曲流串溝型江心洲形成機制與演化探討
——以現代松花江為例

2022-11-16 02:24:44張憲國王涵巍張濤段冬平林承焰黃鑫

沉積學報 2022年5期

張憲國，王涵巍，2，張濤，段冬平，林承焰，黃鑫

1.中國石油大學（華東）地球科學與技術學院，山東青島 266580

2.國家知識產權局專利局專利審查協作河南中心，鄭州 450046

3.山東科技大學地球科學與工程學院，山東青島 266590

4.中海石油（中國）有限公司上海分公司研究院，上海 200035

0 引言

江心洲是一種在河道分汊處出露于水面的沉積體，在辮狀河、曲流河、網狀河等不同河型中普遍發育，不僅是現代河流治理、防災減災、港口建設和生態保護的重要考慮因素，也是地下古河流沉積油氣儲層表征的重點砂體成因類型。但是，在水利學和油氣儲層沉積學等不同研究領域和行業中對江心洲的成因與演化認識存在差異。在河流沉積學中，河流上游和中游發育的江心洲常被視為大型辮狀河心灘[1]。在水利學研究中，江心洲是游蕩河和分汊河中影響河道演變與穩定的重要砂體類型[2]。河流中心區域沙壩沉積、橫向沙壩轉化、多壩分割、溯源侵蝕水道或者幾種作用的迭加被認為是江心洲形成的主要機制[1-4]。現代沉積觀察顯示，無論是辮狀河還是曲流河等不同河型中，江心洲都是一種普遍存在的砂體類型[5]，但形成這些江心洲的地貌、物源、水動力條件等不盡相同[6-9]。曲流串溝型江心洲是平原曲流河中常見的一種沉積單元類型，多發育在高彎度曲流河中，在密蘇里河、科羅拉多河以及長江干流等的曲流河段都存在，但已有研究主要是從河流治理和工程角度對其形態和汊道流量等的分析[10-14]，對江心洲形成的物理過程和控制因素研究缺失，對復雜水流、泥沙輸送、陸岸作用等問題缺少精細和量化的認識。對于江心洲內部結構、巖相組合、沉積模式等尚無系統性的成果報道。本研究在松花江哈爾濱水文站附近選取江心洲發育特征典型、衛星照片等資料相對齊全、沒有人工堤岸干擾的河段開展研究，利用不同時期衛星圖片分析和沉積數值模擬，探究曲流串溝型江心洲的形成機制與演化，為現代河流治理和地下古河道砂體表征與預測提供理論依據。

1 研究區概況

松花江位于中國東北地區北部，流域面積大，發育范圍在41°42′～51°38′N，119°52′～132°31′E，松花江全長1 927 km，流域面積55.68×104km2，松花江干流，從吉林省松原市嫩江注入，至匯入黑龍江的河口，俗稱東流松花江。根據東流松花江的地形及河道特性，可分為上、中、下三段。三汊河至哈爾濱市為上段，也是研究區所在江段，其中三汊河至下岱吉坡降較緩，為0.022‰，下岱吉至謝家屯江道坡降0.06‰，謝家屯附近至哈爾濱坡降0.052%，屬于平原低緩地貌背景特征，一般洪水即可淹沒凸岸點壩以及平水期出露在河道中的江心洲。點壩的灘面上溝槽發育，在垂向上從河床向上巖性依次為細砂—中砂、粉砂或細砂、黏土或砂質黏土（河岸上層0.5～1.5 m）。

該區域的松花江哈爾濱水文站近50年的平均年徑流量402.3×108m3。松花江徑流量月度差異大，季風性氣候特征明顯，汛期較短，與雨季緊密關聯，徑流量在8月份最大，2月最小，統計發現汛期8、9兩月合計流量可占年流量的30%～51%，即兩月平均流速介于2 470～3 930 m3/s，統計1981—1999 年松花江干流平均兩年發生一次洪水，一次洪水歷時10余天，最大洪水峰值一般在6 000～12 000 m3/s[15-18]。本次研究河段位于松花江上段的大慶肇源縣，河段長約14 km，寬度在200～700 m，下游端距離哈爾濱約120 km，整個研究區由兩個河曲構成，河流彎曲系數在2.1，屬于高彎度曲流河（圖1）。研究區曲流河道內部發育大型江心洲，發育位置在曲流河的河曲位置，露出水面部分的江心洲長軸和短軸長度分別約為1 400 m和600 m。本研究開展基于沉積水動力的沉積過程數值模擬，認識該江心洲的形成過程和水動力機制，并通過不同時間衛星照片揭示的沉積形態進行比較分析。

