18新利最新登入洪水是如何发生的

在卡特里娜飓风造成的风暴潮冲垮堤坝后,人们步行淹没了新奥尔良的街道。查看更多风暴图片。"width=
在卡特里娜飓风造成的风暴潮冲垮堤坝后,人们步行淹没了新奥尔良的街道。查看更多风暴图片
迈克尔·刘易斯/《国家地理》盖蒂图片社

最有用的东西带了吗地球.我们喝水,用它洗澡,用它清洁,用它做饭。大多数时候,它是完全良性的。但如果数量足够大,我们用来冲洗牙刷的同一种物质就能倾覆汽车,摧毁房屋,甚至致命。

仅在过去的一百年里,洪水就夺去了数百万人的生命,比其他任何天气现象都要多。飓风新奥尔良的卡特里娜飓风和2008年袭击缅甸的飓风是洪水可能造成广泛破坏的最近例子。

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在这篇文章中,我们将发现是什么让水的特性改变得如此之快,并看看发生了什么。我们将探讨…的负面影响洪水还有一些好处。我们还将研究人类建筑如何控制洪水,或者18新利最新登入在某些情况下,导致洪水。

水,到处都是水

密苏里州农田被洪水淹没。1993年春季和夏季的暴雨淹没了整个美国中西部地区,导致联邦政府宣布9个州的500个县为主要灾区。"width=
密苏里州农田被洪水淹没。1993年春季和夏季的暴雨淹没了整个美国中西部地区,导致联邦政府宣布9个州的500个县为主要灾区。

要理解18新利最新登入洪水工作,你必须了解水在我们星球上的表现。18新利最新登入数百万年来,地球上的水总量一直相当稳定(尽管在这段时间里,水的分布发生了很大变化)。每天都有少量的水在大气中流失,在那里强烈的紫外线可以把水分子分解,但新的水也从地球内部释放出来火山活动.产生的水量和流失的水量基本相等。

在任何时候,这一体积的水都有许多不同的形式。它可以是液体,如海洋、河流和雨水;固态的,如北极和南极的冰川;或者是气态的,比如空气中看不见的水蒸气。水从一个州到另一个州,因为它在地球上移动风海流.气流是由太阳的加热活动产生的。太阳照射在地球赤道附近的区域比在更远的南北地区更多,这导致了地球表面的热量差异。在较温暖的地区,热空气上升到大气中,将较冷的空气拉入空出的空间。在较冷的地区,冷空气下沉,将较热的空气拉入空出的空间。地球的自转打破了这个循环,所以全球各地有几个较小的气流循环。

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在这些气流循环的驱动下,地球上的水供应以自己的循环运行。当太阳加热海洋时,海洋表面的液态水蒸发变成空气中的水蒸气。太阳加热这些空气(水蒸气等),使其通过大气上升,并被气流携带。当水蒸气上升时,它会再次冷却,冷凝变成液态水滴(或固态冰晶)。这些液滴的集合被称为.如果云移动到一个较冷的环境,更多的水可能凝结在这些水滴上。如果有足够多的水以这种方式积累,水滴就会变得足够重,从而在空气中下落降水(雨、雪、雨夹雪或冰雹)。其中一些水聚集在大型地下水库中,但大部分形成河流和小溪,流入海洋,使水回到起点。

总的来说,大气中的气流是相当一致的。在一年中的任何特定时间,洋流都倾向于以特定的方式在全球范围内移动。因此,特定的地点通常年复一年地经历同样的天气条件。但就日常而言,天气并不是那么可预测。气流和降水受许多因素的影响,主要是地理和邻近的天气条件。大量的因素以无数种不同的方式结合在一起,产生了各种各样的天气。偶尔,这些因素以这样一种方式相互作用,一个非典型体积的液态水聚集在一个区域。例如,条件偶尔会导致a的形成飓风它所到之处都会倾倒大量雨水。如果飓风在一个地区徘徊,或者多个飓风恰好经过该地区,该地区的降水量会比正常情况下多得多。

1927年,密西西比河泛滥,淹没了沿岸的许多城市。"width=
1927年,密西西比河泛滥,淹没了沿岸的许多城市。

由于水道是随着时间慢慢形成的,它们的大小与水的数量成正比正常情况下积聚在那个区域。当突然有更大的水量时,正常的水道就会溢出,水就会扩散到周围的土地上。在最基本的层面上,这就是洪水——一块土地上异常积聚的水。

