寿光水灾带给我们的前车之鉴，这些经验教训不能忘！
周博士考察拾零（八十五）
水灾纪实——记寿光“8·20”水灾后
日光温室的灾情及救灾措施
导读
2018年8月19~21日，接连的台风暴雨和上游水库的泄洪，给位于弥河下游的山东寿光造成了严重的洪涝灾害，也给当地的设施农业造成了重大创伤。2018年9月8~10日，笔者受农业农村部的委派，作为专家组成员首次调研了灾后寿光的设施农业，9月14~15日参加完在山东泰安召开的“2018中国设施农业产业大会”后，笔者再次赴寿光，对寿光灾后的温室设施进行了更深入的调研。在2次调研的基础上，形成本文，是对灾情的历史记录，也是对寿光人民抗击水灾的智慧荟萃，其中灾后重建的一些技术措施完全可以适用于全国存量老旧温室的改造和提升，也可用于日光温室的日常维护，同时，水灾带来的经验和教训更值得我们在今后的工作中借鉴和引用。“前车之鉴，后事之师”，面对灾难，我们要警钟长鸣。本文或许有总结不到位的地方，甚至有错误或武断，供广大读者参考和借鉴的同时，欢迎指正。
灾情
水灾形成过程
2018年第18号台风“温比亚”（热带风暴级）于8月15日14:00在距离浙江省象山县东偏南方向约475km的洋面上生成，于16日夜间至17日凌晨从浙江台州到上海一带沿海登陆，登陆之后，一路向北，8月18日夜间进入山东中部（图1a），弥河全流域普降大暴雨甚至特大暴雨。据青州国家气象站消息，青州市24h降雨量达263.1mm，为2000年以来最大，也是有气象纪录以来历史第二大；临朐、寿光降雨量超过100mm，为大暴雨，虽未达到历史极值水平，但大暴雨面积广阔，几乎全部覆盖。粗略推算，“温比亚”在青州、临朐1天之内降水量超7亿m3。
在大面积大暴雨的同时，位于弥河上中游的4个主要水库（淌水崖水库、冶源水库、嵩山水库、黑虎山水库）的蓄水量也超过警戒水位，为了减小水库压力，降低水库溃坝后给下游带来更大灾难的风险，潍坊市人民政府防汛抗旱指挥部于2018年8月19日发布紧急通知，黑虎山水库自2018年8月19日8:00起加大泄洪量至100m3/s，冶源水库自2018年8月19日9:00起加大泄洪量至200m3/s，嵩山水库自2018年8月19日10:00起开始泄洪，泄洪流量为20m3/s，水库泄洪流量总计达到320m3/s（图1b）。
大面积的集中暴雨和上游水库的泄洪，使处于寿光境内的下游弥河、丹河沿线发生决堤、溢坝，造成寿光全市性的洪涝灾害，给当地的人民生活和农业生产带来了一场严重的灾难。在寿光市人民的奋力抗击下，至8月20日晚，弥河、丹河沿线决堤、溢坝陆续被封堵，8月21日15:00弥河寿光古城段水位明显下降，8月21日18:15，冶源水库、嵩山水库、黑虎山水库，全部关闭溢洪闸，停止泄洪，险情得到基本控制。
水灾造成寿光设施农业的灾情
据统计，寿光市共有温室大棚17.2万栋，其中日光温室14.7万栋，大中拱棚2.5万栋，主要集中在寿光市的南部区域（图2a）。此次洪涝灾害共造成10.6万个棚室不同程度受灾，受灾率达到61.6%。其中，受灾较轻、棚内作物能继续生长的棚室3.58万个，占受灾棚室的33.8%；需重新定植的棚室2.02万个，占受灾棚室的19.1%；设施中轻度损坏，需加固修复的棚室3.23万个，占受灾棚室的30.5%；设施严重损坏或倒塌，需重新修建的棚室1.84万个，占受灾棚室的17.4%。
