台风“莎莉嘉”对海南设施农业的影响与建议

刘建+黄燕

【摘要】海南地处热带，具有典型的热带岛屿型气候特征。因此海南地区的设施农业以防暴雨、降高温、防虫等为主要目的，但同时也面临台风多发的恶劣天气情况，已成为制约本地区设施农业发展的主要因素和亟需解决的难题。台风对温室大棚的影响具有一定随机性，特别是温室大棚的多样性导致对台风的抵抗力差别较大，使得对判断温室大棚的抗风性存在误区。本文通过台风“莎莉嘉”对海南温室大棚造成的破坏进行分析，以期为海南温室大棚的抗台风研究和设计提供一定的思路和建议。

年第21号台风“莎莉嘉”（强台风级）于2016年10月18日上午9：50在海南省万宁市和乐镇沿海登陆，登陆时中心附近最大风力达到14级（45 m/s）。途经海南岛中部的琼海、琼中、白沙、儋州等地，由洋浦进入北部湾海面，台风中心横穿海南岛，历时14 h，是1970年以来在10月登陆海南岛的最强台风，其具有强度大、影响范围广、持续时间长的特点。“莎莉嘉”登陆后，海南几乎全岛瞬时风力达到7级以上，台风中心经过区域风力达到9～11级，局部地区达到12级。台风对全岛均造成了较严重的经济损失。根据相关报道，海南常年冬季瓜菜受灾面积达14.2万亩（9466.7 hm2），2300万株冬季育苗瓜菜受到影响，大棚及棚内瓜菜保险估损8140.8万元[1]；海口市云龙镇农业生产设备设施遭到破坏，其中农业大棚基地235亩（15.7 hm2）全部不同程度受灾[2]；万宁市的农业生产造成严重影响，经济损失合计2757万元，其中常年蔬菜受灾8050亩（536.7 hm2）、温室大棚损毁32.24亩（2.15 hm2）[3]。

温室大棚的破坏情况

目前，在海南使用的温室大棚类型按抗风能力来区分，可以分为3大类：

连栋温室

包括用于科研观光或育苗的玻璃（PC板）覆盖的文洛型连栋温室，以及部分薄膜覆盖的锯齿形连栋温室。这类温室设计的抗风等级一般为11～12级（0.60～0.75 kN/m2），由于其骨架为桁架结构，稳定性能好，十分有利于抵抗风荷载的作用。从近年海南最大台风“威马逊”的破坏结果看，连栋温室的抗风能力经受住了考验，骨架基本完好，仅部分覆盖玻璃或薄膜发生损坏，少部分骨架变形也能够快速修复（图1）。从图1可以看出，即使遭遇“威马逊”这样登陆时中心风力达17级的超强台风，文洛型玻璃温室和锯齿形薄膜温室的主体结构依旧保持良好，而处于同一地区的圆拱形温室的骨架已发生了较大程度的倾斜，很难再修复使用。

圆拱形大棚

用于周年蔬菜生产的大棚以圆拱形为主，屋顶采用薄膜覆盖，四周采用防虫网覆盖，形成开敞式结构，主要用于夏秋季常年蔬菜的生产。但由于单位面积的投资较低，设计的抗风等级自然会降低，一般要求的设计抗风等级为8～10级（0.2～0.5 kN/m2）。这类大棚能够在一定程度上抵御台风，但抵御能力有限，主要取决于台风的强度等级和必要的防台风措施。如2014“威马逊”台风以后，海南地区没有遭遇较大的台风，即使如“莎莉嘉”这样正面袭击、影响全岛的台风，对圆拱形大棚的影响也较小（在采取一定的防台风措施前提下），主要为薄膜、防虫网以及外遮阳系统发生了不同程度的破坏（图2）。

简易拱棚

用于蔬菜或西甜瓜生产的简易拱棚（以圆拱形单栋或连栋拱棚为主），由于投资或生产季节性的原因，拱棚结构简易，造价低，不具有抗台风能力。因此只要有台风登陆，都会对简易拱棚造成不同程度的影响。如在台风“莎莉嘉”的登陆过程中，发生结构破坏的主要是简易拱棚，仅个别采取了一定防护措施的拱棚受灾较轻（图3）。

存在的问题与建议

海南地区温室大棚抗风荷载的取值

温室大棚的使用周期短，结构重要性程度小，导致在建设过程中对风荷载的取值具有一定的随意性，往往会按照投资额的大小来确定；或在设计之初把一些防护措施作为降低抗风荷载的必要措施，如“破膜保架”。所谓“破膜保架”，即当超过一定大小的风荷载时，一些常年蔬菜生产基地会要求将膜破掉或揭下，来保证骨架的安全。理论上这种方式是可行的。但海南每年平均会遭遇2～3次台风的登陆，即使海南的中部地区，每3～4年也会有一次台风正面袭击。“破膜保架”成为必要措施，则每年可能会经历多次“破膜”的过程。由于台风登陆后影响的范围和大小具有一定的随机性，会导致可能“破膜”后，台风对大棚的影响并不大，但暴雨将农作物损坏的情况，且“破膜”后也需要重新盖膜，需要一定周期和成本，势必影响夏秋季节的生产。久而久之，生产者的心中也会“打鼓”，当预报台风不是很大或所在地不处于预报登陆路径上时，是否可以不“破膜”？若有这样的侥幸心理，就可能会造成大棚生产的重大损失。这在台风“莎莉嘉”登陆中的表现尤为突出。海口地区推广建设的一种单拱拱棚，其造价要求较低，抗风等级不超过7级，超过时则要求“破膜”[5]。在台风“莎莉嘉”登陆之时，由于海口并不处于预报的登陆路径上，几乎所有的种植者都没有采取“破膜保架”的措施，导致该地区塑料大棚大部分倒塌，成为主要受损的大棚类型。