一系列带来大量降雨的风暴是洪水最常见的原因,但也有其他原因。在下一节中,我们将研究洪水发生的一些方式,以及决定洪水大小的一些因素。

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身体不适

2001年春天的大雨淹没了爱荷华州的达文波特。在洪水消退之前,当地人不得不乘划艇在镇上游览。"width=
2001年春天的大雨淹没了爱荷华州的达文波特。在洪水消退之前,当地人不得不乘划艇在镇上游览。

在上一节中,我们看到当一个地区聚集了非典型的水量时,就会发生洪水。这种情况可能发生的方式有很多种,当这种情况发生时,会发生各种各样的事件。

大多数人熟悉的那种洪水发生在相当短的时间内,当异常大量的暴雨袭击一个地区时。在这种情况下,把水引到海洋的河流和小溪被淹没了。不同季节的不同温度导致了不同的天气模式。例如,在冬天,海洋上空的空气可能比陆地上空的空气温暖,导致风从陆地吹向海洋。但是在夏天,陆地上空的空气变热,变得比海洋上空的空气更热。这就导致了洋流的逆转,从而使更多的海水从海洋中被吸收并带过陆地。这季风风系统会导致一段时间的强降雨,这与一年中的其他时间的气候完全不同步。在一些地区,积雪融水过多可能会加剧洪灾。

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在1993年的洪水中,密苏里州圣吉纳维夫的志愿者们用沙袋填满堤坝。"width=
在1993年的洪水中,密苏里州圣吉纳维夫的志愿者们用沙袋填满堤坝。

也许季节性洪水最著名的例子是埃及尼罗河每年的扩张。在古埃及,夏季河流源头的季风雨会导致河道延伸一段距离。在这种情况下,洪水不是灾难,而是天赐良机。不断膨胀的河水会在河岸留下肥沃的淤泥,一旦河水再次消退,这一地区就成为理想的农田。这是文明在埃及沙漠中蓬勃发展的主要因素之一。如今,这条河被上游的一座大坝堵住了,这座大坝收集了夏季的雨水,并在全年中散发出来。这延长了种植季节,这样埃及的农场就可以全年种植作物。

洪水的另一个常见来源是不寻常的潮汐活动,它将海洋延伸到比正常情况下更远的内陆。这可能是由特定的风模式导致的,这种风模式将海水推向了一个不寻常的方向。它也可以由海啸,大海中引发的大浪地壳的移动

宾夕法尼亚州约翰斯顿市中心,1889年灾难性洪水之后。除了摧毁约翰斯顿,洪水还淹没了“下游”更远的城镇,包括华盛顿特区"width=
宾夕法尼亚州约翰斯顿市中心,1889年灾难性洪水之后。除了摧毁约翰斯顿,洪水还淹没了“下游”更远的城镇,包括华盛顿特区
宾夕法尼亚州约翰斯顿市中心,1889年灾难性洪水之后。除了摧毁约翰斯顿,洪水还淹没了“下游”更远的城镇,包括华盛顿特区"width=
宾夕法尼亚州约翰斯顿市中心,1889年灾难性洪水之后。除了摧毁约翰斯顿,洪水还淹没了“下游”更远的城镇,包括华盛顿特区

洪水也可能发生时,人为大坝断裂。我们建造水坝是为了改变河流的流量,以满足我们自己的目的。基本上,大坝把河水收集在一个大水库里,这样我们就可以决定什么时候增加或减少河水的流量,而不是让大自然来决定。工程师们建造的大坝能够承受可能积聚的任何数量的水。然而,偶尔,蓄积的水量会超过18新利最新登入工程师的预测,大坝结构会在压力下破裂。当这种情况发生时,大量的水会同时释放出来,造成一堵猛烈的“水墙”推过陆地。1889年,宾夕法尼亚州的约翰斯顿发生了这样一场洪水。镇上的居民接到洪水即将来临的警告,但许多人认为这是毫无根据的恐慌。当汹涌的水墙袭来时,仅几分钟就有2000多人丧生。

洪水的严重程度不仅取决于一段时间内积聚的水量,还取决于土地处理这些水的能力。正如我们所看到的,其中一个因素是一个地区的河流和小溪的大小。但同样重要的因素是土地吸光率.下雨时,土壤就像海绵一样。当土地饱和——也就是说,它已经吸收了所有能吸收的水——任何积聚的水都必须像水一样流动径流

