峽江水利樞紐庫區抬田工程研究及應用

夏美龍，付 鵬，沈均榕，胡建軍

（1.江西省峽江水利樞紐工程管理局，江西 南昌 330046；2.江西省水利規劃設計研究院，江西 南昌 330029）

1 工程概況

江西省峽江水利樞紐工程位于贛江中游峽江縣老縣城（巴邱鎮）上游峽谷河段，距巴邱鎮約6 km，是一座以防洪、發電、航運為主，兼顧灌溉等綜合利用的大（Ⅰ）型水利樞紐工程，水庫總庫容11.87 億m3，正常蓄水位46.0 m，死水位44.0 m，防洪高水位、設計洪水位、校核洪水位均為49.0 m。

庫區在不防護條件下，淹沒耕地6753 hm2，需搬遷人口10.49 萬人，拆遷房屋面積592.8 萬m2，如此大的搬遷任務給移民安置造成了巨大的困難。為減少水庫淹沒損失和影響，峽江庫區采用防護、抬田和淹沒相結合的辦法應對淹沒問題。通過以上措施，水庫淹沒共需搬遷人口24911 人，拆遷房屋面積128.02 萬m2，征用耕地1952 hm2。極大地減輕了移民安置的壓力，節省了工程投資，加快了工程建設進度。

2 抬田工程研究

峽江庫區抬田深度一般2 m～3 m，抬田面積1867 hm2，由于國內外沒有抬田工程設計規范和技術方案，為保證抬田實施后能夠達到與抬田前同樣的產量水平，在抬田工程實施前，江西省峽江水利樞紐工程建設總指揮部聯合江西省水利規劃設計研究院、河海大學、江西省灌溉試驗中心站，利用河海大學滲流實驗室和江西省灌溉試驗中心站大型測坑開展抬田工程研究。經過研究，提出峽江抬田工程結構、抬田高度、耕作層厚度、保水層技術參數、墊高層材料及技術參數、庫水位變化對保水層保水保土性質的影響等研究成果。按照研究成果進行抬田種植試驗，與未抬田區的作物產量進行對比，對研究成果進行驗證，確定峽江水利樞紐庫區抬田設計方案。

2.1 抬田結構研究

通過收集國內抬田資料，抬田結構通常采用單層結構、雙層結構和三層結構。單層結構是采用粘土填高至抬田后的田面高程。雙層結構是先填墊高層，再填一層較厚的粘土層或耕作層至抬田后的田面高程。三層結構是先填墊高層（采用風化料或砂卵石）、墊高層上填筑一定厚度的粘土層，作為保水層，然后再在保水層上填筑耕作層。

單層結構耕地熟化時間較長，影響作物產量。雙層結構如上層全部采用耕作土，產量恢復較快，但耕作土需求量大，取土困難，如上層全部采用粘土，則耕地熟化時間長，對作物產量影響時間較長。三層結構產量恢復快，耕作土、粘土用量相對較小。峽江水利樞紐庫區抬田1867 hm2，規模較大，宜選用三層結構。

2.2 抬田高度研究

按照抬田工程量最省、產量最高的原則，確定抬田高度。利用大型測坑建立試驗模型，將地下水位控制在不同的深度，模擬水庫蓄水運行情況，按照三層結構，從抬田區取土，在測坑內進行水稻種植試驗。

耕作層厚度采用15 cm、30 cm，保水層厚度40 cm，墊高層采用風化料和砂卵石兩種情況。參照《灌溉與排水設計規范》（GB 50288—99），水稻田設計排漬深度為0.4 m～0.6 m，抬田高度采用高出設計正常蓄水位0.4 m、0.5 m、0.6 m、0.7 m 四種情況進行組合，在測坑分成不同的試驗小區開展種植試驗。通過試驗，地下水位埋深控制為0.5 m 的試驗小區，作物水分生產率和產量均高于地下水位埋深控制0.4 m、0.6 m、0.7 m 三種情況試驗小區。墊高層為風化料或砂卵石對作物水分生產率和作物產量沒有影響。峽江水利樞紐庫區抬田后田面高程選擇高出正常蓄水位0.5 m。

2.3 耕作層厚度研究

根據調查，高產水稻田的耕作層厚度為15 cm～20 cm，下部梨底層厚度8 cm～10 cm，梨底層為粘壤土或壤質粘土（粘粒15%～20%）。其他農作物要求的耕作層厚度各有不同，比如油菜的耕作層厚度為30 cm，因此，耕作層厚度受種植模式的制約；由于受施工水平的影響，抬田過程中粘土層的平整度會存在誤差，導致耕作層厚度不均勻。通過試驗，耕作層厚度小于25 cm 時，在部分耕作層較薄的地方，耕作過程中生粘土容易上翻到耕作層，不利于水稻生長，抬田設計耕作層厚度需考慮粘土層的施工平整度對耕作層厚度的約束；20 cm 厚度水稻土作為耕作層，在耕作層下部回填10 cm 水稻土與再下部生粘土共同壓實形成梨底層，對水稻生長發育最有利，可以保證土壤結構長期維持穩產高產，但在耕作層下部回填10 cm 水稻土與粘土層共同壓實形成梨底層增加了施工難度，提高了施工成本；通過現場調查，高產水稻的根系大部分在表面20 cm 以內，超過20 cm 以下還有少部分水稻根系生長，從根系發育和持續高產需要，20 cm 耕作以下應有5 cm～10 cm 的水稻土作為梨底層，盡可能不以生粘土作為梨底層；通過抬田小區試驗，耕作層超過20 cm，在灌水耕作條件下拖拉機和耕牛容易下陷，耕作活動受到影響，甚至難于耕作，因此，20 cm 耕作層以下需要比較堅硬的梨底層，不僅起保水保肥作用，并適度滲漏，同時起到滿足承載拖拉機和耕牛耕作的條件。

