长江中游簰洲湾-武穴段岸坡稳定性评价

何 军，梁 川，肖 攀，陈 刚，彭 轲，邹安权

(1.中国地质调查局武汉地质调查中心，湖北武汉430205；2.湖北省地质环境总站，湖北武汉430034）

长江中游簰洲湾-武穴段岸坡稳定性评价

何 军，梁 川2，肖 攀1，陈 刚2，彭 轲1，邹安权2

(1.中国地质调查局武汉地质调查中心，湖北武汉430205；2.湖北省地质环境总站，湖北武汉430034）

长江中游岸坡崩塌是制约沿岸工程建设的主要环境地质问题。本文以长江中游重点开发岸段簰洲湾-武穴为研究对象，分析影响岸坡稳定的主要因素，通过对场地工程地质条件、地质灾害易发程度、岸线冲淤程度、河道形态特征等指标的综合分析，运用层次分析法，对簰洲湾-武穴段岸坡的稳定性进行评价。结果表明工作区岸坡以土质岸坡为主，左岸稳定、较稳定和不稳定岸坡长度大致相当，右岸绝大部分为稳定岸线。岸坡稳定的区域场地工程地质条件良好，地势平坦、开阔，河道顺直，地质灾害不发育，不稳定的区段河道弯曲、岸线冲淤严重。

长江中游；簰洲湾-武穴；岸坡稳定性评价

长江中游作为长江经济带的中间力量，发挥着承上启下的作用，在长江经济带的发展规划中占有重大地位。武汉-黄石段又是长江中游沿岸重点开发的岸段，未来几年内将规划修建众多的过江大桥、港口码头、工业园、交通枢纽等重大工程。由于特殊的地质环境条件，岸坡崩塌为长江中游沿岸一种主要的地质灾害，时有发生，局部地段十分严重。三峡水库蓄水运用后，引起河床发生沿程冲刷[1]，受近岸河床冲刷下切的影响，上荆江河岸高度增加，岸坡变陡，导致河岸稳定性降低，使得局部河段崩岸过程更为频繁[2]。长江中游岸坡崩塌主要集中在荆州-洪湖等县市，荆江段是岸崩的主要地段，是前人对长江中游岸坡崩塌的主要研究区，关注的重点为河岸的崩塌机理及其影响因素，建立了河岸在不同时期（枯水期、高水期和退水期）的崩塌计算模式，分析了不同时期的河岸稳定性并对不同条件下的河岸稳定性进行了计算[2-8]，研究区内崩岸的长度达29.52 km[9]，其中，长江肖家洲至潘家湾段和居字号段是省内长江崩岸著名险段。由于岸坡的稳定性与岸坡的地质结构、河道形态等息息相关，不同岸段崩岸的影响因素不同。因此本文以簰洲湾-武穴岸段为例，通过对工作区地质环境的深入研究，分析影响岸坡稳定的主要因素，建立层次分析法对岸线地质环境适宜性进行评价，为长江河道整治、港口码头等沿江工程建设具有重要的指导意义。

1 工作区概况

本次评价工作的范围包括长江中游簰洲湾-武穴沿岸段南北两岸外推1.5 km的陆域，局部扩大到5-25 km。其中左岸自乌鱼洲至李英郭家铺，长约330 km；右岸西自永兴洲东至黄沙，全长285 km。

长江中游簰洲湾-武穴沿岸段地处江汉平原东部，地貌形态为堆积平原，地势为东高西低，南高北低。沿江地区一般除少部分低山丘陵外，绝大部分为高河漫滩，地势平坦开阔，两岸地形东高西低。长江北岸由阶地组成的平原、岗地为主体以及少量丘陵；南岸阶地不完整，多为裸露的基岩组成的低山丘陵和垄岗相间[10]。沿线分布有长江大堤，堤顶高程26-35 m，堤外一般为宽约100-500 m的滩地，高程15-26 m，堤外近大堤50 m地段为护堤防护林。

