明提供一种工程弃渣位置确定方法，其包括以下步骤：
S1、根据可供筛选范围DEM数据，采用工具提取等高线，根据渣场选址地形最佳参数作为选址原则，初步确定堆渣坡脚位置，结合场地周边分水线以及占地要求确定弃渣场初步边界；
S2、沿弃渣场初步边界，使用工具提取原地形DEM记为DEM_1，栅格像元大小设置为2m，即每个像元长宽均为2m；
S3、参考弃渣场边界地表高程，对渣场两侧原始高程模拟填平沟道，构建自渣场上方至下方均匀分布的模拟堆积坡面，沿模拟堆积坡面，提取模拟堆渣后地形DEM记为DEM_2；
S4、使用栅格计算器工具，选择原始地形DEM_1和弃渣后的地形DEM_2，计算堆积前后的高程差异，并乘以栅格面积，形成堆积量分布图；
S5、根据堆积量分布图结合等高线按1-2倍弃渣量确定渣场范围，剔除容量不满足的渣场，筛选出多个备选弃渣场，其中，弃渣量根据公式(1)计算出渣工点弃方量：
根据公式(1)计算出渣工点弃方量：
Figure BDA0003932411040000021
其中，V为弃渣量，K1为渣场预留富裕系数，K2为剥离围岩及土的综合松散系数，K3为剥离围岩及土的综合松散系数，Vb为总剥离量；
S6、从多个备选弃渣场中选取最优弃渣场，具体包括以下子步骤：
S61、将备选弃渣场设置的占地类型、占地面积、下游居民点及重要公共设施、征地难易程度、上游汇水面积、运输经济及可达性、最大堆渣高度、所处沟道位置及水文特征和坡度共9个要素设为影响因子，根据公式(2)计算每一项影响因子的评分，根据公式(3)计算备选弃渣场的综合评分：
Xj＝Vj×Wj (2)
其中，Xj为第j项影响因子的评分值，Vj为第j个影响因子的评价值，Wj为第j个影响因子的权重；
Yi＝X1+X2+......+X9 (3)
其中，Yi为某一个备选弃渣场的综合评分，X1为第一个影响因子的评分值， X2为第二个影响因子的评分值，X9为第九个影响因子的评分值；
S62、对n个备选弃渣场的综合评分进行排序，以综合评分由高到低的方式构建矩阵A：
Figure 1
其中，Y1为综合评分最高的备选弃渣场，Yn为综合评分最低的备选弃渣场， n为备选弃渣场的数量；
S63、选取矩阵A中综合评分最高的备选弃渣场作为初步最优弃渣场，并对选定的初步最优弃渣场进行验证计算，如验证通过则确定该初步最优弃渣场作为最优弃渣场，如验证未通过则放弃该弃渣场，则选取综合评分后一名的备选弃渣场作为初步最优弃渣场并重复上述验证计算，选取验证通过的备选弃渣场作为最优弃渣场，验证计算包括以下子步骤：
S631、对9项影响因子的权重值进行排序，选取权重值大于权重阈值的a 项影响因子作为重要影响因子；
S632、根据公式(4)分别计算多个备选弃渣场的每一项重要影响因子评分值的平均值
Figure BDA0003932411040000031
Figure BDA0003932411040000032
其中，
Figure BDA0003932411040000033
为多个备选弃渣场的某一项重要影响因子评分值的平均值，Z1为第一个备选弃渣场的该项重要影响因子评分值，Zn为第n个备选弃渣场的该项重要影响因子评分值；
S633、将初步最优弃渣场的该项重要影响因子评分值与多个备选弃渣场的该项重要影响因子评分值的平均值做差，当差额小于设定的差额阈值时，判定验证未通过。
优选地，步骤S61中利用层次分析法对各影响因子赋权重，利用三级制赋值法对各影响因子进行评分，每一个影响因子的评分值为1或2或3。
优选地，步骤S1中采用ArcGIS中3D Analyst工具提取等高线，地形最佳参数为肚大口小。
优选地，步骤S2和步骤S3中，利用Spatial Analyst Tools工具提取原地形DEM。
优选地，步骤S2和步骤S3中栅格像元大小设置为2m，即每个像元长宽均为2m。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提供一种工程弃渣位置确定方法，能够定量的确定最优弃渣场所，该弃渣场所在多个地方均是最优的，避免变更带来的社会及经济损害，并且最大限度的保护环境。
