温州市瓯飞围垦区地面高程选择探讨

张 迈,林开宇,颜胜尧

(1.温州市水利电力勘测设计院,浙江 温州 325011;2.温州市水利局,浙江 温州 325000)

1 工程概况

温州市瓯飞围垦区位于温州东部沿海瓯江河口和飞云江河口外的平直岸滩,跨温州市龙湾区和瑞安市,东临大海,西联瑞安丁山、龙湾永兴、海滨沿海围垦区,南顺飞云江左岸至长拔山,北顺瓯江南口右岸。围垦区北堤从瓯江口南岸的海滨围垦北堤东端开始,顺岸线向东南延伸;南堤从飞云江北岸的丁山二期南堤东端开始,顺岸线向东南延伸;东堤与龙湾二期东堤线平行布置(见图1),其中一期围垦规划面积约 125 km2,二期围垦总规划面积约320 km2。

围垦区开发利用近中期主要为农业用地,远期主要为建设用地。瓯飞农业围垦区的建设为温州市社会经济的可持续发展提供土地资源储备,确保农业耕地占补平衡,保障粮食生产安全具有积极的现实意义。

围垦区需分别针对农业用地、建设用地的不同功能特点,分析其合适的地面高程。

围垦区排涝规划采用 “分区排涝、专水专排、综合治理”的规划原则,规划的排涝工程措施采用“河道+湖泊+水闸+泵站”的排水格局[1],在分析规划内河水位的基础上,结合围垦区功能,分析探讨瓯飞围垦区农业用地、建设用地合适的地面高程。

图1 瓯飞围垦区规划平面示意图

2 农业用地地面高程的选择

瓯飞滩围区将分期分阶段实施,其中近中期土地主要作为农业用地(主要为种植用地)。农业用地的地面高程选择,主要由以下2方面因素确定:农业土壤耕种因素和农业作物耐淹因素。

2.1 农业土壤耕种因素

为满足围区正常的农业土壤耕种要求,确保土壤表层不积水、积盐的最小地面高程应布置在地下水位加地下水临界深度[2],其中临界深度=土壤最大毛管上升高度+耕作层厚度。

(1)地下水位:对于瓯飞大型围垦区,淡水以本区域天然降雨为主,无客水径流,在没有抽取地下水的情况下,其地下水位基本与农业用地围区内河道正常蓄水位持平。由于龙湾站平均潮位为0.3 m,河道正常蓄水位不应低于平均潮位,则河道正常蓄水位取0.3 m,相应地下水位为0.3 m左右。

(2)临界深度:临界深度为土壤最大毛管上升高度加耕作层厚度。最大毛管上升高度可通过室内模拟试验或田间测定来确定,一般轻质土壤最大毛管上升高度为1.3 m左右,透水性弱的黏土和透水性强的砂土最大毛管上升高度为0.5 m左右。由于瓯飞滩围区土壤以天然淤积的淤泥和吹填淤泥为主,透水性较弱,其最大毛管上升高度取0.5 m。

耕作层厚度与作物品种有关,取0.5 m,则地下水临界深度为1.0 m。

因此从农业土壤耕种因素方面分析,农业用地地面高程选择为1.3 m较合适。考虑到围区农业作物品种一般选择耐水、耐盐碱地的作物,规划的围区农业用地高程选择不宜低于1.0 m。

2.2 农业作物耐淹因素

为满足围区农业作物正常成长发育,土壤耕种地面高程需满足农业作物淹没水深和耐淹时间要求,其指标与耕种作物品种有关,一般淹没水深不超过0.3 m,且满足10 a一遇三日暴雨四日排出的排涝标准,耐淹时间不超过24 h。

根据拟定的排涝工程规模,分析计算围区各重现期的排涝最高淹没水位及淹没时间(见表1)。

计算表明:当围区遭遇10 a一遇暴雨时,河道最高水位为0.89 m,当农业用地的地面高程选择1.0 m时,基本不产生涝水淹没,能满足农业作物耐淹要求。

综合上述农业土壤耕种及农作物耐淹2方面因素分析,围区农业用地高程选择主要由满足农业土壤耕种要求确定,考虑围区农业种植品种选择耐水、耐盐碱地的作物,建议地面高程选择1.0 m是合适的,不宜进一步降低。

表1 围区各重现期暴雨排涝计算成果表

3 建设用地地面高程的选择

瓯飞围垦区远期主要用于建设用地,建设用地的地面高程选择,主要由以下3方面因素确定:单位面积造地综合成本因素、高潮位决堤风险因素、建基面和河道水位协调因素。

(1)单位面积造地综合成本因素:选择的建基面尽量使围区的单位面积造地综合成本较低;

(2)高潮位决堤风险因素:温州龙湾潮位站100 a一遇潮位为5.65 m,建基面高程越低,决堤风险及损失越大;

(3)建基面和河道水位协调因素:在地面不受淹的前提下,保证围区内的河道航运、桥梁高程、排水管网坡度等和河道水位衔接协调,同时还应考虑与周边现状地形协调及习惯性等因素。

