臺風“莎莉嘉”對海南設施農業的影響與建議

劉建+黃燕

【摘要】海南地處熱帶，具有典型的熱帶島嶼型氣候特征。因此海南地區的設施農業以防暴雨、降高溫、防蟲等為主要目的，但同時也面臨臺風多發的惡劣天氣情況，已成為制約本地區設施農業發展的主要因素和亟需解決的難題。臺風對溫室大棚的影響具有一定隨機性，特別是溫室大棚的多樣性導致對臺風的抵抗力差別較大，使得對判斷溫室大棚的抗風性存在誤區。本文通過臺風“莎莉嘉”對海南溫室大棚造成的破壞進行分析，以期為海南溫室大棚的抗臺風研究和設計提供一定的思路和建議。

年第21號臺風“莎莉嘉”（強臺風級）于2016年10月18日上午9：50在海南省萬寧市和樂鎮沿海登陸，登陸時中心附近最大風力達到14級（45 m/s）。途經海南島中部的瓊海、瓊中、白沙、儋州等地，由洋浦進入北部灣海面，臺風中心橫穿海南島，歷時14 h，是1970年以來在10月登陸海南島的最強臺風，其具有強度大、影響范圍廣、持續時間長的特點。“莎莉嘉”登陸后，海南幾乎全島瞬時風力達到7級以上，臺風中心經過區域風力達到9～11級，局部地區達到12級。臺風對全島均造成了較嚴重的經濟損失。根據相關報道，海南常年冬季瓜菜受災面積達14.2萬畝（9466.7 hm2），2300萬株冬季育苗瓜菜受到影響，大棚及棚內瓜菜保險估損8140.8萬元[1]；海口市云龍鎮農業生產設備設施遭到破壞，其中農業大棚基地235畝（15.7 hm2）全部不同程度受災[2]；萬寧市的農業生產造成嚴重影響，經濟損失合計2757萬元，其中常年蔬菜受災8050畝（536.7 hm2）、溫室大棚損毀32.24畝（2.15 hm2）[3]。

溫室大棚的破壞情況

目前，在海南使用的溫室大棚類型按抗風能力來區分，可以分為3大類：

連棟溫室

包括用于科研觀光或育苗的玻璃（PC板）覆蓋的文洛型連棟溫室，以及部分薄膜覆蓋的鋸齒形連棟溫室。這類溫室設計的抗風等級一般為11～12級（0.60～0.75 kN/m2），由于其骨架為桁架結構，穩定性能好，十分有利于抵抗風荷載的作用。從近年海南最大臺風“威馬遜”的破壞結果看，連棟溫室的抗風能力經受住了考驗，骨架基本完好，僅部分覆蓋玻璃或薄膜發生損壞，少部分骨架變形也能夠快速修復（圖1）。從圖1可以看出，即使遭遇“威馬遜”這樣登陸時中心風力達17級的超強臺風，文洛型玻璃溫室和鋸齒形薄膜溫室的主體結構依舊保持良好，而處于同一地區的圓拱形溫室的骨架已發生了較大程度的傾斜，很難再修復使用。

圓拱形大棚

用于周年蔬菜生產的大棚以圓拱形為主，屋頂采用薄膜覆蓋，四周采用防蟲網覆蓋，形成開敞式結構，主要用于夏秋季常年蔬菜的生產。但由于單位面積的投資較低，設計的抗風等級自然會降低，一般要求的設計抗風等級為8～10級（0.2～0.5 kN/m2）。這類大棚能夠在一定程度上抵御臺風，但抵御能力有限，主要取決于臺風的強度等級和必要的防臺風措施。如2014“威馬遜”臺風以后，海南地區沒有遭遇較大的臺風，即使如“莎莉嘉”這樣正面襲擊、影響全島的臺風，對圓拱形大棚的影響也較小（在采取一定的防臺風措施前提下），主要為薄膜、防蟲網以及外遮陽系統發生了不同程度的破壞（圖2）。

簡易拱棚

用于蔬菜或西甜瓜生產的簡易拱棚（以圓拱形單棟或連棟拱棚為主），由于投資或生產季節性的原因，拱棚結構簡易，造價低，不具有抗臺風能力。因此只要有臺風登陸，都會對簡易拱棚造成不同程度的影響。如在臺風“莎莉嘉”的登陸過程中，發生結構破壞的主要是簡易拱棚，僅個別采取了一定防護措施的拱棚受災較輕（圖3）。

存在的問題與建議

海南地區溫室大棚抗風荷載的取值

溫室大棚的使用周期短，結構重要性程度小，導致在建設過程中對風荷載的取值具有一定的隨意性，往往會按照投資額的大小來確定；或在設計之初把一些防護措施作為降低抗風荷載的必要措施，如“破膜保架”。所謂“破膜保架”，即當超過一定大小的風荷載時，一些常年蔬菜生產基地會要求將膜破掉或揭下，來保證骨架的安全。理論上這種方式是可行的。但海南每年平均會遭遇2～3次臺風的登陸，即使海南的中部地區，每3～4年也會有一次臺風正面襲擊。“破膜保架”成為必要措施，則每年可能會經歷多次“破膜”的過程。由于臺風登陸后影響的范圍和大小具有一定的隨機性，會導致可能“破膜”后，臺風對大棚的影響并不大，但暴雨將農作物損壞的情況，且“破膜”后也需要重新蓋膜，需要一定周期和成本，勢必影響夏秋季節的生產。久而久之，生產者的心中也會“打鼓”，當預報臺風不是很大或所在地不處于預報登陸路徑上時，是否可以不“破膜”？若有這樣的僥幸心理，就可能會造成大棚生產的重大損失。這在臺風“莎莉嘉”登陸中的表現尤為突出。海口地區推廣建設的一種單拱拱棚，其造價要求較低，抗風等級不超過7級，超過時則要求“破膜”[5]。在臺風“莎莉嘉”登陸之時，由于海口并不處于預報的登陸路徑上，幾乎所有的種植者都沒有采取“破膜保架”的措施，導致該地區塑料大棚大部分倒塌，成為主要受損的大棚類型。

