大英图书馆说明
这一页描写水的二十九项案例,展示出列奥纳多·达·芬奇在水科学研究上所追求的基本原则。他提醒水坝可能产生的问题:“怎样通过频繁地维护堤坝来遏制河流的冲击?但是维护堤坝对旁边的近邻地并没有什么好处,因为水流会经常漫过堤坝,淹没田地。”
他同时也说明如何缓解不利的结果:“障碍物将涡流一刀劈开,涡流在障碍物后方重新团聚,然后朝着受到冲击的障碍物回旋。而这一迂回运动继续前进,像旋转的陀螺直达水面,总是顺着水流缓缓而下。这样,在流水落下的地方,河水不再盘踞不前,除非这些地方呈台阶形状,一排排有序地排列在一起,一个台阶紧挨着另一个台阶。”
为了科学研究,他观察到漩涡中的对称性,结合自己在水文方面多年积累的经验,达·芬奇随时随地将其运用到美妙绝伦的对称绘画中。
阶梯水坝
在这篇手稿当中,达·芬奇提出“水流冲击力越大,对物体造成的损坏程度越大。而阶梯状的台阶则是解决这一问题的最好办法”。这是从水动力学的角度论述的。水动力学研究液体运动状态下的力学规律及其应用,主要探讨管流、明渠流、堰流、孔口流、射流多孔介质渗流的流动规律,以及流速、流量、水深、压力、水工建筑物结构的计算,以解决给水排水、道路桥涵、农田排灌、水力发电、防洪除涝、河道整治及港口工程中的水力学问题。
但是阶梯水坝的设计不仅仅符合水动力学,而且也符合水静力学的原理。水静力学研究液体静止或相对静止状态下的力学规律及其应用,探讨液体内部压强分布、液体对固体接触面的压力、液体对浮体和潜体的浮力及浮体的稳定性,以解决蓄水容器、输水管渠、挡水构筑物、沉浮于水中的构筑物(如水池、水箱、水管、闸门)等。堤坝、船舶等的静力荷载计算问题,从水深和静力压强上来说,阶梯水坝的横断面成阶梯式的下宽上窄,既能够应对深水水压,又能够节省建筑材料。
达·芬奇的阶梯水坝给予后世的水力学家以无限的启迪,现代的梯形水坝就带有阶梯水坝很大的印痕。达·芬奇在不经意之间,就触及了水利学的静水力学和动水利学两个精髓。这也可以作为达·芬奇的天才身份的证明之一——天才和大师总是在不经意间于任意领域达到别人无法企及的高度。
达·芬奇设计的阶梯水坝
三十九项案例
让大型动物在河底及壕沟内践踏,使水流混浊,混浊的水流排出,当水流速度减慢的时候,泥沙将会沉淀。用上述方式则完全可以疏通水平的水道。在河流上游设置闸口,通过开闸放水,可以将被泥沙堵塞的水道清除干净,如果将河流疏通为直道,那么就不会再看到水流暴涨、人们流离失所。河床应当不断维护,河岸也需要进行保护。
应当经常对毁坏的堤坝进行维修。应当调控河流冲击,从水流的内部来减少水流的冲击力,从而使水流的冲击不会对河流的峡谷造成毁坏。用兵力包抄围攻河流,可以将河流疏通到更多的支流去。应当让骑兵的铁蹄趟过河流,这样才可以保护兵团免受水流冲击。可以使用酒囊漂浮的作用,让军队凫过河流。
所有大海的沙滩一个接着一个,连成一个整体,并且它们的海拔高度也相同,从而形成陆地上最低的地方,从这里开始和空气相遇。鱼类自由自在地在海中遨游,游泳的姿势千姿百态。鱼儿跃出海面,像海豚那样,是那么美妙,从粼粼波光中轻松一跃,然后悄悄滑入水中,消失得无影无踪。身体修长的海鳗及形态类似的动物,优雅地在水中扭动。鱼群逆流而上,摇头摆尾,在河流的瀑布前奋力向前,准备龙门一跃。鱼儿成群结队,在海中画出一个个美妙绝伦的圆圈。
那些没有脚趾的动物是不会游泳的。除人类之外,所有其他脚上有脚趾的动物天性都会游泳。人类以哪种方式学会游泳的?在哪种方式下,人类可以自由自在地在水中休憩?漩涡的力度很大,可以将人吸入水底,人应该如何抵抗漩涡而不被卷走?当被漩涡卷入水底,人应当游到反射流上,反射流可以将人抛出深渊。要双臂努力向前划水推进,尽量采取仰泳方式。
人如何可以在水下屏住呼吸停留更长的时间?很多人通过器械可以在水下停留一段时间。我可以在没有食物的条件下,在水下停留更长的时间,但是我在这里不能描述出来。为什么不在这里写出呢?是因为考虑到人所具有的邪恶本性,所以不能公开,以防人类滥用。否则的话,有人可能会在海洋底部实施杀戮,凿破船底,使得船毁人亡。不过我可以详细说明其他人所使用的方法,因为他们的方法产生的后果不会有太大的危险:将呼吸管的一端透出水面,通过呼吸管来摄入空气。呼吸管可以借助酒囊或者几个软木塞漂浮在水面上。
大海的海浪持续不断地冲蚀着海岬和岩石,将它们逐渐磨损。碎石沙砾不断在海边沉积,海滩不断向大海中心延伸,这就是形成海湾的原因,同时也是海湾中为什么充满泥沙和海藻的原因,还是为什么在海滩周围有又大又高的堤坝的原因。这些堤坝被称为海中高地。
海浪在靠近海岸前碰到海底,此时的海浪比在深海时更加浪涛冲天、迅猛无比!在一些峡谷的出口,狂风阵阵向下冲击水面,将海水奋力掀起,并会在空中画出一个巨大的弧线,呈现出云彩一样的颜色。
在阿诺河的沙岸上,我也有幸欣赏过一次这样的景象:沙地被掏空,形成一人多深的深坑,深坑中的石子被抛了出来,旋转着飞出相当远的距离,在空中形成一个巨大的塔形;塔的顶部好似巨松的枝条,弯曲着,汇聚到吹过山脉的狂风之中。海浪很难扑向迎来的风,因为堤坝像一层屏障,将海浪拦住。大海浪涛汹涌,一浪迎着一浪,浪花冲击之间,水变成雾,在空中飘浮。
有的漩涡上部开口宽敞,底部狭小;有的漩涡正好相反,底部宽,而上部窄。有的漩涡呈柱状,有的漩涡则是两股水流拧在一起,好像彼此在相互抚摸。
如果想清除河口的淤泥,这样的闸门应该朝向河口打开。因为在第一个冲击坑形成后,流失的泥沙会在第一波水浪和第二波水浪的弧线下方沉淀。在上述冲击坑的3/4位置安放闸门,这样水浪便会将泥沙堆积的小山迁移,这种情况会持续不断,直到将泥沙迁完为止。
水闸之间的距离应该为每200布拉乔奥一个,因为湍急的水流会使所携带的泥沙沉淀。如果不这么做,河口会充满泥沙,从而使河流堵塞。为防止这种情况的发生,最好是在河水水位只有平时一半的时候开始动工建设,这样河水中不会有木头和其他障碍物来破坏施工。
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