很久以前人们就发现河流总是趋向于弯弯曲曲,就像爬行的蛇一样。不能一概而论地认为河流的弯曲都与地质地形相关。有些地区可能完全是平坦的,然而河流依然弯弯曲曲。这是多么神奇:这种地区的河流似乎应该选择直线的流向呀。
进一步的研究我们发现了意想不到的现象,甚至在平坦的地区,直线方向对于河流来说也是最不稳定的,因此也是可能性最小的。河流可能只有在理想情况下才维持直线,这种理想条件在现实中是永远不会存在的。
设想一条小河在较为一致的土壤上严格地沿着一条直线流淌,我们来证明这样的流动不能长期保持。由于偶然的原因——例如土壤质地不同,水流在某个地方微微发生扭曲。继续下去会怎样?河流自己恢复自己的流向吗?不会,偏离将会增大。在某个地方,弯曲的水流会在离心效应的作用下压向凹陷的河岸A,并不断地侵蚀河岸,同时远离凸出的一侧河岸B。为了使河流变直,所需的条件却正好相反:需要冲刷凸出的一侧河岸而远离凹陷一侧的河岸。凹陷侧的河岸受到冲刷,凹陷的程度也逐渐变大,弧度也随之变大,因此离心力也将变大,河水对凹陷一侧河床的冲击就会加强。可见,哪怕是生成一个最细微的弯曲,它也将不断扩大。
由于靠近河岸凹陷一侧的水流比靠近凸出一侧的水流流速更快,所以水中所携带的泥沙大部分就沉淀在凸出的这一侧,而凹陷一侧则刚好相反,由于受到河水更强烈的冲刷,使得这一侧的河水变得比较深。由于这个原因,凸出一侧的河岸就变得比较舒缓(并日益凸出),而凹陷的那一侧则更加陡峭。
使河流发生初始微小弯曲的偶然因素差不多是无法避免的,也就是说河流不可避免地将越来越弯曲,经过足够长的一段时间,河流就变得曲折了。河流的这种弯曲在地质学上被人们称为“梅安德尔河曲”,这个词来自于梅安德尔河(在小亚细亚西部),这条河弯曲的河道曾使古人大为惊奇。
研究河流弯曲的趋势也是很有趣的。河流河床的外形按照图43中a-h所示逐渐变化。在图43中,a是稍微有点儿弯曲的小河,其次是b,河水已经冲刷了凹陷一侧的河岸并稍稍远离了倾斜的凸出一侧的河岸。在c中河床还是比较宽大的,而到了d它已变成了谷地,河床只占其中的一部分。e、f和g中,河谷继续发展,在g中河床的弯曲差不多成为一个环状。最后在h中你们可以看到,河流是怎样在弯曲较为接近的地方为自己打通新的河道,形成新的河床,并在冲击成的河谷的凹陷部分留下“旧河道”或“旧河床”,还有被遗弃在河床里面的部分死水。
读者自己可以猜到,河流为什么不是在自己开采的平坦的河谷的中间或者沿着一边流淌,而总是从一边流向另一边——从凹陷的一侧流向距离最近的凸出的一侧9。
力学就是那样掌控河流地质机缘的,我们前面所讲述的现象当然是要经过上千年的演变的,但是在每一个春天,初融的雪水在冰冷的雪地上形成小溪,我们可以看到有许多细节与它类似的现象,只是规模要小许多。
图43 河流的弯曲是怎样自行变大的
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