江西鄱阳湖老爷庙水域环境特征与沉船事件的成因研究

朱 诚，张 奇，陈 星，徐长青，水 涛，蔡天赦

(1.南京大学 地理与海洋科学学院，江苏 南京 210023； 2.中国科学院 南京地理与湖泊研究所，江苏 南京 210008；3.南京大学 大气科学学院，江苏 南京 210023； 4.江西省文物考古研究院，江西 南昌 330008；发5.南京大学 历史学院，江苏 南京 210023)

鄱阳湖位于江西省北部，其地理坐标为115°49′～116°46′E、28°24′～29°46′N。它是江西省赣江、信江、抚河、修水、饶河五大水系的汇聚地，并经湖口与长江连通。鄱阳湖是我国第一大淡水湖，在其南起宋门山，北至星子县城，长24 km、宽15 km的水域是鄱阳湖连接赣江出口的狭长水域，在该水域东岸都昌县多宝乡有一座庙宇称老爷庙，鄱阳湖老爷庙水域是迄今为止长江流域沉船事件最多的水域。作者根据对该水域沉船事件的幸存者鄱阳湖都昌县陈浪村前任村长陈建国先生、以及九江市地方海事局等相关部门的多次调研发现：1973年10月14日，星子船舶修造厂机动货船在老爷庙水域沉没，死亡13人；1985年3月15日，一艘载重25 t的货船在老爷庙以南3 km处沉没；1985年8月3日，江西进贤县两艘各为20 t的货船也在老爷庙水域葬身湖底，同一天还有另外12条船只也在此沉没；20世纪60年代以来该区已经历过100多起沉船事件，因此这片水域被称为“中国百慕大”和“鄱阳湖魔鬼三角”[1-6]。

作者2016年以来曾对老爷庙水域作过多次气象、水文、地质调研和物探与钻探调研，发现在老爷庙水域，不论是传说还是有确切记载的沉船事件，至少可以说明，这一水域相较鄱阳湖其它水域更容易发生沉船事件。对于该区沉船事件的成因，国内虽有过多次调查和研究，但对沉船的原因仍是众说纷纭。据媒体报导[5-6]，对于老爷庙沉船的原因至少存在着气象条件、湖底沙坝、湖下溶洞或地下暗河等猜测，然而这些猜测都未经过证实。

老爷庙水域作为鄱阳湖进出长江水道的必经之地，其重要性不言而喻，然而沉船事件成因一直尚未解决，威胁航运安全，助长迷信思想，因此有必要开展多学科的综合调查研究，弄清沉船事件的成因，制定科学航运的避险方案，传播科学思想，为国民经济发展做出贡献，同时也为今后的沉船打捞和考古发掘工作奠定科研基础并提供科学支撑。

1 气象和水动力与沉船事件相关性分析

由于老爷庙附近复杂的地形地貌和动力条件及局地瞬变的气象水文条件，目前针对两者的相关性分析难度较大，因此仅依据可获取的相关气象和水动力条件做定性分析。鄱阳湖地处中亚热带湿润季风气候区，气候温和、雨量丰沛。鄱阳湖流域4-6月降水集中，年内径流分配也主要集中于4-6月，占全年总径流量的50%～55%[7]；秋冬季降雨较少。年平均气温17.6℃，其中6-8月平均气温27.3℃，12-2月平均气温7.1℃[8]。

鄱阳湖属大风区，夏季多偏南风，冬季和春秋季多偏北风，全年以北风出现频率最高[9]。据文献报道，星子湖区6级以上大风年内最多达3个月，年均45 d[10]。年平均风速2.4～4.8 m/s，历年最大风速34 m/s；其中星子、老爷庙往主湖区延伸方向为高风速区，年平均风速3.5 m/s以上[11]。这些研究表明，该区域风向和风速的变化可能是造成沉船事件的原因之一。

鄱阳湖主要为吞吐型湖流，湖流特征为低水流速大、高水流速小[9]。从表现形式可以分为重力型、顶托型、倒灌型3种基本形态，同时在风的作用下，还存在风生流。鄱阳湖最主要的湖流形式为重力型湖流，即湖水在重力作用下沿主槽方向规则流动。北部、东部湖流大于中部和南部，深槽流速大于浅滩；北部湖区曾实测到接近3 m/s的流速，南部除深槽流速可达1 m/s以上外，大部流速不超过0.3 m/s[9]；总体流速呈极强的空间梯度分布。倒灌型湖流多发生在流域“五河”入湖洪水结束、长江干流水位上涨时期。当流域入流总量与长江来流量比值低于5%时，最有可能发生倒灌；倒灌时，湖水可上溯至上游几千米，甚至可达20 km[12]。顶托型湖流是重力型和倒灌型湖流之间的过渡形态，出现顶托流时，全湖流速减小，几乎为零。

