武漢市漢南地區(qū)馬影河流域地質(zhì)環(huán)境特征分析與評(píng)價(jià)

鄧青軍，劉亞洲，朱帆濟(jì)，王先登，陳玉茹

(1.武漢市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430023； 2.湖北省地質(zhì)調(diào)查院，湖北 武漢 430034)

1 引 言

馬影河既是武漢市漢南地區(qū)防洪排澇的重要通道，又是該地區(qū)重要的濱水景觀帶，一直被視為漢南區(qū)的“母親河”，同時(shí)該河流域又是漢南地區(qū)傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)和重要的工業(yè)生產(chǎn)基地。近年來隨著漢南地區(qū)城鎮(zhèn)化建設(shè)進(jìn)程的快速推進(jìn)，馬影河沿線人類工程建設(shè)活動(dòng)不斷加劇，致使河道內(nèi)嚴(yán)重淤積、排水不暢，沿線局部地段出現(xiàn)水生態(tài)受損重、環(huán)境隱患多等問題，影響和損害群眾健康，不利于經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)發(fā)展，并且未得到有效治理前可能造成沿線水生態(tài)環(huán)境和地質(zhì)環(huán)境有進(jìn)一步惡化趨勢。因此摸清沿線地段地質(zhì)環(huán)境對(duì)合理可持續(xù)開發(fā)馬影河流域資源與保護(hù)馬影河流域的生態(tài)環(huán)境、提升漢南區(qū)城市景觀與形象、改善周邊居民的生活質(zhì)量有重要意義。

過去相當(dāng)長時(shí)期內(nèi)，河流流域規(guī)劃、綜合整治的地質(zhì)工作主要是收集資料整理而成，因而地質(zhì)工作成果絕大部分是點(diǎn)狀、線片狀，缺乏對(duì)流域地質(zhì)環(huán)境的針對(duì)性、系統(tǒng)性、全面性調(diào)查和深入研究。陳德基等[1]認(rèn)為增強(qiáng)對(duì)河湖流域地質(zhì)環(huán)境的再研究和對(duì)流域地質(zhì)條件的再認(rèn)識(shí)，已是流域范圍內(nèi)生態(tài)資源的綜合開發(fā)利用和環(huán)境保護(hù)所面臨的一項(xiàng)重要任務(wù)。

為了更好地提升漢南地區(qū)水生態(tài)文明，樹立和踐行“綠水青山就是金山銀山”的生態(tài)理念，武漢市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)(漢南區(qū))正在大力推進(jìn)重點(diǎn)河流湖泊綜合整治工程。本文通過搜集河流流域沿線已有區(qū)域資料，并在鉆探、原位測試、物探、土工試驗(yàn)等多種方法的基礎(chǔ)上，旨在理清馬影河流域沿線現(xiàn)狀地質(zhì)環(huán)境“家底”，主要分析沿線巖土類型及其理化性質(zhì)、水文地質(zhì)特征、工程地質(zhì)特征及主要面臨的生態(tài)環(huán)境問題，為馬影河流域資源開發(fā)及生態(tài)環(huán)境綜合整治的順利實(shí)施提供依據(jù)。

2 研究區(qū)概況

武漢市漢南區(qū)境內(nèi)地勢低洼，地表水系發(fā)育，上承通順河來水，下有長江洪水倒灌，歷史上屬于洪泛區(qū)。馬影河位于漢南區(qū)東北部，是漢南地區(qū)境內(nèi)最大的一條天然河流，由主河道、8條連河溝渠和14個(gè)小湖泊組成，主河道長 27.4 km[2]，現(xiàn)狀馬影河河寬約 30 m～180 m，流域總面積約 152.49 km2。該河西起漢南區(qū)東城垸農(nóng)場18家，流經(jīng)漢南區(qū)東城垸農(nóng)場、鄧家口鎮(zhèn)、紗帽街，至烏金農(nóng)場東城閘入長江。馬影河流域水系分布如圖1所示。

