典型城市明渠水土地质 特征与生态治理 分析 — 以 武汉 九峰明渠为例

邓青军，李银海

武汉市政工程设计研究院有限责任公司 湖北武汉 430023

摘要：当前城市明渠治理大多从生态治理、水污染治理等角度来开展，忽视了明渠自身水土地质特征承载能力的作用，本文通过对九峰明渠流域现状全面深入梳理，结合区域资料成果综合研究，从研究区现状、地层分布及岩土理化特征、特殊性岩土及不良地质作用、岸坡稳定性、地下水补径排条件等方面系统全面地分析了九峰明渠水土地质特征，对城市明渠存在的主要水土生态环境问题进行剖析并提出针对性的措施建议，为城市明渠沿线黑臭水体的生态综合整治提供了水土地质依据。为了实现城市明渠流域尺度上的水土环境良性循环和水土环境质量整体改善，需要加强水土环境动态监测和生态补偿建设。

关键词：城市明渠；水土地质；生态治理

1、前言

随着我国城乡经济的快速发展和快速城市化进程的推进，一方面城市雨污水收集、运输、处理等建设过程的缺失、另一方面水资源开发利用及雨污合流等诸多漏洞，城市化进程中存在污染物质未经有效处理直接汇入附近明渠及周边水域，突破城市明渠水体自身承载能力，造成城市明渠较普遍出现不同程度的水体黑臭现象。为了更好的提升城市明渠沿线的水生态环境，树立和践行“绿水青山就是金山银山”的生态理念，武汉市正在大力推进重点河流湖泊、明渠水体等领域的综合整治工程。本文通过搜集九峰明渠沿线已有区域资料，并在钻探、原位测试、物探、土工试验等多种方法的基础上，旨在查明九峰明渠沿线现状水土地质环境“家底”，主要分析沿线岩土类型及其理化性质、水文地质特征、渠道边坡稳定特征及主要面临的水土生态环境问题，为城市明渠综合利用及生态环境综合整治的顺利实施提供依据。

山水林田湖草是一个生命共同体，水生态修复要统筹自然生态的各个要素，要用系统论的理论方法去破解存在的问题。九峰明渠曾是中央环保督察督办的黑臭水体，是东湖区域治污的重点难点所在，以九峰明渠为代表的城市黑臭水体水量一般小，流动性差，渠道污染负荷重，溶解氧浓度低。当前城市明渠治理大多从生态治理、水污染治理等角度来开展，忽视了明渠自身水土地质特征承载能力的作用， 为了改善九峰渠道生态环境及周边湿地公园环境，改良渠道水质排湖标准，近年来武汉市东湖高新区陆续开展对九峰明渠进行驳岸综合整治及清淤等工作，需要查明拟建明渠沿线水土地质特征，为明渠综合整治及生态治理提供地质背景资料。

2、研究区概况

九峰明渠位于东湖高新区，明渠场地沿线地势较为平坦，场地及周边地形标高一般为20.0～26.50m左右，地形起伏较小。现状明渠水草丛生，沿线有生活污水汇入，水体呈褐色，局部水质较差。明渠所属地貌单元属剥饰堆积平原区，相当于长江三级阶地及三级阶地上的湖泊堆积区。

九峰明渠渠底宽约10~27.5m，渠底高程约19.5~22.7m，规划最高水位23.00~25.00m，渠道水深约0.5~2.5m。渠道两侧设置有马步（步道），宽为2.0米，标高约为23.50m。设计明渠坡比1：２，渠底经清淤换填处理后采用土质良好的黏土压实堆砌。

3、明渠水土地质特征

3.1岩土构成及其岩性特征

本次研究共布置勘探孔57个，钻探孔以揭露场地沿线地层为主，孔深一般8~15m，静探孔以查明揭露渠道底部软弱土为主，孔深一般3~6m。

在勘探孔所揭穿的深度范围内，场地地基土主要由人工填土、淤泥质土、第四系沖洪积黏性土和志留系泥岩构成。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拟建工程场地勘探深度范围内地层划分为五大层十个亚层。明渠沿线岩土层物理力学性质见表1。

3.2不良地质作用和特殊性岩土

九峰明渠沿线无崩塌、滑坡、泥石流等，亦无砂土液化和软土震陷现象及活动断层等不良地质现象，主要不良地质作用为边坡局部垮塌和水土流失，局部受暴雨和明渠水体冲刷的影响有局部滑塌痕迹。明渠沿线特殊性岩土主要为人工填土、软土、强风化层及挤压破碎带。

