长江下游天星洲的形成演变与主因分析

季荣耀，陆永军，左利钦

（南京水利科学研究院水文水资源及水利工程科学国家重点实验室，南京 210029）

长江下游天星洲的形成演变与主因分析

季荣耀，陆永军，左利钦

（南京水利科学研究院水文水资源及水利工程科学国家重点实验室，南京 210029）

长江下游泰兴水道的天星洲形成发育于20世纪50年代初期，经历了50年代至70年代末的快速发育阶段，80年代初至90年代末的冲淤调整阶段，及90年代末以来的相对稳定阶段。研究表明：泰兴水道顺直放宽的河段特性以及江岸节点的挑流作用，形成大片缓流区，导致泥沙容易落淤形成水下浅滩，给天星洲的形成发育奠定了重要基础；而上游嘶马弯道20世纪50年代至70年代末的大规模江岸崩退，则给天星洲的快速形成发育提供了充足的泥沙来源。通过深入探讨天星洲的形成主因，分析其历史变迁过程，掌握其演变规律，为本河段的航道整治与岸线开发提供科学依据。

江心洲；成因；演变过程；崩岸；天星洲

1 概 述

长江中下游发育有众多大小不等的江心洲，其作为一种特有的港口岸线与土地资源具有十分重要的开发利用价值。江心洲的形成原因与河床边界、水动力与泥沙来源等条件密切相关，其中上游来沙是江心洲形成的物质来源，水动力则是搬运、堆积泥沙的动力，而河床边界条件又是影响局部河段水动力条件与泥沙输移的主要控制性因素。一般而言，江心洲的成因大致可以分为3类［1，2］：一是洪枯水时动力轴线变化形成的江心洲，包括主流切割滩地、曲流裁弯等；二是边界条件影响水沙作用形成的江心洲，如束窄河道上游壅水段、河道顺直放宽段、支流入汇段等；三是河槽底部基岩或障碍物突起形成的江心洲。具体到一个特定的江心洲，其形成往往是几种原因的综合。这些因素相互制约又相互转化，常导致江心洲与汊道时有消长。研究表明［2－5］：长江中下游分汊河道一般都经历了江心洲并洲或并岸，河道由多汊向少汊或单一河槽转化的漫长历史演变过程；在这个演变过程中伴随着河宽的缩窄，主流摆幅的减小，滩槽相对稳定，逐渐形成目前较为稳定的分汊河道。关于分汊河道成因问题，钱宁等［1］从来水来沙和边界条件等方面，对有关学者的研究成果进行了概括。余文畴［3］在对长江中下游河道形态、水力和输沙特性分析的基础上，获得了区别长江中下游分汊河道和蜿蜒型河道河型综合指标及有利于形成分汊河道的来水来沙条件。主汊和支汊兴衰交替是分汊河段河道演变的共同特点，夏细禾等［4］指出，分汊河道能长期保持稳定的主要原因是在相同比降的条件下，能通过向支汊分配一定流量达到单位长度能耗量小。潘庆遷等［5］则根据分汊河段的滩槽演变特性，提出了“稳定分汊河势，适度减少支汊，合理利用洲滩”的综合整治原则。

天星洲位于长江下游扬中河段的泰兴水道，形成发育于20世纪50年代初期。由于本河段位于长江下游潮流界的变化区段之内，既受上游径流控制又受下游潮汐影响，并存在淮河入江水道等支流，加之人类活动频繁，涉水建筑物众多，多种因素的影响使得水流、泥沙运动与河床演变极其复杂，一直为长江下游的重点整治河段之一。洪大林等［6］通过研究得出，扬中河段近几十年来岸线与深槽位置变化不大，河势整体保持相对稳定；陈长英等［7］指出，长顺直的河道属性是鳗鱼沙浅滩形成的前提，而河床边界条件引起的水流运动特征是浅滩形成的主因；张幸农等［8］则在河床演变分析的基础上，提出了口岸直水道深水航道整治思路及工程方案。本文通过深入探讨天星洲的形成主因，分析其历史变迁过程，掌握其演变规律，为本河段的航道整治与岸线开发提供重要科学依据。

2 河段概况

2.1 河势特征

扬中河段上起镇扬河段大港水道下的五峰山，下至江阴水道的鹅鼻咀，全长约87 km。从整体河势看，扬中河段呈4岛3汊格局（图1），靠近南岸依次发育有太平洲、落成洲、炮子洲和禄安洲4个江心岛，其中太平洲将扬中河段分为两汊，其左汊为主汊，十四圩以上为口岸直水道，十四圩以下至界河口为泰兴水道；右汊太平洲捷水道为支汊。本河段主流因五峰山挑流逐渐偏向北岸嘶马弯道，至弯道尾端经高港灯标凸咀挑流，开始偏向南岸的二墩港，经东新港至小决港贴南岸顺直下泄，在太平洲尾部与右汊支流汇合后，至界河口再折向北进入江阴水道［9，10］。