圖1 馬影河流域水系現(xiàn)狀分布示意圖

馬影河正常水位20.50 m(吳淞高程)，最高洪水位 23.86 m(1998年，吳淞高程)。馬影河流域及周邊年平均降雨量為 1 179.4 mm，最高值為 1 692 mm，最低值為 807.1 mm，年降雨量在 1 000 mm以上的占77.3%，常年降雨日為85.88天，5月份最多，平均降雨日為8.1天[3]。

馬影河沿線地勢較為平坦，地形起伏較小，河道兩側(cè)地面地形標(biāo)高一般為 20.0 m～23.50 m左右，河道底部現(xiàn)狀標(biāo)高約 15.0 m～17.0 m。沿線主要跨越堆積平原區(qū)和剝蝕堆積平原兩種地貌單元區(qū)，相當(dāng)于長江一級(jí)階地以及三級(jí)階地上的河流湖泊堆積區(qū)，局部存在剝蝕殘丘區(qū)。

3 工程地質(zhì)特征分析與評(píng)價(jià)

3.1 地層分布及理化特征

武漢區(qū)內(nèi)地表第四系分布廣泛，基巖露頭總體上較零星，除志留紀(jì)、泥盆紀(jì)和二疊紀(jì)分布相對(duì)較廣外，多數(shù)地層僅偶有極少量露頭，出露不全[4]。本次研究于2018年3月～4月沿馬影河兩側(cè)共測放勘探孔約700個(gè)，勘探孔孔距約 100 m～150 m，孔深約 15 m～30 m。在勘探孔所揭露的深度范圍內(nèi)，場地地基土主要由人工填土、河塘底部淤泥質(zhì)土(含淤泥)、第四系沖洪積黏性土、砂土、碎石土等構(gòu)成，下伏揭露基巖為石炭系灰?guī)r、泥盆系砂巖、志留系泥巖等，根據(jù)野外鉆孔巖性描述，原位測試結(jié)果及室內(nèi)土工試驗(yàn)成果可將場地勘探深度范圍內(nèi)地層劃分為7大層、26個(gè)亞層。

本次研究共采集原狀土樣630件，擾動(dòng)樣19件，35件巖樣進(jìn)行室內(nèi)土工試驗(yàn)，各巖土層主要物理力學(xué)指標(biāo)平均值如表1、表2所示。根據(jù)現(xiàn)場勘探結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果，人工填土層(1-1層及1-2層)主要分布在地表，結(jié)構(gòu)松散，成分復(fù)雜，密實(shí)度不均勻，物理力學(xué)性質(zhì)差異性大，屬于很不均勻的土層，工程性能差；第四系全新統(tǒng)新近沉積土層(2層、2a層及2b層)主要分布在表層，一般具較低承載力，中偏高縮性，在動(dòng)水作用下對(duì)河道邊坡穩(wěn)定不利；第四系全新統(tǒng)沖洪積一般為黏性土及砂層(3-1層及夾層、3-2層及夾層、3-3層、4層)主要分布在表層，一般具中等偏低承載力，中壓縮性，地層分布不均勻，部分地段含有厚層軟土，其中3-3層及4層為承壓水含水層；第四系更新統(tǒng)老黏性土及砂層(5-1層及夾層、5-2層、5-3層、5-4層及5-5層)承載能力較高，中偏低壓縮性，工程性質(zhì)相對(duì)較好；下部灰?guī)r屬于較硬巖、泥質(zhì)條帶灰?guī)r、泥巖及砂巖等屬于軟巖～極軟巖，基巖層強(qiáng)度較高，工程性質(zhì)較好。

第四系工程地質(zhì)層特征一覽表 表1

基巖地質(zhì)層特征一覽表 表2

3.2 特殊性巖土及不良地質(zhì)作用

(1)特殊性巖土

場地沿線特殊性巖土主要為人工填土、軟土、膨脹土、紅黏土、強(qiáng)風(fēng)化層。

場地沿線人工填土主要為1-1層雜填土、1-2層素填土。填土物質(zhì)構(gòu)成較復(fù)雜，均勻性較差，具有較低承載力、較高壓縮性，是影響邊坡穩(wěn)定的不良土層。沿線部分地段揭露較厚層生活垃圾，呈雜色，松散狀，堆積年代不一，其中分布有生活垃圾滲瀝液，應(yīng)采取措施防止其對(duì)地表水體造成污染。