人工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。淤泥质粉质黏土强度低，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。下伏5-1强风化泥岩，岩芯多呈呈碎石状及土状，遇水宜软化崩解，分布厚薄不均，由于其埋藏较深，对拟建工程影响较小。受区域构造的影响，场地下部基岩节理裂隙普遍较发育，局部夹有挤压破碎带，各种不同破碎程度的岩体工程性能相差较大，软硬不均。

表1 九峰明渠沿线主要岩土地质体理化参数表

3.3 水文地质条件

（1）渠道水体现状

九峰明渠主要接受大气降水、沿线地表径流及人工排放补给，水位及水量受气候和人工影响明显，实测工程范围内的明渠水深约0.5~2.5m。九峰明渠两侧现状主要以农业用地为主，包括荒地、菜地、生态绿地、水塘等，由于农业生产过程中化肥的大量使用，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、居民生活、生产污水直接或间接排入明渠水体，沿岸生活垃圾、废弃物体等也被冲入河中，明渠底部淤泥或者淤积物增多，明渠水体流动性较差，严重超过明渠水体环境承载能力，造成水体水质不断恶化，渠道水体生态问题严重。

（2）沿线地下水类型及特征

九峰明渠沿线地下水主要为上层滞水及基岩裂隙水。上层滞水主要赋存于场地上部填土中，主要接受大气降水及地表水的入渗补给以及渠道内引水、周边农田灌溉的渗漏补给，水位、水量与季节关系密切，并受人类活动影响明显，其排泄过程有河道排泄、排水渠沟排泄、天然水体湿地的蒸发排泄、人工开采等，人工填土在动水作用下易形成流土，从而影响河道边坡的稳定性，该层对渠道后期边坡开挖和综合治理有一定影响。实测场地上层滞水静止水位埋深为0.50～0.90 m，相当于高程22.0~25.0m。基岩裂隙水赋存于场地下部基岩裂隙中，水量较小。

（3）环境水及土的腐蚀性分析

根据拟建工程场地所在气候区、土层特性、干湿交替和冻融交替情况，本场地环境类别划分为Ⅱ类，明渠沿线水、土腐蚀性均为微腐蚀。

3.4渠道边坡稳定性评价与分析

现状渠道边坡坡高约3~6m，坡度约30~70度，明渠沿线边坡坡顶未设置截水沟、坡面未封闭处理，大气降水及生活用水易下渗，特别是强降雨情况下，地表水沿地表往低处径流，沿坡面填土往下渗入坡体，形成上层滞水入渗，在原始土体坡面和新近堆填土体交接处会引起填土抗剪强度急剧降低，持续性降水或者人为扰动等不利条件下可能会造成坡体填土垮塌。

根据明渠整治标准横断面图，设计明渠坡道分两段，坡比均为1：2，第一段为渠底至马道段，第二段为马道至渠顶段。

（1）东侧边坡

根据工程地质剖面图，该段边坡放坡范围内地层主要由素填土、冲填土、2层淤泥质粉质黏土、4层粉质黏土，局部分布有3-1层及3-2层。填土、淤泥质粉质黏土层工程性质差，对边坡稳定不利，建议对该段边坡坡体及坡脚处采取换填处理，同时对坡面采取适当的保护措施及作好坡顶排水工作。3-2层需经过验算，如不满足边坡设计要求，亦需采取处理措施。其余土层满足设计要求，建议对坡面采取适当的保护措施及作好坡顶排水工作。

（2）西侧边坡

该段边坡放坡范围内地层主要由素填土、冲填土、2层淤泥质粉质黏土、4层粉质黏土，局部分布有3-1层及3-2层。填土、淤泥质粉质黏土层工程性质差，对边坡稳定不利，建议对该段边坡坡体及坡脚处采取换填处理，同时对坡面采取适当的保护措施及作好坡顶排水工作。3-2层需经过验算，如不满足边坡设计要求，亦需采取处理措施。其余土层满足设计要求，建议对坡面采取保护措施及作好坡顶排水工作。

（3）马道

淤泥质粉质黏土及冲填土等土层应进行换填处理，素填土作为马道路基使用时应该注意压实度符合相关规范及设计要求，同时应做好边坡及路基排水措施。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地表水位变化等不利工况影响。渠道边坡一般情况下可以按设计边坡放坡，可以满足边坡稳定性要求，若坡面及边坡底部有软土时，建议进行稳定性验算，若不满足要求则应进行边坡处理，采取边坡防护措施。

九峰明渠岸坡整治过程中应该注意以下问题：

1.对现状坡体上部人工填土削坡减载，以减缓坡角、减小下滑力。

2.在坡顶、坡体及坡脚采取截排水措施，及时将雨水导出边坡以外，防止雨水渗入边坡土体，坡体采用植物防护。

3.现状边坡可采取分级放坡、坡体加固、坡脚支护等措施，具体措施应根据施工工期、经济效益及计算结果综合选定。

4.渠道水土生态修复

4.1存在主要问题

造成九峰明渠黑臭水体原因较多，九峰明渠沿线水体流动性较差，大多是由于水动力条件不足和渠道无生态基流或生态基流不充足导致水体黑臭等；需要进一步查明黑臭水体形成的原因，进行有效地分类，从而采取针对性的措施。