长江河床及两岸主要为第四系松散沉积物覆盖，地表沉积物一般具二元结构。表层为粉质粘土、粉土，透水性微弱，渗透系数一般为1×l0-5～1×l0-6cm/s；底层为砂、砂砾石层，渗透系数一般为1×l0-2～1×10-3cm/s，两层渗透系数差异较大[9]。当地表水位低于地下水位时，地下水渗透压力对堤身稳定起剪切破坏作用，易引起河岸的滑坡、塌岸。一般发生在洪水迅速回落或长江枯水期。研究区岸线底部基岩以白垩-古近系和上泥盆统五通组、志留系下统构成，岩性主要为砂岩、砂砾岩、石英砂岩、泥岩为主，部分河段分布有碳酸盐岩、岩浆岩和砂岩，局部零星出露。地下水主要为松散岩类孔隙水，碳酸盐岩类裂隙岩溶水和少量零星分布的基岩裂隙水。

岸坡崩塌是区内的主要环境地质问题，主要分布于嘉鱼县簰洲湾、天兴洲和青山一带、鄂州市的巴铺郑家湾、浠水县的戴家洲、黄石青山湖、蕲春县的官窑镇以及大冶市的富池口等地（图1），其中簰洲湾一带是研究区内岸坡崩塌高发区，1998年发生溃口地点即为簰洲湾的魏家码头。

图1 崩岸分布图Fig.1 Location ofthe collapsed bank

2 岸坡稳定性影响因素

长江中游岸坡稳定影响因素众多，其崩塌失稳的机理较为复杂。岸坡的稳定性与岸坡的岩土体结构类型及地下水渗流等内在因素有关，同时还受到河道形态、水流动力影响的岸线冲淤变化等外在因素影响，人类工程建设只是岸坡失稳的导火索。现场调查和已有研究表明，江河崩岸的主要影响因素包括岸坡工程地质条件、地质灾害、岸线冲淤程度、河道地形以及人类活动等方面[11]。

2.1 工程地质条件

岸坡工程地质特征是影响岸坡稳定性的首要指标，岸坡岩性组合特征、岩体结构类型往往构成了岸坡的基本地质结构模式，并且组合类型通常决定了岸坡的稳定状况及主要变形破坏方式和规模。根据岩性组合特征及岩体结构组合可将长江中下游分为土质岸坡、砂质岸坡、砂土复合型岸坡以及岩质岸坡（图2）。

主要影响岸线稳定性的工程地质条件包括岸坡结构类型、坡面形态以及有无膨胀土和液化砂土。一般来说岩质和硬质粘土（Q2、Q3的老粘土等）组成的岸坡抗冲击能力强，稳定性较好[12]。研究区内的砂、土质岸坡一般都具有上细下粗的二元结构，上部粘土层较厚，下部砂层顶板一般低于枯水位且厚度较大，最易起动和分散搬运，抗冲性能很差，在高陡的岸坡，坡脚随流水的侵蚀首先出现弧形裂缝，然后整块土体沿弧形向下滑挫，最后形成崩窝。崩岸河段岸坡土体呈现细沙或沙土相间，当沙土在外界因素的作用下，沙土颗粒间超静孔隙水压力骤然增加，使土体颗粒之间的有效应力迅速减小直至失去颗粒间摩擦阻力，此时沙土就会出现类似液体一样的流动。因而，一部分学者的观点是沙土液化导致了崩岸[11]。软土具触变性、流变性及高压缩性，极易产生振动液化而导致崩岸。膨胀土易产生“倒八字”型裂缝，严重可导致岸坡失稳。

2.2 地质灾害易发程度

研究区长江沿岸主要的地质灾害为管涌、岩溶塌陷以及软土变形。研究区岸坡下部的砂层密实度较低，透水性较强，较易形成渗流，由于渗流对岸坡失稳的影响相当大。如岸坡中存在薄弱层，渗流会导致土体沿薄弱层产生滑动而形成管涌进而导致崩岸。1998年大洪水期间发生的簰洲湾魏家码头堤防溃决与崩岸现象就是由于管涌所造成的。

