武汉市汉南地区马影河流域地质环境特征分析与评价

邓青军，刘亚洲，朱帆济，王先登，陈玉茹

(1.武汉市政工程设计研究院有限责任公司，湖北 武汉 430023； 2.湖北省地质调查院，湖北 武汉 430034)

1 引 言

马影河既是武汉市汉南地区防洪排涝的重要通道，又是该地区重要的滨水景观带，一直被视为汉南区的“母亲河”，同时该河流域又是汉南地区传统的农业生产区和重要的工业生产基地。近年来随着汉南地区城镇化建设进程的快速推进，马影河沿线人类工程建设活动不断加剧，致使河道内严重淤积、排水不畅，沿线局部地段出现水生态受损重、环境隐患多等问题，影响和损害群众健康，不利于经济社会持续发展，并且未得到有效治理前可能造成沿线水生态环境和地质环境有进一步恶化趋势。因此摸清沿线地段地质环境对合理可持续开发马影河流域资源与保护马影河流域的生态环境、提升汉南区城市景观与形象、改善周边居民的生活质量有重要意义。

过去相当长时期内，河流流域规划、综合整治的地质工作主要是收集资料整理而成，因而地质工作成果绝大部分是点状、线片状，缺乏对流域地质环境的针对性、系统性、全面性调查和深入研究。陈德基等[1]认为增强对河湖流域地质环境的再研究和对流域地质条件的再认识，已是流域范围内生态资源的综合开发利用和环境保护所面临的一项重要任务。

为了更好地提升汉南地区水生态文明，树立和践行“绿水青山就是金山银山”的生态理念，武汉市经济开发区(汉南区)正在大力推进重点河流湖泊综合整治工程。本文通过搜集河流流域沿线已有区域资料，并在钻探、原位测试、物探、土工试验等多种方法的基础上，旨在理清马影河流域沿线现状地质环境“家底”，主要分析沿线岩土类型及其理化性质、水文地质特征、工程地质特征及主要面临的生态环境问题，为马影河流域资源开发及生态环境综合整治的顺利实施提供依据。

2 研究区概况

武汉市汉南区境内地势低洼，地表水系发育，上承通顺河来水，下有长江洪水倒灌，历史上属于洪泛区。马影河位于汉南区东北部，是汉南地区境内最大的一条天然河流，由主河道、8条连河沟渠和14个小湖泊组成，主河道长 27.4 km[2]，现状马影河河宽约 30 m～180 m，流域总面积约 152.49 km2。该河西起汉南区东城垸农场18家，流经汉南区东城垸农场、邓家口镇、纱帽街，至乌金农场东城闸入长江。马影河流域水系分布如图1所示。

图1 马影河流域水系现状分布示意图

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

马影河沿线地势较为平坦，地形起伏较小，河道两侧地面地形标高一般为 20.0 m～23.50 m左右，河道底部现状标高约 15.0 m～17.0 m。沿线主要跨越堆积平原区和剥蚀堆积平原两种地貌单元区，相当于长江一级阶地以及三级阶地上的河流湖泊堆积区，局部存在剥蚀残丘区。

3 工程地质特征分析与评价

3.1 地层分布及理化特征

武汉区内地表第四系分布广泛，基岩露头总体上较零星，除志留纪、泥盆纪和二叠纪分布相对较广外，多数地层仅偶有极少量露头，出露不全[4]。本次研究于2018年3月～4月沿马影河两侧共测放勘探孔约700个，勘探孔孔距约 100 m～150 m，孔深约 15 m～30 m。在勘探孔所揭露的深度范围内，场地地基土主要由人工填土、河塘底部淤泥质土(含淤泥)、第四系冲洪积黏性土、砂土、碎石土等构成，下伏揭露基岩为石炭系灰岩、泥盆系砂岩、志留系泥岩等，根据野外钻孔岩性描述，原位测试结果及室内土工试验成果可将场地勘探深度范围内地层划分为7大层、26个亚层。