鉴于海南地区具有臺风多发性的特点，而海南温室大棚在夏秋台风季节的需求性远远大于冬季。建议海南地区温室大棚的抗风等级可按2个最低标准进行选取，即：

（1）10级风的初始风速25 m/s，即风压为0.40 kN/m2。对于季节性强，要求使用周期短（小于3年）的大棚可选用不低于最低标准。

（2）12级风的中间风速34.6 m/s，即风压为0.75 kN/m2（海口市50年一遇风压）[6]。对于除第1种情形以外的其他温室大棚应选用该最低标准，个别沿海岸或重要的温室可适当提高到0.85 kN/m2（三亚市50年一遇风压）[6]。通过大量的实践证明该取值能够保证温室大棚在使用期内的安全性。位于海口市桂林洋的单拱大棚，是按0.75 kN/m2风荷载标准设计的，在台风“莎莉嘉”登陆后大棚和内部蔬菜均未受到损坏，正常生产采收，保障了菜篮子供应。图4拍摄于台风后的第3天（2016年10月21日）。

薄膜的老化問题

薄膜的老化问题在海南比较突出。比如同种类型的温室大棚，其中一个是当年新换且厚度相同的薄膜，另外一个是使用了1年的薄膜。在台风中，新膜保持完好，而使用1年的膜则发生了损坏。采取适当措施延缓薄膜的老化破坏（特别是局部加速老化和机械损坏），能够显著降低温室大棚的使用成本。如可以将薄膜折叠几层后再卡入卡槽内，可以降低卡槽处卡簧对薄膜的机械损坏；或在卡槽内侧和卡簧与薄膜之间增加橡胶垫层，避免薄膜与卡槽、卡簧的直接接触，保证薄膜在卡簧处的受力均匀。

薄膜的强度设计问题

薄膜的设计安装幅宽 一般情况下，在设计温室PC板或玻璃覆盖的时候，均要根据其表面所受的荷载来选取其分块的大小和支撑边框的布置位置，但在薄膜覆盖中往往忽略了该问题。无论幅宽大小，均采用四周固定，这样最易于施工。但实际上幅宽大的受力面积也大，则固定处所受力也越大，即使卡槽不被拉坏，薄膜也易从卡槽处撕裂（图2b）。实践中也发现在相同地点、相同位置布置相同厚度的薄膜，在相同的使用时间，仅幅宽不一样，在同一台风作用下，幅宽大的发生破坏，而幅宽小的完好无损。因此明确薄膜的抗拉能力和老化程度，设计保证一定使用年限的合理幅宽，也是海南地区进行薄膜设计应该考虑的一个方面。虽然薄膜的更换成本低，而减小使用幅宽会增加一定的安装成本，但从使用的稳定性，特别是如果能够抵御台风，保证农作物正常生产，产生的经济意义和社会意义会更大。

薄膜设计强度与骨架适应 一般情况下，要求在台风作用力达到骨架极限之前，薄膜应率先发生破坏，否则会影响骨架的使用安全。因此，不能盲目提高薄膜的厚度和设计使用强度，而应与骨架的设计强度相适应。这在简易的拱棚上面表现尤为突出，往往是薄膜没损坏，骨架已经承担不了，只能“膜损架亡”。

参考文献

[1] “莎莉嘉”台风海南农业保险估损3.08亿元，已赔付1.37亿元[EB/OL].[2016-11-25].http：//www.circ.gov.cn/web/site0/tab5168/info4051209.html.

[2] 云龙镇六大举措降低“莎莉嘉”对农业影响[EB/OL].[2016-10-19].http：//news.0898.net/n2/2016/1019/c231190-29166017.html.

[3] 叶俊一.受“莎莉嘉”影响万宁农业经济损失2757万元[EB/OL].[2016-10-19].http：//www.hinews.cn/news/system/2016/10/19/030772537.html.

[4] 杨冠宇.台风致海南多地受灾[EB/OL].[2016-10-20].http：//news.xinhuanet.com/politics/2016-10/20/c_1119753250.htm.

[5] 海南海口推广新型大棚[J].世界热带农业信息，2015（04）：25-26.

[6] 中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.建筑结构荷载规范：GB 50009-2012[S].2012.

*项目支持：海南省自然科学基金项目资助（20153058）。

作者简介：刘建（1982-），男，四川绵阳人，副教授，主要研究方向为农业设施结构工程与规划、设计。