圖1 研究區河段地理位置Fig.1 Geographic location of study river section

2 研究方法

本研究采用基于水動力學的沉積數值模擬方法，再現江心洲的形成過程，并定量分析形成過程中水流速度等水動力參數在空間和時間上的變化。

2.1 沉積數值模擬方法

本研究采用的基于泥沙水動力學的沉積模擬方法是以Navier-Stokes方程為基礎，通過物質平衡原理和沉積物搬運、沉積及侵蝕方程求解，實現沉積物搬運與沉積過程的三維模擬。該方法被廣泛應用于三角洲地貌的控制機理、三角洲分流河道分叉、辮狀河心灘的形成過程與機理等研究[19-23]。

認識流場預測水流流動是分析沉積過程的重要依據和基礎，需要建立在對水流動力、沉積與剝蝕等物理過程的詳細描述之上，綜合考慮水動力—泥沙輸運—地貌變化這一完整的物理過程，要求上述過程的數值模型完整地處理水流對地貌的改造以及地貌改變后對水流的動態反饋過程[24-26]。

在本次對曲流河江心洲的模擬涉及的主要水動力方程包括泥沙搬運與沉積方程、非黏性物質沉積與侵蝕方程和泥沙沉降速度方程：

（1）泥沙搬運與沉積方程

泥沙濃度、水流速度、擴散系數以及沉積物顆粒的沉降速度等因素是控制沉積和搬運的重要參數，這些參數對沉積物的搬運與沉積過程的控制可以通過（式1）進行表征。

根據模擬對象的沉積特征，本研究選用Delft 3D模擬軟件進行曲流河江心洲形成過程的模擬，圖2為一個計算步長中的模擬環節和流程。

圖2 沉積過程模擬計算流程Fig.2 Workflow of sedimentary process simulation

2.2 沉積模擬條件

能夠真實反映沉積環境和沉積水動力特征的模擬參數是沉積數值模擬結果可靠的基礎，本研究的沉積模擬參數來源于研究區實際地貌和水文資料。

2.2.1 模型網格與初始地貌

研究區邊界數據來源于谷歌地球提供的衛星數據，研究河段模型構建采用了多次加密和修改網格的方法，在衛星圖片上勾勒出河段計算邊界后，先粗略劃分網格，再轉為緊密網格，根據需要對余弦值大于0.02的網格進行正交化調整，改善網格的正交性，調整網格數量和網格分布。在網格化基礎上進行地貌模型的構建，地貌高程數據來源于ASF Data Search網站公開的DEM數據庫。