本次研究共采集原状土样630件，扰动样19件，35件岩样进行室内土工试验，各岩土层主要物理力学指标平均值如表1、表2所示。根据现场勘探结合试验结果，人工填土层(1-1层及1-2层)主要分布在地表，结构松散，成分复杂，密实度不均匀，物理力学性质差异性大，属于很不均匀的土层，工程性能差；第四系全新统新近沉积土层(2层、2a层及2b层)主要分布在表层，一般具较低承载力，中偏高缩性，在动水作用下对河道边坡稳定不利；第四系全新统冲洪积一般为黏性土及砂层(3-1层及夹层、3-2层及夹层、3-3层、4层)主要分布在表层，一般具中等偏低承载力，中压缩性，地层分布不均匀，部分地段含有厚层软土，其中3-3层及4层为承压水含水层；第四系更新统老黏性土及砂层(5-1层及夹层、5-2层、5-3层、5-4层及5-5层)承载能力较高，中偏低压缩性，工程性质相对较好；下部灰岩属于较硬岩、泥质条带灰岩、泥岩及砂岩等属于软岩～极软岩，基岩层强度较高，工程性质较好。

第四系工程地质层特征一览表 表1

基岩地质层特征一览表 表2

3.2 特殊性岩土及不良地质作用

(1)特殊性岩土

场地沿线特殊性岩土主要为人工填土、软土、膨胀土、红黏土、强风化层。

场地沿线人工填土主要为1-1层杂填土、1-2层素填土。填土物质构成较复杂，均匀性较差，具有较低承载力、较高压缩性，是影响边坡稳定的不良土层。沿线部分地段揭露较厚层生活垃圾，呈杂色，松散状，堆积年代不一，其中分布有生活垃圾渗沥液，应采取措施防止其对地表水体造成污染。

场地沿线软土主要为2层、2b层、3-1c层及3-2层。该土层强度低，压缩性高，多为欠固结土，易形成滑动面，是影响边坡稳定的不良地层。另外2a层、3-1a层、3-3层及5-2层工程性质较差，为软弱土，承载能力低。软弱土分布地段成桩过程容易出现缩孔、夹泥、断桩等现象，且容易造成基坑边坡失稳等以及施工中措施不当造成地面沉降等。

武汉地区大气影响急剧层深度为1.35 m，区内一般无大面积范围典型膨胀土，局部地段土体由于蒙脱石、伊利石等含量较高可能存在不规则弱膨胀潜势。场地沿线5-1层局部具不规则的弱膨胀潜势，试验成果显示该层自由膨胀率31～46，具失水干缩，遇水膨胀的特点，对建构筑物基础和基坑边坡有不利影响，设计及施工应引起重视。

场地沿线部分地段石灰岩岩层上部分布有(5-5)可塑～硬塑状次生红黏土，且其中夹杂大量硅质岩碎石，其中均未发现有土洞，主要特性表现为，具有高液限(47.5～51.5)，高塑限(4.6～26.6)，大孔隙比(0.7～0.9)，状态呈现上硬下软。根据工程经验，红黏土一般具有较强的干缩性，干燥状态下土粒间黏结力高，但易产生裂缝，在被水浸泡环境下容易发生易崩解软化现象，导致其强度迅速降低。

场地沿线局部地段揭露分布7-1强风化砂岩，8-1强风化泥岩，岩芯多呈碎石状，遇水容易软化崩解，分布厚薄不均，属于土岩结合面间的相对软弱层。

(2)不良地质作用

场地沿线范围内无崩塌、滑坡、泥石流等不良地质作用，现状河道边坡基本稳定，通过实地调查未发现河道现状边坡崩岸现象，但部分地段发现有地裂缝，裂纹大多在 1 cm～3 cm，不排除雨季水位涨落变化频繁时，在风浪等不利条件下，局部存在崩岸的可能性。

根据区域地质资料结合本次勘探情况，场地沿线局部揭露灰岩、泥质条带灰岩等可溶性岩，河岸沿线未发现地面塌陷的记录，本次勘察未见溶洞且未发现土洞，局部岩芯发现溶蚀现象，部分地段砂层直接覆盖于灰岩之上，但根据搜集河道两侧周边房屋及桥梁勘察资料显示河流部分地段存在溶洞，岩溶较发育。

3.3 河道岸坡稳定性分析

现状河道边坡坡高约2 m～4 m，坡度约30°～70°，沿线现状边坡已形成较长时间，大部分坡面植被良好，现状边坡土层以填土、3-1层等为主，属稳定土层，河道沿线范围内无崩塌、滑坡、断层等不良地质条件，新构造活动微弱，现状原始边坡不会发生大规模破坏，稳定性较好。