有些材料的饱和速度比其他材料快得多。要了解这是如何18新利最新登入工作的,只需拿一桶水到外面,试着润湿各种表面。森林中间的土壤是极佳的海绵。你可以倒几桶水在它上面,它会把水完全吸收。岩石的吸水性不强——它似乎根本不吸收任何水分。硬粘土介于两者之间。一般来说,为种植作物而耕种的土壤比未耕种的土地吸收能力更差,因此农场地区比自然地区更容易遭受洪水。

混凝土是最不吸水的表面之一。在下一节中,我们将看到混凝土、沥青和其他人类建筑如何影响洪水。18新利最新登入

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带我去河边

密苏里州圣吉纳维夫的街道被洪水淹没。这个小镇是1993年夏天被洪水摧毁的众多中西部城市之一。"width=
密苏里州圣吉纳维夫的街道被洪水淹没。这个小镇是1993年夏天被洪水摧毁的众多中西部城市之一。

在上一节中,我们看到洪水泛滥的程度是由一个地区积聚的水量以及陆地表面的性质决定的。随着文明的扩张,人类在许多方面改变了地貌。在西方世界,最重要的变化之一是地面覆盖了沥青和混凝土。显然,这些表面并不是最好的海绵:几乎所有积聚的雨水都变成了径流。在一个没有良好排水系统的工业化地区,可能不需要太多的雨水就会引起严重的洪水。

一些城市,如洛杉矶,已经建造了混凝土防洪通道来防止这一问题。雨水多的时候,水流进这些渠道,这些渠道蜿蜒出城,可以更好地吸收雨水。然而,这类系统可能会在更远的地方引发洪水。18新利最新登入当你用混凝土和沥青覆盖一个区域时,你实际上是切断了地球天然海绵的一部分,所以剩下的海绵有更多的水要处理。

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类似的问题也会出现在堤坝在美国,为了防止河水泛滥,沿河建起了高墙。这些建筑延伸了河流的天然河岸,这样就有更多的水可以流经。但是,虽然它们可能有效地阻止了一个地区的水,但它们通常会使其他地区的问题变得更糟,因为那里没有堤坝。这一地区聚集了本该向上游扩散的洪水。堤坝的另一个危险是,像大坝一样,它们可能会破裂。当这种情况发生时,大量的水在短时间内流到陆地上。这会导致一些最危险的洪水状况。

马里兰州的防波堤墙,用来减缓海滩侵蚀"width=
马里兰州的防波堤墙,用来减缓海滩侵蚀

人们在控制海岸线洪水方面并没有取得太大成功。这些地区过量的水对人造建筑的破坏尤其严重,因为它会造成侵蚀。控制这种侵蚀的一种方法是在水与陆地的交汇处建造栅栏和围墙。这使得海浪的力量在海湾,所以他们不会磨损海滩。但这些结构也干扰了海滩的形成过程。当你阻止水流向海岸时,海洋就不能散布沙子,你就不会有美丽的海滩。

围栏和围墙的另一个问题是,它们能做的只有这么多。从根本上说,海滩是不断变化的环境,是由海洋的强大力量塑造的。就其本质而言,应该被海浪的动力作用侵蚀和移动。洪水泛滥是这个过程的一个常规部分,而且无论我们做什么,很可能会继续下去。

1927年大洪水期间,密西西比河沿岸的马尾式防洪堤"width=
1927年大洪水期间,密西西比河沿岸的马尾式防洪堤

许多内陆地区也是如此。虽然在我们看来,河流是一个稳定的、不可移动的景观特征,但它实际上是一个充满活力的、动态的实体。对于大河来说尤其如此,比如美国的密西西比河和中国的长江和黄河。随着时间的推移,这些水道会扩张,极大地改变它们的路径,甚至可能改变水流的方向。由于这个原因,河岸周围的土地很容易发生洪水。

不幸的是,河流也是文明的天然吸引力。除此之外,它们还能提供源源不断的水源、肥沃的土壤和便捷的交通工具。当水位低时,人们沿着河岸建造房屋,享受它所有的好处。在某一时刻,水位会发生变化,沿着泛滥平原建造房屋的人们很快就会发现他们生活在不健康的土地上。如果在这些地区进行大规模建设,洪水的破坏可能是毁灭性的。

在下一节中,我们将看看不同种类的洪水破坏,看看普通的水是如何具有毁灭性的力量的。18新利最新登入

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不管发生什么事

1972年,南达科他州拉皮特城爆发山洪,汽车堆积如山。"width=
1972年,南达科他州拉皮特城爆发山洪,汽车堆积如山。

洪水造成的最严重的破坏,即生命和房屋的损失,主要是由水流的力量造成的。在洪水中,2英尺(61厘米)的水可以以足够的力量冲走一辆汽车,6英寸(15厘米)的水可以把你撞倒。水,即使是大量的水,也能产生如此大的冲击力,这似乎令人惊讶。毕竟,你可以在海洋中平静地游泳,而不会被撞到,这是一个巨大的流动水。在大多数情况下,流动的河流不足以把你撞倒。那么为什么洪水表现不同呢?