場地沿線軟土主要為2層、2b層、3-1c層及3-2層。該土層強(qiáng)度低，壓縮性高，多為欠固結(jié)土，易形成滑動(dòng)面，是影響邊坡穩(wěn)定的不良地層。另外2a層、3-1a層、3-3層及5-2層工程性質(zhì)較差，為軟弱土，承載能力低。軟弱土分布地段成樁過程容易出現(xiàn)縮孔、夾泥、斷樁等現(xiàn)象，且容易造成基坑邊坡失穩(wěn)等以及施工中措施不當(dāng)造成地面沉降等。

武漢地區(qū)大氣影響急劇層深度為1.35 m，區(qū)內(nèi)一般無大面積范圍典型膨脹土，局部地段土體由于蒙脫石、伊利石等含量較高可能存在不規(guī)則弱膨脹潛勢。場地沿線5-1層局部具不規(guī)則的弱膨脹潛勢，試驗(yàn)成果顯示該層自由膨脹率31～46，具失水干縮，遇水膨脹的特點(diǎn)，對(duì)建構(gòu)筑物基礎(chǔ)和基坑邊坡有不利影響，設(shè)計(jì)及施工應(yīng)引起重視。

場地沿線部分地段石灰?guī)r巖層上部分布有(5-5)可塑～硬塑狀次生紅黏土，且其中夾雜大量硅質(zhì)巖碎石，其中均未發(fā)現(xiàn)有土洞，主要特性表現(xiàn)為，具有高液限(47.5～51.5)，高塑限(4.6～26.6)，大孔隙比(0.7～0.9)，狀態(tài)呈現(xiàn)上硬下軟。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，紅黏土一般具有較強(qiáng)的干縮性，干燥狀態(tài)下土粒間黏結(jié)力高，但易產(chǎn)生裂縫，在被水浸泡環(huán)境下容易發(fā)生易崩解軟化現(xiàn)象，導(dǎo)致其強(qiáng)度迅速降低。

場地沿線局部地段揭露分布7-1強(qiáng)風(fēng)化砂巖，8-1強(qiáng)風(fēng)化泥巖，巖芯多呈碎石狀，遇水容易軟化崩解，分布厚薄不均，屬于土巖結(jié)合面間的相對(duì)軟弱層。

(2)不良地質(zhì)作用

場地沿線范圍內(nèi)無崩塌、滑坡、泥石流等不良地質(zhì)作用，現(xiàn)狀河道邊坡基本穩(wěn)定，通過實(shí)地調(diào)查未發(fā)現(xiàn)河道現(xiàn)狀邊坡崩岸現(xiàn)象，但部分地段發(fā)現(xiàn)有地裂縫，裂紋大多在 1 cm～3 cm，不排除雨季水位漲落變化頻繁時(shí)，在風(fēng)浪等不利條件下，局部存在崩岸的可能性。

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料結(jié)合本次勘探情況，場地沿線局部揭露灰?guī)r、泥質(zhì)條帶灰?guī)r等可溶性巖，河岸沿線未發(fā)現(xiàn)地面塌陷的記錄，本次勘察未見溶洞且未發(fā)現(xiàn)土洞，局部巖芯發(fā)現(xiàn)溶蝕現(xiàn)象，部分地段砂層直接覆蓋于灰?guī)r之上，但根據(jù)搜集河道兩側(cè)周邊房屋及橋梁勘察資料顯示河流部分地段存在溶洞，巖溶較發(fā)育。

3.3 河道岸坡穩(wěn)定性分析

現(xiàn)狀河道邊坡坡高約2 m～4 m，坡度約30°～70°，沿線現(xiàn)狀邊坡已形成較長時(shí)間，大部分坡面植被良好，現(xiàn)狀邊坡土層以填土、3-1層等為主，屬穩(wěn)定土層，河道沿線范圍內(nèi)無崩塌、滑坡、斷層等不良地質(zhì)條件，新構(gòu)造活動(dòng)微弱，現(xiàn)狀原始邊坡不會(huì)發(fā)生大規(guī)模破壞，穩(wěn)定性較好。

