自然科普:大自然的奇妙現象:“涇渭分明”的“制造者”居然是它!
來源:科普中國
發(fā)布時間:2023-09-19
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成語“涇渭分明”出自《詩經·邶風·谷風》意思是涇河水清,渭河水渾,涇河的水流入渭河時,清濁不混,比喻界限清楚或是非分明。為什么會出現涇渭分明的情況呢?泥沙在其中扮演了至關重要的角色


陜西省西安市北郊,有兩條河流在那里交匯。一條叫涇河,河里泥沙很少,水很清;另一條叫渭河,河里泥沙很多,水很渾。這兩條河流到一塊后,有很長一段仍然是半邊清半邊渾、界限分明。這就是成語“涇渭分明”的來歷,這個現象的制造者,是水文中一個重要研究對象——泥沙


泥沙是顆粒狀的,很細小。其中個頭最小的,常常得意洋洋地懸浮在流動的水中,是把河流弄渾的家伙,被稱為懸移質。還有一種個頭稍大,但卻比較“懶惰”,老是趴在河床上,水推一下,它才向前移動一下,所以干脆就叫它推移質。


懸浮在水中的泥沙被稱為懸移質,趴在河床上的泥沙被稱為推移質


泥沙順水而下,隨著流速變小,它們漸漸沉積在河床上,特別是下游平原河口,形成了大片河灘,營造了肥沃的土地,滋養(yǎng)了生物,催生了農業(yè),為人類文明產生發(fā)展立下了汗馬功勞。它還是應用廣泛的建筑材料。


然而,泥沙多了也不是好事,常見的危害就有河流改道、水庫淤積、工程報廢。航道不暢、船只擱淺等。


面對大自然,水文要做的,就是為興利除害、化害為利,尋找科學對策。監(jiān)測泥沙,成為走向這一目標的第一步。


西漢時期的張戎提出了解決河流泥沙問題的方法


對泥沙的監(jiān)測,古已有之。公元4年,因治水有方而名聲大振的張戎,就向朝廷建言,黃河的水十分之六都是泥沙,應當利用水流速度解決泥沙問題。這個方法,被當今黃河上游高洪泥沙監(jiān)測,以及利用水庫等水利工程調水調沙的效果所印證。古人的治水智慧由此可見一斑。


為監(jiān)測泥沙,工程師們發(fā)明了泥沙采樣器,用來提取河流沙樣,然后經過一系列專業(yè)方法,檢測泥沙含量的多少、顆粒的大小以及在整條河上的分布情況,從而掌握河流泥沙規(guī)律。


洪水越大,泥沙就越多,就越要加密監(jiān)測。洶涌的激流上,水文工作者頂著狂風暴雨,甚至冒著生命危險,提取泥沙樣本。



水文工作者用測沙儀來檢測河水中泥沙含量


這樣的作業(yè)反復進行著,往往一個測量過程就長達數小時甚至十多個小時。最終,這樣一次測驗,在水文分析圖上只留下了一個點。每年,水文需要成百甚至上千個這樣的點來分析河流泥沙的數量和變化規(guī)律。


近年來,工程師們終于發(fā)明研制出了新的儀器——測沙儀,一種可以測出水中泥沙含量的儀器。依據原理的不同,主要有光電式、超聲波式和振動式測沙儀。



分析泥沙顆粒的大小,主要采用尺量法、篩分法、沉降法,因為我國河流泥沙粒徑變化大,有時需要幾種方法同時使用。目前,我國應用較多的是用激光粒度儀分析泥沙的粒徑。



我國的泥沙研究水平是世界領先的,順便提一下,1957年,黃河干流輸沙量達到16億噸,要是讓現如今14多億人都去搬運,平均每人得搬一噸多。但近20多年來,黃土高原生態(tài)治理成效卓著,進入黃河的泥沙已經大量減少。


原來如此

河流泥沙:河流中隨水流輸移或在河床上發(fā)生沖淤的巖土顆粒物質。

輸沙率:單位時間內通過河流某一斷面的泥沙重量。

懸移質:受水流的紊動作用懸浮于水中并隨水流移動的泥沙。

推移質:受水流拖曳力作用沿河床滾動、滑動、跳躍或層移的泥沙。

參考素材:《水文知識科普讀物》


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