張 邁,林開宇,顏勝堯

(1.溫州市水利電力勘測設(shè)計院,浙江 溫州 325011;2.溫州市水利局,浙江 溫州 325000)

1 工程概況

溫州市甌飛圍墾區(qū)位于溫州東部沿海甌江河口和飛云江河口外的平直岸灘,跨溫州市龍灣區(qū)和瑞安市,東臨大海,西聯(lián)瑞安丁山、龍灣永興、海濱沿海圍墾區(qū),南順飛云江左岸至長拔山,北順甌江南口右岸。圍墾區(qū)北堤從甌江口南岸的海濱圍墾北堤東端開始,順岸線向東南延伸;南堤從飛云江北岸的丁山二期南堤東端開始,順岸線向東南延伸;東堤與龍灣二期東堤線平行布置(見圖1),其中一期圍墾規(guī)劃面積約 125 km2,二期圍墾總規(guī)劃面積約320 km2。

圍墾區(qū)開發(fā)利用近中期主要為農(nóng)業(yè)用地,遠期主要為建設(shè)用地。甌飛農(nóng)業(yè)圍墾區(qū)的建設(shè)為溫州市社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展提供土地資源儲備,確保農(nóng)業(yè)耕地占補平衡,保障糧食生產(chǎn)安全具有積極的現(xiàn)實意義。

圍墾區(qū)需分別針對農(nóng)業(yè)用地、建設(shè)用地的不同功能特點,分析其合適的地面高程。

圍墾區(qū)排澇規(guī)劃采用 “分區(qū)排澇、專水專排、綜合治理”的規(guī)劃原則,規(guī)劃的排澇工程措施采用“河道+湖泊+水閘+泵站”的排水格局[1],在分析規(guī)劃內(nèi)河水位的基礎(chǔ)上,結(jié)合圍墾區(qū)功能,分析探討甌飛圍墾區(qū)農(nóng)業(yè)用地、建設(shè)用地合適的地面高程。

圖1 甌飛圍墾區(qū)規(guī)劃平面示意圖

2 農(nóng)業(yè)用地地面高程的選擇

甌飛灘圍區(qū)將分期分階段實施,其中近中期土地主要作為農(nóng)業(yè)用地(主要為種植用地)。農(nóng)業(yè)用地的地面高程選擇,主要由以下2方面因素確定:農(nóng)業(yè)土壤耕種因素和農(nóng)業(yè)作物耐淹因素。

2.1 農(nóng)業(yè)土壤耕種因素

為滿足圍區(qū)正常的農(nóng)業(yè)土壤耕種要求,確保土壤表層不積水、積鹽的最小地面高程應(yīng)布置在地下水位加地下水臨界深度[2],其中臨界深度=土壤最大毛管上升高度+耕作層厚度。

(1)地下水位:對于甌飛大型圍墾區(qū),淡水以本區(qū)域天然降雨為主,無客水徑流,在沒有抽取地下水的情況下,其地下水位基本與農(nóng)業(yè)用地圍區(qū)內(nèi)河道正常蓄水位持平。由于龍灣站平均潮位為0.3 m,河道正常蓄水位不應(yīng)低于平均潮位,則河道正常蓄水位取0.3 m,相應(yīng)地下水位為0.3 m左右。

(2)臨界深度:臨界深度為土壤最大毛管上升高度加耕作層厚度。最大毛管上升高度可通過室內(nèi)模擬試驗或田間測定來確定,一般輕質(zhì)土壤最大毛管上升高度為1.3 m左右,透水性弱的黏土和透水性強的砂土最大毛管上升高度為0.5 m左右。由于甌飛灘圍區(qū)土壤以天然淤積的淤泥和吹填淤泥為主,透水性較弱,其最大毛管上升高度取0.5 m。

耕作層厚度與作物品種有關(guān),取0.5 m,則地下水臨界深度為1.0 m。

因此從農(nóng)業(yè)土壤耕種因素方面分析,農(nóng)業(yè)用地地面高程選擇為1.3 m較合適。考慮到圍區(qū)農(nóng)業(yè)作物品種一般選擇耐水、耐鹽堿地的作物,規(guī)劃的圍區(qū)農(nóng)業(yè)用地高程選擇不宜低于1.0 m。