2.2.2 模擬條件與參數

讀書的“浪漫”倘真至于如此，則據我猜想，蓋屬于情侶同讀沖淡平和、溫情脈脈的“性靈小品”，而非獨自頌讀疾痛慘怛、憂憤難譴的《離騷》！

綜合考慮模擬的精度要求以及穩定性和收斂性，模擬時間步長取0.2 min，模擬時間為兩年，輸出時間步長為2 000 min。

邊界條件設置是影響模擬的重要基礎參數，本研究流量序列為輸入邊界，水位序列為流出邊界。河流的沉積建造不是隨著時間均勻沉積或侵蝕的，沉積和侵蝕事件主要集中在全年短暫的幾個月[27]，對于本研究區選取的松花江河段來說，河流地貌變化多集中于雨季（8、9月），且主要的沉積和侵蝕也是發生在這個季節。因此，為了降低模擬總耗時，在模擬過程中去掉了非汛期月份，直接將高水位期及其間的洪水期在時間上串聯進行模擬。考慮模擬參數與實際河流的相似性，設置高水位期與洪水期兩個周期性流量，高水位期取值參照8、9 月平均流量值4 000 m3/s，洪水期（設置為12天）取12 000 m3/s，兩周期相對長度約為4∶1，這些數值均在該河段歷史水文記錄數據范圍內，為了使模擬效果更加顯著，取值采用了上述歷史數據范圍內的偏上限數值。哈爾濱水文站記錄數據表明大洪水期與汛期水位相差約4 m高程，綜合考慮到模型采用DEM（數字高程模型）基準參考系存在差異，最終設置兩個流量周期的下游邊界水位對應概化值為132 m和136 m?？紤]模型計算效率，簡化了實際床砂級配，突出級配主要特點，將床砂可動層級配設置為黏土和三個粒徑級別的砂（粒徑分別為64μm、200μm和500μm），單一厚度均設置為5 m，床砂混合均勻，按照上述設置，可侵蝕的河床厚度為20 m。

渦黏系數與水深的關系是拋物線形態，但在大水流過程中，動量方程中的紊動輸運項影響小，為簡化計算，將渦黏系數近似為線性分布。由于本研究著重關注河床地貌的演化歷程及沉積結構特征，而地貌演變的時間尺度總遠大于水動力學研究的時間尺度，本研究使用地貌加速因子來加速地貌過程（表1）。

表1 沉積過程模擬的主要參數Table 1 Main parameters of sedimentary process simulation

3 模擬實驗結果及分析

通過模擬恢復曲流串溝發育、汊道廢棄等現象，認識曲流河演化過程，揭示串溝截彎機制，結合現代沉積，認識串溝型江心洲地貌演變及水動力特征。

3.1 串溝截彎形成機制

串溝型截彎過程控制著江心洲及周邊汊道演化。第一組模擬結果顯示（圖3），在平水期，也就是時間步長（time step，以下簡寫作TS）140 之前，由于二次流和橫向斜坡效應綜合作用，在彎曲河道中的水流發生澭水現象，在河道橫截面上形成凹岸高凸岸低的水面斜坡，并將沉積物不斷地從崩塌蝕退的凹岸搬運至凸岸堆積。這一過程的直接結果就是形成了河道的側向遷移和點壩加積，形成不斷側向生長的點壩單元，同時，河道的彎曲度增加而彎曲半徑減小。模擬結果顯示，在橫截面N65 處凸岸繼續推進12 m，速率約0.1 m/TS，凹岸向后侵蝕26 m；在橫截面N15 處，凸岸推進45 m，凹岸蝕退31 m（圖4）?？紤]到水流的泥沙含量較低，而水動力強，大量沉積物遭受侵蝕后并未就近沉積而是繼續搬運到河流下游，故而不足以維持與之均衡的凸岸加積速率。在側向加積過程中，點壩增生軌跡在平面上形成灘脊和流槽，相間分布于點壩頂部，這種現象常見于現代河流沉積。為便于描述，在圖5中對主要的分汊口及汊道以及幾個不同的角度參數進行了編號。

圖4 N65 截面堤岸側向遷移（剖面位置見圖3a1）Fig.4 Lateral migration of bank in profile N65(location in Fig.3a1)