图1 长江下游扬中河段河势及测流断面布置图Fig.1 River regime and layout of flow measurement section in Yangzhong Reach

天星洲靠近泰兴水道左岸，洲体呈梭形，长约8 km，滩顶高程多在2～3 m之间；其头部宽圆，最大宽约1.3 km；洲尾狭长，宽仅约200～300 m。天星洲把泰兴水道分为左、右两汊，其中左汊为支汊，右汊为主槽。左汊河道断面形态为“V”形，河宽约300～500 m，水深多在2～3 m之间；右汊河道断面形态为“U”形（图2），河宽约2～3 km，15 m深槽常年贯通。天星洲尾发育有向下游延伸的带状水下沙脊，其中不足10m水深的浅区长度超过6 km，可达界河口附近；该沙脊与左岸之间还有一狭长的水下深槽倒嵌发育，其水深约11～12 m，长度超过4 km。

图2 天星洲河段河床断面形态Fig.2 Typical section of the riverbed in Tianxingzhou central island reach

2.2 水沙特征

天星洲的头部将太平洲左汊分为2个汊道，中部又接纳太平洲右汊的来水来沙，使得本河段的分水分沙复杂多变。根据2009年5月同步水文测验（图1），在上游流量约40 000 m3／s的情况下，天星洲头部左汊（测流断面D1L）、右汊（D1R）、太平洲右汊（D2）的分流比分别为4.7%，83.5%和11.8%，分沙比分别为5.8%，84.6%和9.6%；天星洲尾部左汊（D3L）和右汊（D3R）的分流比分别为4.3%和95.7%，分沙比分别为4.6%和95.4%。分析可知，天星洲的中下段由于有太平洲右汊来水来沙入汇，在该流量下分流分沙比上游段增加约10%。

本河段位于长江潮流界的变化区段之内，潮流界随径流强弱和潮差大小等因素而变化，枯季可达到镇江附近，洪季则下移至江阴附近［10］。2009年5月水文测验期间，当上游流量为40 000 m3／s且涨潮潮差（太平洲尾验潮站）为2.1 m时，天星洲右汊内出现约3 h的涨潮流，涨潮流速最大约－0.25 m／s（负号代表涨潮流向）；而同流量条件下且涨潮潮差为1.4 m时，右汊没有出现涨潮流，即呈单向落潮流。在天星洲左汊内，2次涨潮期间都出现了涨潮流上溯现象，最大涨潮流速分别约为－0.55 m／s和－0.20 m／s（图3）。可见，与主汊相比，支汊内由于分流较少，使得涨潮流动力作用明显强于右汊。

图3 天星洲河段潮位与流速过程曲线Fig.3 Time history curves of tide and flow velocity in Tianxingzhou reach

根据2003年6月、2005年3月、2005年8月、2006年2月、2006年6月、2007年8月、2009年5月等多次水文测验［10］，本河段内含沙量枯水期在0.005～0.20 kg／m3之间，中水期在0.01～0.60 kg／m3之间，洪水期在0.05～1.0 kg／m3之间。含沙量大小与流量密切相关。当流量小于30 000 m3／s时，含沙量随流量增大而增大；当流量超过30 000 m3／s时，含沙量增大的幅度则明显增大。据多次河床质取样分析，河床质多为中细沙，组成相对较为均匀，主槽粒径较粗，滩面粒径较细，平均中值粒径约为0.15～0.18 mm。

图4 天星洲洲体0 m等深线历年变化图Fig.4 Changes of contour at 0m of Tianxingzhou central island in different years

3 天星洲形成演变过程

天星洲又称五圩洲，1953年时还只是一个长约1.3 km、宽约0.17 km的心滩；以后洲体逐渐淤积扩大，洲头向上伸展，洲尾向下淤长，至20世纪90年代末期基本稳定。表1给出了天星洲洲体特征值的历年统计，图4给出了洲体0 m等深线的多年空间变化。由图表分析可知，天星洲的形成发育过程可以分为3个演变阶段：第1阶段为20世纪50年代至70年代末的快速发育阶段；第2阶段为20世纪80年代初至90年代末的调整阶段；第3阶段为20世纪90年代末以来相对稳定阶段。

表1 天星洲洲体0 m线特征值历年统计表Table1 Eigenvalues of contour at 0m of Tianxingzhou central island in different years

