江西鄱陽湖老爺廟水域環境特征與沉船事件的成因研究

朱 誠，張 奇，陳 星，徐長青，水 濤，蔡天赦

(1.南京大學 地理與海洋科學學院，江蘇 南京 210023； 2.中國科學院 南京地理與湖泊研究所，江蘇 南京 210008；3.南京大學 大氣科學學院，江蘇 南京 210023； 4.江西省文物考古研究院，江西 南昌 330008；發5.南京大學 歷史學院，江蘇 南京 210023)

鄱陽湖位于江西省北部，其地理坐標為115°49′～116°46′E、28°24′～29°46′N。它是江西省贛江、信江、撫河、修水、饒河五大水系的匯聚地，并經湖口與長江連通。鄱陽湖是我國第一大淡水湖，在其南起宋門山，北至星子縣城，長24 km、寬15 km的水域是鄱陽湖連接贛江出口的狹長水域，在該水域東岸都昌縣多寶鄉有一座廟宇稱老爺廟，鄱陽湖老爺廟水域是迄今為止長江流域沉船事件最多的水域。作者根據對該水域沉船事件的幸存者鄱陽湖都昌縣陳浪村前任村長陳建國先生、以及九江市地方海事局等相關部門的多次調研發現：1973年10月14日，星子船舶修造廠機動貨船在老爺廟水域沉沒，死亡13人；1985年3月15日，一艘載重25 t的貨船在老爺廟以南3 km處沉沒；1985年8月3日，江西進賢縣兩艘各為20 t的貨船也在老爺廟水域葬身湖底，同一天還有另外12條船只也在此沉沒；20世紀60年代以來該區已經歷過100多起沉船事件，因此這片水域被稱為“中國百慕大”和“鄱陽湖魔鬼三角”[1-6]。

作者2016年以來曾對老爺廟水域作過多次氣象、水文、地質調研和物探與鉆探調研，發現在老爺廟水域，不論是傳說還是有確切記載的沉船事件，至少可以說明，這一水域相較鄱陽湖其它水域更容易發生沉船事件。對于該區沉船事件的成因，國內雖有過多次調查和研究，但對沉船的原因仍是眾說紛紜。據媒體報導[5-6]，對于老爺廟沉船的原因至少存在著氣象條件、湖底沙壩、湖下溶洞或地下暗河等猜測，然而這些猜測都未經過證實。

老爺廟水域作為鄱陽湖進出長江水道的必經之地，其重要性不言而喻，然而沉船事件成因一直尚未解決，威脅航運安全，助長迷信思想，因此有必要開展多學科的綜合調查研究，弄清沉船事件的成因，制定科學航運的避險方案，傳播科學思想，為國民經濟發展做出貢獻，同時也為今后的沉船打撈和考古發掘工作奠定科研基礎并提供科學支撐。

1 氣象和水動力與沉船事件相關性分析

由于老爺廟附近復雜的地形地貌和動力條件及局地瞬變的氣象水文條件，目前針對兩者的相關性分析難度較大，因此僅依據可獲取的相關氣象和水動力條件做定性分析。鄱陽湖地處中亞熱帶濕潤季風氣候區，氣候溫和、雨量豐沛。鄱陽湖流域4-6月降水集中，年內徑流分配也主要集中于4-6月，占全年總徑流量的50%～55%[7]；秋冬季降雨較少。年平均氣溫17.6℃，其中6-8月平均氣溫27.3℃，12-2月平均氣溫7.1℃[8]。

鄱陽湖屬大風區，夏季多偏南風，冬季和春秋季多偏北風，全年以北風出現頻率最高[9]。據文獻報道，星子湖區6級以上大風年內最多達3個月，年均45 d[10]。年平均風速2.4～4.8 m/s，歷年最大風速34 m/s；其中星子、老爺廟往主湖區延伸方向為高風速區，年平均風速3.5 m/s以上[11]。這些研究表明，該區域風向和風速的變化可能是造成沉船事件的原因之一。

