峡江水利枢纽库区抬田工程研究及应用

夏美龙，付 鹏，沈均榕，胡建军

（1.江西省峡江水利枢纽工程管理局，江西 南昌 330046；2.江西省水利规划设计研究院，江西 南昌 330029）

1 工程概况

江西省峡江水利枢纽工程位于赣江中游峡江县老县城（巴邱镇）上游峡谷河段，距巴邱镇约6 km，是一座以防洪、发电、航运为主，兼顾灌溉等综合利用的大（Ⅰ）型水利枢纽工程，水库总库容11.87 亿m3，正常蓄水位46.0 m，死水位44.0 m，防洪高水位、设计洪水位、校核洪水位均为49.0 m。

库区在不防护条件下，淹没耕地6753 hm2，需搬迁人口10.49 万人，拆迁房屋面积592.8 万m2，如此大的搬迁任务给移民安置造成了巨大的困难。为减少水库淹没损失和影响，峡江库区采用防护、抬田和淹没相结合的办法应对淹没问题。通过以上措施，水库淹没共需搬迁人口24911 人，拆迁房屋面积128.02 万m2，征用耕地1952 hm2。极大地减轻了移民安置的压力，节省了工程投资，加快了工程建设进度。

2 抬田工程研究

峡江库区抬田深度一般2 m～3 m，抬田面积1867 hm2，由于国内外没有抬田工程设计规范和技术方案，为保证抬田实施后能够达到与抬田前同样的产量水平，在抬田工程实施前，江西省峡江水利枢纽工程建设总指挥部联合江西省水利规划设计研究院、河海大学、江西省灌溉试验中心站，利用河海大学渗流实验室和江西省灌溉试验中心站大型测坑开展抬田工程研究。经过研究，提出峡江抬田工程结构、抬田高度、耕作层厚度、保水层技术参数、垫高层材料及技术参数、库水位变化对保水层保水保土性质的影响等研究成果。按照研究成果进行抬田种植试验，与未抬田区的作物产量进行对比，对研究成果进行验证，确定峡江水利枢纽库区抬田设计方案。

2.1 抬田结构研究

通过收集国内抬田资料，抬田结构通常采用单层结构、双层结构和三层结构。单层结构是采用粘土填高至抬田后的田面高程。双层结构是先填垫高层，再填一层较厚的粘土层或耕作层至抬田后的田面高程。三层结构是先填垫高层（采用风化料或砂卵石）、垫高层上填筑一定厚度的粘土层，作为保水层，然后再在保水层上填筑耕作层。

单层结构耕地熟化时间较长，影响作物产量。双层结构如上层全部采用耕作土，产量恢复较快，但耕作土需求量大，取土困难，如上层全部采用粘土，则耕地熟化时间长，对作物产量影响时间较长。三层结构产量恢复快，耕作土、粘土用量相对较小。峡江水利枢纽库区抬田1867 hm2，规模较大，宜选用三层结构。

2.2 抬田高度研究

按照抬田工程量最省、产量最高的原则，确定抬田高度。利用大型测坑建立试验模型，将地下水位控制在不同的深度，模拟水库蓄水运行情况，按照三层结构，从抬田区取土，在测坑内进行水稻种植试验。

耕作层厚度采用15 cm、30 cm，保水层厚度40 cm，垫高层采用风化料和砂卵石两种情况。参照《灌溉与排水设计规范》（GB 50288—99），水稻田设计排渍深度为0.4 m～0.6 m，抬田高度采用高出设计正常蓄水位0.4 m、0.5 m、0.6 m、0.7 m 四种情况进行组合，在测坑分成不同的试验小区开展种植试验。通过试验，地下水位埋深控制为0.5 m 的试验小区，作物水分生产率和产量均高于地下水位埋深控制0.4 m、0.6 m、0.7 m 三种情况试验小区。垫高层为风化料或砂卵石对作物水分生产率和作物产量没有影响。峡江水利枢纽库区抬田后田面高程选择高出正常蓄水位0.5 m。

2.3 耕作层厚度研究

根据调查，高产水稻田的耕作层厚度为15 cm～20 cm，下部梨底层厚度8 cm～10 cm，梨底层为粘壤土或壤质粘土（粘粒15%～20%）。其他农作物要求的耕作层厚度各有不同，比如油菜的耕作层厚度为30 cm，因此，耕作层厚度受种植模式的制约；由于受施工水平的影响，抬田过程中粘土层的平整度会存在误差，导致耕作层厚度不均匀。通过试验，耕作层厚度小于25 cm 时，在部分耕作层较薄的地方，耕作过程中生粘土容易上翻到耕作层，不利于水稻生长，抬田设计耕作层厚度需考虑粘土层的施工平整度对耕作层厚度的约束；20 cm 厚度水稻土作为耕作层，在耕作层下部回填10 cm 水稻土与再下部生粘土共同压实形成梨底层，对水稻生长发育最有利，可以保证土壤结构长期维持稳产高产，但在耕作层下部回填10 cm 水稻土与粘土层共同压实形成梨底层增加了施工难度，提高了施工成本；通过现场调查，高产水稻的根系大部分在表面20 cm 以内，超过20 cm 以下还有少部分水稻根系生长，从根系发育和持续高产需要，20 cm 耕作以下应有5 cm～10 cm 的水稻土作为梨底层，尽可能不以生粘土作为梨底层；通过抬田小区试验，耕作层超过20 cm，在灌水耕作条件下拖拉机和耕牛容易下陷，耕作活动受到影响，甚至难于耕作，因此，20 cm 耕作层以下需要比较坚硬的梨底层，不仅起保水保肥作用，并适度渗漏，同时起到满足承载拖拉机和耕牛耕作的条件。