明渠沿线污染物持续增加，居民生活污水未经处理直接排入渠道水体，雨污分流收集处理系统覆盖率较低，沿线存在偷排现象严重，当污染物质积累超过明渠地下水和土壤自然本底含量和自净能力的限制时, 将导致明渠水土性状恶化, 构成对沿线植物和人体直接或潜在的危害。

生态环境监管、执法合力不够，明渠沿线流域涉及点多、线长、面广，跨界环境违法行为监管难度大; 同时渠道生态环境保护涉及多个部门，导致违法行为的程序多、手续多，办理周期长、时效较差，造成执法资源的分散。

受到暴雨和渠道水体的双重冲刷，沿线水土流失较严重，使渠道边坡稳定土层变薄, 周边土壤肥力下降, 造成渠道淤积严重，过水断面持续压缩。

治理效果不佳，九峰明渠沿线曾多次进行治理，但是治理的效果存在局限性，如仅局部进行坡体硬化或者局部清淤，采取简单硬化或者简单清淤工作措施，一味追求景观工程建设，强调短期效果，忽视了城市渠道的自然生态属性和自身的生态修复能力建设。

4.2水土生态修复建议

城市明渠的生态修复治理工作应按照《城市黑臭水体整治工作指南》中“控源截污、内源治理；活水循环、清水补给；水质净化、生态修复”的基本路线进行。目前明渠生态修复一般可采用水生态养护、渠道整治、水系连通、岸坡整治等措施与技术。根据九峰明渠的实际情况, 进行科学的渠道环境规划, 制定合理的治理措施, 持续根治环境污染, 恢复城市渠道的生态功能。

针对九峰明渠现状，可综合采用外源减排+内源控制措施，辅以水质净化处理等。首先需要对明渠沿线进行雨污分流工作，进行截污纳污治理，对输入明渠的污染物进行提前清理；其次应该对明渠自身渠底淤积物质和渠底植物残体进行清理，能显著降低渠道水体内源污染负荷，同时可以提升和恢复城市明渠防洪作用；然后需要借助水质修复净化手段对渠道污染水体进行净化处理，比如可以通过安装曝气设备充氧，提高明渠水体溶解氧浓度和氧化还原电位，防止厌氧分解和促进水体中的黑臭物质的氧化，也可通过人工措施强化微生物的降解作用，加速污染物的分解和转化，提高水体的自净能力等。待后期明渠水质有一定程度提升后再实施水系连通，增加明渠补给径流途径，最终达到生态修复的目的。

另外，九峰明渠沿岸两侧需要同步进行雨污分流管网建设、两岸各类垃圾分类整治、渠底清淤及扩大防洪断面、两岸绿化景观改造、人文特色景点提升、水土保持规划与建设等。

5.结语

城市明渠流域往往存在黑臭水体数量多、污染程度较严重等现象，受到以往环境治理成本、理念、技术等因素的影响，当前城市黑臭水体的治理工作仍存在诸多不足，一定程度上存在治标不治本的现象，需要大力倡导明渠与城市系统思维和“一渠一策”的策略制定城市明渠领域的黑臭水体综合治理行动方案，响应生态优先号召，并采用城市河湖长制度为监管机制，从而为实现城市明渠通畅、山清水秀、岸线稳固、流域精美的城市明渠生态系统提供坚实的技术保障。

城市明渠水体环境质量与居民幸福指数息息相关，当前国家大力倡导城市黑臭水体改造保护生态环境背景下，以九峰明渠为代表的城市明渠的综合整治是一项系统的生态保护与幸福民生工程，应该从明渠流域水土地质环境背景的角度出发，坚持生态功能优先、绿色保护发展的定位，综合建立一套适合城市明渠自身水土地质环境特征的生态补偿机制。

在快速城市化背景下部分地区受到当前利益的驱动，牺牲城市明渠的水生态环境来换取地方发展的情况时有发生，由于城市明渠水体环境变化很难用眼睛觉察，水环境变化动态难以预测，受到破坏后的治理难度将呈指数级增长，人水和谐的城市明渠水生态环境构建是一项长期且复杂的系统工程，需要全社会的协同作用，尤其需要公众的广泛参与，需要通过国家和地方政府立法立规，重视城市明渠水环境监测和保护工作，加强水环境的定期监测，确保人民幸福感提升。

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