圖5 曲流河分汊口地貌Fig.5 Geomorphology of bifurcation point in meandering river

進入第一個洪水期（140 TS）后，高峰流量引起河流水位上升，水流漫溢到河岸兩側區域，其中，在凸岸的一側，漫溢的洪水在其表面沉積細粒沉積物，形成覆蓋在早期點壩之上的泛濫平原沉積。模擬結果顯示，當高峰流量通過時，水流速增大且水位上升，水流的主流線發生偏移，在河曲（凸岸點壩）上游一端，深泓線向凸岸一側偏移，最大應力值為9 N/m2。相應地，在河曲上游端的水流高速區也集中分布于凸岸附近，達到1.7～1.9 m/s。隨著洪水期水位的急劇上升，高速水流對點壩的改造加?。▓D3b1，c1），水流不斷漫溢出河道，而漫溢出的洪水首先進入點壩表面相對低洼的弧形流槽中，這些點壩多期側積體之間自然形成的流槽在漫溢洪水的沖刷下不斷加深和拓寬，最終形成汊道#2（圖3a2）。隨著洪水持續不均衡侵蝕沖刷，在研究區兩個河灣的點壩內側分別發育新的優勢流路，形成汊道#3和#4，最高應力集中區由原來的汊道#1轉移至汊道#3，水流快速下切侵蝕，將沉積物向下游搬運（圖3b2，c2）。在這一過程中產生的汊道#2寬約80 m，規模比原河道小，汊道#4 平面上呈蜿蜒狀，在平水期分流能力顯著弱于原河道。

洪峰過后（200 TS），洪水消退，河流再次進入平水期，水動力整體減弱，無論是最大應力還是最大流速，都較洪水期顯著減弱，彎曲段水位回落（圖3b2，c2）。在200～540 TS，曲流河進入緩慢演化時期，洪水期形成的河道形態基本穩定，處于近沉積平衡的狀態。550 TS 之后第二洪水期開始，沉積平衡再次打破，上一期洪水形成的汊道被進一步改造。#2 和#3 汊道逐漸加深和拓寬，從最大應力分布和流速分布特征上看，均取代了舊河道主導地位（圖3a3～c3）。經過了上述兩期洪水期與平水期的交替作用，到了本次模擬的末期（790 TS），上游河曲段最初的河床開始淤塞抬高，水流能量進一步減弱，有逐漸廢棄的趨勢。下游河曲區域，#1、#4汊道環繞的江心洲逐漸向凹岸靠近。

圖3 曲流河演化中的參數變化模擬結果（a1～a4）河床底形高度；（b1～b4）水流速度；（c1～c4）河床剪切力；（d）流量變化Fig.3 Simulated changes in main parameters in meandering river evolution

利用遙感數據提供的不同時間河流形態圖像對上述模擬結果進行對照。1994—2017年松花江研究區段上河曲段衛星圖像展示了串溝截彎的過程（圖6）。1996年之前，研究河段在凸岸點壩上不同期次點壩側積單元之間發育相對低洼的流槽，這些流槽沿著相鄰點壩側積體的邊界發育，在該河段的點壩西側發育一條貫穿整個河曲的串溝（圖6a），寬度20～100 m；在2004 年12 月的衛星圖像上看到，串溝繼續加寬，流徑更為順直，原主干河道寬度有變小的趨勢，與數值模擬結果吻合。2015 年8 月的衛星圖像顯示，西側串溝已經發育為新的河道，完成了截彎取直的過程，并形成長約2.4 km、寬260～500 m 的串溝型江心洲。到2019 年5 月，舊河道出入口兩端出現塞狀壩，向河道內部延伸，舊河道寬度進一步變窄，大部分不足百米，有逐漸萎縮廢棄的趨勢。大量現代河流的廢棄實例顯示，截彎末端可以在15～20年內被阻塞，盡管河道壅塞、冰塞等都可以使河道逐漸淤塞，但廢棄段完全被填滿是一個漫長的過程，往往需要數十年甚至百年時間[28]。

圖6 松花江河彎串溝型截彎過程Fig.6 Process of ditch-scouring cutoff in Songhua River

3.2 汊道的演化

在曲流河中，汊道形成和演化與江心洲的形成和演化是同一過程，汊道的穩定決定了江心洲的發育，因此，理解分汊河道的演化對認識曲流江心洲有重要意義。汊道的影響因素眾多[29-31]，如上游曲率變化、新舊河道相對長度與坡度等。Burgeet al.[32]認為主次河道若要同時保持活躍，與主干河道并存很多年，維持必要條件是主槽分流比要小于分沙比，或者說支流分沙比要小于分流比。主河道分流量占上游來水的總流量比例越大，意味著主河道對應輸砂量占總量的比例也要隨著增大，才能維持弱水動力的新汊道不被泥沙淤填，簡單概括即“大水大砂，小水小砂”。可見，汊道的演化既受制于水動力狀況，也與地貌特征相關。本文通過模擬結果的參數統計，探討汊道維持與淤堵的可能性。