通过综合比较,考虑到峡江库区以种植水稻为主，选择回填25 cm 原水稻土作为耕作层，耕作层下部为压实性粘土，通过耕作，下部5 cm 水稻土与粘土层上层粘土混合逐渐形成梨底层，与下部粘土层一起起保水保肥作用是一种可行的方案，能够较好地满足以上五种条件的约束。

2.4 保水层关键技术研究

抬田结构由耕作层、保水粘土层和底部垫高层组成，通过耕作，耕作层下部水稻土与保水层上部粘土混合逐渐形成梨底层，梨底层与下部粘土层共同起保水保肥作用。按照《灌溉与排水工程设计规范》（GB 50288—99），水稻田适宜日渗漏量为2 mm/d～8 mm/d，当渗漏量大于适宜日渗漏量时，不能起保水保肥作用，当渗漏量小于适宜日渗漏量时，影响水稻正常生长。粘土层的厚度、渗透系数应满足水稻田适宜日渗漏量的要求，渗透系数与压实度密切相关，因此，需确定粘土层的厚度和压实度。

在峡江库区3 片抬田区取粘土样，送渗流实验室开展渗流实验研究，在饱和稳定渗流测试法条件下，按照压实度0.88、0.90、0.92 三种情况，分别测得保水层三种粘土的渗透系数为6×10-6cm/s～2×10-6cm/s、5×10-6cm/s～2×10-6cm/s、5×10-6cm/s～3×10-7cm/s。按照耕作层 20 cm，梨底层10 cm，保水层30 cm、40 cm、50 cm，梨底层的压实度和保水层相同，垫高层分别采用风化料和砂卵石，在实验室建立试验模型，在模型顶部表面维持水深2 cm～5 cm 稳定补给，模拟抬田结构的整体渗透特性，测试渗透量，经过模型底部自由排渗出流和底部水位顶托两种情况试验，在上述三种抬田区粘土土样条件下，选择保水层30 cm，压实度0.9，满足抬田日渗漏量规范要求，并且保水层工程量最小，垫高层不同材料（风化料、砂卵石）、不同相对密度、不同厚度对抬田工程日渗漏量没有影响。

故采用梨底层10 cm（压实度0.9），保水层厚度30 cm（压实度0.9）最为合适。由于梨底层在施工时难于准确控制，参考耕作层厚度的研究成果，建议调整为耕作层25 cm，粘土保水层35 cm（压实度0.9），渗透系数控制在1×10-5cm/s～5×10-6cm/s 范围，通过耕作，耕作层下部5 cm 水稻土与保水层上部粘土逐渐混合形成梨底层，与保水层共同起保水保肥作用。垫高层可选用风化料或砂卵石，为避免沉陷，相对密度不低于0.60。

2.5 库水位变化对保水层保水性影响研究

按照拟定的抬田结构和抬田高度，抬田高度高于正常蓄水位0.5 m，耕作层厚度25 cm，保水层厚度35 cm（压实度0.9），耕作层与保水层厚度总共0.6 m，垫高层分别采用风化料或砂卵石（相对密度不低于0.60），水库正常蓄水位高于保水层底面10 cm。在大型测坑内模拟库水位变化对保水层保水保肥是否产生影响。在抬田区取土，在测坑内按照上述结构填筑完成，通过测坑地下水自动供排系统模拟库区水位变化干湿交替，通过三年试验，保水层土壤容重、饱和渗透系数、孔隙度都没有变化。压实度达0.9 的保水层土壤结构性能不会受水库蓄水后，库水位变化导致抬田区地下水位升降对其稳定性的影响。

故峡江库区抬田工程设计采用三层结构，从上至下由耕作层、保水层、垫高层组成，抬田高度高出正常蓄水位0.5 m。耕作层厚度25 cm，保水层厚度35 cm，垫高层厚度按照抬田高度确定。耕作层利用抬田区剥离的原耕作土。保水层采用粘土，保水层压实度0.9，渗透系数控制在1×10-5cm/s～5×10-6cm/s范围。垫高层可采用风化料或砂卵石，垫高层相对密度不低于0.6。按照以上设计参数进行抬田试验，在试验田种植水稻，在水肥模式相同的条件下，与未抬田区进行产量对比。试验表明抬田区种植二年以后基本恢复抬田前的产量水平，通过抬田研究得出的峡江抬田设计技术方案经抬田试验验证是可行的。

3 工程效益

峡江库区实施抬田工程1867 hm2，增加环境容量1.54 万人（其中淹地不淹房的人数0.68 万人，抬田后不需要搬迁。淹地淹房的人数0.86 万人，抬田后实行后靠安置），经测算，节省移民投资19 亿元。

4 经验和体会

（1）上述抬田结构及技术参数只是针对峡江水利枢纽库区抬田的土料特性及水稻种植模式取得的研究成果，其他工程区不同抬田土料特性及不同种植模式的抬田技术方案要根据实际情况另行确定，但此研究可为其他抬田设计技术方案提供借鉴。

（2）水库工程建设难在移民，通过库区实行抬田工程，减少水库淹没，增加环境容量，可以有效减少库区移民数量，起到节省工程投资，加快工程建设进度，减少不稳定因素多重作用，在类似水库工程建设中值得推广。