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2009年10月的一天,錢塘江岸邊人頭攢動,熱鬧非凡。狹長的江岸邊兩側擁擠著近60萬游客,爭相觀看這處著名的自然景觀——錢塘江湧潮。
世界上有湧潮的河流很多,如南美的亞馬孫河、北美的科羅拉多河、法國的塞納河、英國的塞汶河,但錢塘江湧潮的強度和壯觀,除亞馬孫河外,其它河流均無法與之媲美。
錢塘江是浙江省最大的河流,發源於安徽黃山地區,全長600多公裡,由西向東注入杭州灣,流入東海。千百年來,錢塘江以其奇特卓絕的江潮、吞雲卷月的雄姿和氣壯山河的魅力,吸引了眾多游人。
每年農歷八月十八日,來自世界各地的游客爭相一睹錢塘江湧潮這一天下奇觀。
浙江能觀看到湧潮的地方有三處:海寧的老鹽倉、蕭山的美女壩和杭州的七堡。錢塘江是一條很普通的江,它為什麼能夠掀起如此滔天大浪?它是怎麼產生如此壯觀的景象的呢?人們一直在尋找科學的答案。
浙江省錢塘江管理局高工周潮生老先生1958年大學畢業就來到杭州,從事錢塘江流域的研究工作。在他收集的大量資料裡發現,從唐代開始就有許多關於錢塘江湧潮的記載。
周潮生說,王充在《論衡》書虛篇裡注意到天體跟潮的關系,他首先駁了子胥驅潮的說法,認為湧潮的形成主要跟月亮有關,這是全世界最早的從物理方面的解釋。
這位東漢時期著名的哲學家,在《論衡》中表明錢塘江湧潮是一種自然現象。它的形成和大海潮汐一樣受到月亮的影響。凡是到過海邊的人,每天都可以看到,到了一定時間,海水推波助瀾迅猛上漲,達到高潮後,過一段時間,上漲的海水又慢慢退回去,浩瀚的海洋每天、每月、每年有規律地重復著潮漲潮落。這就是地球自身引力和月球、太陽這些天體引力相互作用下產生的潮汐現象。
王充認為與大海相連,河口的水位自然也隨著海水漲落,而錢塘江像喇叭一樣逐漸縮窄的河口讓這種漲落看起來更加明顯。難道這是錢塘江大潮形成的真正原因嗎?
周潮生說,北宋初年,燕肅發現錢塘江中間靠近河口的地方有個大沙坎,就像我們老式門的門檻,有個沙坎高起來,所以潮在這裡形成怒潮。
燕肅認為逐漸縮窄的江面是江河入海口的共同特點,不僅是錢塘江纔有這樣的喇叭形河口。為什麼其它河流沒有這樣壯觀的湧潮和潮災泛濫的現象呢?經過長時間的觀察,燕肅認為錢塘江裡淤積的大量泥沙阻擋了上溯的潮水,這纔是怒潮形成的真正原因。對於這個說法,許多人也提出質疑。
人們不僅懷疑燕肅究竟是如何發現江底地形的,而且一直也沒找到關於沙坎促成湧潮的有力證據。更重要的是錢塘江從發源地一路奔流到大海,所經過的地方都是水土保持很好的秀美江南,含沙量遠遠不及長江黃河,為什麼這些江河沒有大潮洶湧而來的現象呢?
越來越多的人開始關注罕見的錢塘江湧潮現象。周潮生認真收集每一篇關於湧潮的文章。一天,他拿著資料找到老同事林丙堯,試圖從研究錢塘江湧潮的權威專家這裡找到合理解釋。
浙江省錢塘江管理局前副總工程師林丙堯說,潮汐現象到處都有,黃浦江也有潮汐,但卻是無聲無息地上漲,無聲無息地下來,大多數的河口都是這樣。
錢塘江大潮早在兩千年前就已存在,如今洶湧澎湃的湧潮依然不減當年。除了喇叭口地形和潮汐這些因素外,錢塘江湧潮還有沒有某種不為人知的原因在暗中起到推波助瀾的作用呢?