根据本次调查，场地沿线部分地段由于水塘翻挖、房屋建筑施工，造成人工堆填体置于现状河道两侧，堆填成分以塘底淤泥质土(淤泥)、弃土为主，边坡高度 2 m～5 m，边坡坡度70°～90°，边坡为新近堆填造成，未进行专门治理，边坡处清晰可见大小不一的裂纹，在持续性降水或者人为扰动情况下，可能发生局部垮塌现象，处于不稳定状态。

另外沿线表层土中局部含有粉土、粉砂，边坡开挖过程中若未及时对坡脚和坡面进行防护，粉土易在动水作用下析出，造成边坡局部失稳，应注意坡顶超载对边坡体有软弱土层的稳定性影响，严格控制施工期内及工程竣工后的坡顶荷载。边坡稳定性验算尚应考虑各种不利工况如边坡顶部土体堆载及地表水位变化、浸水、波浪冲刷以及水位反复升高降低、长时间降水等不利工况影响。

3.4 工程地质分区

根据勘察范围内各岩土层的工程地质特征和所处的地貌单元，将沿线分一级阶地、三级阶地河湖堆积区及剥蚀残丘区三个工程地质单元区，空间分布如图2所示。各工程地质分区地层简述如下。

图2马影河流域工程地质分区示意图

(1)Ⅰ区—一级阶地工程地质区：在勘探孔深度范围内主要地层岩性表层为松散人工填土、淤泥及淤泥质土，上部为可塑状～软塑状黏性土、中部为淤泥质土、下部为混合层及砂层。

(2)Ⅱ区—三级阶地河湖堆积平原工程地质区：表层为人工填土、淤泥及淤泥质土，上部为可塑的黏土、流塑状淤泥质土；中部为可塑、硬塑黏性土、黏性土夹碎石及含黏性土粉砂层，下部为基岩。

(3)Ⅲ区—剥蚀残丘工程地质区：表层局部为人工填土，基岩(砂岩)出露。

4 水文地质特征分析与评价

4.1 地下水类型及埋藏赋存条件

马影河沿线由于地貌单元、地层时代和地层组合类型不同，其中地下水的埋藏类型、含水岩组特性及水量和水力性质有很大差别。一级阶地的水文地质条件较为复杂，常有上层滞水、层间水、孔隙承压水等多层地下水埋藏；三级阶地的水文地质条件相对简单，老黏性土属不透水、非含水层，底部黏性土夹碎石或砂层中相对富水[5]；剥蚀残丘基岩出露区一般以基岩裂隙水为主。

在勘探孔揭穿的深度范围内沿线地下水类型主要分为上层滞水、层间水、孔隙承压水、基岩裂隙水。

上层滞水主要赋存于场地上部人工填土中，水面不连续，呈透镜体或条带状；场地沿线表层分布的黏性土中局部一般夹杂有薄层粉土与粉砂，夹层中赋存有层间水，具有弱承压性或不承压；马影河沿线第四系沉积物的分布受晚近期构造运动控制，沿线一级阶地范围内沉积了较厚的第四系全新统粉质黏土夹粉土粉砂(3-3层)、砂层(4层)，为第四系全新统孔隙承压水含水层，其上部可塑～软塑状黏性土层为相对隔水层，下部基岩层为相对隔水层；三级阶地河湖堆积区范围内沉积了第四系更新统砂层(5-4层)、粉质黏土夹碎石(5-3层)等地层，为第四系更新统孔隙承压水含水层，更新世时期曾因河流泛滥形成本地区老黏性土或下部基岩为垂直的隔水边界；基岩裂隙水主要赋存于下伏基岩裂隙中，其透水性及富水性具有各向异性和不均匀性等特征，受构造裂隙控制。

4.2 地下水补给、径流、排泄条件

上层滞水及层间水主要接受大气降水、地表水入渗补给以及内渠系引水、农田灌溉的渗漏补给，水位、水量与季节关系密切，其排泄有河道排泄、排水渠沟排泄、天然水体湿地的蒸发排泄、人工开采等，填土及表层粉土粉砂夹层在动水作用下易形成流土，从而影响河道边坡的稳定性；全新统孔隙承压水一般与长江水力联系非常紧密，水量较丰富，主要受侧向径流补给与排泄，枯水季节水位较低，丰水雨季则较高；更新统承压含水层主要接受侧向补给与排泄，赋存环境相对封闭，地下水位季节性变化不大，水量中等；基岩裂隙水主要接受其上部含水层中地下水的下渗及侧向渗流补给，水量一般较小。

