第2章 库区抬田工程关键技术研究与应用
2.1 概述
2.1.1 工程概况
峡江库区是著名的吉泰盆地的组成部分，近年来，该区域经济社会发展较快。为最大限度地降低水库淹没对当地国民经济和生态环境的影响，减少土地淹没和人口迁移的数量，对峡江库区涉及的峡江县、吉水县、吉州区、青原区及吉安县的浅淹没区进行抬田工程建设。抬田工程分为防护区外抬田和防护区内抬田工程。防护区外抬田，抬田后的耕地高程不低于各断面在坝前水位46.00m相应流量为5000m3/s时的水面线高程，即抬田后最低田块耕地高程不低于46.50m；防护区内抬田工程，主要依据各防护区内的耕地高程、工程地质条件及堤基防渗处理方式确定，同江防护区采取全封闭防渗处理，抬田后最低田块耕地高程不低于41.00m。
上下陇洲防护区堤基未做防渗处理，堤后填塘及抬田后最低田块耕地高程不低于43.00m；柘塘防护区堤基做防渗处理，但考虑到老河道处耕地高程较低，防护堤附近耕地高程抬高至44.00m，防护堤外的耕地高程抬高至46.80m和47.80m；樟山防护区防护堤外的耕地高程抬高至47.00m；槎滩防护区老河道处耕地高程较低，防护堤附近的耕地高程抬高至44.00m，防护堤外的耕地高程抬高至46.80m。峡江库区抬田工程主要分布在沙坊、八都、桑园、水田、槎滩、金滩、南岸、醪桥、乌江、水南背、葛山、砖门、吉州区、禾水、潭西，以及同江防护区、上下陇洲防护区、柘塘防护区、樟山防护区、槎滩防护区，共20个区域。此项防护措施共减少淹没耕地面积37791亩、林地面积3678亩，提高防护区受浸没影响的耕地面积13547亩（根据吉水县城城市规划，水南背抬田区域为城南新区，抬田工程改为抬地，设计洪水标准采用10年一遇洪水位，抬地地面高程抬至49.50m）。
2.1.2 国内外抬田工程技术运用及研究情况
江西省内在建和已建的工程项目中，位于鹰潭市的信江界牌航运枢纽、泰和县的赣江石虎塘航电枢纽均采用了抬田技术，前者用于淹没区抬田，后者除用于淹没区抬田外，还用于浸没区抬田。
江西省外在建和已建的工程项目中，湖南省耒阳市耒中水电站、株洲航电枢纽，四川省广元市亭子口水利枢纽等工程也采用了抬田技术，主要用于淹没区抬田。
界牌航运枢纽、耒中水电站抬田规模不大，面积仅几百亩；抬田规模较大的为亭子口水利枢纽，抬田面积为4965余亩。亭子口水利枢纽对保水保肥性能进行了室内试验研究。亭子口水利枢纽是嘉陵江干流开发的控制性工程,是以防洪、灌溉及城乡供水为主,兼顾发电、航运,并具有拦沙减淤等效益的综合利用工程。对水库淹没深度较浅的成片农田采用低地垫高的方案，工程措施包括低地回填垫高、护岸、截排水、田间配套工程及增加土壤肥力等措施。其垫高方案为：回填砂卵石，回填0.3m厚的反滤层，回填0.7m厚耕作层并压实，回填0.3m厚耕作层压实。为研究垫高层的保水性和保土性，进行了室内试验。试验在大型土柱中进行，土柱由多层40cm×40cm×30cm的方形钢制容器拼接而成。每层土柱壁以10cm为间距安装TDR土壤含水率探头，实时监测土壤含水率变化。最下一层土柱底部留有排水口，监测排水情况。试验时在土柱上部人工灌水，观测水层的深度变化，通过TDR观测不同深度土壤含水率随入渗时间的变化；在土柱底部收集排水，观测排水时间和排水量。研究表明，这种结构能起到保土作用。为更好地起到保水作用，下部0.7m厚耕作层回填时应压实，压实标准为控制其干密度为天然状态干密度的1.1倍。
国内外对水库浸没问题研究成果较多，主要研究内容是浸没范围的预测和防治措施。为研究峡江水利枢纽最大的防护区——同江防护区的渗流及浸没等问题，河海大学与江西省水利规划设计院进行了同江防护区渗流控制措施及地下水环境分析方法应用开发研究。在防治浸没的措施中，未见对抬田工程的研究成果。
2.1.3 抬田工程研究内容与方法
1.研究内容