鄱陽湖主要為吞吐型湖流，湖流特征為低水流速大、高水流速小[9]。從表現形式可以分為重力型、頂托型、倒灌型3種基本形態，同時在風的作用下，還存在風生流。鄱陽湖最主要的湖流形式為重力型湖流，即湖水在重力作用下沿主槽方向規則流動。北部、東部湖流大于中部和南部，深槽流速大于淺灘；北部湖區曾實測到接近3 m/s的流速，南部除深槽流速可達1 m/s以上外，大部流速不超過0.3 m/s[9]；總體流速呈極強的空間梯度分布。倒灌型湖流多發生在流域“五河”入湖洪水結束、長江干流水位上漲時期。當流域入流總量與長江來流量比值低于5%時，最有可能發生倒灌；倒灌時，湖水可上溯至上游幾千米，甚至可達20 km[12]。頂托型湖流是重力型和倒灌型湖流之間的過渡形態，出現頂托流時，全湖流速減小，幾乎為零。

不管哪種湖流形式，均同時存在風生流。河相時期，水面窄而流速大，風的影響相對較小；但當湖相時期，水面開闊而水流變緩，風的影響相對變大，局部可產生風生環流。研究表明，鄱陽湖受風生流主控的湖區主要分布在東部湖灣以及松門山以南的近岸區；東部湖灣在偏北風條件下存在順時針環流，偏南風條件下存在逆時針環流[13]。在風場作用下，不僅產生風生流，還可能生成較大的風浪，直接威脅航運、漁業和圩堤安全。其中老爺廟湖區由于地處沿湖山勢、湖底轉向和五河來水混合處，風向風速、浪高、水流流速變化復雜，是最危險的風浪區域[10]，正如當地人所言：老爺廟水域無風不起浪，有風浪三丈。表1是鄱陽湖老爺廟水域沉船事件記錄與氣象觀測數據對比表，其沉船事件記錄由九江市地方海事局和CCTV10—2013年7月5日報道[5]提供，其氣象觀測數據是由江西省氣象信息中心提供。從表1記錄可見，其中8次沉船事件和1次兩人溺亡的事件均發生在老爺廟水域，而且這8次沉船事件均與變化較大的風向和風速變化導致的風災密切相關。這8次沉船事件出現在2—3月的共3次、7—8月的3次、10—11月的3次。1993年8月21日南京大學地理系參加廬山實習的二年級本科生兩位男生在老爺廟水域距湖岸約10 m、水深只在膝蓋的水位處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處被打撈上岸，此后江西星子縣報刊也多次報導過老爺廟水域發生的沉船事件，因此，該區沉船和成年人在淺水區溺亡事件至今一直是令人關注的問題。

據《科技日報》2013年3月22日報導[14]，1984年江西省氣象局成立 “老爺廟大風及其對航運的影響科研小組”研究了老爺廟水域船損災害的成因，分別在星子縣蓼花、都昌縣老爺廟、永修縣松門山布設了氣象觀測站，在1985年進行了為期一年的氣象觀測，期間還進行了3次短期加密考察，取得了20余萬個原始數據。為期1年的觀測數據表明，老爺廟水域平均風速可達7 m/s,為內陸罕見。老爺廟水域的北部是與長江相連的狹長水道，長約40 km，寬約3～5 km，西北面是和水道平行、連綿起伏的廬山諸峰，東南面是荒涼的沙丘。從每年的9月到來年的5月，當北方冷空氣南下時，因廬山和湖口水道的共同作用，冷空氣通過狹長的湖口水道時因狹管效應而造成風速急劇增大，在老爺廟水域風速達到最大，但這種湖面風速增大很難有實際觀測數據。鄱陽湖寬約250 km，但老爺廟水域寬度收縮為15 km，由此造成水域水流的加速和多變，從而使老爺廟水域成為我國內陸湖中最兇險的水域[14]。