根據(jù)本次調(diào)查，場地沿線部分地段由于水塘翻挖、房屋建筑施工，造成人工堆填體置于現(xiàn)狀河道兩側(cè)，堆填成分以塘底淤泥質(zhì)土(淤泥)、棄土為主，邊坡高度 2 m～5 m，邊坡坡度70°～90°，邊坡為新近堆填造成，未進(jìn)行專門治理，邊坡處清晰可見大小不一的裂紋，在持續(xù)性降水或者人為擾動(dòng)情況下，可能發(fā)生局部垮塌現(xiàn)象，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

另外沿線表層土中局部含有粉土、粉砂，邊坡開挖過程中若未及時(shí)對(duì)坡腳和坡面進(jìn)行防護(hù)，粉土易在動(dòng)水作用下析出，造成邊坡局部失穩(wěn)，應(yīng)注意坡頂超載對(duì)邊坡體有軟弱土層的穩(wěn)定性影響，嚴(yán)格控制施工期內(nèi)及工程竣工后的坡頂荷載。邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算尚應(yīng)考慮各種不利工況如邊坡頂部土體堆載及地表水位變化、浸水、波浪沖刷以及水位反復(fù)升高降低、長時(shí)間降水等不利工況影響。

3.4 工程地質(zhì)分區(qū)

根據(jù)勘察范圍內(nèi)各巖土層的工程地質(zhì)特征和所處的地貌單元，將沿線分一級(jí)階地、三級(jí)階地河湖堆積區(qū)及剝蝕殘丘區(qū)三個(gè)工程地質(zhì)單元區(qū)，空間分布如圖2所示。各工程地質(zhì)分區(qū)地層簡述如下。

圖2馬影河流域工程地質(zhì)分區(qū)示意圖

(1)Ⅰ區(qū)—一級(jí)階地工程地質(zhì)區(qū)：在勘探孔深度范圍內(nèi)主要地層巖性表層為松散人工填土、淤泥及淤泥質(zhì)土，上部為可塑狀～軟塑狀黏性土、中部為淤泥質(zhì)土、下部為混合層及砂層。

(2)Ⅱ區(qū)—三級(jí)階地河湖堆積平原工程地質(zhì)區(qū)：表層為人工填土、淤泥及淤泥質(zhì)土，上部為可塑的黏土、流塑狀淤泥質(zhì)土；中部為可塑、硬塑黏性土、黏性土夾碎石及含黏性土粉砂層，下部為基巖。

(3)Ⅲ區(qū)—?jiǎng)兾g殘丘工程地質(zhì)區(qū)：表層局部為人工填土，基巖(砂巖)出露。

4 水文地質(zhì)特征分析與評(píng)價(jià)

4.1 地下水類型及埋藏賦存條件

馬影河沿線由于地貌單元、地層時(shí)代和地層組合類型不同，其中地下水的埋藏類型、含水巖組特性及水量和水力性質(zhì)有很大差別。一級(jí)階地的水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜，常有上層滯水、層間水、孔隙承壓水等多層地下水埋藏；三級(jí)階地的水文地質(zhì)條件相對(duì)簡單，老黏性土屬不透水、非含水層，底部黏性土夾碎石或砂層中相對(duì)富水[5]；剝蝕殘丘基巖出露區(qū)一般以基巖裂隙水為主。

