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河水对河岸的冲刷

时间:2022-02-09 理论教育 版权反馈
【摘要】:在河岸的一边,位置不同,水流所产生的冲击力度也不同;河岸距离中心水流有远近,受到的冲击力度也或大或小。在河岸受到水流冲击力过大的地方,水流会毁坏河岸或海岸。那么必须把水当成是河岸的保护层。因此,可以认为,随着水压的增强,河岸形成的阻力也随之增大,唯有两力势均力敌,河岸才不会被冲裂。河水对其所流经的两岸产生压力,而不对其所穿过的河底产生压力。

大英图书馆说明

这一页和上一页,描述了在各种情况下河岸受到流水冲蚀的情况。页面边上的图例,描绘出列奥纳多·达·芬奇对流水运动影响的几何分析,呈现出不同方向的水流对河岸的作用以及对任何“放置在河岸前的物体”的作用。他叙述简洁,中心放在科技工程问题上。

“受到河水冲击的河岸和未受到冲击的河岸,所受到的影响差别很大。”

“河底要受到水涨水落的影响。当涨水的时候,是一种影响方式;当水落的时候,则是另外一种影响方式。”

“在河岸和水流之间放置的物体,是河岸的保护者。”

“河岸的损坏,一般是由河床底部高度的增加造成的。”

“河岸从前方坍塌,并朝着向河岸冲击过来的水流方向倒塌。”

洪水的描述(三)

列奥纳多·达·芬奇

马、牛、绵羊和山羊等动物被洪水围困在山头。它们决定拥挤在一起,攀爬在同伴的身上,互相践踏,殊死搏斗……其中很多已经因为食物的匮乏而死亡。飞鸟也找不得栖息的地方,只好落在人和动物的身上。饥饿已经夺走了太多动物的生命,这些动物的尸体膨胀起来,漂浮在水面上,就像是充气气球一样互相碰撞,叠加在一起。

在上面描绘的这个世界末日的情景当中,天空乌云密布,霹雳划过夜空,突然撕开这茫茫的暗夜。

在旋风当中隐约可以看见飞来的鸟群。它们随风回旋,有时呈现为狭窄的侧面,有时则呈现为最宽阔的正面。它们刚刚出现的时候就像是边缘模糊不清的云朵,而当它们的第二群、第三群陆续飞过,渐渐飞近,观察者就能够看得清晰了。

最近的鸟群斜向下飞,栖落在洪水漂荡的尸体上面,争着啄食,直到那些鼓胀的尸体渐渐失去浮力、沉入水底为止。

黑暗、狂风、海上的风暴、洪水泛滥、森林大火、骤雨、雷电、山崩、地震,城市被夷为平地。

风暴把大量的水、树枝以及人统统都卷到空中,压迫在漩涡的中心。

载着逃生者的断树。

触岩破碎的船只。

羊群。

冰雹、闪电、龙卷风。

在树头上摇摇欲坠的逃生者,树木和山岩,山丘上挤满了逃生者,船,桌子,木盆以及其他被当作漂浮物的器具,山丘上的男人、女人和动物——闪电从云端直贯而下,照亮了这一切。

当水流向一个方向流动,水浪可能向相反方向前进。水浪一浪赶着一浪向前运动,绵延不断。

关于水流波浪的多样性

水浪的产生有三个原因:第一,水的自然运动;第二,风力的推波助澜;第三,任何掉入河面的物体所产生的冲击。自然运动的水产生的水浪有两种:第一是根据水流自然流动产生直线的水浪;第二是因为堤坝的阻拦或者阻挡水流的其他物体形成的横向水浪。

在河岸的一边,位置不同,水流所产生的冲击力度也不同;河岸距离中心水流有远近,受到的冲击力度也或大或小。相对水流来说,河岸暴露的长度越长,所受到的冲击威胁就越大;河岸所暴露的长度越短,对水的阻力就越大。

在河岸受到水流冲击力过大的地方,水流会毁坏河岸或海岸。因此,为减慢冲击速度,需要横向建筑堤坝,以阻断激流;而且应当加厚堤坝,以减少和避免降落的流水将堤坝底部掏空。

水对支撑着水的河岸形成什么样的压力?这里必须考虑河岸厚度的两个对立作用。因为一方面,河岸直接接触到河岸所支撑的水,另一方面,河岸直接同空气接触。那么必须把水当成是河岸的保护层。河岸支撑的水在河岸的垂直面产生压力,而且从水面到水底根据深度的不同,压力也不同。这种不同随着水深浅的不等而按照一定比例变化,越是接近水底,对河岸造成的压力越大。这可以从水箱不同高度喷出的水流观察到,出水口越是接近水箱底部,水流越快。当水从不同高度的出口流出,喷射到地面,可以通过丈量落水点到水箱的距离,来计算水压的差别大小;也可以通过容器进行测量,水箱的一边用羊皮囊做成,然后用一排木条加以固定,如图所示。这样,固定的每根木条都能精确显示出水箱前部支撑水所必需的压力。

在这种情况下,显然河岸会产生出与内部水压相等的对抗力。假如不同水深的水,得到以上试验中显示的对应压力,我们可以观察到,河岸水深的每一个刻度上,都会形成相应的抵抗力。因此,可以认为,随着水压的增强,河岸形成的阻力也随之增大,唯有两力势均力敌,河岸才不会被冲裂。

静止不动的水对水底没有产生压力,这一点可以通过细草在水底晃动及沼泽底部非常轻的浮泥观察到,这些浮泥几乎和水一样轻。另外,如果浮泥上部承受水的重力,河底的浮泥可能被夯实,进而变得坚固无比。这里从反面证明了已有经验所证明的“水对其底部没有产生压力”的原理。通过推理,可以得出结论:当水比较轻的时候,使水变得湍急的部分泥土,最后沉淀到水底。事实上,浮泥沉淀速度越来越慢,当浮泥沉淀到河床底部,不会对下面的浮泥产生任何压力。河水对其所流经的两岸产生压力,而不对其所穿过的河底产生压力。确实,携带泥沙的水流会损坏河底,但如果河水清澈,河底会到处滋生绿色水藻。

对于河床来说,适用于同样的原理。可以观察水箱的底部和侧面——水箱的底部出现绿色滋生物,但侧壁却产生更大的压力。

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