從表1鄱陽湖老爺廟水域沉船事件記錄與氣象觀測數據對比看，這8次沉船事件具有顯著的季節特征，均與風向和風速變化有密切關系。8次沉船事件中，出現在夏季的有2次(1985年8月3日和2014年7月24日)，出現在早春、晚秋和冬季的有5次，其中3次具有顯著的風向突變(2003年11月21日，2010年2月25日和2010年3月23日)。根據小時資料分析，早春和秋冬季的風向變化與冷鋒過境的風向切變和風速突然增大有關，而夏季的風向變化可能與短時局地強對流系統有關。例如，星子站的資料顯示，2014年7月24日12:00至15:00之間出現從東北風偏東到西北風偏西之間的多次風向變化，最大風向變化接近180°，表明局地強對流系統可能造成風向的快速變化。

此外，星子站和都昌站的資料對比顯示，雖然兩站距離很近但風向變化可能存在較大差異，這種在較小空間上的風向變化對航船具有很大的危險性。例如，2003年11月21日，星子站和都昌站在各時次的風向有顯著差異。因此，位于老爺廟水域西北的星子站和位于該水域東南的都昌站之間風向的時空轉變造成了老爺廟水域造成了沉船事件易發的氣象環境。

2 鄱陽湖老爺廟水域沉船水域磁力探測分析

為解開這片神秘水域的沉船之謎，2011年江西省文物考古研究所與國家水下文化遺產保護中心聯合組建老爺廟水域沉船遺址專項探測工作隊，開展鄱陽湖老爺廟水域沉船遺址的專項探測工作。據江西省文物考古研究所探測工作資料，該探測工作共分為以下3個階段[15-17]：

第一階段(2011年7月)：采用磁法探測技術對老爺廟水下沉船遺址進行了大面積普查(圖1(a))，通過一個月的探測，發現了9個磁異常區(圖1(b))。

圖1 2011年7月老爺廟水域磁法探測結果圖Fig.1 Magnetic survey results of Laoyemiao water area in July 2011

第二階段(2011年10月)：采用磁法探測技術對老爺廟水下沉船遺址進行了重點詳查，通過對這9個磁異常區的詳查，發現了16個磁異常點，其中6個磁異常點很可能存在沉船，達到了預期探測目的和效果。

第三階段(2012年8月)：采用旁側和淺地層剖面聲納探測技術對疑似沉船點進行了復查，復查結果的目標物與前期磁法探測位置基本一致(圖2)，根據前期磁力探測與本次調查結果分析：探測到的水下目標物是沉船遺址。

圖2 2011年10月老爺廟水域磁法探測結果圖Fig.2 Magnetic survey results of Laoyemiao water area in October 2011

2013年3月12日至3月24日，由國家文物局水下文化遺產保護中心與江西省文物考古研究所聯合組建鄱陽湖老爺廟水域水下考古調查隊對上述疑似沉船點進行了潛水探摸確認，此次調查完成了對所有可疑點的實地確認工作，有兩處可確認為兩艘近代水泥船[16]，但對湖底的地質特征還不是很清楚[15-17]。有鑒于此，2016年以來，作者對老爺廟水域地質狀況作了多次調研。

3 老爺廟水域地質概況與地質鉆探分析

老爺廟水域位于揚子陸地下揚子地塊中部位置，屬于燕山-喜馬拉雅大陸活化階段區域。從地質構造(圖3)看，該區屬于印支褶皺蓋層，以鄱陽湖為界，以東地層為Z—∈，褶皺為寬緩型背向斜，地層產狀較緩，在老爺廟水域南側和鄱陽湖第二公路大橋東側為近乎水平狀產狀。該區地層產狀為300°∠140°單斜構造，屬中深變質巖區，其片理、片麻理產狀相對穩定，亦為單斜構造。老爺廟水域未揭露斷裂構造，從江西地質志與中華人民共和國江西省地質構造圖(1∶10萬)和1∶5萬星子縣幅地質說明書資料可知，第四系時期的活動斷層有湖口-新干深斷裂(即贛江大斷裂)通過老爺廟水域南側。