2.2 農(nóng)業(yè)作物耐淹因素

為滿足圍區(qū)農(nóng)業(yè)作物正常成長發(fā)育,土壤耕種地面高程需滿足農(nóng)業(yè)作物淹沒水深和耐淹時間要求,其指標與耕種作物品種有關(guān),一般淹沒水深不超過0.3 m,且滿足10 a一遇三日暴雨四日排出的排澇標準,耐淹時間不超過24 h。

根據(jù)擬定的排澇工程規(guī)模,分析計算圍區(qū)各重現(xiàn)期的排澇最高淹沒水位及淹沒時間(見表1)。

計算表明:當圍區(qū)遭遇10 a一遇暴雨時,河道最高水位為0.89 m,當農(nóng)業(yè)用地的地面高程選擇1.0 m時,基本不產(chǎn)生澇水淹沒,能滿足農(nóng)業(yè)作物耐淹要求。

綜合上述農(nóng)業(yè)土壤耕種及農(nóng)作物耐淹2方面因素分析,圍區(qū)農(nóng)業(yè)用地高程選擇主要由滿足農(nóng)業(yè)土壤耕種要求確定,考慮圍區(qū)農(nóng)業(yè)種植品種選擇耐水、耐鹽堿地的作物,建議地面高程選擇1.0 m是合適的,不宜進一步降低。

表1 圍區(qū)各重現(xiàn)期暴雨排澇計算成果表

3 建設(shè)用地地面高程的選擇

甌飛圍墾區(qū)遠期主要用于建設(shè)用地,建設(shè)用地的地面高程選擇,主要由以下3方面因素確定:單位面積造地綜合成本因素、高潮位決堤風險因素、建基面和河道水位協(xié)調(diào)因素。

(1)單位面積造地綜合成本因素:選擇的建基面盡量使圍區(qū)的單位面積造地綜合成本較低;

(2)高潮位決堤風險因素:溫州龍灣潮位站100 a一遇潮位為5.65 m,建基面高程越低,決堤風險及損失越大;

(3)建基面和河道水位協(xié)調(diào)因素:在地面不受淹的前提下,保證圍區(qū)內(nèi)的河道航運、橋梁高程、排水管網(wǎng)坡度等和河道水位銜接協(xié)調(diào),同時還應(yīng)考慮與周邊現(xiàn)狀地形協(xié)調(diào)及習慣性等因素。

3.1 單位面積造地綜合成本因素

圍區(qū)建基面越高,圍墾造地工程(主要為海堤、吹填砂)的造價越高,但相應(yīng)配套的排澇工程 (主要為河道、湖泊、水閘、泵站)規(guī)模則越小、造價也越低;反之,圍區(qū)建基面越低,圍墾造地工程的造價越低,但相應(yīng)配套的排澇工程規(guī)模則越大、造價也越高。因此,選擇一個適中的建基面高程,盡量使圍區(qū)的單位面積造地綜合成本較經(jīng)濟是選擇圍區(qū)高程的關(guān)鍵。經(jīng)前期概念性規(guī)劃的計算分析表明,建基面高程選擇2.8 m左右較為合適(見表2)。

表2 不同建基面高程造地綜合成本比較表

分析表明:建基面高程降到2.8 m以下,圍區(qū)的單位面積造地綜合成本下降不再顯著,反而有增加的趨勢,其原因是地面高程降低到一定程度后,內(nèi)河水位相應(yīng)降低,迫使內(nèi)河水位和外海潮位之間的水位趨于接近,減少排澇流量,明顯降低了河道、水閘的排澇效果,其配套的排澇工程規(guī)模和投資相應(yīng)急劇增加。

因此,從圍區(qū)單位面積造地綜合成本因素方面考慮,建基面高程選擇在2.8 m左右較為經(jīng)濟。

3.2 高潮位決堤風險因素

海堤在設(shè)計標準下運行是安全的,但在理論上存在超標準潮水決堤的可能性。相對而言,圍區(qū)建基面高程越高,則決堤的風險越小,產(chǎn)生決堤的損失也越小。因此,圍區(qū)建基面高程不宜選擇過低,一般溫州市沿海地面高程不低于設(shè)計潮位3～4 m左右,圍墾區(qū)選擇太低的地面高程,存在很大的決堤風險。1994年溫州市遭受17號臺風正面襲擊,溫州沿海多處發(fā)生海堤決堤,其中龍灣永強片海堤幾乎全線潰堤,造成了巨大的生命財產(chǎn)損失,教訓十分深刻。