区内长江堤防管涌险情一般发生在汛期，主要集中于鹦鹉洲及天兴洲堤防段。岩溶塌陷主要分布于长江一级阶地的青菱乡毛坦港、白沙洲大道、江夏区金水办事处等地。塌陷区均位于长江滨江沉积区，上部为具河流相二元结构的第四系松散堆积物，下为粉细砂、中粗砂。下伏基岩为灰岩、角砾状灰岩，岩溶发育。岸坡范围内的软土主要分布于沿岸的冲湖积、湖积低平原区一级阶地、漫滩及河心洲。土体结构为粉质黏土-淤泥质土或淤泥质土与粉质黏土、粉土、粉砂互层-粉细砂-砂砾石组合，洲、滩为淤泥质土、粉土、粉砂组合[9]。

图2 岸坡类型分布图Fig.2 Distribution ofbank slope classification

2.3 岸线冲淤程度与河道形态

长江中游的水流的冲刷作用、弯道环流及回流决定了岸线的冲淤变化，不同岩土体以及不同的水力条件对岸线的冲淤程度差异较大。淤积岸坡泥沙在坡角堆积，岸线相对较为稳定；冲刷岸坡在水流的冲刷作用下，水流淘刷岸坡坡脚，局部深槽锲入，导致岸坡水下坡度变陡，岸坡高度和坡度超过稳定限值后就会发生崩塌。根据长江中下游崩岸段资料对崩岸影响因素进行排序，其中排在首位的是纵向水流冲刷[12]。冲刷岸线多分布在河流凹岸受冲顶之处，水深线密集、岸坡坡度较陡的岸区。淤积岸线多分布于边滩发育、岸坡较缓的岸区。大量事实表明崩岸现象多发生在受水流剧烈冲刷的河岸，长江中下游80%以上的崩岸发生在弯道顶点或迎流顶冲点。河道形态是岸线稳定性的一个重要指标，一般在顺直、微弯的单一或双分汊河段和沿岸有坚硬山体分布的岸区，岸线比较稳定，河道弯曲较大的岸坡易受到水流的侵蚀而发生崩塌。

以区内的天兴洲为例，上部8-11 m为粉质粘土，中间夹4-5 m的粉细砂，下部为厚度大于30 m的松散砂土，抗冲性能很差，坡脚极易被水流侵蚀冲刷，容易形成稳定性差的陡岸高坡。另外，粉质粘土中的粉细砂密实度低、透水性较强，易形成入河方向的连续大比降渗流，进一步冲刷坡面和淘刷坡脚。另一方面，1988年以来，天兴洲洲头冲刷后退，洲尾淤积下延[13]。洲头不断缩短的同时，洲的南岸也出现多次崩塌，洲尾则出现泥沙的淤积，天兴洲天然的岩土结构和岸线的冲刷和淤积共同导致了洲体南岸岸坡崩塌。

3 评价方法

本次通过对场地工程地质条件、地灾危险程度、岸线冲淤程度、河道形态特征等指标的综合分析，运用层次分析法（AHP）建立评价体系，对长江中游簰洲湾-武穴沿岸岸线稳定性进行评价。本次稳定性评价单元以河道形态变化分段，每段内5 km划分一个评分单元，共分123个评价单元，左岸66个，右岸57个。

3.1 评价因子选取

根据前面的论述，影响长江岸线稳定性的地质环境适宜性的因素较多，在对长江中游沿岸地质环境特征深入分析的基础上，根据指标体系的层次关系，本文选取了地质条件和水文条件两个评价要素，进一步选取了工程地质条件、地灾危险程度、岸线冲淤程度、河道形态特征等4个评价因子，构建了层次分析模型。

在计算评价中，除了采用评价单元多因子加权指数法外，也局部考虑了效益系数λ，单元评价值f由下式计算确定：

式中：λ为效益系数，具体数值根据某一类建设用地类型的否定性因素赋予相应的大小。如无地质灾害时，取1.0；工程使用期限内有潜在地质灾害时，取0.5，而当有严重地质灾害时取0.1，如有活断层出露的区域，则视为地质灾害严重区。Xij为第i指标的基本分值；Cij为第i指标的权重值。

3.2 评价因子定量分级与指标权重

表1 评价因子定量分级标准Table 1 Quantitative grading standard of evaluation indexes

评价因子确定后，对研究区的地质环境进行综合分析，并根据各评价因子对地质环境适宜性的影响程度，将其划分为多个等级（表1），并赋予不同的分值，分值越大越有利于岸线稳定。