圖3 鄱陽湖區地質簡圖Fig.3 Geological map of Poyang Lake District

根據鉆探與野外調查發現，鄱陽湖盆地屬于拉分盆地，主要為一套紅色碎屑沉積巖，該沉積巖形成時代為第三系古新世至始新世即E2。根據碎屑巖的粒度與地層產狀分析，沉積中心在老池口至竹林村一帶。

從巖性特征看，根據對老爺廟水域南側區域的地質調查和工程地質鉆探發現，老爺廟水域巖性復雜，主要有近元古界震旦系上統皮園村組(Z2p)硅質巖；寒武系下統王音鋪組(∈1w)炭質灰巖；鈣質炭質頁巖及石煤層(高炭頁巖)；第三系古始新統新余群(E1-2xn)紅色碎屑巖系巖；第四系上更新統(Q3al)柘磯砂層蓮塘組粉質黏土；第四系全新統(Q4al)淤泥質土、粉質黏土、砂土、礫石土及新近堆積物(Q)，但該區巖性主要是一套由粗到細的碎屑巖。從地貌和巖性綜合分析看，老爺廟水域鄱陽湖第二公路大橋東西兩岸均為丘崗型地貌單元，所處的地層巖性有硅質巖、灰巖、細碎屑巖系中的頁巖、紅色碎屑沉積巖系組合中的礫巖、砂巖、粉砂巖、泥巖。松散堆積有Q2a1柘磯砂層、Q4al的礫巖、砂、粉砂及表層少量的淤泥質土，地質構造主要為單斜構造。

從新構造運動和地震分析看：老爺廟水域的新構造運動以垂直升降運動為主,差異性斷塊活動明顯，具有較明顯的繼承性、新生性、間歇性、差異性等構造特征。白堊紀末至第三紀早期，即燕山晚期至喜馬拉雅早期階段，由于印支板塊和太平洋板塊的作用，華南大陸強烈裂陷。在該區內以伸展拉伸——左行走滑的造山作用為特征，相應地產生了拉分盆地和廬山透鏡狀構造。第三紀末和早更新世初，該區處于廣泛上升階段，但區域不同上升的速度和幅度也不同，廬山即為該時期形成的今日之山體形態[17]。從中更新世至晚更新世,區內處于緩慢沉降階段，沉積了一組厚達30 m～60 m的不同成因的沉積層。從晚更新世末期到全新世早期，地殼大幅上升，使更新世期間形成的堆積物抬升，形成了高達百余米的“砂山”和大面積的垅崗地貌。

根據對現代地貌和第四系沉積的影響控制、第四系中出現的斷裂構造形跡、以及溫泉和地震震中分布的關系等資料分析，在該區內第四紀時期的活動斷裂有：湖江—新千深斷裂(即贛江大斷裂)、湖口—星子街斷裂。

根據《中國地震動峰值加速度區劃圖(江西部分)》對地震動參數劃分，該區內地震動峰值加速度值為0.05 g，都九高速鄱陽湖第二公路大橋工程設計防震特征周期值為0.35S，為抗震一般設防區。根據《公路工程抗震規范》(JTGB02-2013)的規定，加之勘察區內有湖口—贛千深斷裂仍在活動期，因此都九高速鄱陽湖第二公路大橋工程對控制性特大構筑物(鄱陽湖特大橋)是按地震基本裂度提高一度設防，即Ⅶ設防。