(2)本发明在对弃渣场所进行评价时，选取了占地类型、占地面积、下游居民点及重要公共设施、征地难易程度、上游汇水面积、运输经济及可达性、最大堆渣高度、所处沟道位置及水文特征和坡度共9个要素，科学的评价了经济、环境、地形等因素，保证选取结果的合理性。
(3)本发明借助GIS手段初步确定优选位置，有助于快速确定弃渣场选址，从而促进工程进度，保证工程顺利实施。
附图说明
图1为本发明的流程示意图；
图2为本发明具体实施例的流程示意图；
图3a-图3c分别为本发明实施例中初筛渣场的堆积量图，其中图3a为A 渣场堆积量图，图3b为B渣场堆积量图，图3c为C渣场堆积量图；
图4a-图4b为本发明实施例中A渣场典型沟道横-纵断面分析示意图，其中图4a为渣场所在沟道断面图(U型)，图4b为渣场所在沟道纵断面图(参考竖线为渣场上边界)；
图5a-图5b为本发明实施例中B渣场典型沟道横-纵断面分析示意图，其中图5a为渣场所在沟道断面图(V型)，图5b为渣场所在沟道纵断面图(参考竖线为渣场上边界)；
图6a-图6b为本发明实施例中C渣场典型沟道横-纵断面分析示意图，其中图6a为渣场所在沟道断面图(U型)，图6b为渣场所在沟道纵断面图(参考竖线为渣场上边界)；
图7为本发明实施例中各因子得分情况表柱状示意图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
具体地，本发明提供一种工程弃渣位置确定方法，如图1所示，其包括以下步骤：
S1、根据可供筛选范围DEM数据，采用工具提取等高线，根据渣场选址地形最佳参数作为选址原则，初步确定堆渣坡脚位置，结合场地周边分水线以及占地要求确定弃渣场初步边界。
S2、沿弃渣场初步边界，使用工具提取原地形DEM记为DEM_1，栅格像元大小设置为2m，即每个像元长宽均为2m。
S3、参考弃渣场边界地表高程，对渣场两侧原始高程模拟填平沟道，构建自渣场上方至下方均匀分布的模拟堆积坡面，沿模拟堆积坡面，提取模拟堆渣后地形DEM记为DEM_2。
S4、使用栅格计算器工具，选择原始地形DEM_1和弃渣后的地形DEM_2，计算堆积前后的高程差异，并乘以栅格面积，形成堆积量分布图。
S5、根据堆积量分布图结合等高线按1-2倍弃渣量确定渣场范围，剔除容量不满足的渣场，筛选出多个备选弃渣场，其中，弃渣量根据公式(1)计算出渣工点弃方量：
根据公式(1)计算出渣工点弃方量：
Figure BDA0003932411040000061
其中，V为弃渣量，K1为渣场预留富裕系数，K2为剥离围岩及土的综合松散系数，K3为剥离围岩及土的综合松散系数，Vb为总剥离量。
S6、从多个备选弃渣场中选取最优弃渣场，具体包括以下子步骤：
S61、将备选弃渣场设置的占地类型、占地面积、下游居民点及重要公共设施、征地难易程度、上游汇水面积、运输经济及可达性、最大堆渣高度、所处沟道位置及水文特征以及坡度共9个要素设为影响因子，根据公式(2)计算每一项影响因子的评分，根据公式(3)计算备选弃渣场的综合评分：
Xj＝Vj×Wj (2)
其中，Xj为第j项影响因子的评分值，Vj为第j个影响因子的评价值，Wj为第j个影响因子的权重；
Yi＝X1+X2+......+X9 (3)
其中，Yi为某一个备选弃渣场的综合评分，X1为第一个影响因子的评分值， X2为第二个影响因子的评分值，X9为第九个影响因子的评分值；
S62、对n个备选弃渣场的综合评分进行排序，以综合评分由高到低的方式构建矩阵A：
Figure 1
其中，Y1为综合评分最高的备选弃渣场，Yn为综合评分最低的备选弃渣场， n为备选弃渣场的数量。
S63、选取矩阵A中综合评分最高的备选弃渣场作为初步最优弃渣场，并对选定的初步最优弃渣场进行验证计算，如验证通过则确定该初步最优弃渣场作为最优弃渣场，如验证未通过则放弃该弃渣场，则选取综合评分后一名的备选弃渣场作为初步最优弃渣场并重复上述验证计算，选取验证通过的备选弃渣场作为最优弃渣场，验证计算包括以下子步骤：