通過綜合比較,考慮到峽江庫區以種植水稻為主，選擇回填25 cm 原水稻土作為耕作層，耕作層下部為壓實性粘土，通過耕作，下部5 cm 水稻土與粘土層上層粘土混合逐漸形成梨底層，與下部粘土層一起起保水保肥作用是一種可行的方案，能夠較好地滿足以上五種條件的約束。

2.4 保水層關鍵技術研究

抬田結構由耕作層、保水粘土層和底部墊高層組成，通過耕作，耕作層下部水稻土與保水層上部粘土混合逐漸形成梨底層，梨底層與下部粘土層共同起保水保肥作用。按照《灌溉與排水工程設計規范》（GB 50288—99），水稻田適宜日滲漏量為2 mm/d～8 mm/d，當滲漏量大于適宜日滲漏量時，不能起保水保肥作用，當滲漏量小于適宜日滲漏量時，影響水稻正常生長。粘土層的厚度、滲透系數應滿足水稻田適宜日滲漏量的要求，滲透系數與壓實度密切相關，因此，需確定粘土層的厚度和壓實度。

在峽江庫區3 片抬田區取粘土樣，送滲流實驗室開展滲流實驗研究，在飽和穩定滲流測試法條件下，按照壓實度0.88、0.90、0.92 三種情況，分別測得保水層三種粘土的滲透系數為6×10-6cm/s～2×10-6cm/s、5×10-6cm/s～2×10-6cm/s、5×10-6cm/s～3×10-7cm/s。按照耕作層 20 cm，梨底層10 cm，保水層30 cm、40 cm、50 cm，梨底層的壓實度和保水層相同，墊高層分別采用風化料和砂卵石，在實驗室建立試驗模型，在模型頂部表面維持水深2 cm～5 cm 穩定補給，模擬抬田結構的整體滲透特性，測試滲透量，經過模型底部自由排滲出流和底部水位頂托兩種情況試驗，在上述三種抬田區粘土土樣條件下，選擇保水層30 cm，壓實度0.9，滿足抬田日滲漏量規范要求，并且保水層工程量最小，墊高層不同材料（風化料、砂卵石）、不同相對密度、不同厚度對抬田工程日滲漏量沒有影響。

故采用梨底層10 cm（壓實度0.9），保水層厚度30 cm（壓實度0.9）最為合適。由于梨底層在施工時難于準確控制，參考耕作層厚度的研究成果，建議調整為耕作層25 cm，粘土保水層35 cm（壓實度0.9），滲透系數控制在1×10-5cm/s～5×10-6cm/s 范圍，通過耕作，耕作層下部5 cm 水稻土與保水層上部粘土逐漸混合形成梨底層，與保水層共同起保水保肥作用。墊高層可選用風化料或砂卵石，為避免沉陷，相對密度不低于0.60。

2.5 庫水位變化對保水層保水性影響研究

按照擬定的抬田結構和抬田高度，抬田高度高于正常蓄水位0.5 m，耕作層厚度25 cm，保水層厚度35 cm（壓實度0.9），耕作層與保水層厚度總共0.6 m，墊高層分別采用風化料或砂卵石（相對密度不低于0.60），水庫正常蓄水位高于保水層底面10 cm。在大型測坑內模擬庫水位變化對保水層保水保肥是否產生影響。在抬田區取土，在測坑內按照上述結構填筑完成，通過測坑地下水自動供排系統模擬庫區水位變化干濕交替，通過三年試驗，保水層土壤容重、飽和滲透系數、孔隙度都沒有變化。壓實度達0.9 的保水層土壤結構性能不會受水庫蓄水后，庫水位變化導致抬田區地下水位升降對其穩定性的影響。

故峽江庫區抬田工程設計采用三層結構，從上至下由耕作層、保水層、墊高層組成，抬田高度高出正常蓄水位0.5 m。耕作層厚度25 cm，保水層厚度35 cm，墊高層厚度按照抬田高度確定。耕作層利用抬田區剝離的原耕作土。保水層采用粘土，保水層壓實度0.9，滲透系數控制在1×10-5cm/s～5×10-6cm/s范圍。墊高層可采用風化料或砂卵石，墊高層相對密度不低于0.6。按照以上設計參數進行抬田試驗，在試驗田種植水稻，在水肥模式相同的條件下，與未抬田區進行產量對比。試驗表明抬田區種植二年以后基本恢復抬田前的產量水平，通過抬田研究得出的峽江抬田設計技術方案經抬田試驗驗證是可行的。

3 工程效益

峽江庫區實施抬田工程1867 hm2，增加環境容量1.54 萬人（其中淹地不淹房的人數0.68 萬人，抬田后不需要搬遷。淹地淹房的人數0.86 萬人，抬田后實行后靠安置），經測算，節省移民投資19 億元。

4 經驗和體會

（1）上述抬田結構及技術參數只是針對峽江水利樞紐庫區抬田的土料特性及水稻種植模式取得的研究成果，其他工程區不同抬田土料特性及不同種植模式的抬田技術方案要根據實際情況另行確定，但此研究可為其他抬田設計技術方案提供借鑒。

（2）水庫工程建設難在移民，通過庫區實行抬田工程，減少水庫淹沒，增加環境容量，可以有效減少庫區移民數量，起到節省工程投資，加快工程建設進度，減少不穩定因素多重作用，在類似水庫工程建設中值得推廣。