從都九高速鄱陽湖第二公路大橋工程項目對該區水文地質調查情況看：老爺廟水域地下水有松散層中的孔隙水和巖層的裂隙水，地表水為鄱陽湖湖水。在鄱陽湖湖床湖底，地下水與地表水構成一體，互為補給。湖盆之處的東西兩側橋臺有孔隙水與裂隙水，老爺廟水域東側的孔隙水較為豐富，其富水性較好。根據在鄱陽湖中所取的兩處地表水水樣試驗分析結果可知，該區水質類型均為碳酸鈣型淡水，其侵蝕性CO2及其他酸性根離子含量微量，PH值為7.31～7.37，但鄱陽湖至今仍有血吸蟲值得關注。

老爺廟水域位于下揚子地塊的中部位置，為改善鄱陽湖流域的交通狀況，受江西省交通設計研究院有限責任公司委托，九江地質工程勘察院承擔都昌至九江高速都昌至星子段新建工程老爺廟至華林樞紐段鄱陽湖第二公路大橋的施工圖設計和工程地質勘察任務。九江地質工程勘察院首先完成了與老爺廟水域有關的兩個鉆孔勘探(見圖4～圖6)，這兩處鉆孔深度為74 m～70.4 m，圖4上圖中部的大箭頭即為主要航向和流向，而風場主要為偏北或偏南風，與老爺廟處(斷面c)航向近乎垂直，風場除產生風生流和風浪外，還直接作用于船只，增加了船只的非穩定性。從這兩處鉆孔柱狀圖可知老爺廟水域有以下地質特征：

圖4 鄱陽湖老爺廟水域兩處鉆孔位置(左)和彎道螺旋環流(右)圖Fig.4 Location of 2 boreholes (left) and spiral circulation (right) in Laoyemiao water area of PoyangLake

圖5 鄱陽湖第二公路大橋工程ZK28鉆孔柱狀圖Fig.5 Histogram of ZK28 borehole of Poyang Lake second highway bridge project

圖6 鄱陽湖第二公路大橋工程ZK35-6鉆孔柱狀圖Fig.6 Column diagram of drilling hole ZK35-6 of Poyang Lake second highway bridge project

(1)老爺廟水域及其附近地層結構有寒武系下統王音鋪組(∈1w)鈣質炭質頁巖及石煤層；第三系古始新統新余群(E1-2xn)紅色碎屑巖系巖；第四系全新統淤泥質土、粉質黏土、砂土、礫石土及新近堆積物(Qn)。

(2)從老爺廟水域鄱陽湖第二公路大橋工程這兩處鉆孔柱狀圖看(圖4～圖6)，從水底地層0～20.2 m(ZK35-6)、水底地層0～20.8 m(ZK28)主要為第四系全新統淤泥質土、粉質黏土、砂土、礫石土及新近堆積物(Qn)。在上述深度之下均為第三系新余群(E1-2x)地層，主要含風化紅色砂巖、粉砂巖、碎屑巖系，含泥質結構和層狀構造的灰黑色石煤，以及中風化紫紅磚紅色粉砂質泥巖和灰黑色泥質結構的中風化碳質鈣質頁巖、含線狀方解石脈。

上述兩處鉆孔的巖性如表2所示。

表2 鄱陽湖兩處鉆孔中的巖性表[18]Table2 Lithology of 2 boreholes in Poyang Lake [18]

4 地質結構對沉船的影響分析

值得關注的是，老爺廟沉船事件所沉沒的船只大都掩埋于上述2處鉆孔提及的從水底地層0～20.2 m(ZK35-6)、水底地層0～20.8 m(ZK28)深度范圍內，此深度均為第四系全新統Q4地層，主要為灰褐灰黑色泥質含砂與局部含貝殼地層，以及含有機質的淤泥、以石英細粒砂為主的灰褐色細砂、以石英為主，其次為硅質巖、燧石、砂巖、灰巖和角礫的圓礫等。