S631、对9项影响因子的权重值进行排序，选取权重值大于权重阈值的a 项影响因子作为重要影响因子。
S632、根据公式(4)分别计算多个备选弃渣场的每一项重要影响因子评分值的平均值
Figure BDA0003932411040000071
Figure BDA0003932411040000072
其中，
Figure BDA0003932411040000073
为多个备选弃渣场的某一项重要影响因子评分值的平均值，Z1为第一个备选弃渣场的该项重要影响因子评分值，Zn为第n个备选弃渣场的该项重要影响因子评分值。
S633、将初步最优弃渣场的该项重要影响因子评分值与多个备选弃渣场的该项重要影响因子评分值的平均值做差，当差额小于设定的差额阈值时，判定验证未通过。
优选地，步骤S61中利用层次分析法对各影响因子赋权重，利用三级制赋值法对各影响因子进行评分，每一个影响因子的评分值为1或2或3。
优选地，步骤S1中采用ArcGIS中3D Analyst工具提取等高线，地形最佳参数为肚大口小。
优选地，步骤S2和步骤S3中，利用Spatial Analyst Tools工具提取原地形DEM。
具体实施例
如图2所示，本实施例提供一种弃渣场的选取方法，其包括以下步骤：
S1、根据可供筛选范围DEM数据，采用ArcGIS中3D Analyst工具提取等高线，根据渣场选址“肚大口小”地形最佳原则，然后通过人机交互解译，初步确定堆渣坡脚位置，结合场地周边分水线、占地要求确定弃渣场初步边界。
S2、沿弃渣场初步边界，使用Spatial Analyst Tools工具提取原地形DEM 记为DEM_1，Cell Size(栅格像元大小)设置为2m，即每个像元长宽均为2m，计算精度4m2。
S3、参考弃渣场边界地表高程，对渣场两侧原始高程模拟填平沟道，构建自渣场上方至下方均匀分布的模拟堆积坡面；重复步骤一，提取模拟堆渣后地形DEM记为DEM_2。
S4、使用栅格计算器工具，选择原始地形DEM_1和弃渣后的地形DEM_2，计算堆积前后的高程差异，并乘以栅格面积，形成堆积量分布图。
S5、利用公式1计算弃渣量，根据堆积量分布图结合等高线按1.5倍弃渣量(考虑后期放坡空间要求)确定渣场范围，剔除容量不满足的渣场，最终筛选出3处符合比选要求弃渣场，分别命名为渣场A渣场、B渣场、C渣场(见图3a-图3c)。根据3处待比选渣场范围和已有等高线确定其堆渣高程(见表1)。
表1弃渣场初步筛选结果
渣场名称 面积(hm2) 坡脚高程(m) 最大高程(m)
A渣场 6.51 1349.50 1401.80
B渣场 14.40 1329.70 1383.40
C渣场 4.40 1380.70 1418.60
步骤五：
一、影响因子赋值方法
(1)占地面积
占地面积是生产建设项目水土保持的重要关注指标。A(6.51hm2)、B (14.40hm2)、C(4.40hm2)三个渣场占地面积大小关系为B＞A＞C，相应将A、B、C渣场分别设为II级、Ⅰ级、Ⅲ级等三个级别。
(2)占地类型
通过调查备选渣场占地，A渣场属于天然牧草地、B渣场占地为其他草地 (郁闭度<0.1)，C渣场为裸土地，基于占地要求，将A、B、C渣场分别设为Ⅰ级、II级、Ⅲ级等三个级别。
(3)下游居民点及重要公共设施
根据水土保持行业要求，通过遥感影像调查三个备选渣场下游1km居民点及重要公共设施分布情：A渣场下游800m有在运行大型焦化厂，为常有人基础设施；B渣场下游750m有在运行矿企，为常有人基础设施；C渣场下游 800m为光伏板阵列区，极少有人在场。根据调查认为三个渣场对下游安全影响程度大小为B＞A＞C，相应的优劣等级设定B渣场为II级，A渣场为II级、 C渣场为Ⅲ级。
(4)征地难易程度
经过对备选渣场征地情况寻访调查：A、B渣场为当地集体土地，涉及自留牧草地、放牧设施、坟墓等地表附着物，整体征地困难，且A渣场占地面积大于B渣场，因此A渣场设为Ⅰ级，B渣场设为II级。C渣场为当地国有土地，政府有支持征地意愿，征地相对容易，因此C渣场设为Ⅲ级。