从受灾的区域看，寿光市设施农业区基本都被波及，但其中受灾最严重的地区主要集中在弥河、丹河和桂河的两岸（图2b），由于河水溢流使两岸地面水流倒灌进入温室并难以及时排除（图3a、图3b），致使温室内水位上涨（图3c）且长时间滞留，最终造成温室墙体倒塌，连带引起温室屋面垮塌、立柱断裂和温室整体结构变形等（图4）。
除了客水外，一些地区由于地处低洼地带，虽然室外客水没有直接进入温室，但由于地下水位的升高，致使温室内也成了一片汪洋（图5），这主要是下挖温室地面造成的。这种情况下，如果能够及时排除室内积水，温室结构基本不受太大影响。
温室进水后，除了造成温室内种植的作物受涝、温室结构局部或整体坍塌破坏等，对温室土壤的影响也非常严重。有的温室内出现了土壤板结以及绿藻、红藻等富营养化现象（图6），还有的温室内由于客水携带淤泥进入温室，严重破坏了温室土壤的团粒结构，给温室的土壤改造带来了很大的困难。
寿光日光温室特点
寿光1989年从辽宁开始引进日光温室以来，已经发展形成了一套独特的下挖式机打土墙琴弦式温室结构，并面向全国推广，为北方地区日光温室的发展做出了杰出的贡献。
机打土墙结构温室建设速度快、建设成本低、墙体材料就地取材，一般后墙和山墙的基底宽度6~10m，墙顶宽度2~3m，后墙高度3~5.5m。正是由于厚重的温室土墙结构造就了这种温室无与伦比的保温蓄热性能，因此深受广大农户的欢迎，也成为了国内外温室行业科研工作者的重点研究对象。
温室标准跨度一般为10m，目前最大的跨度已经达到20m。温室屋面支撑体系采用琴弦结构，用沿温室长度方向的钢丝和沿温室跨度方向的竹竿（有的温室也用钢管或钢管-钢筋桁架）形成双向屋面承力体系，室内设多排立柱（6~7排）将屋面荷载传递到温室地基。应该说这是一种标准的三维承力体系（图7）。
短后屋面也是这种温室的特点之一。一般后屋面的宽度在1m以内，多在0.5~0.8m。短后屋面可能降低了温室的保温性能，但基本不影响温室的采光，因此温室内的光热性能更好。短后屋面也大大减轻了温室的屋面荷载，使温室立柱的承载力大大降低。
正是由于温室的土墙结构，就地取土建设墙体，造成了温室种植地面为下挖式半地下形式，这种建筑形式更有利于温室的保温，但取土建墙直接破坏了地表有机土层，也给温室及其场区的排水埋下了重大隐患。地面下挖和土墙结构也正是防水上的软肋，这次寿光水灾也再次印证了这种观点。在夏季降雨量大的地区或易受洪水侵袭的地区，在建设日光温室时应慎重选择使用这种结构形式。
日光温室破坏形式分析
水灾造成寿光日光温室破坏的形式有局部破坏和整体破坏两种情况，主要表现在墙体破坏、后屋面破坏并连带造成温室内立柱断裂和温室屋面结构坍塌。
日光温室墙体破坏情况
寿光日光温室的墙体大都是机打土墙，受水浸泡后，土粒结构膨胀变松，在上部荷载的作用下，会很容易发生局部或整体坍塌，这是土墙结构浸水坍塌的根本原因。
水灾造成寿光日光温室墙体整体或局部坍塌的主要成因可分为三类：一类是天然降雨从温室后屋面渗漏，使温室后墙顶部浸水，造成局部坍塌；第二类是室内陆下水位升高，使温室墙基受水浸泡，造成温室墙基局部坍塌；第三类是室外客水涌入温室，不能及时排除，使温室墙体长期受高水位浸泡，造成温室墙体局部或整体倒塌。事实上，第二类情况下如果室内积水不能及时排除，也可能发展成为第三类型的破坏；在第三类情况下，加强排水使室内水位低于室外水面时，也会演变为第二种类型。
