| 古代的水利科学 |
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故事，文字朴素简练，兹照录如下：“沧州南一寺临河干，山门圮于河，二石兽并沉焉。阅十余岁，僧募金重修，求二石兽于水中，竟不可得。以为顺流下矣。棹数小舟，曳铁钯，寻十余里无迹。一讲学家设帐寺中，闻之笑曰：‘尔辈不能究物理。是非木柿，岂能为暴涨携之去?用石性坚重，沙性松浮，湮于沙上，渐沉渐深耳。沿河求之，不亦颠乎?’众服为确论。一老河兵闻之，又笑曰：‘凡河中失石，当求之于上流。盖石性坚重，沙性松浮，水不能冲石，其反激之力，必于石下迎水处啮沙为坎穴。渐激渐深，至石之半，石必倒掷坎穴中。如是再啮，石又再转。转转不已，遂反溯流逆上矣。求之下流固颠，求之地中，不更颠乎?’如其言，果得于数里外。然则天下之事，但知其一，不知其二者多矣。可据理臆断欤!
石兽沉于沙质河底，是向下游移动，向河底沉降，还是向上游滚动?前两种人“据理臆断”，结果背离石块运动的客观规律，只有长年累月在河道上观察，有丰富河工经验的老河兵，才能从理论到实践圆满地解决了这个问题，并顺利找到了沉落的石兽。其中老河兵分析石兽在沙质河床上的运动状态的文字尤为精彩和准确，并为现代泥沙运动模型试验研究所证实。当试验石块(相当于原型，38厘米)沉于试验水槽的底沙之上，首先在石块上游底部产生回流，中刷底沙，形成冲坑。冲出之底沙大半被水流带走，少部分堆积石块后部，起初形成沙唇，之后沙唇合并。当冲坑发展到足够大时，石块失去平衡，向前倾倒至冲坑中(如图5)。
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[飞沙堰：应用弯道环流侧向排沙理论的实例]
岷江是一条推移质泥沙含量大的河流。位于岷江出山口下游的都江堰能够成功地运转两千多年，重要的经验是历代遵循着“深淘滩，低作堰”的六字诀，其中“深淘滩”指的是每年春天要按照经验高程，疏浚鱼嘴前面凤棱窝一带的内江河床；而“低作堰”则是强调控制内江右岸鱼嘴下游飞沙堰的高程。近代的经验一般规定飞沙堰堰顶高程只需高出河床2米左右，以免影响飞沙堰的排沙效果。
飞沙堰之所以能够飞沙，是由于利用了这段弯曲河床形成的弯道环流的缘故(见图6，图7)。而都江堰的飞沙堰恰恰设置在这个弯道的下游凸岸，高程又较低，因此上一页 [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] 下一页 |
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