峽江水利樞紐庫區(qū)抬田工程研究及應(yīng)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(guī)劃設(shè)計(jì)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(zhèn)）上游峽谷河段，距巴邱鎮(zhèn)約6 km，是一座以防洪、發(fā)電、航運(yùn)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(shè)計(jì)洪水位、校核洪水位均為49.0 m。

庫區(qū)在不防護(hù)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(wù)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(qū)采用防護(hù)、抬田和淹沒相結(jié)合的辦法應(yīng)對(duì)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(jié)省了工程投資，加快了工程建設(shè)進(jìn)度。

2 抬田工程研究

峽江庫區(qū)抬田深度一般2 m～3 m，抬田面積1867 hm2，由于國(guó)內(nèi)外沒有抬田工程設(shè)計(jì)規(guī)范和技術(shù)方案，為保證抬田實(shí)施后能夠達(dá)到與抬田前同樣的產(chǎn)量水平，在抬田工程實(shí)施前，江西省峽江水利樞紐工程建設(shè)總指揮部聯(lián)合江西省水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院、河海大學(xué)、江西省灌溉試驗(yàn)中心站，利用河海大學(xué)滲流實(shí)驗(yàn)室和江西省灌溉試驗(yàn)中心站大型測(cè)坑開展抬田工程研究。經(jīng)過研究，提出峽江抬田工程結(jié)構(gòu)、抬田高度、耕作層厚度、保水層技術(shù)參數(shù)、墊高層材料及技術(shù)參數(shù)、庫水位變化對(duì)保水層保水保土性質(zhì)的影響等研究成果。按照研究成果進(jìn)行抬田種植試驗(yàn)，與未抬田區(qū)的作物產(chǎn)量進(jìn)行對(duì)比，對(duì)研究成果進(jìn)行驗(yàn)證，確定峽江水利樞紐庫區(qū)抬田設(shè)計(jì)方案。

2.1 抬田結(jié)構(gòu)研究

通過收集國(guó)內(nèi)抬田資料，抬田結(jié)構(gòu)通常采用單層結(jié)構(gòu)、雙層結(jié)構(gòu)和三層結(jié)構(gòu)。單層結(jié)構(gòu)是采用粘土填高至抬田后的田面高程。雙層結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)是先填墊高層（采用風(fēng)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(jié)構(gòu)耕地熟化時(shí)間較長(zhǎng)，影響作物產(chǎn)量。雙層結(jié)構(gòu)如上層全部采用耕作土，產(chǎn)量恢復(fù)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(shí)間長(zhǎng)，對(duì)作物產(chǎn)量影響時(shí)間較長(zhǎng)。三層結(jié)構(gòu)產(chǎn)量恢復(fù)快，耕作土、粘土用量相對(duì)較小。峽江水利樞紐庫區(qū)抬田1867 hm2，規(guī)模較大，宜選用三層結(jié)構(gòu)。

2.2 抬田高度研究

按照抬田工程量最省、產(chǎn)量最高的原則，確定抬田高度。利用大型測(cè)坑建立試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，將地下水位控制在不同的深度，模擬水庫蓄水運(yùn)行情況，按照三層結(jié)構(gòu)，從抬田區(qū)取土，在測(cè)坑內(nèi)進(jìn)行水稻種植試驗(yàn)。

耕作層厚度采用15 cm、30 cm，保水層厚度40 cm，墊高層采用風(fēng)化料和砂卵石兩種情況。參照《灌溉與排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50288—99），水稻田設(shè)計(jì)排漬深度為0.4 m～0.6 m，抬田高度采用高出設(shè)計(jì)正常蓄水位0.4 m、0.5 m、0.6 m、0.7 m 四種情況進(jìn)行組合，在測(cè)坑分成不同的試驗(yàn)小區(qū)開展種植試驗(yàn)。通過試驗(yàn)，地下水位埋深控制為0.5 m 的試驗(yàn)小區(qū)，作物水分生產(chǎn)率和產(chǎn)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(yàn)小區(qū)。墊高層為風(fēng)化料或砂卵石對(duì)作物水分生產(chǎn)率和作物產(chǎn)量沒有影響。峽江水利樞紐庫區(qū)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(jù)調(diào)查，高產(chǎn)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(zhì)粘土（粘粒15%～20%）。其他農(nóng)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(huì)存在誤差，導(dǎo)致耕作層厚度不均勻。通過試驗(yàn)，耕作層厚度小于25 cm 時(shí)，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(zhǎng)，抬田設(shè)計(jì)耕作層厚度需考慮粘土層的施工平整度對(duì)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(shí)形成梨底層，對(duì)水稻生長(zhǎng)發(fā)育最有利，可以保證土壤結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期維持穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，但在耕作層下部回填10 cm 水稻土與粘土層共同壓實(shí)形成梨底層增加了施工難度，提高了施工成本；通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，高產(chǎn)水稻的根系大部分在表面20 cm 以內(nèi)，超過20 cm 以下還有少部分水稻根系生長(zhǎng)，從根系發(fā)育和持續(xù)高產(chǎn)需要，20 cm 耕作以下應(yīng)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(qū)試驗(yàn)，耕作層超過20 cm，在灌水耕作條件下拖拉機(jī)和耕牛容易下陷，耕作活動(dòng)受到影響，甚至難于耕作，因此，20 cm 耕作層以下需要比較堅(jiān)硬的梨底層，不僅起保水保肥作用，并適度滲漏，同時(shí)起到滿足承載拖拉機(jī)和耕牛耕作的條件。