不管哪种湖流形式，均同时存在风生流。河相时期，水面窄而流速大，风的影响相对较小；但当湖相时期，水面开阔而水流变缓，风的影响相对变大，局部可产生风生环流。研究表明，鄱阳湖受风生流主控的湖区主要分布在东部湖湾以及松门山以南的近岸区；东部湖湾在偏北风条件下存在顺时针环流，偏南风条件下存在逆时针环流[13]。在风场作用下，不仅产生风生流，还可能生成较大的风浪，直接威胁航运、渔业和圩堤安全。其中老爷庙湖区由于地处沿湖山势、湖底转向和五河来水混合处，风向风速、浪高、水流流速变化复杂，是最危险的风浪区域[10]，正如当地人所言：老爷庙水域无风不起浪，有风浪三丈。表1是鄱阳湖老爷庙水域沉船事件记录与气象观测数据对比表，其沉船事件记录由九江市地方海事局和CCTV10—2013年7月5日报道[5]提供，其气象观测数据是由江西省气象信息中心提供。从表1记录可见，其中8次沉船事件和1次两人溺亡的事件均发生在老爷庙水域，而且这8次沉船事件均与变化较大的风向和风速变化导致的风灾密切相关。这8次沉船事件出现在2—3月的共3次、7—8月的3次、10—11月的3次。1993年8月21日南京大学地理系参加庐山实习的二年级本科生两位男生在老爷庙水域距湖岸约10 m、水深只在膝盖的水位处遭遇突然掀起的湖浪被卷入湖中身亡，直到第二天才在湖中深水处被打捞上岸，此后江西星子县报刊也多次报导过老爷庙水域发生的沉船事件，因此，该区沉船和成年人在浅水区溺亡事件至今一直是令人关注的问题。

据《科技日报》2013年3月22日报导[14]，1984年江西省气象局成立 “老爷庙大风及其对航运的影响科研小组”研究了老爷庙水域船损灾害的成因，分别在星子县蓼花、都昌县老爷庙、永修县松门山布设了气象观测站，在1985年进行了为期一年的气象观测，期间还进行了3次短期加密考察，取得了20余万个原始数据。为期1年的观测数据表明，老爷庙水域平均风速可达7 m/s,为内陆罕见。老爷庙水域的北部是与长江相连的狭长水道，长约40 km，宽约3～5 km，西北面是和水道平行、连绵起伏的庐山诸峰，东南面是荒凉的沙丘。从每年的9月到来年的5月，当北方冷空气南下时，因庐山和湖口水道的共同作用，冷空气通过狭长的湖口水道时因狭管效应而造成风速急剧增大，在老爷庙水域风速达到最大，但这种湖面风速增大很难有实际观测数据。鄱阳湖宽约250 km，但老爷庙水域宽度收缩为15 km，由此造成水域水流的加速和多变，从而使老爷庙水域成为我国内陆湖中最凶险的水域[14]。

从表1鄱阳湖老爷庙水域沉船事件记录与气象观测数据对比看，这8次沉船事件具有显著的季节特征，均与风向和风速变化有密切关系。8次沉船事件中，出现在夏季的有2次(1985年8月3日和2014年7月24日)，出现在早春、晚秋和冬季的有5次，其中3次具有显著的风向突变(2003年11月21日，2010年2月25日和2010年3月23日)。根据小时资料分析，早春和秋冬季的风向变化与冷锋过境的风向切变和风速突然增大有关，而夏季的风向变化可能与短时局地强对流系统有关。例如，星子站的资料显示，2014年7月24日12:00至15:00之间出现从东北风偏东到西北风偏西之间的多次风向变化，最大风向变化接近180°，表明局地强对流系统可能造成风向的快速变化。

此外，星子站和都昌站的资料对比显示，虽然两站距离很近但风向变化可能存在较大差异，这种在较小空间上的风向变化对航船具有很大的危险性。例如，2003年11月21日，星子站和都昌站在各时次的风向有显著差异。因此，位于老爷庙水域西北的星子站和位于该水域东南的都昌站之间风向的时空转变造成了老爷庙水域造成了沉船事件易发的气象环境。

