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2009年10月的一天,钱塘江岸边人头攒动,热闹非凡。狭长的江岸边两侧拥挤着近60万游客,争相观看这处著名的自然景观——钱塘江涌潮。
世界上有涌潮的河流很多,如南美的亚马孙河、北美的科罗拉多河、法国的塞纳河、英国的塞汶河,但钱塘江涌潮的强度和壮观,除亚马孙河外,其它河流均无法与之媲美。
钱塘江是浙江省最大的河流,发源于安徽黄山地区,全长600多公里,由西向东注入杭州湾,流入东海。千百年来,钱塘江以其奇特卓绝的江潮、吞云卷月的雄姿和气壮山河的魅力,吸引了众多游人。
每年农历八月十八日,来自世界各地的游客争相一睹钱塘江涌潮这一天下奇观。
浙江能观看到涌潮的地方有三处:海宁的老盐仓、萧山的美女坝和杭州的七堡。钱塘江是一条很普通的江,它为什么能够掀起如此滔天大浪?它是怎么产生如此壮观的景象的呢?人们一直在寻找科学的答案。
浙江省钱塘江管理局高工周潮生老先生1958年大学毕业就来到杭州,从事钱塘江流域的研究工作。在他收集的大量资料里发现,从唐代开始就有许多关于钱塘江涌潮的记载。
周潮生说,王充在《论衡》书虚篇里注意到天体跟潮的关系,他首先驳了子胥驱潮的说法,认为涌潮的形成主要跟月亮有关,这是全世界最早的从物理方面的解释。
这位东汉时期著名的哲学家,在《论衡》中表明钱塘江涌潮是一种自然现象。它的形成和大海潮汐一样受到月亮的影响。凡是到过海边的人,每天都可以看到,到了一定时间,海水推波助澜迅猛上涨,达到高潮后,过一段时间,上涨的海水又慢慢退回去,浩瀚的海洋每天、每月、每年有规律地重复着潮涨潮落。这就是地球自身引力和月球、太阳这些天体引力相互作用下产生的潮汐现象。
王充认为与大海相连,河口的水位自然也随着海水涨落,而钱塘江像喇叭一样逐渐缩窄的河口让这种涨落看起来更加明显。难道这是钱塘江大潮形成的真正原因吗?
周潮生说,北宋初年,燕肃发现钱塘江中间靠近河口的地方有个大沙坎,就像我们老式门的门槛,有个沙坎高起来,所以潮在这里形成怒潮。
燕肃认为逐渐缩窄的江面是江河入海口的共同特点,不仅是钱塘江才有这样的喇叭形河口。为什么其它河流没有这样壮观的涌潮和潮灾泛滥的现象呢?经过长时间的观察,燕肃认为钱塘江里淤积的大量泥沙阻挡了上溯的潮水,这才是怒潮形成的真正原因。对于这个说法,许多人也提出质疑。
人们不仅怀疑燕肃究竟是如何发现江底地形的,而且一直也没找到关于沙坎促成涌潮的有力证据。更重要的是钱塘江从发源地一路奔流到大海,所经过的地方都是水土保持很好的秀美江南,含沙量远远不及长江黄河,为什么这些江河没有大潮汹涌而来的现象呢?
越来越多的人开始关注罕见的钱塘江涌潮现象。周潮生认真收集每一篇关于涌潮的文章。一天,他拿着资料找到老同事林丙尧,试图从研究钱塘江涌潮的权威专家这里找到合理解释。
浙江省钱塘江管理局前副总工程师林丙尧说,潮汐现象到处都有,黄浦江也有潮汐,但却是无声无息地上涨,无声无息地下来,大多数的河口都是这样。
钱塘江大潮早在两千年前就已存在,如今汹涌澎湃的涌潮依然不减当年。除了喇叭口地形和潮汐这些因素外,钱塘江涌潮还有没有某种不为人知的原因在暗中起到推波助澜的作用呢?