鑒于海南地區具有臺風多發性的特點，而海南溫室大棚在夏秋臺風季節的需求性遠遠大于冬季。建議海南地區溫室大棚的抗風等級可按2個最低標準進行選取，即：

（1）10級風的初始風速25 m/s，即風壓為0.40 kN/m2。對于季節性強，要求使用周期短（小于3年）的大棚可選用不低于最低標準。

（2）12級風的中間風速34.6 m/s，即風壓為0.75 kN/m2（海口市50年一遇風壓）[6]。對于除第1種情形以外的其他溫室大棚應選用該最低標準，個別沿海岸或重要的溫室可適當提高到0.85 kN/m2（三亞市50年一遇風壓）[6]。通過大量的實踐證明該取值能夠保證溫室大棚在使用期內的安全性。位于海口市桂林洋的單拱大棚，是按0.75 kN/m2風荷載標準設計的，在臺風“莎莉嘉”登陸后大棚和內部蔬菜均未受到損壞，正常生產采收，保障了菜籃子供應。圖4拍攝于臺風后的第3天（2016年10月21日）。

薄膜的老化問題

薄膜的老化問題在海南比較突出。比如同種類型的溫室大棚，其中一個是當年新換且厚度相同的薄膜，另外一個是使用了1年的薄膜。在臺風中，新膜保持完好，而使用1年的膜則發生了損壞。采取適當措施延緩薄膜的老化破壞（特別是局部加速老化和機械損壞），能夠顯著降低溫室大棚的使用成本。如可以將薄膜折疊幾層后再卡入卡槽內，可以降低卡槽處卡簧對薄膜的機械損壞；或在卡槽內側和卡簧與薄膜之間增加橡膠墊層，避免薄膜與卡槽、卡簧的直接接觸，保證薄膜在卡簧處的受力均勻。

薄膜的強度設計問題

薄膜的設計安裝幅寬 一般情況下，在設計溫室PC板或玻璃覆蓋的時候，均要根據其表面所受的荷載來選取其分塊的大小和支撐邊框的布置位置，但在薄膜覆蓋中往往忽略了該問題。無論幅寬大小，均采用四周固定，這樣最易于施工。但實際上幅寬大的受力面積也大，則固定處所受力也越大，即使卡槽不被拉壞，薄膜也易從卡槽處撕裂（圖2b）。實踐中也發現在相同地點、相同位置布置相同厚度的薄膜，在相同的使用時間，僅幅寬不一樣，在同一臺風作用下，幅寬大的發生破壞，而幅寬小的完好無損。因此明確薄膜的抗拉能力和老化程度，設計保證一定使用年限的合理幅寬，也是海南地區進行薄膜設計應該考慮的一個方面。雖然薄膜的更換成本低，而減小使用幅寬會增加一定的安裝成本，但從使用的穩定性，特別是如果能夠抵御臺風，保證農作物正常生產，產生的經濟意義和社會意義會更大。

薄膜設計強度與骨架適應 一般情況下，要求在臺風作用力達到骨架極限之前，薄膜應率先發生破壞，否則會影響骨架的使用安全。因此，不能盲目提高薄膜的厚度和設計使用強度，而應與骨架的設計強度相適應。這在簡易的拱棚上面表現尤為突出，往往是薄膜沒損壞，骨架已經承擔不了，只能“膜損架亡”。

參考文獻

[1] “莎莉嘉”臺風海南農業保險估損3.08億元，已賠付1.37億元[EB/OL].[2016-11-25].http：//www.circ.gov.cn/web/site0/tab5168/info4051209.html.

[2] 云龍鎮六大舉措降低“莎莉嘉”對農業影響[EB/OL].[2016-10-19].http：//news.0898.net/n2/2016/1019/c231190-29166017.html.

[3] 葉俊一.受“莎莉嘉”影響萬寧農業經濟損失2757萬元[EB/OL].[2016-10-19].http：//www.hinews.cn/news/system/2016/10/19/030772537.html.

[4] 楊冠宇.臺風致海南多地受災[EB/OL].[2016-10-20].http：//news.xinhuanet.com/politics/2016-10/20/c_1119753250.htm.

[5] 海南海口推廣新型大棚[J].世界熱帶農業信息，2015（04）：25-26.

[6] 中華人民共和國住房和城鄉建設部，中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.建筑結構荷載規范：GB 50009-2012[S].2012.

*項目支持：海南省自然科學基金項目資助（20153058）。

作者簡介：劉建（1982-），男，四川綿陽人，副教授，主要研究方向為農業設施結構工程與規劃、設計。