串溝形成的汊道是切穿點壩而成的，其彎度要明顯小于主流河道，所以與主河道相比，汊道具有長度小、坡度大的特點，故而對沉積物搬運的能力更強。原河道與新汊道的長度比稱為相對梯度優勢。從各汊道梯度優勢演化可以看出（圖7），汊道#3相對梯度優勢大于其他汊道，模擬后期汊道#3 相對梯度優勢減弱，這顯示了汊道逐漸曲流化，長度增加。根據Burgeet al.[32]關于Renous河的研究，維持長期存在的分汊河道往往具有相近的流徑長度，這樣才能使兩個河道形成一種平衡，如果兩者的長度相差大，會逐漸打破這種平衡，引起低效輸砂河道的漸棄。在本次研究的河段中，上河曲段的汊道#3 相對梯度優勢最大，而且隨著河流的演化，這種分流分沙能力越來越強，因此汊道#3 廢棄的概率最小。不同汊道的河床泥沙粒徑中值分布存在顯著差異，汊道#3 床砂粒徑中值最大，水動力更強，不易廢棄。從河床高程演化來看，原河道的河床一直保持低高程優勢（圖8），但這并沒有改變其廢棄的趨勢，可見僅以低高程河床的優勢不能維持汊道的活躍。為了進一步分析江心洲不同部位的汊道特征，將原主流方向與切灘水流方向的夾角定義為分汊角。李志威等[33-34]通過統計亞馬遜流域、額爾齊斯河等河共67個截彎特征，發現分汊角變化區間是24°～103°，平均值54.8°，現代沉積研究河段的衛星圖像統計分汊角范圍為20°～85°，研究區模擬結果測算的汊道#2 分汊角區間為25°～70°，上述結果與模擬結果匹配度均良好。

圖7 各汊道相對梯度優勢隨時間演化圖Fig.7 Evolution of relative gradient advantage parameter in different channels

圖8 各汊道高程隨時間演化圖Fig.8 Evolution of elevation in different channels

除了分汊角外，江心洲頭部與上游水流軸線的對稱關系也是影響汊道口形態對江心洲發育控制作用的因素。將江心洲一側的頭部切線偏離上游河道主流線的角度定義為分汊偏移角。一個江心洲頭部兩側各自形成的汊道中，分汊偏移角較大的一側，下游汊道易淤堵，因此，分汊偏移角可以指示江心洲進一步遷移或擴張后連岸閉合的可能性。分汊偏移角統計顯示（圖9），上游分汊口BP1 江心洲（圖5）的一側分汊偏移角a11 總是大于另一側分汊偏移角a12，該分汊不對稱性較強，在450 TS后，#1汊道的流速已經無法識別主流線趨勢，而偏移角a12已經下降到近于零，表明原河道開始逐漸廢棄，分汊的不對稱性與短期汊道演化之間關系是明確的。對于上游分汊口BP2（圖3），偏移角a22 長期小于a21，第二期洪水（500 TS）后，偏移角差異進一步增大，最大應力和最大流速集中分布區域從兩河彎的轉折端逐漸轉移至#3、#4汊道一帶。結合最大應力分布、流速分布特征可以看出，#3 汊道在第二期洪水后分流分沙能力已經最強，可推測#2汊道后期廢棄的概率很高。

圖9 各分汊偏移角隨時間演化圖Fig.9 Evolution of bifurcation offset angle in different channels

根據以上參數與汊道的關系可得出，汊道位于河曲底端時，更易發生主次汊道轉化；而發育于河曲頂端附近，不穩定因素更多，汊道的演化方向預測難度加大。另外，本文只涉及串溝型截彎形成的汊道演化分析，而頂沖截彎、頸口截彎、決口改道等方式作用機制及對于汊道的影響存在差異[35]，在此不做探討。