天星洲第1演变阶段的特点是洲头向上延伸，洲尾向下淤长，洲体快速淤积扩大。其中1953－1966年洲体以向下淤长为主，洲尾共向下游延伸了4.4 km，淤长速度平均为340 m／a；1966－1979年洲尾向下淤涨的速度已经减小至70 m／a，但洲头向上延伸的速度明显加快，已由1953－1966年间的27 m／a增加至180 m／a。在洲头和洲尾快速淤长的同时，洲体也在不断展宽，0 m等深线宽度从170 m增加至1.2 km。这一演变阶段后，天星洲洲体位置和大小基本成型，期间洲头向上游延伸共2.68 km，洲尾向下游淤长5.3 km，0 m线内的浅滩面积则从0.14 km2增加至约7 km2。

天星洲第2演变阶段的特点是洲体不再呈单一的淤长态势，期间洲头与洲尾冲淤同时交替存在，且在洲体大小基本稳定的情况下，洲头与洲尾具有同向运动的特点。如1979－1981年，在洲头向下游侵蚀后退1 850 m的情况下，洲尾也向下游延伸了1 420 m；1981－1984年，洲头与洲尾又向上游同向运动，其中洲头向上游淤长1 100 m，洲尾也向上游侵蚀后退约150 m；1984－1991年洲头与洲尾也具有同样的演变特征，其中前者向上游淤长延伸1 140 m，后者向上游侵蚀后退21 m；1991－1999年洲头与洲尾又以向下游运动为主，期间洲头共向下游侵蚀后退660 m，洲尾则有轻微淤长。经统计，1979－1999年20 a间，洲头共向下游后退270 m，平均约13 m／a；洲尾向下游延伸810 m，平均约40 m／a；同时洲体宽度增加约200 m，0 m等深线面积增加约1.2 km2。可见这一演变阶段天星洲虽然仍有一定的淤长增大，但增长幅度大大减小，有时洲体的长、宽和面积还有所减小，说明洲体经过长期的演变调整已经基本稳定。

20世纪90年代末以来，天星洲的发育演变进入了相对稳定期，洲体0 m等深线基本稳定。期间除个别年份外，洲头与洲尾的年冲淤变化幅度均不足100 m。据统计，1999－2008年，洲头向下游后退约50 m，洲尾向上游后退约280 m。可见这一演变阶段洲体呈轻微冲刷减小态势，洲体0 m等深线长度与面积均有所减小。2003年洲头上游断港附近曾发育有一个心滩，2007－2008年间发生并岸成为断港附近的边滩；心滩调整期间，部分泥沙被水流带至天星洲尾部淤积下来，使得2008年洲尾的宽度与洲体面积有所增加。

4 天星洲形成主因分析

江心洲的形成发展是河道边界和水流泥沙长期互相作用的结果，也是河道演变的表现形式。天星洲的形成发育与泰兴水道河段特性密切相关。泰兴水道基本上为顺直放宽河段，上游过船港附近河宽约2.5 km左右，河床断面向下游逐渐展宽，至炮子洲尾河宽增大至4.5 km，继而河宽又重新缩窄至界河口附近的3 km左右。在20世纪50年代之前，口岸直水道的鳗鱼沙浅段尚未完全发育，长江主流在经过嘶马弯道段后，紧贴左侧凹岸顺直而下，由于过船港附近河面缩窄且左岸凸出产生节点效应，主流被挑向右岸，顺太平洲左岸而下，这使得左岸的过船港与界河口之间形成大片缓流区；同时由于河段展宽，水流分散，导致水流挟沙能力减小，使得上游来的部分泥沙更容易落淤在缓流区，从而发育水下浅滩。

江心洲形成的另外一个重要因素是要有充足的泥沙来源。长江上游来沙有一小部分淤积在本河段的缓流区，形成水下浅滩，给天星洲的形成发育奠定了重要基础；但由于上游流域来沙多为冲泻质，颗粒较细较难淤积，所以在20世纪50年代之前的很长一段时间内，天星洲心滩并没有明显发育。因此，对于天星洲20世纪50－70年代的快速发育，显然还需要另外一个重要泥沙来源来解释。据研究［11，12］，位于天星洲上游30 km处的嘶马弯道曾是长江中下游崩岸最严重的河段。20世纪50－70年代末，长江主流由于五峰山节点的挑流作用，对嘶马弯道北侧凹岸形成持续的强烈顶冲，而江岸土质又由粉沙、细沙和极细沙组成，抗冲性较差，因此多次发生以窝崩为主的大规模崩岸现象。如1959－1969年，从三江营河口至高港灯凸咀0 m线全线崩退，平均崩退152 m，最大崩退达437 m，崩坍面积达2.4 km2。

