探秘河底“吃人”的“元兇”

林萬豪 孔維嘉 林秋雨

我們村村委附近有一條那郊河。有一年暑假，村里幾個小孩私自下那郊河游泳，差點發生溺水事故，幸虧河流附近的村民及時發現并施救，才避免了一場災難的發生。上岸后，一個小男孩一邊發抖一邊說，一開始河水很平靜，但游經某個地方時，突然感覺有一股力量把他往下拉，他一下就慌了神，于是趕緊呼救。聽到這件事，我們都產生了一個共同的疑惑：為什么會這樣？河底是不是存在什么秘密？

回到學校后，我們與科技老師討論了村里發生的這件事。老師仔細詢問了河道的周邊環境和近幾年那郊河周邊發生的變化，當聽到說前幾年有村民在河里抽沙時，老師說，抽沙會造成河床深淺不一，可能會留下深坑，而深坑會導致水流分層并形成漩渦，如果人在此區域游泳，極易發生溺水事故。老師建議我們通過實驗來探究這個問題，或許能夠找到河底“吃人”的“元兇”。

探究河道的水流實驗

經過討論，我們決定制作一個模擬河道，以探究河道的水流問題。一開始，我們用一個1米長的長條形紙盒做水槽，作為河道模型，用透明的玻璃杯模擬河底深坑，在紙盒底部中間挖一個與玻璃杯杯口直徑相當的圓孔，用膠水把玻璃杯固定在圓孔處。為了防止紙盒被水泡壞，我們在紙盒表面套了一層塑料膜，并用燕尾夾做好固定，防止塑料膜在實驗過程中移位。但經過多次實驗，發現紙盒不夠堅固，效果不理想，為此我們換用PVC材質的雨水槽來模擬河道。

水槽一端放置潛水泵另一端開孔連接水管。先在水槽內放滿水，再打開潛水泵的開關，讓水槽內的水形成穩定的水流。為了模擬物體經過河底沙坑時的現象，一開始我們用紙屑代替物體。當水流動時，紙屑隨水漂動，經過模擬沙坑時，觀察紙屑的位置變化和運動情況。經過幾次實驗后我們發現，紙屑太輕，不一定每次實驗都能沉底，于是為了讓實驗效果更明顯，我們把紙屑換成了更重一些的塑料小球。

為了探究河道里不同位置、不同深度的水流速度，我們用小型葉輪電機連接一個靈敏電流表來進行測量，用電流的大小來大概判斷流速的大小。（由于我們沒有測量水流流速的專用儀器，所以只能根據電流大小判斷水流流速的大致大小，水流速大則電流大，水流速小則電流小。）經過實驗，我們得到如下數據。

從以上兩個表中我們可以發現，水的流速在中間層最快，在水面較慢，而水底的流速與河道情況有關：越近河底，水流速越慢；在同一水層，水底有坑的地方的流速比沒有坑的地方的流速快些；在同一深度的地方，離岸近，水流速慢，河流中間流速最快。

解釋物體被吸入河底沙坑的現象

經過觀察，我們看到了塑料球隨河水流動而流動，當塑料小球流經玻璃杯杯口上方時，會慢慢沉入杯中并逆時針旋轉，接著從靠近杯壁的地方旋轉上升。塑料小球的不同狀態，說明水流經河底沙坑的時候，水流的流層變化與河底沙坑水的流速變化共同作用形成了漩渦，從而造成漩渦中部流速快、壓強小，靠近杯壁周圍流速慢、壓強大，進而形成向下的負壓區，最終導致塑料小球被卷入杯底。

根據流體力學原理，在平整的河床里，水流動時，離岸越遠，流速越快；離河底越近，流速越慢。這就形成河水分層流動，水產生向上的托力。而一旦遇到河底有深沙坑，水流的流層就會被改變，沙坑上方水的流速比周圍流速要快，形成一個壓力向下的水域。當物體流經此區域時，就會比四周區域下沉更深，再加上水底漩渦的作用，該水域就變得復雜而詭異。

綜上所述，在河里游泳容易發生溺水事故的“元兇”是水域河底情況復雜，流速變化不定，如果河底有沙坑，那么該處易形成漩渦并產生向下的負壓區，也就容易出現文章開頭小男孩講述的經歷。此外，我們也不能忽視人在面對突發狀況時身體所發生的變化，如易產生驚慌焦慮心理、失去對身體的控制能力、因驚慌而浪費體力，最終錯失自救機會。

但防溺水最根本的方法還是要對中小學生進行安全教育，堅決執行防溺水“六不準”：不準私自下水游泳，不準擅自與他人結伴游泳，不準在無家長或老師帶領的情況下游泳，不準到無安全設施、無救護人員的水域游泳，不準到不熟悉的水域游泳，不準不會水性的學生擅自下水施救。

（本項目獲2021年廣西青少年科技創新大賽中學生科技創新成果競賽一等獎，指導老師為徐華、鐘強、陳源侃。）

欄目責編：韋 力