最近思考到乙個問題:大部分河道為什麼是彎曲的??查閱資料,窺見一二,與君共享
我們看到的河流,特別是在平原上的河流,總是彎彎曲曲,很少有筆直的河道。這是為什麼呢?這得從力學上做一點解釋。
首先我們來關注乙個流體力學中的二次流現象。
取一口寬底的圓形鍋或其他容器,裡面盛滿了水,為了觀察到二次流,水中放一些沙子或茶葉之類的示蹤物體。用勺子攪動水使它做圓形流動,這時我們會發現沙粒或茶葉會向鍋底中心集中。我們把在鍋內圓形流動稱為一次流,這個一次流,會引起乙個如圖箭頭所示方向的二次流,由於二次流,沙粒和茶葉就會被它帶到鍋底中心。
現在來看河流,假設河流原來是直的,某一時刻由於偶然的原因在乙個段落產生了如圖3的彎曲。考慮ab截面的流動,一方面,由於河水在河岸的約束下要拐彎,所以河水作用於b岸的壓力會增大,這個壓力與河岸的曲率成正比,即愈彎曲,壓力愈大,還與流速的平方成正比,即流速愈大,壓力愈大。就是說河流河岸的凹面受這個水壓力作用下會被侵蝕。
現在把河水沿河道的流動看作一次流,由於河道是彎曲的,所以從區域性上看,可以看為乙個沿一段圓弧旋轉的一次流(圖3中),同樣會產生二次流,二次流會把泥沙帶到河流彎曲中心(圖3右),亦即河道的凸出的一岸(圖3左)。最後的結果是河岸的凸面愈來愈向外凸,河岸的凹面愈來愈向內凹,河流的彎曲便會愈來愈彎曲。
圖3 河流彎道附近的流動
結果就是:河流左邊淤泥越來越多,即「沉積」;水都往河道右部分衝擊,形成「侵蝕」。
那為什麼有的是直線河道呢??見下圖
因為河道彎曲到一定程度,兩個彎曲的部分會貫通,原來的大彎河道不再走,形成乙個牛軛狀的湖殘留在那裡。
"人不能兩次踏進同一條河流"是古希臘哲學家赫拉克利特(heraclitus,約西元前530年——前470年)說的,極言世間一切事物都在運動和變化的思想。中國古語說「三十年河東三十年河西」,也是說河道變化的規律。大致上有一種週期變化的特點。
我國從周朝開始,在文人雅士間就有一種習俗,稱為「曲水流觴」。在每年春天的三月三日,人們坐在曲曲彎彎的溪水邊,把盛了酒的杯子,浮在溪水面上,酒杯漂流到誰面前誰就飲酒,並且要做詩,以祈福祛災。晉朝書家王羲之所寫的傳世名篇《蘭亭序》就是記載這種盛事的。可以說在小溪邊上模擬大自然河道彎曲發抒情懷的傳統。後來人們在風景區建立一些「流杯亭」也是模擬大自然河道彎曲的一種抒懷。圖7是北京潭柘寺的流杯亭。圖8 是畫家張谷良畫的「曲水流觴圖」,畫家重現了當年王羲之「曲水流觴」的盛景。
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