在勘探孔揭穿的深度范圍內(nèi)沿線地下水類型主要分為上層滯水、層間水、孔隙承壓水、基巖裂隙水。

上層滯水主要賦存于場地上部人工填土中，水面不連續(xù)，呈透鏡體或條帶狀；場地沿線表層分布的黏性土中局部一般夾雜有薄層粉土與粉砂，夾層中賦存有層間水，具有弱承壓性或不承壓；馬影河沿線第四系沉積物的分布受晚近期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)控制，沿線一級(jí)階地范圍內(nèi)沉積了較厚的第四系全新統(tǒng)粉質(zhì)黏土夾粉土粉砂(3-3層)、砂層(4層)，為第四系全新統(tǒng)孔隙承壓水含水層，其上部可塑～軟塑狀黏性土層為相對(duì)隔水層，下部基巖層為相對(duì)隔水層；三級(jí)階地河湖堆積區(qū)范圍內(nèi)沉積了第四系更新統(tǒng)砂層(5-4層)、粉質(zhì)黏土夾碎石(5-3層)等地層，為第四系更新統(tǒng)孔隙承壓水含水層，更新世時(shí)期曾因河流泛濫形成本地區(qū)老黏性土或下部基巖為垂直的隔水邊界；基巖裂隙水主要賦存于下伏基巖裂隙中，其透水性及富水性具有各向異性和不均勻性等特征，受構(gòu)造裂隙控制。

4.2 地下水補(bǔ)給、徑流、排泄條件

上層滯水及層間水主要接受大氣降水、地表水入滲補(bǔ)給以及內(nèi)渠系引水、農(nóng)田灌溉的滲漏補(bǔ)給，水位、水量與季節(jié)關(guān)系密切，其排泄有河道排泄、排水渠溝排泄、天然水體濕地的蒸發(fā)排泄、人工開采等，填土及表層粉土粉砂夾層在動(dòng)水作用下易形成流土，從而影響河道邊坡的穩(wěn)定性；全新統(tǒng)孔隙承壓水一般與長江水力聯(lián)系非常緊密，水量較豐富，主要受側(cè)向徑流補(bǔ)給與排泄，枯水季節(jié)水位較低，豐水雨季則較高；更新統(tǒng)承壓含水層主要接受側(cè)向補(bǔ)給與排泄，賦存環(huán)境相對(duì)封閉，地下水位季節(jié)性變化不大，水量中等；基巖裂隙水主要接受其上部含水層中地下水的下滲及側(cè)向滲流補(bǔ)給，水量一般較小。

4.3 地下水位動(dòng)態(tài)及影響因素

河流流域沿線實(shí)測上層滯水靜止水位埋深約 0.60 m～1.60 m，相當(dāng)于高程 19.0 m～20.0 m，受氣候因素及人類活動(dòng)影響明顯；全新統(tǒng)孔隙承壓水實(shí)測水位埋深約 6.30 m～7.0 m，相當(dāng)于高程約 14.0 m～15.5 m，受長江水體及降水變化影響明顯；更新統(tǒng)孔隙承壓水實(shí)測水位埋深約 19.00 m～20.50 m，相當(dāng)于高程約 -1.50 m～-2.80 m，該層年變化幅度相對(duì)較小，基本不受長江水體影響。

5 生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀分析與評(píng)價(jià)

5.1 生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀及主要問題

(1)河流污染，水土環(huán)境質(zhì)量下降

根據(jù)調(diào)查結(jié)果，馬影河沿線污染源主要有：來自種植過程中的化肥、農(nóng)藥形成的農(nóng)業(yè)面源污染；沿線工業(yè)園區(qū)生產(chǎn)污染；家禽水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)污染；城鎮(zhèn)居民生活廢棄物污染等。

馬影河上游河道兩側(cè)現(xiàn)狀主要以農(nóng)業(yè)用地為主，包括菜地、林地、生態(tài)綠地、水塘、養(yǎng)殖用地等，由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中化肥的大量使用，致使土壤氮、磷養(yǎng)分盈余，且在雨水沖刷下不斷流入河水中，造成河水水體富營養(yǎng)化。同時(shí)由于附近工業(yè)園區(qū)、村莊居民生活、生產(chǎn)污水直接或間接排入水體，沿岸生活垃圾也被沖入河中，河流淤泥增多，同時(shí)水體常年處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，導(dǎo)致污染物入河量超過水域的環(huán)境承載力，造成水體水質(zhì)不斷惡化，水生態(tài)問題嚴(yán)重。根據(jù)近年來馬影河船頭山斷面水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)反映，2013年～2018年馬影河水質(zhì)呈現(xiàn)為劣Ⅴ類～Ⅴ類，其主要指標(biāo)及主要超標(biāo)因子如表3所示。