2 鄱阳湖老爷庙水域沉船水域磁力探测分析

为解开这片神秘水域的沉船之谜，2011年江西省文物考古研究所与国家水下文化遗产保护中心联合组建老爷庙水域沉船遗址专项探测工作队，开展鄱阳湖老爷庙水域沉船遗址的专项探测工作。据江西省文物考古研究所探测工作资料，该探测工作共分为以下3个阶段[15-17]：

第一阶段(2011年7月)：采用磁法探测技术对老爷庙水下沉船遗址进行了大面积普查(图1(a))，通过一个月的探测，发现了9个磁异常区(图1(b))。

图1 2011年7月老爷庙水域磁法探测结果图Fig.1 Magnetic survey results of Laoyemiao water area in July 2011

第二阶段(2011年10月)：采用磁法探测技术对老爷庙水下沉船遗址进行了重点详查，通过对这9个磁异常区的详查，发现了16个磁异常点，其中6个磁异常点很可能存在沉船，达到了预期探测目的和效果。

第三阶段(2012年8月)：采用旁侧和浅地层剖面声纳探测技术对疑似沉船点进行了复查，复查结果的目标物与前期磁法探测位置基本一致(图2)，根据前期磁力探测与本次调查结果分析：探测到的水下目标物是沉船遗址。

图2 2011年10月老爷庙水域磁法探测结果图Fig.2 Magnetic survey results of Laoyemiao water area in October 2011

2013年3月12日至3月24日，由国家文物局水下文化遗产保护中心与江西省文物考古研究所联合组建鄱阳湖老爷庙水域水下考古调查队对上述疑似沉船点进行了潜水探摸确认，此次调查完成了对所有可疑点的实地确认工作，有两处可确认为两艘近代水泥船[16]，但对湖底的地质特征还不是很清楚[15-17]。有鉴于此，2016年以来，作者对老爷庙水域地质状况作了多次调研。

3 老爷庙水域地质概况与地质钻探分析

老爷庙水域位于扬子陆地下扬子地块中部位置，属于燕山-喜马拉雅大陆活化阶段区域。从地质构造(图3)看，该区属于印支褶皱盖层，以鄱阳湖为界，以东地层为Z—∈，褶皱为宽缓型背向斜，地层产状较缓，在老爷庙水域南侧和鄱阳湖第二公路大桥东侧为近乎水平状产状。该区地层产状为300°∠140°单斜构造，属中深变质岩区，其片理、片麻理产状相对稳定，亦为单斜构造。老爷庙水域未揭露断裂构造，从江西地质志与中华人民共和国江西省地质构造图(1∶10万)和1∶5万星子县幅地质说明书资料可知，第四系时期的活动断层有湖口-新干深断裂(即赣江大断裂)通过老爷庙水域南侧。

图3 鄱阳湖区地质简图Fig.3 Geological map of Poyang Lake District

根据钻探与野外调查发现，鄱阳湖盆地属于拉分盆地，主要为一套红色碎屑沉积岩，该沉积岩形成时代为第三系古新世至始新世即E2。根据碎屑岩的粒度与地层产状分析，沉积中心在老池口至竹林村一带。

从岩性特征看，根据对老爷庙水域南侧区域的地质调查和工程地质钻探发现，老爷庙水域岩性复杂，主要有近元古界震旦系上统皮园村组(Z2p)硅质岩；寒武系下统王音铺组(∈1w)炭质灰岩；钙质炭质页岩及石煤层(高炭页岩)；第三系古始新统新余群(E1-2xn)红色碎屑岩系岩；第四系上更新统(Q3al)柘矶砂层莲塘组粉质黏土；第四系全新统(Q4al)淤泥质土、粉质黏土、砂土、砾石土及新近堆积物(Q)，但该区岩性主要是一套由粗到细的碎屑岩。从地貌和岩性综合分析看，老爷庙水域鄱阳湖第二公路大桥东西两岸均为丘岗型地貌单元，所处的地层岩性有硅质岩、灰岩、细碎屑岩系中的页岩、红色碎屑沉积岩系组合中的砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩。松散堆积有Q2a1柘矶砂层、Q4al的砾岩、砂、粉砂及表层少量的淤泥质土，地质构造主要为单斜构造。