2004年12月26日,一場突如其來的海嘯襲擊了印度尼西亞、孟加拉國、斯裡蘭卡、泰國、印度、馬來西亞等多個國家,約8000公裡的海岸線被百米驚濤駭浪擊打。翻滾洶湧的巨浪很像錢塘江大潮的形態。在眾多關於海嘯的報道中,一張照片引起了杭州市水文監測站工程師孫映宏的注意。
孫映宏說,因為照片拍攝的角度比較獨特一點,看起來像海嘯,加拿大一家主流媒體可能沒有經過嚴格審查,把照片作為印度尼西亞海嘯的照片發布在網上,在網上引起很大爭論。
這其實是一位攝影師在2002年拍攝的錢塘江怒潮撲上堤岸的畫面,沒想到兩年後卻被國外媒體誤以為是海嘯襲來的情景刊發了。
2002年9月森娜克臺風在錢塘江沿岸產生了很強的增水,三堡、九溪附近增水產生的浪花高達十一二米。
雖然這張照片的真相最終被澄清,但在孫映宏看來,錢塘江湧潮突然撲上堤岸的巨浪和海嘯撲上海岸的巨浪有著相同的特點。它實際是受到局部的阻擋產生的一個非常強的波浪爬高,潮水上溯以後來不及均勻擴散,能量聚積後形成一個白色的水牆,一個水位差。
湧潮和海嘯在撲上堤岸之前都是隱蔽性特別強,遠處時水面上看起來波瀾不驚,而一旦遇到堤岸或者涉水建築物這些阻力時,就可能是鋪天蓋地。雖然從水力學上看巨浪的形成都是因為能量釋放過程中受阻產生的,但是海嘯一般是因為水下地震、火山爆發、水下塌陷或者滑坡等地殼活動,引起從海底到海面整個水層發生劇烈『抖動』,這種蘊藏巨大能量的水下運動因為遇到海岸線的阻礙產生爬坡效應,迅速掀起十多米至幾十米不等的狂濤駭浪,形成一堵破壞力巨大的『水牆』。這個地球上最具破壞力的巨浪是幾十年幾百年甚至更長時間都不會發生一次的罕見現象,而錢塘江湧潮在幾千年的時間裡始終保持著自己特有的規律。
一般潮水的變化有年的變化、月的變化,一般農歷七、八、九三個月潮水最大。
海嘯是因為地球強烈的地質運動而產生的,而錢塘江掀起的潮水又與海嘯撲上海岸的巨浪有著相同的特點。在看似波瀾不驚的錢塘江水底,一定有著某種不被察覺的動力在起著決定性的作用。
浙江省水利河口研究院是研究錢塘江流域的權威機構,在這裡可以看到按照實物比例縮小600倍的錢塘江模型。但令人沒有想到的是,這個嚴格按照實驗要求制作而成的錢塘江湧潮,怎麼也看不出洶湧澎湃的氣勢。
從實驗中也確實看到隨著河道的逐漸縮窄,上溯的水平面明顯上昇,水流也越來越急,遇到丁字壩涉水建築物的時候,還能看到一些局部爬坡效應。但正如許多人質疑的那樣,逐漸縮窄的喇叭形河口並不是錢塘江湧潮形成的主要原因。
浙江省河口海岸研究院總工程師潘存鴻說,單單喇叭口還不形成湧潮,浙江省椒江也有一個喇叭形,但是它沒有湧潮形成。
除了椒江外,還有很多類似喇叭口形狀的河口,長江北支、加拿大芬迪灣等。為什麼這些喇叭形河口都沒有錢塘江這樣壯觀的湧潮呢?
潘存鴻說,主要是水太深了,不像錢塘江有個沙坎,水比較淺,變形比較厲害。沙坎就是淤積在河床內的大量泥沙。每當大海漲潮時,與它相連的河口水面也迅速上漲,倒灌的海水在上溯的過程中遇到江中縱橫交錯的沙坎,形成不同的水下錯層,相互衝撞形成變幻莫測的浪潮。
潘存鴻說,有沙坎的地方也不見得一定有湧潮,因為它還要是一個喇叭形,這兩個條件配齊了纔能夠形成湧潮。
為此潘存鴻還帶領科研組專門進行了湧潮數值模擬。經過5年的反復試驗,最終成功找到了錢塘江湧潮現象的真正原因。它是受到河口形狀、河床地貌、水文、氣候等因素的綜合影響產生的。
每當漲潮的時候,迅速上昇的潮水向外波狀擴散,和大海相連的河口水面也隨之上昇,大量海水倒灌進入河口,錢塘江外寬內窄的喇叭形河口加劇了水面的抬昇,而潮水在上溯的過程中要遭遇上游的來水,看起來波瀾不驚的江面,水下正發生著劇烈的運動。這時的錢塘江暗潮洶湧,江底的泥沙猛烈撞擊,就如同海嘯因地震而形成的能量,此時又遇上深入江中的丁字壩或彎道上海塘的阻撓,岸邊會掀起最高達十幾米的巨浪。再加上浙江沿海一帶,夏秋之交東南風盛行,此時因潮汐上漲的海水正好與風向大體一致,風助潮勢,推波助瀾。百米外的潮水以每秒5米至7米的速度浩浩蕩蕩向上游挺進,十幾秒就可能直撲到眼前。
孫映宏說,潮水本身的傳播速度是相當快的,一般情況可以達到每秒5米至7米,最大可達每秒10米至12米的速度,可以想象它的威力有多大。據一般的資料調查,它每平方米的壓力可以達到5噸至7噸。
在我們驚嘆湧潮這壯麗的自然景觀時也不能忽視了它對人們的威脅,不可預測的巨浪有時會直衝上岸邊,造成一些損失。新中國成立以來,如何治理錢塘江一直是困擾著許多水利專家的大問題。
為此,很長一段時間裡,在錢塘江邊圍墾、築壩是人們防御潮災的主要手段,有的專家甚至提出了許多徹底消滅湧潮的辦法。但是隨著科學技術的進步,治理手段的不斷創新,人們的觀念也悄悄發生著改變。
潘存鴻說,上世紀80年代以來,人們消滅湧潮的思想慢慢發生轉變,從資源角度講,錢塘江湧潮是世界上獨一無二的,是寶貴的遺產,不但不能消滅,還要保護它。
在不破壞自然景觀的基礎上,當地管理部門采取了一系列的防御措施,保障游客每年能安全觀看到這獨一無二的奇特景觀。
現在,我們終於找到一條既能保護好珍貴的自然景觀,又能讓我們安居樂業的方法,真正達到了人與自然的和諧相處。(摘自《走近科學》)