馬影河典型斷面地表水體水質(zhì)一覽表 表3

(注：監(jiān)測數(shù)據(jù)來源于馬影河船頭山斷面[2])

(2)河流沿線密集開發(fā)，資源環(huán)境承載力下降

馬影河下游城區(qū)范圍內(nèi)河道兩側(cè)人類工程活動(dòng)日益加劇，造成岸坡變化、水土流失現(xiàn)象日趨嚴(yán)重。工程建設(shè)不斷對(duì)河道自然岸坡進(jìn)行改造，其次流域兩岸散堆大量的建筑垃圾和生活垃圾，遇強(qiáng)降雨時(shí)，地表徑流速度快，土壤沖刷量大，加劇了水土流失，同時(shí)河岸兩側(cè)成片居民區(qū)產(chǎn)生大量未經(jīng)處理的生活污水和工業(yè)廢水不斷進(jìn)入，致使流域資源環(huán)境承載力下降。

(3)河流阻隔，生物多樣性下降

馬影河河道范圍內(nèi)由于養(yǎng)魚業(yè)的發(fā)展被人為分割為各類養(yǎng)殖區(qū)域，導(dǎo)致河流水體的生物群落結(jié)構(gòu)趨于簡單，造成水體生物多樣性下降，不利于河流生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定發(fā)展，導(dǎo)致抵抗外來物種干擾的能力下降。

5.2 原因及對(duì)策建議

馬影河城區(qū)段工業(yè)園區(qū)大多分布在河流兩側(cè)，企業(yè)重開發(fā)輕環(huán)保，造成河流流域內(nèi)局部地段水土污染較嚴(yán)重；馬影河農(nóng)區(qū)段生活廢棄物及沿線農(nóng)業(yè)污染等未得到有效處理或直接排放到河渠等水體中；另外由于河流沿線污染點(diǎn)多、線長、面廣，生態(tài)環(huán)境監(jiān)測能力較弱，監(jiān)管時(shí)效性較差。

建議提高對(duì)馬影河流域水土環(huán)境質(zhì)量保護(hù)重要性的認(rèn)識(shí)，加大水土污染治理投入，建立、健全水土等生態(tài)環(huán)境監(jiān)測預(yù)警體系[6]。同時(shí)按照武漢市環(huán)境保護(hù)“十三五”規(guī)劃與讓“水質(zhì)提檔升級(jí)”“ 四水共治”的戰(zhàn)略部署，開展馬影河流域的綜合治理，探索馬影河“一河一策”的環(huán)境保護(hù)方式，建立馬影河生態(tài)環(huán)境保護(hù)長效機(jī)制，確保馬影河流域資源環(huán)境的可持續(xù)利用[7，8]。

6 結(jié) 語

近年來，隨著馬影河流域快速城鎮(zhèn)化的發(fā)展、人類工程活動(dòng)日趨頻繁，農(nóng)林墾殖現(xiàn)代化、家禽畜牧及漁業(yè)利益化等因素影響，不斷透支著馬影河流域資源環(huán)境承載力，并讓該流域生態(tài)環(huán)境有進(jìn)一步惡化的趨勢。著眼于從馬影河流域可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)出發(fā)，摸清馬影河流域沿線地質(zhì)環(huán)境的“家底”是河流沿線綜合開發(fā)與整治的前提，不僅是必要的，而且具有良好的綜合效益。

河流流域綜合整治是一項(xiàng)浩大的生態(tài)與民生工程，應(yīng)該從流域生態(tài)系統(tǒng)整體性保護(hù)和利用角度出發(fā)，站在流域全局的高度，堅(jiān)持生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展的定位，綜合建立一套適合本流域自身地質(zhì)環(huán)境特征的流域生態(tài)補(bǔ)償多元投入與市場激勵(lì)機(jī)制[9]。