3.1 单位面积造地综合成本因素

围区建基面越高,围垦造地工程(主要为海堤、吹填砂)的造价越高,但相应配套的排涝工程 (主要为河道、湖泊、水闸、泵站)规模则越小、造价也越低;反之,围区建基面越低,围垦造地工程的造价越低,但相应配套的排涝工程规模则越大、造价也越高。因此,选择一个适中的建基面高程,尽量使围区的单位面积造地综合成本较经济是选择围区高程的关键。经前期概念性规划的计算分析表明,建基面高程选择2.8 m左右较为合适(见表2)。

表2 不同建基面高程造地综合成本比较表

分析表明:建基面高程降到2.8 m以下,围区的单位面积造地综合成本下降不再显著,反而有增加的趋势,其原因是地面高程降低到一定程度后,内河水位相应降低,迫使内河水位和外海潮位之间的水位趋于接近,减少排涝流量,明显降低了河道、水闸的排涝效果,其配套的排涝工程规模和投资相应急剧增加。

因此,从围区单位面积造地综合成本因素方面考虑,建基面高程选择在2.8 m左右较为经济。

3.2 高潮位决堤风险因素

海堤在设计标准下运行是安全的,但在理论上存在超标准潮水决堤的可能性。相对而言,围区建基面高程越高,则决堤的风险越小,产生决堤的损失也越小。因此,围区建基面高程不宜选择过低,一般温州市沿海地面高程不低于设计潮位3～4 m左右,围垦区选择太低的地面高程,存在很大的决堤风险。1994年温州市遭受17号台风正面袭击,温州沿海多处发生海堤决堤,其中龙湾永强片海堤几乎全线溃堤,造成了巨大的生命财产损失,教训十分深刻。

龙湾潮位站100 a一遇潮位为5.65 m,围区建基面高程选择为2.80 m,低于100 a一遇潮位达2.85 m,若海堤发生决堤,在海浪(浪高约2～5 m)作用下,潮水将高于围垦区楼房的一层,决堤的风险非常大。

因此从高潮位决堤风险因素考虑,围垦区地面高程应选择在2.8 m以上,不宜再进一步降低。

3.3 建基面与河道水位协调因素

地面高程宜与围垦区内河道水位相协调,以发挥河道的排洪、蓄水、航运、水环境保护等功能,一般分析选择次序为:河底高程—正常水位—最高水位—高差选择—地面高程。

(1)河底高程。河底高程选择与平均潮位等潮汐特性息息相关。温州沿海平均潮位为0.3 m,在天然条件下,内河河底高程最低为-1.0 m时基本达到冲淤平衡,河底高程过低则会回淤。

(2)正常水位。正常水位要确保河道正常的排洪、航运、生态、水环境保护等功能的发挥,主要由河道水深确定。Ⅶ级航道最小水深为1.5 m,考虑到河底局部淤积及河道两侧的斜坡,一般设计水深不宜低于2.0 m,选择2.5～3.0 m较合适,否则会影响内河航运及河道生态。瓯飞围垦区河道规划的正常水位选择为0.8 m,河底高程-1.0 m,河道水深为1.8 m,水深偏小,因此河道的正常水位选择是稍偏低的,可适当提高。

(3)最高水位。内河最高水位由排涝计算确定,主要取决于起调水位及排涝工程规模。按拟定的正常水位0.8 m及围区排涝工程规模,计算分析求得50 a一遇内河最高水位为2.0 m。

(4)高差选择。高差是指地面高程与最高水位的差值,主要由防洪排涝地面安全超高、道路雨水管网坡降、跨河桥梁接坡等因素确定。

防洪排涝地面安全超高一般取0.5 m。

为保证内河出现排涝最高水位时围垦区雨水管网的正常排水,管道经济坡降一般为0.15%左右,经济排水长度为500～1 000 m,因此高差选择0.75～1.00m较为合适,也大于排涝要求的安全超高(0.5m)。

因此,地面高程与内河最高水位的高差选择为0.8 m是合适的,若进一步缩小则会影响排水管网的经济性、桥梁接坡等。

因此从地面高程与河道水位协调方面考虑,河底高程选择-1.0m,河道正常水位选择0.8 m,50 a一遇内河最高水位选择2.0 m,地面高程选择应不低于2.8 m,不宜再进一步降低。

综合上述单位面积造地成本、高潮位决堤风险、建基面与河道水位协调等因素分析,围垦区地面高程选择应不低于2.8 m,并建议余留一定的地面超高0.5 m,建议地面高程选择3.3 m左右为宜。

4 结 语

(1)瓯飞围垦区农业用地的地面高程选择主要由2方面因素确定:农业土壤耕种因素、农业作物耐淹因素。通过2方面因素的综合分析探讨,建议瓯飞围垦区的农业用地的地面高程选择1.0 m左右为宜。

(2)瓯飞围垦区建设用地的地面高程选择主要由3方面因素确定:单位面积造地综合成本因素、高潮位决堤风险因素、建基面与河道水位协调因素。通过3方面因素的综合分析探讨,认为围垦区地面高程选择应不低于2.8 m,并建议余留一定的地面超高0.5 m,地面高程选择3.3 m左右为宜。

[1]朱承中,吴以鳌.水利动能设计手册(防洪分册)[M].北京:水利电力出版社,1988.

[2]颜胜尧,张迈.温州市瓯飞围垦防洪排涝概念性规划 [R].温州:温州市水利电力勘测设计院,2011.