表2给出了天星洲历年洲体变化与同期上游大通站来水来沙条件、嘶马弯道崩岸情况的统计结果。由表分析可知，在长江上游来水来沙条件基本不变的情况下，天星洲的快速发展期与嘶马弯道大规模崩岸的时间段有着良好的一致性。如1953－1976年，嘶马弯道岸滩崩退面积高达6.34 km2，平均约0.40 km2／a，同期天星洲0 m浅滩面积中增加6.76 km2，平均约0.42 km2／a。可见，嘶马弯道大规模江岸崩退所产生的大量泥沙被水流带往下游，沿程大量淤积，其中一部分到达本河段，因河床展宽、水流变缓而迅速落淤下来，给天星洲的快速形成发展提供了充足的泥沙来源。

表2 天星洲历年洲体变化与同期水沙来源情况统计表Table2 Changes of the area of Tianxingzhou central island in different years and water sediment sources over the same period

自1976年来，嘶马弯道河段先后实施了丁坝、沉排、抛石等护岸整治工程［11，12］，江岸趋向稳定，崩塌强度也有所减缓，使得本河段泥沙来源急剧减少，导致天星洲洲体增长速度明显放慢。如1976－1991年嘶马弯道岸滩崩退速度迅速减小至0.06 km2／a，同期天星洲洲体增长速度也明显减小，平均约0.11 km2／a；1991－2007年嘶马弯道岸滩崩退速度继续减小至0.04 km2／a，而同期天星洲则出现了轻微冲刷态势，洲体面积平均每年减小约0.03 km2。此外，随着长江上游流域水土保持工程发挥效用以及三峡工程等多个大型水电工程建设，近年来长江上游流域来沙也有明显减小，其中大通站2001－2007年均输沙量比20世纪80年代减小了55.0%，这也是天星洲近期产生轻微冲刷的一个重要原因。

5 结 语

通过分析长江下游天星洲的形成演变过程及主要原因，初步得到以下结论：

（1）天星洲形成发育于20世纪50年代初期，经历了快速发育、冲淤调整和相对稳定等3个演变阶段：①20世纪50年代至70年代末，洲体快速淤积扩大，洲头向上游延伸共2.68 km，洲尾向下游淤长5.3 km，0 m线内的浅滩宽度从170 m增加至1.2 km，面积从0.14 km2增加至约7 km2；②20世纪80年代初至90年代末，洲体不再呈单一的淤长态势，洲头与洲尾冲淤同时交替存在，且在洲体大小基本稳定的情况下，洲头与洲尾具有同向运动的特点；③20世纪90年代以来，天星洲的发育演变进入了相对稳定期，洲体0 m等深线基本稳定并呈轻微蚀退特点。

（2）泰兴水道顺直放宽的河段特性以及过船港附近江岸节点的挑流作用，使得本河段形成大片缓流区，导致水流挟沙能力减小，泥沙容易落淤形成水下浅滩，给天星洲的形成发育奠定了重要基础。嘶马弯道大规模崩岸的时间段与天星洲的快速发展期有着良好的一致性，表明大规模江岸崩退所产生的大量泥沙被水流带往下游，部分落淤在本河段，给天星洲的快速形成发展提供了充足的泥沙来源。近年来，随着嘶马弯道护岸整治工程的实施，江岸崩塌强度有所减缓，加之长江上游流域来沙明显减少，导致本河段泥沙来源明显减少，因此天星洲整体呈轻微冲刷态势。

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（编辑：周晓雁）

The Formation M echanism of Tianxingzhou Central Island in the Lower Reach of Yangtze River

JIRong yao，LU Yong jun，ZUO Li qin
（State Key Laboratory of Hydrology Water Resources and Hydraulic Engineering Science，Nanjing Hydraulic Research Institute，Nanjing 210029，China）

Developed in the early 1950s in the Taixing reach of the Yangtze River，Tianxingzhou central island ex perienced the rapid development stage from 1950s to 1970s，the scouring and silting adjustment stage from early 1980s to late 1990s，and the stable stage since late 1990s.The formationmechanism and the evolution of this cen tral island is studied to provide reference for the harnessing of the river course and the development of the shore line.This study shows that large slow flow areawas formed because of the riverbed broadening in the Taixing reach and the ski jump effectof the bank node，thereby resulting in sediment deposition and underwater shoal，which laid foundation for the formation of Tianxingzhou central island.Whereas the large scale collapse of the river bank in the upper Sima bend from the early 1950s to late 1970s provided sufficient sediment for the rapid developmentof Tianx ingzhou central island.

central bar；formation mechanism；evolution；bank collapse；Tianxingzhou central island

TV147

A

1001－5485（2011）08－0005－06

2010 09 30

国家自然科学基金资助项目（50779037，50879047）

季荣耀（1978 ），男，山东临沂人，高级工程师，博士，主要从事河流海岸动力学与环境演变研究，（电话）025 68953501（电子信箱）ryji＠nhri.cn。