天兴洲沙嘴特征与演化研究

2019-12-02周传友

山西建筑 2019年21期

周传友

(长江大学地球科学学院，湖北武汉 430100)

沙嘴指示方向可以反映岸线周围的沿岸流的传输方向[1]，通过对天兴洲心滩尾部沙嘴的实地考察，并结合卫星图像的观察，搞清了天兴洲心滩尾部沙嘴的特征及其成因，以及沙嘴指示动力方向的意义。前人大多通过天兴洲来水来沙来分析河道的演化[2，3]，很少研究天兴洲沙嘴。春季天兴洲心滩尾部沙嘴北侧指示方向与岸线斜交指向下游，而南侧则近乎垂直指向上游，说明整个心滩的动力系统有朝北的趋势，预示着天兴洲心滩后期将逐步向左汊方向移动。

1 区域概况

天兴洲，原名江心洲，地理位置位于武汉青山区青山镇、江岸区谌家矶两地所在的长江段江心。武汉天兴洲分汊河段位于武汉河段的下段，自武汉长江大桥至阳逻，天兴洲分河道为左右两汊，目前天兴洲左汊为支汊，右汊为主汊[4]。从地质学角度认识天兴洲，其为一个心滩，且是一个特殊的心滩，其位于河道曲流处。图1是天兴洲卫星图像，从图1中可以看出，整个研究区位于天兴洲的尾部，是一典型的沙滩环境。长江水开始在此处分叉，在沙滩岸线分布着沙嘴。

2 天兴洲沙嘴的特征

沙质沙嘴的形成与演变和沿岸输沙有密切关系，影响沿岸输沙最基本的因素是泥沙来源和动力条件，泥沙运动的方式受风浪方向和岸线走向的控制[5]。王永红研究了荣成湾泥沙运动方式，风向与海岸斜交，导致泥沙主要沿岸做纵向运动，为沙嘴的形成提供了基本条件。王永红研究的进步之处是计算了沿岸输沙量的具体量值。武汉属于典型的亚热带季风性气候[6]。夏季天兴洲水位上升，冬季下降。天兴洲是一个特殊的心滩，其位于河道曲流处，长江水在此处分叉。图2是天兴洲心滩尾部的示意图。

从图2可以看出，天兴洲心滩尾部北侧沙嘴指向与心滩岸线斜交并朝向下游，而天兴洲心滩尾部南侧沙嘴指向与心滩岸线近乎垂直甚至朝向上游。一般情况下，在顺水动能的改造作用下，心滩两侧的沙嘴会指向势能低的一侧，即大自然中河流的下游方向。针对天兴洲心滩尾部南侧出现的这种“反常”地质现象，进一步细化天兴洲心滩尾部南北两侧沙嘴。图3是对图2中的天兴洲心滩尾部南北两侧沙嘴放大之后的示意图。

从图3可以更细致详尽地看出：天兴洲心滩尾部北侧，在顺水流作用下，沙嘴的指向总体是朝下游的；而天兴洲心滩尾部南侧，沙嘴的指向却是朝上游的。南北两侧沙嘴的指向截然不同，南侧沙嘴的指向似乎不合常理。通过实地考察并结合卫星图像，重点对南侧沙嘴指向进行成因分析，其重要影响因素有：1)地理位置，如前所述，天兴洲是一个特殊的心滩，其位于河道曲流处，当长江水以直线方向顺流而下时，遇到河曲的阻挡，南侧(右汊)水流会出现回流现象，根据实地考察，天兴洲心滩尾部南侧存在一个较大的湾口，充分印证了回流作用；2)风向，春夏时节，天兴洲总体盛行南风，风力近乎垂直指向心滩南侧岸线，于是波浪具有较强向北运动的动力；3)航运，通过实地考察发现，天兴洲段航船仅在心滩南侧航道行驶，增强了波浪垂直心滩尾部岸线运动的动力。综合以上三个主要因素，造成了天兴洲心滩尾部南北两侧沙嘴指向的差异性，南侧泥沙主要沿心滩尾部岸线做纵向运动，总体指向与心滩岸线垂直甚至有微向上游倾斜的趋势。由于秋冬天兴洲段水位下降，所以长江水对天兴洲心滩的改造主要集中在春夏。

3 天兴洲演化

据李志威考证，天兴洲处在长江中游武汉河段的微弯分汊河段，北汊为支汊，南汊为主汊和主航道。1930年以来，天兴洲左汊由于淤积而渐衰退，右汊发展为主汊，到了20世纪70年代右汊完全成了主汊，但河道深泓线横向摆动幅度增大，天兴洲洲头浅滩从60年代逐渐淤长，1980年—1985年，洲头浅滩形成，90年代洲头与浅滩之间出现窜沟且窜沟随洲头崩退而下移，1991年6月～2002年11月，洲头15 m等高线表现为冲刷后移的趋势，洲头累计冲刷后退1 320 m，1998年洪水期间冲刷幅度最大[7-9]。这里需要更正的是，对于河流相心滩头尾的定义，心滩的头位于下游，心滩的尾位于上游。所以，李志威所述的洲头其实是心滩的尾。据王博等考察，三峡水库蓄水后，含沙量大幅度减少、年中小水历时延长和中洪水历时缩短，上游来水来沙条件有利于天兴洲右汊主汊地位的巩固与发展，左汊会处于缓慢衰退的趋势，枯水期断流流量会逐渐增加，但高洪水期仍能维持一定的过流能力[10]。

综合前人对来水来沙的研究，天兴洲年均来水量会进一步减少，含沙量也会随之减少。结合天兴洲尾部沙嘴的特征，在整体南向风力作用下，天兴洲南侧向北迁移的速度会大于北侧，在航运的作用下，波浪对天兴洲的改造会进一步加强，天兴洲整体向北迁移的趋势会加剧。因此，天兴洲在向下游漂移的过程中，整个天兴洲心滩会逐步向左汊方向移动。基于此项研究，应该加大对天兴洲的整治力度，特别是护栏建设和河道淤积清理，保证汛期安全[11]。