3.3 曲流串溝型江心洲演化過程

對于曲流河而言，江心洲的形成造成分流分沙，使水動力復雜化，一方面，曲流兩岸淤積沖刷影響河道平面形態；另一方面，由于江心洲的壅水作用和不同汊道的阻力差異形成橫向比降及環流作用，江心洲本身也會發生遷移、沉積侵蝕的變化，阻塞河道、沖刷大堤、破壞港口等，對于河流治理者和水利研究人員都是一個挑戰[36-38]。

下河曲段的模擬結果切片顯示，一期洪水后，洪水切灘截彎，形成江心洲（圖10）。此時江心洲主體為點壩殘余沉積，側積層傾角4°～5°，傾角與河流側向遷移規模和河床地貌有關。由于江心洲兩側水動力軸線偏移形成不對稱水流，江心洲東側侵蝕作用為主，是點壩發育的部分沉積物來源；在江心洲西側，洪水期快速加積與平水期緩慢側積交替，洪水期末，有細粒隔層發育。洲頭水動力強（圖11a），而上游輸送泥沙量少，平水期沉積較穩定，洪水期沖刷快速蝕退，在沙洲形成較大的坡度，洲頭細粒沉積被侵蝕和攜帶至下游，無法保存；江心洲呈中間厚、兩翼薄的透鏡狀，洲主體向凹岸下游方向遷移。在這一過程中，江心洲西側汊道不斷萎縮，東側汊道不斷擴張。江心洲頂部漫灘細粒緩慢加積（圖11c），沉積層面平緩，與下部斜層理呈大角度接觸，在洪水期頂部有流槽形成或消亡，使江心洲內部結構復雜化。受洲體遮擋，洲尾沖淤強度一般遠小于洲頭，形成洲尾向下游加積（圖11b）。在江心洲有尾翼發育時，尾翼延伸規模與兩側汊道的分沙分流能力相對強弱密切相關，主汊道一側坡度陡，次汊道一側坡度緩。統計發現，模擬演化結束時該江心洲順流軸長約1 480 m，垂直流向上軸長約630 m，與實際松花江位于該處的江心洲規模分布范圍較為一致，表明模擬結果具有較高可信度。

圖10 串溝型江心洲平面演化特征模擬結果Fig.10 Simulated planar characteristics of evolving ditch-scouring mid-channel bar

圖11 江心洲不同位置地貌的演化特征（剖面線位置見圖10）Fig.11 Geomorphology evolution of mid-channel bar at different locations (profile location in Fig.10)

衛星圖像顯示，上述模擬中出現的串溝型江心洲向下游遷移和側向遷移的現象，在松花江流域廣泛存在。圖12 所示江心洲上仍保留著點壩側向遷移的弧形線與流槽殘留特征，是曲流河點壩沉積的重要標志。從2005 年3 月到2010 年5 月，江心洲的洲頭位置向下游遷移了270 m，江心洲受非對稱水流侵蝕，南側為主水流經過，侵蝕作用為主，平均侵蝕速率約14 m/年；北側為次水道，江心洲主體中部較為穩定，近尾部侵蝕速率逐漸增大，最大侵蝕速率約44 m/年，洲尾淤長約420 m。從2010 年5 月到2011 年10 月，江心洲洲頭向下游遷移90 m，北側江心洲側向加積為主或者處于沉積—侵蝕的平衡狀態，江心洲向上游區域側積速率最大，約90 m/年；南側汊道對近洲頭區域沖刷侵蝕，江心洲主體側向加積或維持平衡，最大側向加積速率約110 m/年；下游狹隘化河道使河道水動力發生變化，尾部沉積延伸緩慢近于停滯。上述模擬結果顯示的江心洲演化與不同時期衛星照片揭示的現代沉積特征一致，從而印證了模擬結果。在這個過程中，大洪水對于該沉積體的演化意義重大，洪水作為集中釋放的高能量對于原地貌的變形（包括新汊道形成、點壩結構破壞）起主要作用，雙向水流作用下汊道的演化愈活躍，對應著側向加積、洲頭侵蝕、洲尾加積等沉積改造越復雜，曲流江心洲與一般點壩的差異性越大。