1997年,加州阿博加的一所房子被洪水冲到了下游"width=
1997年,加州阿博加的一所房子被洪水冲到了下游

洪水更危险,因为它们可以施加比普通河流或平静的大海更大的压力。这是由于在许多洪水中存在的水量的巨大差异。在洪水中,一个地区聚集了大量的水,而另一个地区几乎没有水。水相当重,所以它移动得非常快,“找到自己的高度”。一个地区的水量差异越大,运动的力量就越大。但在某个特定的时刻,水看起来不是那么深,所以也不是特别危险——直到为时已晚。近一半的洪水死亡是由于人们试图驾驶汽车穿过湍急的水流。海洋中的水比洪水中的水多得多,但它不会把我们撞倒,因为它的分布相当均匀——平静的海洋中的水不会急于找到自己的高度。

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最危险的洪水是洪水,这是由突然大量的水积聚引起的。在水开始积聚(无论是由于过量降雨还是其他原因)后不久,暴洪就会袭击一个地区,所以很多时候,人们看不到它们的到来。由于一个地区聚集了大量的水,暴洪往往会以巨大的力量移动,将人、汽车甚至房屋撞倒。当强烈的雷暴在山上倾倒大量雨水时,山洪暴发尤其具有毁灭性。水流以极快的速度冲入山下山谷中的任何东西。

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1977年,乔治亚州发生洪水,一辆拖车、一辆汽车和一根电线杆堆积在一起

美国历史上最严重的一次山洪暴发发生在1976年科罗拉多州的大汤普森峡谷。在不到五个小时的时间里,附近地区的雷暴带来的降雨量超过了该地区通常一年的降雨量。大汤普森河,通常是一条浅而缓慢流动的水道,突然变成了一股不可阻挡的洪流,每秒钟向峡谷倾倒233,000加仑(82,000升)的水。数千名露营者聚集在峡谷中,庆祝科罗拉多州成立100周年。洪水来得如此之快,以至于没有时间发出警报。地震发生时,数百人受伤,139人死亡。

一种不那么灾难性的损害是单纯的受潮。大多数建筑都能防雨,但它们并不是防水的。如果水位足够高,大量的水就会渗入房屋,淹没一切。但在大多数情况下,主要的破坏因素不是水本身,而是水带来的泥浆。当水在陆地上流动时,会带走很多垃圾。洪水结束后,水位下降,所有东西最终都干涸了,但泥浆和碎片仍然留在那里。

1975年,马里兰州罗克维尔发生山洪,救援人员在上游与汹涌的洪水搏斗。"width=
1975年,马里兰州罗克维尔发生山洪,救援人员在上游与汹涌的洪水搏斗。

1966年,一场大风暴淹没了流经佛罗伦萨的意大利河流阿诺河。这座世界艺术之都之一的小城被水、泥和一般的黏液淹没。除了人员伤亡和建筑物受损外,这座城市的艺术收藏也遭到了严重破坏。泥土和黏液几乎覆盖了储存在城市地下室和地面房间里的所有东西。经过多年的努力,科学家和艺术历史学家已经能够将大部分受损的文物恢复到良好的状态。

另一种洪水损害是疾病的传播。当水流经一个地区时,它可以带走各种化学物质和废物,导致极其不卫生的条件。从本质上讲,洪水中的所有东西和每个人都是漂浮在一个大汤里。虽然疾病通常不是由这些条件引起的,但它们更容易传播(大多数疾病通过水传播比通过空气传播更容易)。如果你在洪水泛滥地区,只喝瓶装水或开水,并遵守其他卫生准则是非常重要的。要了解更多在洪水条件下该做什么,请查看本指南疾病控制中心

我们永远无法阻止洪水。它是我们大气复杂天气系统中不可避免的因素。然而,我们可以通18新利最新登入过建造复杂的水坝、防洪堤和运河系统,努力将洪水造成的破坏降至最低。但避免洪水破坏的最好办法可能是完全撤出洪水易发地区。和许多自然现象一样,面对洪水最明智的反应可能是躲开。

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