从新构造运动和地震分析看：老爷庙水域的新构造运动以垂直升降运动为主,差异性断块活动明显，具有较明显的继承性、新生性、间歇性、差异性等构造特征。白垩纪末至第三纪早期，即燕山晚期至喜马拉雅早期阶段，由于印支板块和太平洋板块的作用，华南大陆强烈裂陷。在该区内以伸展拉伸——左行走滑的造山作用为特征，相应地产生了拉分盆地和庐山透镜状构造。第三纪末和早更新世初，该区处于广泛上升阶段，但区域不同上升的速度和幅度也不同，庐山即为该时期形成的今日之山体形态[17]。从中更新世至晚更新世,区内处于缓慢沉降阶段，沉积了一组厚达30 m～60 m的不同成因的沉积层。从晚更新世末期到全新世早期，地壳大幅上升，使更新世期间形成的堆积物抬升，形成了高达百余米的“砂山”和大面积的垅岗地貌。

根据对现代地貌和第四系沉积的影响控制、第四系中出现的断裂构造形迹、以及温泉和地震震中分布的关系等资料分析，在该区内第四纪时期的活动断裂有：湖江—新千深断裂(即赣江大断裂)、湖口—星子街断裂。

根据《中国地震动峰值加速度区划图(江西部分)》对地震动参数划分，该区内地震动峰值加速度值为0.05 g，都九高速鄱阳湖第二公路大桥工程设计防震特征周期值为0.35S，为抗震一般设防区。根据《公路工程抗震规范》(JTGB02-2013)的规定，加之勘察区内有湖口—赣千深断裂仍在活动期，因此都九高速鄱阳湖第二公路大桥工程对控制性特大构筑物(鄱阳湖特大桥)是按地震基本裂度提高一度设防，即Ⅶ设防。

从都九高速鄱阳湖第二公路大桥工程项目对该区水文地质调查情况看：老爷庙水域地下水有松散层中的孔隙水和岩层的裂隙水，地表水为鄱阳湖湖水。在鄱阳湖湖床湖底，地下水与地表水构成一体，互为补给。湖盆之处的东西两侧桥台有孔隙水与裂隙水，老爷庙水域东侧的孔隙水较为丰富，其富水性较好。根据在鄱阳湖中所取的两处地表水水样试验分析结果可知，该区水质类型均为碳酸钙型淡水，其侵蚀性CO2及其他酸性根离子含量微量，PH值为7.31～7.37，但鄱阳湖至今仍有血吸虫值得关注。

老爷庙水域位于下扬子地块的中部位置，为改善鄱阳湖流域的交通状况，受江西省交通设计研究院有限责任公司委托，九江地质工程勘察院承担都昌至九江高速都昌至星子段新建工程老爷庙至华林枢纽段鄱阳湖第二公路大桥的施工图设计和工程地质勘察任务。九江地质工程勘察院首先完成了与老爷庙水域有关的两个钻孔勘探(见图4～图6)，这两处钻孔深度为74 m～70.4 m，图4上图中部的大箭头即为主要航向和流向，而风场主要为偏北或偏南风，与老爷庙处(断面c)航向近乎垂直，风场除产生风生流和风浪外，还直接作用于船只，增加了船只的非稳定性。从这两处钻孔柱状图可知老爷庙水域有以下地质特征：

图4 鄱阳湖老爷庙水域两处钻孔位置(左)和弯道螺旋环流(右)图Fig.4 Location of 2 boreholes (left) and spiral circulation (right) in Laoyemiao water area of PoyangLake

图5 鄱阳湖第二公路大桥工程ZK28钻孔柱状图Fig.5 Histogram of ZK28 borehole of Poyang Lake second highway bridge project

图6 鄱阳湖第二公路大桥工程ZK35-6钻孔柱状图Fig.6 Column diagram of drilling hole ZK35-6 of Poyang Lake second highway bridge project

(1)老爷庙水域及其附近地层结构有寒武系下统王音铺组(∈1w)钙质炭质页岩及石煤层；第三系古始新统新余群(E1-2xn)红色碎屑岩系岩；第四系全新统淤泥质土、粉质黏土、砂土、砾石土及新近堆积物(Qn)。

(2)从老爷庙水域鄱阳湖第二公路大桥工程这两处钻孔柱状图看(图4～图6)，从水底地层0～20.2 m(ZK35-6)、水底地层0～20.8 m(ZK28)主要为第四系全新统淤泥质土、粉质黏土、砂土、砾石土及新近堆积物(Qn)。在上述深度之下均为第三系新余群(E1-2x)地层，主要含风化红色砂岩、粉砂岩、碎屑岩系，含泥质结构和层状构造的灰黑色石煤，以及中风化紫红砖红色粉砂质泥岩和灰黑色泥质结构的中风化碳质钙质页岩、含线状方解石脉。

上述两处钻孔的岩性如表2所示。

表2 鄱阳湖两处钻孔中的岩性表[18]Table2 Lithology of 2 boreholes in Poyang Lake [18]