抬田工程的建设，应达到两个目标：①工程建设投资省，成本低。一方面，抬田工程需要大量的填筑土料，土料开采需要占用岗丘林地，在发挥工程效益的同时，如何达到工程量最省；另一方面，采用的抬田措施，要便于施工，降低工程建设成本。②抬田后的耕地，建成为高标准农田。能有效满足农田保水保肥要求，保障作物的正常生长发育，尽快地恢复或超过原有农业生产水平。
这两个目标应是统一和协调的，不能仅考虑降低建设成本，不考虑抬田工程的耕作要求，也不能只考虑耕作要求，不考虑建设成本。综合两方面的因素，主要研究内容包括以下几方面：
（1）抬田结构研究。从施工、取用土料难易程度、适宜作物生长等方面，进行综合分析研究，选择合理的抬田结构。
（2）抬田高度研究。
1）抬田高度越高，抬田工程量越大，但作物根系受库水位影响越小，不会因水库蓄水对耕地产生浸没影响。
2）降低抬田高度，可节省工程量，减少投资，但作物根系受库水位影响越大，如抬田高程过低，会因水库蓄水对耕地产生浸没影响。
3）研究采用合适的抬田高度，既能使工程量相对节省，又能满足作物正常生长的要求。
（3）耕作层厚度研究。耕作层是在长期的精耕细作下，逐步培育出来的表层耕作土，它具有良好的水、肥、气、热条件，可以概括为深、软、松、肥几个字，深是指有深厚的耕作层；软是指土壤松、软、油滑，灌水后泥块易溶烂，无泥核；土质不过砂，也不过黏；松是指干时土壤结构好，疏松多孔，不板结，有良好的通气、透水性；肥是指土壤养分丰富，酸碱度适中，无有毒物质。
水稻高产田的耕作层一般为15~20cm，下部犁底层厚度为8~10cm，质地以黏壤土或壤质黏土（黏粒15%~20%）为好；有机质含量为2.0%~4.0%；养分比较丰富，全氮量为0.14%~0.20%，全磷为0.11%左右；最适酸碱度为6.5~7.5。
抬田工程采用的耕作土层，一般先从抬田区剥离，待下部垫高层和保水层填筑完后，再将耕作土回填。耕作土的剥离与回填，最优的方案是按原耕作层厚度剥离，考虑便于机械施工及施工的误差，选择最优的耕作层剥离与回填厚度。
（4）保水层关键技术研究。无论采用哪种抬田结构，在耕作层下，均要形成一层保水层。保水层的土质要求、厚度要求、压实度要求、适宜的渗透系数等，是能否起保水保肥的关键，需要重点进行试验研究。
（5）库水位变化对保水层保水保土性研究。由于保水层位于水库水位变幅区，需要研究库水位变化对保水层的保水保土作用的影响。
（6）研究成果的验证。对研究提出的抬田结构、抬田高度、保水层等，通过在试坑和大田进行种植试验，以及作物生长及产量对比分析等措施，对研究成果进行验证。
（7）抬田工程耕作研究。研究抬田区土壤水肥演变规律，水稻水肥高效利用及土壤改良技术，以及农作物种植结构、耕作制度、灌溉制度、复耕措施等。
（8）田间工程优化设计。研究适应抬田工程及当地耕作要求的田间工程设计。
（9）施工期间环境保护与水土保持措施。研究适应抬田工程施工的施工环境、生态环境保护及水土保持措施。
2.研究方法
目前国内外缺乏成熟的抬田工程设计规范和技术方案，对抬田工程研究方法和技术路线可供参考资料较少。亭子口水利枢纽在研究垫高层的保水性和保土性采用的技术路线为：
(1)野外调查与现场试验。实地调查—选取典型区域—现场原位试验,测量现状(天然)条件下耕作层的保水、保土性能指标,并选取供室内试验的土样。
(2)室内试验。模拟并测试不同土层结构(耕作层厚度、以容重控制的密实度变化,过渡层或反滤层厚度、密实度变化)的保水、保土、肥力性能指标。
(3)指标分析。对现状(天然)土层和模拟设计的土层保水、保土性能指标进行对比分析。
按照拟定的研究内容，峡江水利枢纽抬田工程关键技术研究采用的研究方法，主要通过野外调查与现场取样试验、现有抬田工程技术对比分析、室内试验、大型测坑试验、大田种植试验等研究方法，进行模拟、分析、方案比较、优化等，确定抬田工程各项关键技术指标。