(5)上游汇水面积
通过统计A、B、C三个渣场上游汇水面积分别为0.64km2、0.67km2、 0.47km2；根据汇水面积大小分别赋值结果为A渣场为II级，B渣场为Ⅰ级， C渣场为Ⅲ级。
(6)运输经济及可达性
利用GIS软件，根据有现有道路时利用现有道路走线，没有道路部分取直线原则，在遥感影像上勾选出渣工点至备选渣场路线，设置测量高度距地表为0m得出两点间路程长度；通过此地表走线长度对比运距。经统计，弃渣场 A、B、C的地表距离分别为4.89km、4.16km、1.45km；结合线路长度及现场调查跨越无桥沟道总宽度综合分析，确定相应的优劣等级为A渣场为Ⅰ级，B 渣场为II级、C渣场为级Ⅲ。
表2运输经济及可达性
Figure BDA0003932411040000101
(7)最大堆渣高度
根据不同地形最终形成的堆渣高度是选址的重要参考因素。确定A、B、 C三个渣场堆高分别为52.25m、53.74m、46.62m，相应优劣等级分别为A渣场为II级，B渣场为Ⅰ级，C渣场为Ⅲ级。
(8)渣场所处沟道位置及水文特征
三个备选渣场位置，均位于山前自然沟道中，上游有一定汇水面积，沟道季节性有水，雨季会根据冲沟大小及所处冲沟位置受到不同程度冲刷。渣场沟道断面形态代表沟谷不同发展阶段，其对渣体冲刷强度呈现“V型”＞“下切 U型”＞“宽U型”＞“复式断面”的关系。在初步选定堆渣边界基础上，对三个渣场所在沟道进行典型横、纵剖面分析(如图4a至图6b所示)，其中 A、B渣场均位于冲沟中下游受到冲击较大，C渣场位于冲沟上游受冲击较小； B渣场沟道断面近似“V型”，A、C渣场为近似宽U型”。综合渣场所在断面和所处沟道纵向位置，可得出A、B、C三个渣场所受冲击影响大小为B＞A ＞C；进一步确定三个渣场选址优劣级别为A渣场为II级，B渣场为Ⅰ级，C 渣场为Ⅲ级。
(9)沟道坡度
沟底坡度是影响渣体稳定性的主要因素，沟道原始自然斜坡的起伏形态对渣体边坡的稳定性演化起着关键性的控制作用，所选址沟道的底坡坡度是影响堆渣稳定性的重要因素。根据已有堆渣上下边界高程，计算A、B、C三个渣场坡脚至渣顶进行沟底坡度为7.55‰、6.87‰、10.87‰，依次确定其优劣等级为II级、Ⅲ级、Ⅰ级。
二、比选结果分析
图7为得分示意图，根据各影响因子得分结果可以看出，在影响弃渣场选址重要程度上，下游居民点及重要公共设施、征地难易程度、运输经济及可达性、上游汇水面积是主要影响因子。根据各渣场综合得分，得出A、B、C三个渣场位置优先顺序是C＞B＞A。C渣场除了坡度因子出现过最末排序外，未出现其他明显影响渣场选址因子；坡度因子可以通过合理规划堆置方案及实施有效防护措施进行弱化，并且验证平均值后，C渣场是符合要求的，因此，在经济合理范围内C渣场是最佳选择，确定为最终弃渣场位置。
表3综合得分表
Figure BDA0003932411040000111
以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种工程弃渣位置确定方法，其特征在于：其包括以下步骤：
S1、根据可供筛选范围DEM数据，采用工具提取等高线，根据渣场选址地形最佳参数作为选址原则，初步确定堆渣坡脚位置，结合场地周边分水线以及占地要求确定弃渣场初步边界；
S2、沿弃渣场初步边界，使用工具提取原地形DEM记为DEM_1；
S3、参考弃渣场边界地表高程，对渣场两侧原始高程模拟填平沟道，构建自渣场上方至下方均匀分布的模拟堆积坡面，沿模拟堆积坡面，提取模拟堆渣后地形DEM记为DEM_2；
S4、使用栅格计算器工具，选择原始地形DEM_1和弃渣后的地形DEM_2，计算堆积前后的高程差异，并乘以栅格面积，形成堆积量分布图；
S5、根据堆积量分布图结合等高线按1-2倍弃渣量确定渣场范围，剔除容量不满足的渣场，筛选出多个备选弃渣场，其中，弃渣量根据公式(1)计算出渣工点弃方量：
根据公式(1)计算出渣工点弃方量：
