出去戲水的時候，千萬別靠近這種貌似人畜無害的地方

暑假來了，玩水的項目必不可少，有些孩子甚至會在野外玩水。

但是今天要告訴你，有一種看起來人畜無害的玩水樂園，實際上是一種危險的殺手。游泳或者玩漂流的時候，最好避開這種區域。

關鍵概念

水躍

材料和操作

水龍頭

塑料盆

打開你家的水龍頭，觀察水流砸到水池裡的時候，外層是否形成了一圈翻滾的水圈，這是怎麼回事？

慢慢調整水龍頭的大小，讓水速變慢，或者加快，看看會發生什麼現象？

你也可以用2個盆套在一起做實驗，讓水從裡面的小盆里緩慢流出，觀察水流到大盆里的時候，會發生什麼變化？水流變快還是變慢了？有沒有看到漩渦？

放一個塑料瓶蓋子在裡面，調整水流大小，試一試，能不能讓塑料瓶蓋子困在一個位置翻滾？

原理

那個水圈，以及不同流速產生的漩渦，在流體力學上叫做水躍（hydraulic jump）。首個記錄水躍現象的人，沒錯…又是達芬奇。我為什麼要說又？

靠近低矮的水壩（低位差堰）、排水口、激流和平緩的水流交匯處，或者河裡突出的岩石附近都是發生水躍的常見區域。這種地方很容易造成溺水，而且是很難救的那種。一起來看看為什麼。

美國鹽湖城附近的Jodan River的一個淺灘就曾要了皮划艇2夫妻的命。注意到那個球了嗎？

@Rollin H. Hotchkiss, P. E., Edward Kern, Brigham Young University

緩慢流動的水叫做亞臨界流（subcritical），因為在這種水流中，波的傳導速度比水速要快。

快速流動的水叫做超臨界流（supercritical），也叫急流，因為波的傳導速度不及水的流速。

障礙物上游的亞臨界流和下游的超臨界流

@Missouri Department of Natural Resources

亞臨界流和超臨界流相遇時會發生什麼事呢？此時就會出現水躍。

矮小的水中障礙物，比如地位差堰上游的水流速度一般來說很慢，屬於亞臨界流。但是，經過障礙物之後，水的流速就變快了，成為了超臨界流。

許多人都知道激流非常危險，從事皮划艇運動的人也會在遇到激流時小心翼翼。但是許多人都會忽略在水中障礙物附近的水躍的致命性。

水躍的致命性和它與水中障礙物的距離有關。如果水躍發生在離障礙物較遠的位置，此時水躍並不那麼危險。

淹沒水躍

@Missouri Department of Natural Resources

但是，當水躍就發生在障礙物附近，比如水壩下面的時候，這個現象被稱為淹沒水躍（submerged jump），或淹死水躍（drowned jump）。光聽名字你就能感受它的恐怖了。

淹沒水躍

@Rollin H. Hotchkiss, P. E., Edward Kern, Brigham Young University

原來，在淹沒水躍附近，會產生一個水流不斷循環的區域。如果你沒有足夠的力氣和技巧從這個區域里脫出，你就只能像上圖的芭比娃娃男友這樣，在淹沒水躍里無限循環，最終被淹死。而想要別人游到這兒來這兒救你也是不太現實的，因為救援人員可能也會陷入這個淹沒水躍陷阱。

更為恐怖的是，靠近淹沒水躍就可能被自動吸入。

淹沒水躍吸人

@Rollin H. Hotchkiss, P. E., Edward Kern, Brigham Young University

另外，無生命的物體，比如垃圾很有可能也被困在這個地方不斷循環。如果你恰好和這些垃圾相撞，可能就會當場…emmm

1983年，在科羅拉多河上的一個高度為6米的水躍處，有一艘小艇翻船了，裡面的人都被困在了淹沒水躍里，最終有人溺水而死。明尼蘇達州的自然資源部在1974-2002年間就報告了102起因為地位差堰發生的溺水或受傷事件。

因此，從80年代開始，貌似人畜無害的地位差堰也常常被人叫做完美的溺水機器。出去野外玩的時候，要小心這類地方。

水躍對於要遊山玩水的人來說是個潛在的危害，但是它在工程學上也有不少用處。

比如，水躍可以保持下游的較高水位，這對灌溉來說還是挺有用的。另外，水躍還可以在水流中加入空氣，水凈化處理時也需要用到這個現象。

偵探小說也可以利用這個題材哦，現已加入名偵探柯南豪華套餐。

本文授權轉載自把科學帶回家微信公眾號，版權歸原作者所有，本文觀點不代表本號立場。

注圖片來自網路。參考資料儲存於石墨：https://shimo.im/docs/cDjvjVas53cUcmZe/

推薦悅讀

（本期編輯：王 芳）

一起閱讀科學!

科學出版社│微信ID：sciencepress-cspm

專業品質 學術價值

原創好讀 科學品味

更多好素材，期待您的來稿

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！