河流为什么总是弯曲的? 谈有趣的影长的计算

2026-01-17 22:28:35   枪械工坊

那究竟是怎么回事呢?河流最后变的如此曲折,其实是一个偶然因素和必然因素共同作用的过程。

首先,河流弯曲需要一个契机,那就是河床本身因为某些因素产生了部分弯曲。

一般来说,影响因素有三个:

第一,地形的影响。地形并非是平坦的,有些河流流经之地,地形是有起伏的,河流就会变得弯曲。

第二,生物的扰动。老鼠、兔子、蛇等生物都会在岸边打洞。不要小瞧这一个个小小的洞穴。如果河流冲进洞口,就会一点点把缺口冲大,最后导致河床出现倾斜。

第三,地质的因素。地层的裂隙、断层都会使河流发生弯曲。当因为上述三种因素河岸产生了一个凹凸岸的时候,河流的千回百转就正式拉开了帷幕。

河流中的水流速是不均匀的,位于河流正中的水流速度是最快的。当河流出现了一个弯曲,流速最快的那部分水会冲击正前方的河岸,这种水流会让凹岸的局部水压变大,在河流内部形成螺旋状的环流,进而进一步侵蚀凹岸,并把冲刷出的砂石堆积到凸岸。

长此以往,弯曲就会越变越大,而从曲部出来的水流带着一定的横向冲击力冲击着原本呈直线的下游水岸。慢慢地,第二个弯曲也就形成了,之后,第三个、第四个……河流就成了我们所看到的九曲回环的模样。

不过,物极必反,河流越来越弯,最后也会有由弯变直的一天。当砂石不断往凸岸堆积,凹岸不断被侵蚀,最终河曲会渐渐独立出来,成为一块小湖泊,而原本的河道也会因此截弯取直,变回直线。由于独立出来的这块湖泊形状类似于一种农具——牛轭,也被称作牛轭湖。

说完了河道的弯曲,再顺带了解一下海岸线的弯曲问题。其实跟河道是一个原理,当海岸因为某些因素偶然有了一个凹面,在海浪来临时,由于凹面可以汇集海浪能量,凹处就会受到海水更严重的侵蚀。长此以往,凹面越来越凹,凸面越来越凸,海岸线也就像河道一样变得弯弯曲曲了。

河道变化对人们的生产和生活有着重大的影响,所以一直是人们研究的一个重要课题。只有掌握了河道演变的规律,人们才能更有效地治理河道。

在高中地理教学中会涉及到正午太阳高度的计算,可以通过以下公式计算

H = 90° - │ φ-δ │ 。式中φ 取正值;当地夏半年 δ 取正值,冬半年取负值。

既然某地正午太阳高度角可以计算,那就可以计算出二十四节气时该地正午太阳高度角,有了正午太阳高度角就可以就可以计算该地影长,如下图所示,影长(a)=杆高(b)/tanH

那么这24个影长变化有何规律呢?能否绘制出可视化的图像呢?以下以青岛平度市为例说明制作过程。

首先根据24节气太阳直射点纬度,计算出正午太阳高度角

为便于计算把图中的直射点纬度的度分秒格式转换成十进制,可以利用Excel公式计算,例如清明节气为5°54′32″可以利用公式5+54/60+32/3600,最终结果为5.908888889,如下图所示

为便于研究计算,我们取杆长为1米来计算平度市(纬度约为36.5°N)各个节气的影长,计算结果如下

最后根据根据杆长和影长的关系可以利用Excel或者Origin制图如下 谭老师地理工作室综合整理

如果有兴趣还可以做出其它纬度影长变化,如赤道地区,如下图

30°S地区,如下图

三个图放在一起比较一下如下图所示

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