Figure FDA0003932411030000011
其中，V为弃渣量，K1为渣场预留富裕系数，K2为剥离围岩及土的综合松散系数，K3为剥离围岩及土的综合松散系数，Vb为总剥离量；
S6、从多个备选弃渣场中选取最优弃渣场，具体包括以下子步骤：
S61、将备选弃渣场设置的占地类型、占地面积、下游居民点及重要公共设施、征地难易程度、上游汇水面积、运输经济及可达性、最大堆渣高度、所处沟道位置及水文特征和坡度共9个要素设为影响因子，根据公式(2)计算每一项影响因子的评分，根据公式(3)计算备选弃渣场的综合评分：
Xj＝Vj×Wj (2)
其中，Xj为第j项影响因子的评分值，Vj为第j个影响因子的评价值，Wj为第j个影响因子的权重；
Yi＝X1+X2+......+X9 (3)
其中，Yi为某一个备选弃渣场的综合评分，X1为第一个影响因子的评分值，X2为第二个影响因子的评分值，X9为第九个影响因子的评分值；
S62、对n个备选弃渣场的综合评分进行排序，以综合评分由高到低的方式构建矩阵A：
Figure FDA0003932411030000024
其中，Y1为综合评分最高的备选弃渣场，Yn为综合评分最低的备选弃渣场，n为备选弃渣场的数量；
S63、选取矩阵A中综合评分最高的备选弃渣场作为初步最优弃渣场，并对选定的初步最优弃渣场进行验证计算，如验证通过则确定该初步最优弃渣场作为最优弃渣场，如验证未通过则放弃该弃渣场，则选取综合评分后一名的备选弃渣场作为初步最优弃渣场并重复上述验证计算，选取验证通过的备选弃渣场作为最优弃渣场，验证计算包括以下子步骤：
S631、对9项影响因子的权重值进行排序，选取权重值大于权重阈值的a项影响因子作为重要影响因子；
S632、根据公式(4)分别计算多个备选弃渣场的每一项重要影响因子评分值的平均值
Figure FDA0003932411030000021
Figure FDA0003932411030000022
其中，
Figure FDA0003932411030000023
为多个备选弃渣场的某一项重要影响因子评分值的平均值，Z1为第一个备选弃渣场的该项重要影响因子评分值，Zn为第n个备选弃渣场的该项重要影响因子评分值；
S633、将初步最优弃渣场的该项重要影响因子评分值与多个备选弃渣场的该项重要影响因子评分值的平均值做差，当差额小于设定的差额阈值时，判定验证未通过。
2.根据权利要求1所述的工程弃渣位置确定方法，其特征在于：步骤S61中利用层次分析法对各影响因子赋权重，利用三级制赋值法对各影响因子进行评分，每一个影响因子的评分值为1或2或3。
3.根据权利要求1所述的工程弃渣位置确定方法，其特征在于：步骤S1中采用ArcGIS中3D Analyst工具提取等高线，地形最佳参数为肚大口小。
4.根据权利要求1所述的工程弃渣位置确定方法，其特征在于：步骤S2和步骤S3中，利用Spatial Analyst Tools工具提取原地形DEM。
5.根据权利要求1所述的工程弃渣位置确定方法，其特征在于：步骤S2和步骤S3中栅格像元大小设置为2m，即每个像元长宽均为2m。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117521429A (zh) * 2024-01-08 2024-02-06 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 弃渣场的三维模型设计方法、装置及电子设备

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CN117521429A (zh) * 2024-01-08 2024-02-06 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 弃渣场的三维模型设计方法、装置及电子设备

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