圖12 松花江江心洲演化過程Fig.12 Evolution of mid-channel bar in Songhua River

4 曲流串溝型江心洲演化模式

根據上述模擬結果和不同時間的衛星照片顯示的河流形態與參數特征和演化，高彎度曲流串溝截彎過程可以歸納為4個發育階段（圖13）。

（1）曲流河發生側向遷移和順流遷移，伴隨著側向遷移，河流的彎曲度增大，每一期大規模的側向遷移都對應了一起強水動力事件從產生到結束的完整過程。這些周期性的水動力變化事件在點壩上形成一期側積體，每一期側積體在地表形成一個弧形脊灘，不同期次間發育流槽（圖13a）。

（2）在洪水期隨著水位上升，溢岸沖刷使得串溝平面上延伸，垂向下蝕，規模不斷加深拓寬最終形成新汊道，被汊道分開、孤立存在的沉積體——江心洲雛形初現（圖13b）。

（3）隨著新汊道的形成，江心洲前端兩側分汊偏移角的差別使得河道形成不對稱分流，造成兩側汊道的水動力差異，由于不對稱的分流分沙等原因，在原河道入口淤積形成塞狀壩，汊道狹隘化，阻礙水流進入，平水期水體近乎停滯（圖13c）。

（4）洪水退去后，部分泥沙淤落于舊河道，同時由于不對稱分流分沙導致的舊河道水動力減弱，經歷漫長演化，細粒沉積物垂向加積使得舊河道最終廢棄充填，新河道的遷移也開始進行（圖13d）。

圖13 曲流河串溝型截彎模式演化圖Fig.13 Evolution pattern of ditch-scouring cutoffs in meandering river

串溝型江心洲演化伴隨著汊道的形成、轉化與廢棄，是串溝型截彎演化過程的一部分，大型江心洲一般可以較長期穩定存在。根據模擬結果和現代沉積地貌，在江心洲發育的高彎度曲流河中，存在六種沉積單元，包括活躍河道、廢棄河道、天然堤、江心洲、越岸沉積、點壩。結合串溝截彎和江心洲演化過程及不同成因單元的空間配置，建立了曲流串溝型江心洲的發育模式（圖14）。

圖14 曲流串溝型江心洲發育模式Fig.14 Depositional model of ditch-scouring mid-channel bar in meandering river

雖然曲流串溝型江心洲與辮狀河心灘都是兩側水道發育的砂體沉積單元，而且在洪水期上游端都遭受侵蝕，在尾部加積，但是二者存在本質區別。心灘的演化通常包括心灘生長及向下游遷移、側向遷移、復合心灘壩的形成及分割等過程，涉及到垂向加積、側向加積、填積等多種沉積模式[39-40]，主體結構以多期次垂向加積為主，在心灘主體內部發育大量的落淤層，心灘壩尾沉積可以形成復合壩，橫向壩的雙尾翼結構常見[41]。而串溝型江心洲主體結構不是典型的垂向加積，它是以側積為主的點壩在改造殘留后的結果，在發育過程中有向下游加積、兩翼反向側積等多種沉積模式，其中側向加積的沉積模式起主導作用，這控制了曲流串溝型江心洲內部砂體的非均質性格架，是導致其內部結構復雜化的主要原因。長期改造可能使點壩頂部的脊槽特征逐漸弱化，江心洲頂部有洪水退卻時形成的細粒沉積，在平水期穩定保存，尾部沉積受限于河岸，發育規模一般較小，下游延伸范圍有限。當江心洲進入演化末期，兩側汊道先后廢棄填充，在這一過程中，通常先在上游汊道發育塞狀壩，隨后緩慢加積廢棄化，最終與泛濫平原成為一體，或與凸岸點壩結合，進入新的改造階段，這加劇了曲流河點壩砂體的沉積非均質性。對于地下的曲流河油氣儲層來說，這一發育過程導致的儲層強非均質性使地下油氣水的滲流復雜化，給油氣開發帶來諸多問題。