4.3 地下水位动态及影响因素

河流流域沿线实测上层滞水静止水位埋深约 0.60 m～1.60 m，相当于高程 19.0 m～20.0 m，受气候因素及人类活动影响明显；全新统孔隙承压水实测水位埋深约 6.30 m～7.0 m，相当于高程约 14.0 m～15.5 m，受长江水体及降水变化影响明显；更新统孔隙承压水实测水位埋深约 19.00 m～20.50 m，相当于高程约 -1.50 m～-2.80 m，该层年变化幅度相对较小，基本不受长江水体影响。

5 生态环境现状分析与评价

5.1 生态环境现状及主要问题

(1)河流污染，水土环境质量下降

根据调查结果，马影河沿线污染源主要有：来自种植过程中的化肥、农药形成的农业面源污染；沿线工业园区生产污染；家禽水产养殖业污染；城镇居民生活废弃物污染等。

马影河上游河道两侧现状主要以农业用地为主，包括菜地、林地、生态绿地、水塘、养殖用地等，由于农业生产过程中化肥的大量使用，致使土壤氮、磷养分盈余，且在雨水冲刷下不断流入河水中，造成河水水体富营养化。同时由于附近工业园区、村庄居民生活、生产污水直接或间接排入水体，沿岸生活垃圾也被冲入河中，河流淤泥增多，同时水体常年处于相对静止状态，导致污染物入河量超过水域的环境承载力，造成水体水质不断恶化，水生态问题严重。根据近年来马影河船头山断面水质监测数据反映，2013年～2018年马影河水质呈现为劣Ⅴ类～Ⅴ类，其主要指标及主要超标因子如表3所示。

马影河典型断面地表水体水质一览表 表3

(注：监测数据来源于马影河船头山断面[2])

(2)河流沿线密集开发，资源环境承载力下降

马影河下游城区范围内河道两侧人类工程活动日益加剧，造成岸坡变化、水土流失现象日趋严重。工程建设不断对河道自然岸坡进行改造，其次流域两岸散堆大量的建筑垃圾和生活垃圾，遇强降雨时，地表径流速度快，土壤冲刷量大，加剧了水土流失，同时河岸两侧成片居民区产生大量未经处理的生活污水和工业废水不断进入，致使流域资源环境承载力下降。

(3)河流阻隔，生物多样性下降

马影河河道范围内由于养鱼业的发展被人为分割为各类养殖区域，导致河流水体的生物群落结构趋于简单，造成水体生物多样性下降，不利于河流生态系统的稳定发展，导致抵抗外来物种干扰的能力下降。

5.2 原因及对策建议

马影河城区段工业园区大多分布在河流两侧，企业重开发轻环保，造成河流流域内局部地段水土污染较严重；马影河农区段生活废弃物及沿线农业污染等未得到有效处理或直接排放到河渠等水体中；另外由于河流沿线污染点多、线长、面广，生态环境监测能力较弱，监管时效性较差。

建议提高对马影河流域水土环境质量保护重要性的认识，加大水土污染治理投入，建立、健全水土等生态环境监测预警体系[6]。同时按照武汉市环境保护“十三五”规划与让“水质提档升级”“ 四水共治”的战略部署，开展马影河流域的综合治理，探索马影河“一河一策”的环境保护方式，建立马影河生态环境保护长效机制，确保马影河流域资源环境的可持续利用[7，8]。

6 结 语

近年来，随着马影河流域快速城镇化的发展、人类工程活动日趋频繁，农林垦殖现代化、家禽畜牧及渔业利益化等因素影响，不断透支着马影河流域资源环境承载力，并让该流域生态环境有进一步恶化的趋势。着眼于从马影河流域可持续发展目标出发，摸清马影河流域沿线地质环境的“家底”是河流沿线综合开发与整治的前提，不仅是必要的，而且具有良好的综合效益。

河流流域综合整治是一项浩大的生态与民生工程，应该从流域生态系统整体性保护和利用角度出发，站在流域全局的高度，坚持生态优先、绿色发展的定位，综合建立一套适合本流域自身地质环境特征的流域生态补偿多元投入与市场激励机制[9]。