從圖4可知，老爺廟水域屬于贛江河流彎道螺旋環流區，靠老爺廟一側的東側水動力以掏蝕作用為主，其西側以沉積作用為主，西側的沙山即是受長期泥沙堆積作用影響所形成的。而根據都九高速鄱陽湖第二大橋工程項目對老爺廟水域的調查：該水域有值得重視的不良地質與特殊性巖土情況：其特殊性巖土主要為淤泥(淤泥質土)，淤泥分布局限，地基強度差，厚度變化大，在航道區內的淤泥質土結構松散，較塑至流塑狀，易出現縮經與塌孔現象。鄱陽湖多年平均水位為12.86 m，最高水位為1998年7月31日的22.59 m，最低水位為1963年2月6日的5.90 m(湖口水文站，吳淞基面)。年內水位變幅在9.79 m～15.36 m，絕對水位變幅達16.69 m。隨水量變化，鄱陽湖水位升降幅度較大，常形成“冬季枯水一條線，夏季洪水一大片”的自然景觀，亦具有天然調蓄洪水的功能。鄱陽湖流域洪水由暴雨形成，其時空分布與暴雨是一致的。全流域一般是從3月份開始出現洪峰，自3月至7、8月為相對高水位期，10月份以后，水位逐漸下降，汛期結束[19-20]。

由于老爺廟水域位于鄱陽湖咽喉要道，該水道西北面是與水道平行的廬山諸峰；東西兩岸為高低起伏的沙丘，植物稀少，地勢開闊，易于出現大風。尤其是冬半年(當年9月至翌年5月)的風力較強，全年的大風(≥8級風)日數163 d左右，而老爺廟水域的風速則可能遠大于陸地氣象站觀測風速。老爺廟水域的水文情況較為復雜，老爺廟以南為開闊的湖面，水面落差不大，流水緩慢，除主槽外，流速都在0.3 m/s以下，但進入老爺廟水域后，水面驟然變狹窄，造成水流的彎道環流與狹管效應，使流速逐步增大到1.54～2.00 m/s，且在主槽外還產生渦流，船只被大風掀翻后受老爺廟一側凹岸彎道螺旋環流掏蝕作用影響(見圖5下方彎道螺旋環流示意圖)，易被卷入湖底厚度大且結構松散、較塑至流塑狀、易在縮經與塌孔的Q4細砂和淤泥質土層中被掩埋，這是老爺廟水域至今仍有沉船還被掩埋在淤泥和砂層中未能打撈出來的原因所在，因此關注大風天氣和風向的突變以及彎道螺旋環流是確保在該區航行安全的關鍵。

5 結論

(1)根據對鄱陽湖老爺廟水域多年來的水動力與地質調研以及氣象觀測和九江市地方海事局沉船事件記錄對比分析發現：1973年以來老爺廟水域8次沉船事件和一次兩位成年人近岸溺亡事件均與變化較大的風向和風速變化導致的湖面水流和波浪密切相關。

(2)對老爺廟水域的水下旁側聲納掃描及潛水探摸確認了兩艘沉船位置和16個磁異常點。根據對兩處沉船位置代表性鉆孔的分析發現，老爺廟水域沉沒的船只大都掩埋于水底16.1 m～31.3 m厚的第四系全新統細砂和淤泥質地層中。這不僅與該區全年163 d≥8級風的日數有關，而且與該處位于彎道螺旋環流區有關。船只被大風掀翻后受彎道螺旋環流影響，易被卷入湖底厚度大且結構松散、較塑至流塑狀細砂的淤泥質土層中掩埋，這也是該區易發生沉船事件的原因之一。

(3)該區雖然全年≥8級風的日數163 d左右，從沉船記錄看，船員雖未選擇≥8級風的天氣在此區航行，但由于此區存在彎道螺旋環流，4～6級風的天氣就易造成沉船事件。因此，關注大風天氣和風向的突變以及彎道螺旋環流是確保在該區航行安全的關鍵，這是今后在該區域保證航行安全和沉船打撈的重要科學依據。