我们看到的河流,
特别是在平原上的河流,
总是弯弯曲曲,很少有笔直的河道 。
这是为什么呢?
这得从地质力学上做一点解释 。

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图1 弯弯曲曲的河流
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首先我们来关注一个流体力学中的二次流现象 。
取一口宽底的圆形锅或其他容器,里面盛满了水,为了观察到二次流,水中放一些沙子或茶叶之类的示踪物体 。用勺子搅动水使它做圆形流动,这时我们会发现沙粒或茶叶会向锅底中心集中 。
我们把在锅内圆形流动称为一次流,这个一次流,会引起一个如图箭头所示方向的二次流,由于二次流,沙粒和茶叶就会被它带到锅底中心 。

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图2 二次流示意
现在来看河流,假设河流原来是直的,某一时刻由于偶然的原因在一个段落产生了如图3↓的弯曲 。
考虑AB截面的流动,一方面,由于河水在河岸的约束下要拐弯,所以河水作用于B岸的压力会增大,这个压力与河岸的曲率成正比,即愈弯曲,压力愈大,还与流速的平方成正比,即流速愈大,压力愈大 。就是说河流河岸的凹面受这个水压力作用下会被侵蚀 。
现在把河水沿河道的流动看作一次流,由于河道是弯曲的,所以从局部上看,可以看为一个沿一段圆弧旋转的一次流(图3中↓),同样会产生二次流,二次流会把泥沙带到河流弯曲中心(图3右↓),亦即河道的凸出的一岸(图3左↓) 。

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图3 河流弯道附近的流动
最后的结果是,河岸的凸面愈来愈向外凸,河岸的凹面愈来愈向内凹,河流便会愈来愈弯曲 。

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图4 河道的变化示意
由上面的讨论,河流一旦弯曲就会不断愈来愈弯曲 。图4↑表示在峡谷中的一条河,随着时间的推移,峡谷被腐蚀得逐渐变宽,形成比较广阔的峡谷冲积地,然后又在这片冲积地上蜿蜒变化的情形 。

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图5 弯曲的河道又如何变直的
河道虽然无时无刻都在继续弯曲,然而也有从弯曲变直的时候,如图5↑,表示河道弯曲到一定程度,两个弯曲的部分会贯通,原来的大弯河道不再走,形成一个牛轭状的湖残留在那里 。

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长江荆江段的河流演变

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图6 荆江段的河道变化
从图上可以看出在公元1756年到1973年仅200多年之间看到变化是如何的大 。至于黄河在河南孟津之后的河道变化,则要大起大落,在公元前602年至1938年期间间,黄河下游决口1590次,每次决口都会形成新的河道,历史上大的改道有六次,河道徘徊于北到天津南到山东之间的华北大平原上 。
河道变化无疑对人们的生产与生活会产生巨大的影响,所以一直是人们研究的一个重要课题 。目前一门学科:河道演变,或河床演变,它是大学水利专业必修的课程 。因为只有掌握河道演变的规律对于治理河道才会更有成效 。
“人不能两次踏进同一条河流”是古希腊哲学家赫拉克利特(Heraclitus,约公元前530年——前470年)说的,极言世间一切事物都在运动和变化的思想 。中国古语说“三十年河东三十年河西”,也是说河道变化的规律 。大致上有一种周期变化的特点 。
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