本文采用层次分析法确定评价指标的权重[14]。首先根据同一层次的指标对上一层次的某因素而言的重要性，进行两两比较建立判断矩阵。根据构建的判断矩阵，求取判断矩阵的最大特征根及其对应的特征向量，再将求得的特征向量进行归一化处理，归一化处理后的向量就是权重向量，即各评价指标的权重组成的向量，最后进行一致性检验。层次分析法计算的各评价因子的权重如表2所示。

表2 评价因子的权重Table 2 Weight of evaluation indexes

4 岸线稳定性评价

通过计算各评价单元的评价值，按评价单元各指标的情况确定等级和数值，对单因子评价分值加权计算综合分值并以此排序分级，将研究区岸线分为不稳定岸线，较稳定岸线和稳定岸线。综合评分小于50的单元为不稳定岸线，50-60为较稳定岸线，大于60为稳定岸线。根据计算结果，左岸稳定岸线105 km，右岸为170 km，分别占本岸岸线资源总量的31.82%和59.65%。具体稳定性评价结果如图3所示。

图3 岸线稳定性评价图Fig.3 Stabilityevaluation ofbank slope

工作区内左岸稳定岸线主要分布于汉南-军山水厂、江堤乡-江岸区、双柳-团风、黄州-巴河镇、官窑镇-武穴一带。右岸稳定岸线主要分布于金口、青山-鹦鹉洲长江大桥、华容-鄂州、黄颡口等岸段。这些区域岸线场地工程地质条件良好，地势平坦、开阔，河道顺直，无地灾危险。工作区内不稳定岸线主要分布于簰洲湾弯道附近，天兴洲、团风县汊道、鄂州、黄石港区等岸段，这些区段河道弯曲、岸线冲淤严重，对岸线开发利用造成阻碍，急需整治河道。

5 结论

长江中游簰洲湾-武穴段岸坡稳定性的主要影响因素归纳为场地工程地质条件、地灾危险程度、岸线冲淤程度、河道形态特征等。左岸稳定、较稳定和不稳定岸线大致相当，右岸绝大部分为稳定岸线。岸线稳定的区域场地工程地质条件良好，地势平坦、开阔，河道顺直，无地灾危险，不稳定的区段河道弯曲、岸线冲淤严重，对岸线开发利用造成阻碍，急需整治河道。

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HE Jun,LIANGChuan,XIAOPan,CHENGang,PENGKe,ZOUAn-Quan

（1.Wuhan Center of China Geological Survey,Wuhan 430205,China;2.Hubei Geological Environmental Station，Wuhan，Hubei 430034）

Bank slope collapse is the main environmental geological problem for coastal engineering construction in the middle of the Yangtze River.Focused on the important shore from Paizhouwan to Wuxue,the main affected factors on stability of bank slope were analyzed,and the stability was evaluated by analytic hierarchy process based on the comprehensive analysis of the geological conditions,the susceptibility of geological disaster,erosion and accretion of the shoreline,the characteristics of river channel configuration.The results showthat the slope is mainly soil bank slope in study area.The length of stable,comparatively stable and unstable coastline is roughly equal on the left.Most of the bank slope on the right is stable.The engineering geological condition is favorable in the stable coastline where territory is flat and open,river is straight,geological disasters are not developed.The river channel is windingin unstable coastline with serious erosion and accretion.

Middle ofthe Yangtze River;Paizhouwan-Wuxue area;coastline stabilityevaluation

P642.2

A

1007-3701（2017）02-187-06

10.3969/j.issn.1007-3701.2017.02.010

2017-5-12；

2017-6-7.

中国地质调查局项目“长江中游宜昌-荆州和武汉-黄石沿岸段1︰5万环境地质调查（121201009000150014）”.

何军(1984—)男，高级工程师，主要从事环境地质调查评价工作,E-mail：05302105hj@163.com.

He J,Liang C,Xiao P,Chen G,Peng K and Zou A Q.Main affected factors and Stability Evaluation of Bank Slope From Paizhouwan to Wuxue in the Middle of Yangtze River,Southwestern Hubei Province.Geology and Mineral Resources of South China,2017,32(2):187-192.