从墙体破坏的形式看，由于机打土墙墙体厚重，而且外墙面都覆盖有防水膜或者是无纺布，基本达到了疏导雨水的作用，真正渗入温室墙体的雨水并不多，或者说即使有雨水渗入，也不致达到引起温室墙体局部或整体坍塌的程度，灾区温室虽然出现大量整体倒塌，却几乎看不到温室后墙外表面倒塌的现象（图8），温室墙体倒塌全部都是内侧坍塌，说明这种墙体外表面防护是非常有效的。
从墙体内表面的破坏情况看，只要不是客水高水位长期浸泡，墙体的破坏大都是局部的。客水引起温室墙体破坏可分为两种情况：一是造成温室墙体中下部土体坍塌，说明温室墙体在建造时中部的密实度不够，或者是客水涌入温室后有冲击波浪不断冲刷墙体；二是造成温室墙体从底部到顶部的整体滑坡式坍塌，并连带冲击室内立柱，造成温室立柱不同程度的位移、折断、完全破坏（图9）。
考察中也发现有的温室墙体存在局部开裂，形成上下通缝的情况（图10）。这种墙体通缝应该是土体干裂的结果，不应归因于这次水灾。由于筑墙的土壤黏度大，筑墙时为便于黏合，在土壤中添加了适当的水分，待墙体干燥后自然会因土壤的收缩形成裂纹，一般这些裂纹只表现在墙体表面，只要在墙体上不形成贯穿墙体的通缝，对结构的安全就不会形成影响，日常维护中可用原土拌成泥浆将表面裂纹勾缝，即可增强墙体的保温，又能增加墙体的美观。
立柱破坏情况
标准的寿光土墙结构日光温室共有6排立柱，靠近后墙的立柱为第一排，向南依次排列直到最前面的屋面立面墙立柱（有的温室最前面不用立柱，直接用竹竿做前屋面的立面）。第一排立柱一般设置在温室墙基根部，第二排立柱有的布置在走道的边沿，有的远离走道布置（图11）。
从立柱破坏的情况看，主要有两种破坏形式。一种是由于墙体坍塌或滑坡，坍塌的土体在位移过程中碰撞立柱，使立柱受到侧向冲击力后发生不可恢复的断裂（图12），这种破坏形式主要发生在第一排和第二排立柱，最远的局部波及到第三排立柱，第四排之后立柱基本保持完好。
从图12c看，第三排立柱中只有1根立柱发生断裂，而且墙体的滑坡土体也远远没有波及到立柱，所以实际上第三排立柱的破坏并不是因为墙体的倒塌而引起，或许是屋面钢管变形造成柱顶侧压力所致，或者是早在温室墙体倒塌之前已经发生。第二种破坏形式是由于屋面垮塌，造成立柱破坏，这类破坏主要影响第一排立柱，其破坏形式主要表现为立柱与柱顶梁的错位或移位（图13）。
常见的立柱破坏都是后墙局部坍塌或整体滑坡造成的。从立柱的破坏形式看，主要表现为截面脆断。在侧向冲击力较大时内部配筋也完全断裂，在冲击力较小时，内部配筋发生折弯（图14）。一方面说明墙体坍塌带来的冲击力非常大，另一方面也说明立柱的截面和配筋不够，尤其是在温室靠近后墙的第一排立柱和第二排立柱，立柱的柱高高、截面小，必然导致立柱的长细比过大，在外界横向荷载的冲击下很容易造成截面脆断。这也警示我们在类似寿光日光温室立柱设计中，所有立柱不能不论长短都采用同一截面和配筋的设计方法，而应该根据立柱所处位置的承力要求和柱长等条件，按照钢筋混凝土设计规范，科学合理地设计立柱的截面尺寸和内部配筋。从立柱破坏的截面看，柱内配筋基本是钢丝，配筋截面太小，数量也不足，而且只有纵向钢筋没有横向箍筋，这也是不合理的配筋方式。
从立柱的破坏情况看，地面受水浸泡都没有引起立柱超负荷，说明在降雨期间屋面荷载不大，地面受地下水或客水浸泡后也没有发生局部沉降或变形，立柱的基础基本是稳固的。
