溫州市甌飛圍墾區地面高程選擇探討

張 邁,林開宇,顏勝堯

(1.溫州市水利電力勘測設計院,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,跨溫州市龍灣區和瑞安市,東臨大海,西聯瑞安丁山、龍灣永興、海濱沿海圍墾區,南順飛云江左岸至長拔山,北順甌江南口右岸。圍墾區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),其中一期圍墾規劃面積約 125 km2,二期圍墾總規劃面積約320 km2。

圍墾區開發利用近中期主要為農業用地,遠期主要為建設用地。甌飛農業圍墾區的建設為溫州市社會經濟的可持續發展提供土地資源儲備,確保農業耕地占補平衡,保障糧食生產安全具有積極的現實意義。

圍墾區需分別針對農業用地、建設用地的不同功能特點,分析其合適的地面高程。

圍墾區排澇規劃采用 “分區排澇、專水專排、綜合治理”的規劃原則,規劃的排澇工程措施采用“河道+湖泊+水閘+泵站”的排水格局[1],在分析規劃內河水位的基礎上,結合圍墾區功能,分析探討甌飛圍墾區農業用地、建設用地合適的地面高程。

圖1 甌飛圍墾區規劃平面示意圖

2 農業用地地面高程的選擇

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

2.1 農業土壤耕種因素

為滿足圍區正常的農業土壤耕種要求,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,淡水以本區域天然降雨為主,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業用地圍區內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低于平均潮位,則河道正常蓄水位取0.3 m,相應地下水位為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模擬試驗或田間測定來確定,一般輕質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,取0.5 m,則地下水臨界深度為1.0 m。

因此從農業土壤耕種因素方面分析,農業用地地面高程選擇為1.3 m較合適?？紤]到圍區農業作物品種一般選擇耐水、耐鹽堿地的作物,規劃的圍區農業用地高程選擇不宜低于1.0 m。

2.2 農業作物耐淹因素

為滿足圍區農業作物正常成長發育,土壤耕種地面高程需滿足農業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,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。

根據擬定的排澇工程規模,分析計算圍區各重現期的排澇最高淹沒水位及淹沒時間(見表1)。

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

綜合上述農業土壤耕種及農作物耐淹2方面因素分析,圍區農業用地高程選擇主要由滿足農業土壤耕種要求確定,考慮圍區農業種植品種選擇耐水、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 圍區各重現期暴雨排澇計算成果表

3 建設用地地面高程的選擇

甌飛圍墾區遠期主要用于建設用地,建設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調因素。

(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調因素:在地面不受淹的前提下,保證圍區內的河道航運、橋梁高程、排水管網坡度等和河道水位銜接協調,同時還應考慮與周邊現狀地形協調及習慣性等因素。

3.1 單位面積造地綜合成本因素

圍區建基面越高,圍墾造地工程(主要為海堤、吹填砂)的造價越高,但相應配套的排澇工程 (主要為河道、湖泊、水閘、泵站)規模則越小、造價也越低;反之,圍區建基面越低,圍墾造地工程的造價越低,但相應配套的排澇工程規模則越大、造價也越高。因此,選擇一個適中的建基面高程,盡量使圍區的單位面積造地綜合成本較經濟是選擇圍區高程的關鍵。經前期概念性規劃的計算分析表明,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,內河水位相應降低,迫使內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模和投資相應急劇增加。

因此,從圍區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左右較為經濟。

3.2 高潮位決堤風險因素

海堤在設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,圍區建基面高程越高,則決堤的風險越小,產生決堤的損失也越小。因此,圍區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計潮位3～4 m左右,圍墾區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,若海堤發生決堤,在海浪(浪高約2～5 m)作用下,潮水將高于圍墾區樓房的一層,決堤的風險非常大。

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

3.3 建基面與河道水位協調因素

地面高程宜與圍墾區內河道水位相協調,以發揮河道的排洪、蓄水、航運、水環境保護等功能,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。溫州沿海平均潮位為0.3 m,在天然條件下,內河河底高程最低為-1.0 m時基本達到沖淤平衡,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、水環境保護等功能的發揮,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的斜坡,一般設計水深不宜低于2.0 m,選擇2.5～3.0 m較合適,否則會影響內河航運及河道生態。甌飛圍墾區河道規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。內河最高水位由排澇計算確定,主要取決于起調水位及排澇工程規模。按擬定的正常水位0.8 m及圍區排澇工程規模,計算分析求得50 a一遇內河最高水位為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。

為保證內河出現排澇最高水位時圍墾區雨水管網的正常排水,管道經濟坡降一般為0.15%左右,經濟排水長度為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的經濟性、橋梁接坡等。

因此從地面高程與河道水位協調方面考慮,河底高程選擇-1.0m,河道正常水位選擇0.8 m,50 a一遇內河最高水位選擇2.0 m,地面高程選擇應不低于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調等因素分析,圍墾區地面高程選擇應不低于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 語

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

(2)甌飛圍墾區建設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調因素。通過3方面因素的綜合分析探討,認為圍墾區地面高程選擇應不低于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劃 [R].溫州:溫州市水利電力勘測設計院,2011.