4 地质结构对沉船的影响分析

值得关注的是，老爷庙沉船事件所沉没的船只大都掩埋于上述2处钻孔提及的从水底地层0～20.2 m(ZK35-6)、水底地层0～20.8 m(ZK28)深度范围内，此深度均为第四系全新统Q4地层，主要为灰褐灰黑色泥质含砂与局部含贝壳地层，以及含有机质的淤泥、以石英细粒砂为主的灰褐色细砂、以石英为主，其次为硅质岩、燧石、砂岩、灰岩和角砾的圆砾等。

从图4可知，老爷庙水域属于赣江河流弯道螺旋环流区，靠老爷庙一侧的东侧水动力以掏蚀作用为主，其西侧以沉积作用为主，西侧的沙山即是受长期泥沙堆积作用影响所形成的。而根据都九高速鄱阳湖第二大桥工程项目对老爷庙水域的调查：该水域有值得重视的不良地质与特殊性岩土情况：其特殊性岩土主要为淤泥(淤泥质土)，淤泥分布局限，地基强度差，厚度变化大，在航道区内的淤泥质土结构松散，较塑至流塑状，易出现缩经与塌孔现象。鄱阳湖多年平均水位为12.86 m，最高水位为1998年7月31日的22.59 m，最低水位为1963年2月6日的5.90 m(湖口水文站，吴淞基面)。年内水位变幅在9.79 m～15.36 m，绝对水位变幅达16.69 m。随水量变化，鄱阳湖水位升降幅度较大，常形成“冬季枯水一条线，夏季洪水一大片”的自然景观，亦具有天然调蓄洪水的功能。鄱阳湖流域洪水由暴雨形成，其时空分布与暴雨是一致的。全流域一般是从3月份开始出现洪峰，自3月至7、8月为相对高水位期，10月份以后，水位逐渐下降，汛期结束[19-20]。

由于老爷庙水域位于鄱阳湖咽喉要道，该水道西北面是与水道平行的庐山诸峰；东西两岸为高低起伏的沙丘，植物稀少，地势开阔，易于出现大风。尤其是冬半年(当年9月至翌年5月)的风力较强，全年的大风(≥8级风)日数163 d左右，而老爷庙水域的风速则可能远大于陆地气象站观测风速。老爷庙水域的水文情况较为复杂，老爷庙以南为开阔的湖面，水面落差不大，流水缓慢，除主槽外，流速都在0.3 m/s以下，但进入老爷庙水域后，水面骤然变狭窄，造成水流的弯道环流与狭管效应，使流速逐步增大到1.54～2.00 m/s，且在主槽外还产生涡流，船只被大风掀翻后受老爷庙一侧凹岸弯道螺旋环流掏蚀作用影响(见图5下方弯道螺旋环流示意图)，易被卷入湖底厚度大且结构松散、较塑至流塑状、易在缩经与塌孔的Q4细砂和淤泥质土层中被掩埋，这是老爷庙水域至今仍有沉船还被掩埋在淤泥和砂层中未能打捞出来的原因所在，因此关注大风天气和风向的突变以及弯道螺旋环流是确保在该区航行安全的关键。

5 结论

(1)根据对鄱阳湖老爷庙水域多年来的水动力与地质调研以及气象观测和九江市地方海事局沉船事件记录对比分析发现：1973年以来老爷庙水域8次沉船事件和一次两位成年人近岸溺亡事件均与变化较大的风向和风速变化导致的湖面水流和波浪密切相关。

(2)对老爷庙水域的水下旁侧声纳扫描及潜水探摸确认了两艘沉船位置和16个磁异常点。根据对两处沉船位置代表性钻孔的分析发现，老爷庙水域沉没的船只大都掩埋于水底16.1 m～31.3 m厚的第四系全新统细砂和淤泥质地层中。这不仅与该区全年163 d≥8级风的日数有关，而且与该处位于弯道螺旋环流区有关。船只被大风掀翻后受弯道螺旋环流影响，易被卷入湖底厚度大且结构松散、较塑至流塑状细砂的淤泥质土层中掩埋，这也是该区易发生沉船事件的原因之一。

(3)该区虽然全年≥8级风的日数163 d左右，从沉船记录看，船员虽未选择≥8级风的天气在此区航行，但由于此区存在弯道螺旋环流，4～6级风的天气就易造成沉船事件。因此，关注大风天气和风向的突变以及弯道螺旋环流是确保在该区航行安全的关键，这是今后在该区域保证航行安全和沉船打捞的重要科学依据。