日光温室修复与重建
对于局部坍塌的日光温室，经过评估，若日光温室的主体结构还能继续使用，则通过局部维修和加强，温室很快即可投入生产，而对于墙体整体坍塌的温室则需要重新砌筑墙体。从节省费用的角度看，应在尽可能保留立柱和局部屋面结构的基础上进行维修或全部拆除后重新修建。但从提高温室性能的角度看，应借此机会重新设计或引进性能先进的温室形式，在重建温室的过程中将寿光日光温室的建设再提升一个新的台阶。
本文就考察过程中看到的一些局部加固和维修的措施做一介绍，其中的一些措施可能是有效的，但有些措施确实也仅仅是过渡性的，有些措施或许还需要进行科学论证，并通过实践检验其可靠性。
屋面局部加固与修复方法
为了尽快恢复生产，对局部坍塌的日光温室后屋面，寿光农民采用了一种保留坍塌后屋面，重新架设新屋面的一种改造方法（图15a）。这种方法无需拆除倒塌的原有后屋面，而是以倒塌后屋面为基础，在其上安装立柱，重新搭建温室后屋面。温室后屋面结构采用钢管替代传统的竹竿做椽条，一端搭置在温室的后墙，另一端搭置屋脊横梁上，并用短立柱支撑屋脊横梁，形成新的温室后屋面。这种做法钢管来源丰富，加工成形方便，构件可长可短，非常适合局部维修，但这种做法局部的加强处和周围未维修更换处屋面结构的强度差异很大，结构使用寿命的同步性存在很大差异，从局部维修的角度看没有什么问题，但从温室整体结构看，昂贵的造价并没有带来温室屋面整体性能的提高。
这种改造方法的前提是倒塌后屋面及墙体不再发生变形，能够为更新后屋面提供稳定的支撑基础。如果墙体或倒塌的后屋面结构不稳，将会给局部新建的温室后屋面带来非常大的安全隐患。
用同样的钢管材料替代传统的竹竿，也可以用来加固温室的前屋面（图15b）。因为温室的外保温被卷起时基本放置在温室前屋面的后部，这种加固方法能够大大提高温室前屋面后部的承载能力，是一种值得推广的维修改造措施。
立柱加固与更新
立柱加固和更新的方法也有两种（图16）。一种是在原有钢筋混凝土立柱上靠贴1根钢筋混凝土短柱，使局部受损的钢筋混凝土立柱得到加强，这种做法要求将两根立柱用钢丝扣紧，使之真正成为一体化的承力立柱，但从结构承力的角度分析，由于原立柱中部受伤，柱顶力通过加强柱传递到原柱或加强柱基础，存在二次传力的过程，而这种传力主要是通过二者之间的摩擦力传递，对两根柱的连接要求比较高，往往是连接两根柱的扣丝断裂使传力失效，因此，笔者的建议是在可能的情况下尽量采用全柱更换的方式不用旁柱加强的方法更好。
第二种立柱加强的措施是用钢管柱替代钢筋混凝土柱，这种做法立柱的强度更强，立柱占用空间也小，对温室内种植的遮光和室内作业的影响更小，而且钢管材料来源丰富，加工安装都非常方便。但需要注意的是钢管需要进行内外表面防腐处理，否则在温室高温高湿的环境中很快将会锈蚀，影响结构的整体使用寿命。
墙体加固与修补
对墙体的局部加固，民间的做法很多，大都是就地取材，采用简便易操作的方法，如原土夯实、草泥修补、沙袋修补、砖石修补、木板修补等，如图17。寿光市农业局组织专家也总结出了一套墙体修补的方法，供广大的农户在温室维修时根据自身的特点选择使用。需要指出的是这些局部维修应该是在温室墙体整体稳定的条件下才具备可行性，如果温室墙体整体存在安全隐患，局部的维修将不能解决整体的稳定，最终局部维修也只能是劳民伤财。
重建
