河流为什么是弯曲的

时间:2023-11-17 12:39:03

很久以前,人们就发现,河流都像蛇一样,是弯曲的。这是为什么呢?难道是因为地形的原因?后来人们又发现,在一些地势非常平坦的地区,河流也一样是蜿蜒曲折流淌的。对此人们感到非常困惑:为什么在平坦的地方,河流却没有沿着直线方向流淌呢?

河流为什么是弯曲的

对于这个问题,有人进行了深入研究,结果发现了更加让人感到意外的现象:河流向直线方向流动最不稳定,即便是在地势平坦的地方也不例外。没有河流是沿直线方向流淌的。让河流始终沿着直线方向流淌,估计只有在理想的条件下才能实现,但这样的条件是永远也实现不了的。

比如,我们假设存在这样一条河,它在土壤结构大体相同的地方沿着直线方向流动。那么,这种状态可以维持多久呢?可能由于一个很偶然的原因,比如,土壤的细微差别,就会使水流的方向发生改变。偏离了原来方向的河流还会回到原来的方向吗?这是不可能的!之后,偏离只会更加明显。或者说,河流偏离的方向会越来越大。如图所示,在河流弯曲的地方,水流是沿曲线流动的。那么,它就会受到离心力的作用,压向凹进去的岸A,冲洗岸A,并远离凸出去的岸B。如果想让河流恢复原来的直线方向,就需要反过来,使水流冲洗凸出去的岸B,而远离凹进去的岸A。对于岸A来说,由于受到了冲洗,它凹下去的程度会越来越大。也就是说,河流的弯曲度会越来越大。这就使得离心力也不断变大,这个力又作用于水流,使凹下去的岸A越来越弯曲,最后,岸A会出现非常大的弯曲度,而且还会继续弯下去。

在凹下去的岸边,水流的速度要快一点儿,因为它受到了离心力的作用。这样的话,更多的泥沙就会堆积在凸出来的岸边。对于凹下去的岸边来说,情况则正好相反,它受到的冲洗越来越强烈,就使得这一侧的河流也变得更深一些。

河流为什么是弯曲的

图 在离心力的作用下,一些细小水流的弯曲不停增长。

这就是我们看到的凸出来的岸边比较平缓,并且更加凸出,而凹下去的岸边则比较陡峭的原因。

对于小河来说,哪怕是一个细微的偶然原因,也可能使它发生弯曲,这是无法避免的。所以,河流会越来越弯曲,变得蜿蜒曲折。

研究河流弯曲发展的情况是很有意思的。如图所示,河床从a到h逐步变化,最后变得蜿蜒曲折了。在图(a)中,河流还只是稍稍弯曲;在图(b)中,河流开始变得弯曲了一些,并稍微离开了凸出来的岸边;在图(c)中,河床变大了;在图(d)中,河流原本弯曲的部分变成了非常宽的河谷,河床只占了很小的一部分;在后面的图中,河谷继续扩展,从图(g)中我们可以看到,河床的弯曲程度已经非常大了,几乎成为一个环形,在图(h)中,河流在弯曲的河床相接近的地方打通了另一条道路,或者说,它抄了近路,在冲成的河谷凹下去的地方形成了弓形的沼泽,里面那些被“遗弃”的水变成了死水。

河流为什么是弯曲的

图 河床弯曲进程示意图。

通过前面的分析,读者可能也想到了,在河流形成的平坦河谷中,为什么水不是在中间流或者沿着某一边流,而是从凹下去的一边流向凸出来的一边。

河流的地质命运就是这样被力学控制的。需要指出的是,前面提到的那些现象,需要经历很长的时间才能被我们注意到,这个时间的单位可能是千年,或者更长。不过,在春天的时候,我们可以看见一些类似的现象,只不过规模要小得多,比如,雪融化的时候,形成的水会冲出一条小水流。