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河流为什么会转弯? 精选

已有 7735 次阅读 2024-10-20 00:06 |个人分类:地学科普|系统分类:科研笔记

    2024年9月21日至9月27日,星球研究所举行了一次穿越大兴安岭的科考旅行,丰富多彩的河流地貌是这次旅行的亮点之一,柴河十大湾以及莫日格勒河的河曲尤其使人着迷。9月27日晚的聚会中,我把“河流为什么要转弯”这个题目交给了对河流地貌非常感兴趣的旅行团成员远帆,要她结合这次科考旅行,交一篇“小作文”出来。没有想到,在9月28日,旅行结束的第二天,她就快速地完成了这篇小作文。远帆很谦虚地说,这篇小文的内容均“来自于资料查询、梳理与整合,没有包含任何个人研究成分”。但是通篇读起来,感觉这是一篇非常流畅且认真加工的科普作品,特别是配合了多张考察时的精美照片。今天借科学网,将这篇小作用分享给大家。特此说明:苏德辰

河流为什么会转弯——张远帆

    地质学家说,河流的一生是欺软怕硬的一生。

    众所周知,两点之间直线最短。然而,一条河流从源头到入海口,可能会遭遇山地、高原、平原、丘陵、盆地等多种地形,面对从石灰岩到花岗岩各种硬度的山体,遇到森林、草原和荒漠,路过乡村和城市,路过人类修建的道路、桥梁、堤坝。这注定不是一条平凡之路。

乾坤湾_全景图2560.jpg

▲位于晋陕边界的黄河乾坤弯

    在崇山峻岭间,河流从高向低奔流。在岩体相对坚硬的地带,河流沿着峡谷的弯曲走势流动,表面上受制于山,但水流会对山体暗中侵蚀;在山体松动、岩石相对较软的地点,河流切开山体,倾泄而下,但松软的山体随时可能大面积崩塌滑坡,堵塞水流形成堰塞湖,或者迫使河流改道。在漫长的岁月里,河水与山岩反复拉锯,每一次较大的流向改变都需要动用洪荒之力,比如板块运 动、地表抬升、火山喷发、地震、山崩、洪水等等。

    在地势相对平缓的地带,河道主要是由河流对土壤的侵蚀而形成的。河床与河岸的构造与成分决定了河流的形状。河床并不是平板一块,有砂有石,有高低起伏,有巨石挡路,导致同一截面水流速度的不同。流速快的一边冲击、侵蚀河岸,形成凹岸;流速慢的一边形成堆积,是为凸岸。在这个凹凸地带,河流转弯了。

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▲蜿蜒如蛇的莫日格勒河(王梓轩 摄)

    弯道中的水流,流速更不均衡。位于正中的河水流速最快,冲击正前方的河岸,让凹岸的局部水压变大,在河流内部形成螺旋状的环流,进一步侵蚀凹岸,堆积凸岸,让河流越来越弯。

河流的侧向侵蚀.jpg

▲大兴安岭柴河一处弯道的水流示意图

    出弯后的河水带着一定的横向冲击力冲击下游对向水岸,逐渐冲出一个新的凹岸,在另一侧堆积出新的凸岸,一个反向的河弯就出现了。两个河弯形成一个 S 形。如果地形地质条件允许,这个S 可以不断延续。从与河流垂直的方向 看,会看到一个正向的 Ω 接着一个反向的 Ω,如同我们在山顶看到的莫日格勒河。(这个过程可以参考 F1 赛车在过S 弯时车速和轮胎的变化)

image.png

▲垂直方向看,莫日格勒河有很多个正反连续的“Ω”

    喜欢打洞的小动物们对此亦有贡献。如果它们恰好把洞打在河岸边,又恰好打得有点深,河水就有了从内部突破的机会。水流一刻不停地冲击洞穴,河岸将逐渐被掏空,引起河床倾斜,水流速度变化。一但有了差别,就有了转弯的契机。

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▲莫日格勒河(王梓轩 摄)

    从外部环境来看,流经地区的地质条件越复杂、生物种类越多样,河流弯曲的可能性就越大。

    河流自身的天性也在影响它的弯直。流速快、泥沙含量大的河流,更容易形堆积,也更喜欢转弯。泥沙堆积到极端情况,河流甚至会变道。变道的方法也有很多种,要么冲向松软地表重新侵蚀出一条河道,要么洪水漫漶,涌进另一条河的河道里,鹊占鸠巢,借道入海。这方面故事最多的就是黄河,已经不是普通的转弯那么简单了。

    河流与万物的 PK 就这样进行了很多年,直到人类出现。自此,河流的走向不再只遵循自然规律,还受制于人类对自然的认知水平以及人类社会的运行法 则,河生之路从此更加扑朔迷离。

    出于政权稳定或者经济发展方面的考量(两者通常很难分割),甚至有时仅出于城市景观的需要,人类对河流进行治理、改造和利用,修筑堤坝、开凿水 渠、建造水利工程,这些工程不同程度地截弯取直或者改直为弯,“让那河流改变了模样”。

    弯曲的河流,终极体验在于美学。毕竟在人类眼里,直线固然效率最高,但曲线的韵率、节奏和变化是无可比拟的。哪怕是复杂的数学公式,如果可以化为优美曲线,它的知名度也会比其他纯函数公式更高一些。

说明:

  • 以上内容均来自于资料查询、梳理与整合,没有包含任何个人研究成分。

  • 感谢苏老师一路的科普讲解、王以韶的酒后小课以及王梓轩同学的美图。



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