2004年12月26日,一场突如其来的海啸袭击了印度尼西亚、孟加拉国、斯里兰卡、泰国、印度、马来西亚等多个国家,约8000公里的海岸线被百米惊涛骇浪击打。翻滚汹涌的巨浪很像钱塘江大潮的形态。在众多关于海啸的报道中,一张照片引起了杭州市水文监测站工程师孙映宏的注意。
孙映宏说,因为照片拍摄的角度比较独特一点,看起来像海啸,加拿大一家主流媒体可能没有经过严格审查,把照片作为印度尼西亚海啸的照片发布在网上,在网上引起很大争论。
这其实是一位摄影师在2002年拍摄的钱塘江怒潮扑上堤岸的画面,没想到两年后却被国外媒体误以为是海啸袭来的情景刊发了。
2002年9月森娜克台风在钱塘江沿岸产生了很强的增水,三堡、九溪附近增水产生的浪花高达十一二米。
虽然这张照片的真相最终被澄清,但在孙映宏看来,钱塘江涌潮突然扑上堤岸的巨浪和海啸扑上海岸的巨浪有着相同的特点。它实际是受到局部的阻挡产生的一个非常强的波浪爬高,潮水上溯以后来不及均匀扩散,能量聚积后形成一个白色的水墙,一个水位差。
涌潮和海啸在扑上堤岸之前都是隐蔽性特别强,远处时水面上看起来波澜不惊,而一旦遇到堤岸或者涉水建筑物这些阻力时,就可能是铺天盖地。虽然从水力学上看巨浪的形成都是因为能量释放过程中受阻产生的,但是海啸一般是因为水下地震、火山爆发、水下塌陷或者滑坡等地壳活动,引起从海底到海面整个水层发生剧烈“抖动”,这种蕴藏巨大能量的水下运动因为遇到海岸线的阻碍产生爬坡效应,迅速掀起十多米至几十米不等的狂涛骇浪,形成一堵破坏力巨大的“水墙”。这个地球上最具破坏力的巨浪是几十年几百年甚至更长时间都不会发生一次的罕见现象,而钱塘江涌潮在几千年的时间里始终保持着自己特有的规律。
一般潮水的变化有年的变化、月的变化,一般农历七、八、九三个月潮水最大。
海啸是因为地球强烈的地质运动而产生的,而钱塘江掀起的潮水又与海啸扑上海岸的巨浪有着相同的特点。在看似波澜不惊的钱塘江水底,一定有着某种不被察觉的动力在起着决定性的作用。
浙江省水利河口研究院是研究钱塘江流域的权威机构,在这里可以看到按照实物比例缩小600倍的钱塘江模型。但令人没有想到的是,这个严格按照实验要求制作而成的钱塘江涌潮,怎么也看不出汹涌澎湃的气势。
从实验中也确实看到随着河道的逐渐缩窄,上溯的水平面明显上升,水流也越来越急,遇到丁字坝涉水建筑物的时候,还能看到一些局部爬坡效应。但正如许多人质疑的那样,逐渐缩窄的喇叭形河口并不是钱塘江涌潮形成的主要原因。
浙江省河口海岸研究院总工程师潘存鸿说,单单喇叭口还不形成涌潮,浙江省椒江也有一个喇叭形,但是它没有涌潮形成。
除了椒江外,还有很多类似喇叭口形状的河口,长江北支、加拿大芬迪湾等。为什么这些喇叭形河口都没有钱塘江这样壮观的涌潮呢?
潘存鸿说,主要是水太深了,不像钱塘江有个沙坎,水比较浅,变形比较厉害。沙坎就是淤积在河床内的大量泥沙。每当大海涨潮时,与它相连的河口水面也迅速上涨,倒灌的海水在上溯的过程中遇到江中纵横交错的沙坎,形成不同的水下错层,相互冲撞形成变幻莫测的浪潮。
潘存鸿说,有沙坎的地方也不见得一定有涌潮,因为它还要是一个喇叭形,这两个条件配齐了才能够形成涌潮。
为此潘存鸿还带领科研组专门进行了涌潮数值模拟。经过5年的反复试验,最终成功找到了钱塘江涌潮现象的真正原因。它是受到河口形状、河床地貌、水文、气候等因素的综合影响产生的。
每当涨潮的时候,迅速上升的潮水向外波状扩散,和大海相连的河口水面也随之上升,大量海水倒灌进入河口,钱塘江外宽内窄的喇叭形河口加剧了水面的抬升,而潮水在上溯的过程中要遭遇上游的来水,看起来波澜不惊的江面,水下正发生着剧烈的运动。这时的钱塘江暗潮汹涌,江底的泥沙猛烈撞击,就如同海啸因地震而形成的能量,此时又遇上深入江中的丁字坝或弯道上海塘的阻挠,岸边会掀起最高达十几米的巨浪。再加上浙江沿海一带,夏秋之交东南风盛行,此时因潮汐上涨的海水正好与风向大体一致,风助潮势,推波助澜。百米外的潮水以每秒5米至7米的速度浩浩荡荡向上游挺进,十几秒就可能直扑到眼前。
孙映宏说,潮水本身的传播速度是相当快的,一般情况可以达到每秒5米至7米,最大可达每秒10米至12米的速度,可以想象它的威力有多大。据一般的资料调查,它每平方米的压力可以达到5吨至7吨。
在我们惊叹涌潮这壮丽的自然景观时也不能忽视了它对人们的威胁,不可预测的巨浪有时会直冲上岸边,造成一些损失。新中国成立以来,如何治理钱塘江一直是困扰着许多水利专家的大问题。
为此,很长一段时间里,在钱塘江边围垦、筑坝是人们防御潮灾的主要手段,有的专家甚至提出了许多彻底消灭涌潮的办法。但是随着科学技术的进步,治理手段的不断创新,人们的观念也悄悄发生着改变。
潘存鸿说,上世纪80年代以来,人们消灭涌潮的思想慢慢发生转变,从资源角度讲,钱塘江涌潮是世界上独一无二的,是宝贵的遗产,不但不能消灭,还要保护它。
在不破坏自然景观的基础上,当地管理部门采取了一系列的防御措施,保障游客每年能安全观看到这独一无二的奇特景观。
现在,我们终于找到一条既能保护好珍贵的自然景观,又能让我们安居乐业的方法,真正达到了人与自然的和谐相处。(摘自《走近科学》)