通過綜合比較,考慮到峽江庫區(qū)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(shí)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(guān)鍵技術(shù)研究

抬田結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50288—99），水稻田適宜日滲漏量為2 mm/d～8 mm/d，當(dāng)滲漏量大于適宜日滲漏量時(shí)，不能起保水保肥作用，當(dāng)滲漏量小于適宜日滲漏量時(shí)，影響水稻正常生長(zhǎng)。粘土層的厚度、滲透系數(shù)應(yīng)滿足水稻田適宜日滲漏量的要求，滲透系數(shù)與壓實(shí)度密切相關(guān)，因此，需確定粘土層的厚度和壓實(shí)度。

在峽江庫區(qū)3 片抬田區(qū)取粘土樣，送滲流實(shí)驗(yàn)室開展?jié)B流實(shí)驗(yàn)研究，在飽和穩(wěn)定滲流測(cè)試法條件下，按照壓實(shí)度0.88、0.90、0.92 三種情況，分別測(cè)得保水層三種粘土的滲透系數(shù)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(shí)度和保水層相同，墊高層分別采用風(fēng)化料和砂卵石，在實(shí)驗(yàn)室建立試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，在模型頂部表面維持水深2 cm～5 cm 穩(wěn)定補(bǔ)給，模擬抬田結(jié)構(gòu)的整體滲透特性，測(cè)試滲透量，經(jīng)過模型底部自由排滲出流和底部水位頂托兩種情況試驗(yàn)，在上述三種抬田區(qū)粘土土樣條件下，選擇保水層30 cm，壓實(shí)度0.9，滿足抬田日滲漏量規(guī)范要求，并且保水層工程量最小，墊高層不同材料（風(fēng)化料、砂卵石）、不同相對(duì)密度、不同厚度對(duì)抬田工程日滲漏量沒有影響。

故采用梨底層10 cm（壓實(shí)度0.9），保水層厚度30 cm（壓實(shí)度0.9）最為合適。由于梨底層在施工時(shí)難于準(zhǔn)確控制，參考耕作層厚度的研究成果，建議調(diào)整為耕作層25 cm，粘土保水層35 cm（壓實(shí)度0.9），滲透系數(shù)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(fēng)化料或砂卵石，為避免沉陷，相對(duì)密度不低于0.60。

2.5 庫水位變化對(duì)保水層保水性影響研究

按照擬定的抬田結(jié)構(gòu)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(shí)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(fēng)化料或砂卵石（相對(duì)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(cè)坑內(nèi)模擬庫水位變化對(duì)保水層保水保肥是否產(chǎn)生影響。在抬田區(qū)取土，在測(cè)坑內(nèi)按照上述結(jié)構(gòu)填筑完成，通過測(cè)坑地下水自動(dòng)供排系統(tǒng)模擬庫區(qū)水位變化干濕交替，通過三年試驗(yàn)，保水層土壤容重、飽和滲透系數(shù)、孔隙度都沒有變化。壓實(shí)度達(dá)0.9 的保水層土壤結(jié)構(gòu)性能不會(huì)受水庫蓄水后，庫水位變化導(dǎo)致抬田區(qū)地下水位升降對(duì)其穩(wěn)定性的影響。

故峽江庫區(qū)抬田工程設(shè)計(jì)采用三層結(jié)構(gòu)，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(qū)剝離的原耕作土。保水層采用粘土，保水層壓實(shí)度0.9，滲透系數(shù)控制在1×10-5cm/s～5×10-6cm/s范圍。墊高層可采用風(fēng)化料或砂卵石，墊高層相對(duì)密度不低于0.6。按照以上設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行抬田試驗(yàn)，在試驗(yàn)田種植水稻，在水肥模式相同的條件下，與未抬田區(qū)進(jìn)行產(chǎn)量對(duì)比。試驗(yàn)表明抬田區(qū)種植二年以后基本恢復(fù)抬田前的產(chǎn)量水平，通過抬田研究得出的峽江抬田設(shè)計(jì)技術(shù)方案經(jīng)抬田試驗(yàn)驗(yàn)證是可行的。

3 工程效益

峽江庫區(qū)實(shí)施抬田工程1867 hm2，增加環(huán)境容量1.54 萬人（其中淹地不淹房的人數(shù)0.68 萬人，抬田后不需要搬遷。淹地淹房的人數(shù)0.86 萬人，抬田后實(shí)行后靠安置），經(jīng)測(cè)算，節(jié)省移民投資19 億元。

4 經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)

（1）上述抬田結(jié)構(gòu)及技術(shù)參數(shù)只是針對(duì)峽江水利樞紐庫區(qū)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(qū)不同抬田土料特性及不同種植模式的抬田技術(shù)方案要根據(jù)實(shí)際情況另行確定，但此研究可為其他抬田設(shè)計(jì)技術(shù)方案提供借鑒。

（2）水庫工程建設(shè)難在移民，通過庫區(qū)實(shí)行抬田工程，減少水庫淹沒，增加環(huán)境容量，可以有效減少庫區(qū)移民數(shù)量，起到節(jié)省工程投資，加快工程建設(shè)進(jìn)度，減少不穩(wěn)定因素多重作用，在類似水庫工程建設(shè)中值得推廣。