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更为精确的水速测量方法以及对河流的控制

时间:2022-02-09 理论教育 版权反馈
【摘要】:凭借他惯有的智慧,列奥纳多·达·芬奇发明了其对自然研究进行量化的标准方法。列奥纳多·达·芬奇不只是辨别水面和水流底部之间的关系,同时也需要准确无误地理解相互影响的水流之间的作用。如果携带异物的水流到达平静的水池,水流由于失去冲击力,就会把其所携带的物质卸在水池的入口处。

大英图书馆说明

列奥纳多·达·芬奇继续兴致勃勃地探讨河水水流控制的问题,这里要说明的是,他的观察不仅限于从船上观察河流。在其中的一段,他提出一种比较精准地测量水流速度的办法。在他那个年代,还没有秒表或跑表的概念。为测量瞬间时间,如快速流动的水流上漂浮的物体速度,一般使用数自己脉搏跳动次数的方法。列奥纳多·达·芬奇,这个多才多艺的音乐家,觉得乐符跳动比较规律,在手稿十二中将其定义为每小时1 080次跳动。凭借他惯有的智慧,列奥纳多·达·芬奇发明了其对自然研究进行量化的标准方法。

在对照试验中,他补充了在水研究方面另外一种更为科学准确的测试方法,比如:“可以在船上用一个绳子悬挂重量小的物体接近清澈的水底,这或许可以解释水面下方水流运动的变化。”

列奥纳多·达·芬奇不只是辨别水面和水流底部之间的关系,同时也需要准确无误地理解相互影响的水流之间的作用。这一系列的研究是任何现代水利工程师都能够认可的,因为实验创新地使用了单面玻璃容器,这能够让他尽可能多地观察到所有可能情况下发生的任何现象,并想到应对方法。

在这一页,他最后的想法是想说明如何避免或减少侵蚀的影响:“如果有人想减弱这些水流对河床底部的冲击力,应该人为制造一股横向水流,导向这些水流交汇的地点,从而达到冲击这些水流并将这些水流分开、分散、削弱的目的。”

密西西比河上的生活(节选二)

〔美〕马克·吐温

密西西比河还有一个特点——河水的流向有时会以在地上切割狭窄瓶颈的方式造成河水惊人的暴涨,这样可使河道取直并缩短流距。一次暴涨就可缩短30英里流距,这种情况已经发生过不止一次了!这些取直的河道已经造成了许多奇怪现象:它们把几个河边的城镇赶到荒野里去了,并在城镇前面筑起了沙坝,还搬来了森林。德尔塔镇本来在维克斯堡镇南面3英里的地方,但最近的一次河水暴涨完全改变了它的位置,现在德尔塔镇跑到维克斯堡镇北面2英里的地方去了。

这两个河边城镇已经被那场暴涨的河水推到荒野中去了。河水的这种改道能冲乱行政区划的分界线。例如,一个人今天住在密西西比州,今天夜里发生了河水暴涨,明天这个人发现自己身处的地方跑到河对岸去了,而这个新地方在路易斯安那州境内!这种事以前在河的上游发生过。如果能这样把密苏里州的奴隶转移到伊利诺斯州并让他自由就好了。

密西西比河是不会仅仅因为河流改道便改变自身位置的,但是这条河的的确确经常变换自己卧居的地方——也就是说,它总在整体地向某一边挪动自己的身体。路易斯安那州的《艰难时报》曾说:这条河从原来的位置向西挪动了2英里。结果是,这条河原来的位置现在已经完全不在路易斯安那州的地盘里了,而是跑到密西西比州那边去了。200年前,拉萨尔乘独木舟顺水漂流了几乎全部老密西西比河的1 300英里的航程。那条老河现在已经变成非常结实干爽的地面了。当新河处于老河的右边时,属于一个州;处于老河的左边时,就成了另一个州的了。

尽管密西西比河的淤泥在河口处填海造田,但速度很慢,墨西哥湾里汹涌的波涛不会让它唾手可得的。在地势较高、保护较好的地带,它的造田速度会快一点,例如30年前预言家岛(或称“普罗菲特岛”)上有1 500英亩[1]土地,自打那儿以后,密西西比河又给它增加了700英亩。

眼下这些事例并不足以说明这条大溪水为什么这么古怪——在本书中我将再举几个例子来进一步探讨之。

咱们把密西西比河的自然历史搁下来,先来谈谈它的人文历史——那就开始说吧。咱们先通过一两章短文简略地看一下它沉睡的第一时代,再通过两三章看一下它第二个、较广阔的苏醒时代;再通过更多成功的篇章看一下它最泛滥、最广阔的清醒时代;然后在本书的结尾处谈一谈它现在比较平静的时代。  

二十六项案例

当两股水流交汇在一起,一旦其中一股水流冲击突出水面的物体,就会突然形成冲击坑。如水流ac冲击突出的物体f,则会在p点形成冲击坑,水流bd立即流入这个冲击坑,流入的水流发现底部已经被掏空后,水流弧度便随之增大。

但是当两股水流交汇在一起,如果两股水流同时冲击突出的障碍物,则在障碍物后方会形成一个很深的冲击坑,而且随着水流交汇的角度越来越小,冲击坑也变得越来越细长。如果三股水流同时交汇,从三个方向冲击上述物体,则形成的冲击坑比两股水流所形成的冲击坑深。

如果突出水面的障碍物紧靠着河岸,冲击在障碍物上的水流在障碍物前部和下方奋力挖掘,并从下方弹回,在弹回的地方碰到水流,从而形成泥沙堆积。即在a点,沿着河岸形成的沉淀比在河流当中大。因为这有一条规律,当水流的反射运动在河岸上形成冲击坑,所形成的第二个冲击坑会更深一些。

两股水流在突出水面的障碍物正前方交汇,流水会在障碍物体的前部挖掘得很深,两股水流交汇形成的角度越大,在水流交汇后形成的沙洲就会越长和越宽。发生这种现象是因为,在两股水流交汇以后,两股水流呈现出的入射角度如aob所示,为入射角,并和反射角ocd呈对角。如果物体距离河岸在某种程度较远,冲击物体的水流窜入物体和河岸之间,那么在物体的下方则会形成很大的冲击坑,因为这一冲击坑是在从河岸反弹过来的水流冲击力的协助作用下形成的。

简单物体呈现出圆形,合成物体则呈现出多边形。

水流表面的物体、水流下方的物体、水流中垂直放置的物体、面向水流方向斜放的物体、顺着水流方向斜放的物体、在河床底部停放的金字塔形物体、倒金字塔形物体等,水流从上述物体上冲过。

凹面迎向水流的物体,凸面迎向水流的物体,斜面朝向河岸的物体等,如果水流中部流入弯道,全部水流从弯道的左右两侧返回,直到水流的入射运动停止。

如果水流从池子的一边沿边沿落入水池,所有的水像撤退一样返回,并逐渐潜入迎来水流末端的底部。在水流退缩的地方,使得河床变得较深。如果携带异物的水流到达平静的水池,水流由于失去冲击力,就会把其所携带的物质卸在水池的入口处。

从云端降落的雨水,由于受到空气的摩擦力作用,并不是整体一泻而下,而是大量蒸发,并且自身消散在空气中。当入射水流和反射水流在河底相遇,然后各自掉头,会在交战的地方形成突起的波峰。

水流表面起伏跌宕、皱皱巴巴,这表明水流在朝向其流动的方向受到了阻碍;水流表面平滑如皮肤,则说明水流受到前方流下水流的分散和牵制作用。

【注释】

[1]1英亩=4 046.8平方米。

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