全世界只有3.14 %?的人關注了

爆炸吧知識

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。

這是為什么呢？這得從力學上做一點解釋。

圖1?彎彎曲曲的河流

首先我們來關注一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，里面盛滿了水，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，會引起一個如圖箭頭所示方向的二次流，由于二次流，沙粒和茶葉就會被它帶到鍋底中心。

圖2?二次流示意

現在來看河流，假設河流原來是直的，某一時刻由于偶然的原因在一個段落產生了如圖3的彎曲。

考慮AB截面的流動，一方面，由于河水在河岸的約束下要拐彎，所以河水作用于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，由于河道是彎曲的，所以從局部上看，可以看為一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）。

最后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

? ?

圖4?河道的變化示意

由上面的討論，河流一旦彎曲就會不斷愈來愈彎曲。圖4表示在峽谷中的一條河，隨著時間的推移，峽谷被腐蝕得逐漸變寬，形成比較廣闊的峽谷沖積地，然后又在這片沖積地上蜿蜒變化的情形。

圖5?彎曲的河道又如何變直的

? ?

河道雖然無時無刻都在繼續彎曲，然而也有從彎曲變直的時候，如圖5，表示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，形成一個牛軛狀的湖殘留在那里。

對于實際河流的河道變化，可以舉例如圖6上所示長江荊江段的河流演變來說。

從圖上可以看出在公元1756年到1973年僅200多年之間看到變化是如何的大。至于黃河在河南孟津之后的河道變化，則要大起大落，在公元前602年至1938年期間間，黃河下游決口1590次，每次決口都會形成新的河道，歷史上大的改道有六次，河道徘徊于北到天津南到山東之間的華北大平原上。

河道變化無疑對人們的生產與生活會產生巨大的影響，所以一直是人們研究的一個重要課題。目前一門學科：河道演變，或河床演變，它是大學水利專業必修的課程。因為只有掌握河道演變的規律對于治理河道才會更有成效。

圖6?荊江段的河道變化

"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，約公元前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。大致上有一種周期變化的特點。

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，并且要做詩，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?？梢哉f在小溪邊上模擬大自然河道彎曲發抒情懷的傳統。后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。

圖7?北京潭柘寺的流杯亭

圖8?張谷良畫的曲水流觴圖

說完了河道的彎曲，讓我們順帶談一談海岸線的問題。

在地圖上我們看到海岸線與河道一樣，也是曲曲彎彎的。有沒有相似的道理呢？

同樣，設海岸有了一個初始的凹面，如圖9，我們看到在海浪來臨時，由于凹面有匯集海浪能量的作用，所以在凹面的深處激起的浪花比較高，也就是海岸的凹處，會受到海水更厲害的侵蝕。于是，海岸便會凹面愈來愈凹，凸面愈來愈凸。這就是海岸線彎彎曲曲的道理。

我們這里說的，當然是對于由巖石組成的那些海岸來說的。對于在河口由泥沙沉積而成的海岸線變化規律比較復雜，不在這里討論之列。

圖9?海浪沖擊海岸

圖10?曲曲彎彎的海岸線

從上面我們討論河流與海岸線的彎曲，它們都是不同的事物。

但我們需要動一動腦子，來思考一下，它們是否具有些什么共同特點呢？這就是，對于一種狀態：即河流是直的，海岸線也是直的，這種狀態一旦受到擾動，就會離它偏離愈來愈大。這就是說河流與海岸線直的狀態是不穩定的。

客觀事物的狀態可以分為三類，即穩定狀態、不穩定狀態和介于二者之間的臨界狀態。如圖11，在重力作用下的小球有三種狀態：左邊的小球處于大球的底部，對它的位置做一個小擾動，小球還會回歸到原來的狀態，所以原來的狀態是穩定的；中間的那個小球處于平面上，對它的位置做一個小擾動，小球既不遠離原來的位置也不回歸原來的位置，所以是處于一種臨界的狀態；右邊那個小球處于大球的頂部，對原來的位置做任意小的擾動，小球就會離原來位置愈來愈遠，這就是一種不穩定狀態。

我們看到，上面所說的直的河流和直的海岸線都是不穩定的，因為對原來狀態做一個小擾動，就會愈來愈彎曲，與原來的狀態差別愈來愈大。

圖11?小球的三張狀態

在現實中，穩定和不穩定狀態的例子是很多的。在重力作用下的水平面是穩定狀態的例子，不管怎樣擾動，等擾動因素去掉后由于水的粘性，水又會趨于水平。讀者不妨思考在自然界和社會現象中，穩定、不穩定和臨界的各種例子，以加深對這類問題的理解。

參考文獻

[1]別萊利曼著，符其珣譯，趣味力學，中國青年出版社，2017

[2]武際可，拉家常說力學，撈面條的學問，高等教育出版社，2008

[3]韓其為楊克誠，三峽水庫建成后下荊江河型變化趨勢的研究，《泥沙研究》，2000年第03期

來源：武際可科學網博客

http://blog.sciencenet.cn/blog-39472-1084986.html?

總結

以上是生活随笔為你收集整理的河流为什么是弯曲的？的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。