龍灣潮位站100 a一遇潮位為5.65 m,圍區(qū)建基面高程選擇為2.80 m,低于100 a一遇潮位達2.85 m,若海堤發(fā)生決堤,在海浪(浪高約2～5 m)作用下,潮水將高于圍墾區(qū)樓房的一層,決堤的風險非常大。

因此從高潮位決堤風險因素考慮,圍墾區(qū)地面高程應(yīng)選擇在2.8 m以上,不宜再進一步降低。

3.3 建基面與河道水位協(xié)調(diào)因素

地面高程宜與圍墾區(qū)內(nèi)河道水位相協(xié)調(diào),以發(fā)揮河道的排洪、蓄水、航運、水環(huán)境保護等功能,一般分析選擇次序為:河底高程—正常水位—最高水位—高差選擇—地面高程。

(1)河底高程。河底高程選擇與平均潮位等潮汐特性息息相關(guān)。溫州沿海平均潮位為0.3 m,在天然條件下,內(nèi)河河底高程最低為-1.0 m時基本達到?jīng)_淤平衡,河底高程過低則會回淤。

(2)正常水位。正常水位要確保河道正常的排洪、航運、生態(tài)、水環(huán)境保護等功能的發(fā)揮,主要由河道水深確定。Ⅶ級航道最小水深為1.5 m,考慮到河底局部淤積及河道兩側(cè)的斜坡,一般設(shè)計水深不宜低于2.0 m,選擇2.5～3.0 m較合適,否則會影響內(nèi)河航運及河道生態(tài)。甌飛圍墾區(qū)河道規(guī)劃的正常水位選擇為0.8 m,河底高程-1.0 m,河道水深為1.8 m,水深偏小,因此河道的正常水位選擇是稍偏低的,可適當提高。

(3)最高水位。內(nèi)河最高水位由排澇計算確定,主要取決于起調(diào)水位及排澇工程規(guī)模。按擬定的正常水位0.8 m及圍區(qū)排澇工程規(guī)模,計算分析求得50 a一遇內(nèi)河最高水位為2.0 m。

(4)高差選擇。高差是指地面高程與最高水位的差值,主要由防洪排澇地面安全超高、道路雨水管網(wǎng)坡降、跨河橋梁接坡等因素確定。

防洪排澇地面安全超高一般取0.5 m。

為保證內(nèi)河出現(xiàn)排澇最高水位時圍墾區(qū)雨水管網(wǎng)的正常排水,管道經(jīng)濟坡降一般為0.15%左右,經(jīng)濟排水長度為500～1 000 m,因此高差選擇0.75～1.00m較為合適,也大于排澇要求的安全超高(0.5m)。

因此,地面高程與內(nèi)河最高水位的高差選擇為0.8 m是合適的,若進一步縮小則會影響排水管網(wǎng)的經(jīng)濟性、橋梁接坡等。

因此從地面高程與河道水位協(xié)調(diào)方面考慮,河底高程選擇-1.0m,河道正常水位選擇0.8 m,50 a一遇內(nèi)河最高水位選擇2.0 m,地面高程選擇應(yīng)不低于2.8 m,不宜再進一步降低。

綜合上述單位面積造地成本、高潮位決堤風險、建基面與河道水位協(xié)調(diào)等因素分析,圍墾區(qū)地面高程選擇應(yīng)不低于2.8 m,并建議余留一定的地面超高0.5 m,建議地面高程選擇3.3 m左右為宜。

4 結(jié) 語

(1)甌飛圍墾區(qū)農(nóng)業(yè)用地的地面高程選擇主要由2方面因素確定:農(nóng)業(yè)土壤耕種因素、農(nóng)業(yè)作物耐淹因素。通過2方面因素的綜合分析探討,建議甌飛圍墾區(qū)的農(nóng)業(yè)用地的地面高程選擇1.0 m左右為宜。

(2)甌飛圍墾區(qū)建設(shè)用地的地面高程選擇主要由3方面因素確定:單位面積造地綜合成本因素、高潮位決堤風險因素、建基面與河道水位協(xié)調(diào)因素。通過3方面因素的綜合分析探討,認為圍墾區(qū)地面高程選擇應(yīng)不低于2.8 m,并建議余留一定的地面超高0.5 m,地面高程選擇3.3 m左右為宜。

[1]朱承中,吳以鰲.水利動能設(shè)計手冊(防洪分冊)[M].北京:水利電力出版社,1988.

[2]顏勝堯,張邁.溫州市甌飛圍墾防洪排澇概念性規(guī)劃 [R].溫州:溫州市水利電力勘測設(shè)計院,2011.