对于墙体大面积垮塌、后屋面倒塌的温室，依靠局部维修已经难以恢复温室原貌时，则应采用重建的方法。目前在应急状态下农户的重建方案还是沿用了传统的寿光机打土墙结构温室（图18）。据介绍，寿光蔬菜产业集团和农发集团也在积极征地，计划分别建设万亩温室园，以保证寿光设施蔬菜的生产。在企业化的新建温室中，建议引进新技术和新的温室形式，用企业的力量带动当地日光温室技术的升级换代。期待寿光人民在灾后重建的过程中能更多地发挥主观能动性，创造出更适合寿光，乃至全国推广的高性能日光温室。
灾害后的启示
要重视合理选择温室建设场地
一是温室建设要远离河道，尤其要远离排水沟渠。在地势较高的地区温室建设场地一般应离开河道500m以上，对于地势较低的地区温室建设场地应离开河道1000m以上，严禁在河道内或者泄洪渠内建设温室设施。二是温室建设要避开低洼积水地段，避免降雨天在温室场区形成积水。三是温室建设要选择地下水位较低的地区。如果地下水位常年较高，则应选择砂性大、透水性强的土质地区建设，避免在黏质土地区建设温室。四是在地下水位较高的地区建设日光温室应尽量避免采用下挖式半地下形式。
要重视温室场区排水设计
温室建设要配套建设好温室及其周围的排水系统。一是要在温室的外墙周围做好散水或墙面防水，避免雨水或周围积水浸入温室墙体基础，保障温室墙体的安全。一般直立墙体的散水宽度应达到600~1000mm，像寿光这种机打土墙，由于墙体厚度大，外墙面坡度大，只要做好外墙面的防水，基本可以避免墙体坍塌。二是在地下水位比较的高的地区，应该在温室外开挖导流沟（图19），沟底深度标高比温室室内陆面标高低500mm以上，在地下水位升高时，集中排除导流沟内的积水即可避免温室内陆下水位的上升。三是在温室建设区做好排水沟的整体布局，在应急状态下，从温室中或从温室边的导流沟中排除的积水能及时通过场区外的排水沟排除。四是从大区域考虑做好整个区域的排水设计，保证区域排水顺畅，避免积水倒流进温室场区。
要重视温室日常维护
做好日光温室的日常维护对防灾减灾非常重要。本次水灾后的调研中发现有的温室生产者对温室的墙体（包括后墙和山墙）从内到外均作了防护（图20），水灾后温室结构没有受到任何损坏。这种防护方法简单，防护成本也较低，尤其适用于土墙结构的日光温室。这种做法在夏季雨量较大的其他地区建设和运行土墙结构日光温室时也非常值得借鉴和参考。
除了对墙体的防护外，寿光的温室生产者对夏季保温被的防护也做得非常到位（图21）。将保温被卷起放置在屋脊位置后用塑料薄膜和无纺布等材料包裹，并用土袋或砖块将包裹材料的边缘压紧，避免大风将包裹材料卷起。这种防护方法不仅保护了保温被不被雨水淋浸，也保护了保温被不会受夏季紫外线的长时间照射而降低使用寿命。对保温被的防护还能保证保温被在下雨条件下不会增加额外重量，从而也有效避免了对温室结构的附加荷载。夏季由于保温被防护不到位而造成下雨时压塌温室的案例已不是个案，所以寿光这种保温被防护的理念和措施非常值得在全国推广和应用。
调研中还发现一种非常实用的温室后墙内表面防护方法，就是在温室屋脊通风口的下方安装一幅塑料薄膜（图22），用以将屋脊通风口滴落的雨水或结露水滴导流到温室走道内，从而避免了水滴直接滴落温室墙面，使墙面得到有效保护。到了冬季，抬高导流塑料薄膜的檐口还可以导流室外冷风，避免从屋脊通风口进入温室的冷风直接吹袭作物冠层，可有效避免作物冷害或受冻。
作者：周长吉（农业农村部规划设计研究院）