“水往低處流”，這是大家熟知的常識。南水北調(diào)中線工程就借助近百米的高度落差，讓水從陶岔渠首自流到北京、天津。

中線陶岔渠首

不過，仔細(xì)觀察“南水”流向，會發(fā)現(xiàn)部分渠段水流好像是從下游往上游流動。這到底是視覺錯覺，還是自然奇跡呢？接下來，我們就一起揭開這反常現(xiàn)象背后的科學(xué)真相。

眼見為實？先看一段神奇視頻

在南水北調(diào)中線穿黃節(jié)制閘，有這樣的畫面：閘孔水流流態(tài)紊亂，還有持續(xù)不斷的涌波。更讓人驚訝的是，這里的水流方向看起來是從下游往上游流動。

中線穿黃節(jié)制閘閘孔水流復(fù)雜

我們都知道，南水北調(diào)的水是從南向北流的，為什么會出現(xiàn)這種看似違背物理規(guī)律的現(xiàn)象呢？

揭秘：水躍現(xiàn)象背后的科學(xué)原理

其實，這種看似神奇的現(xiàn)象，在水力學(xué)上叫“水躍現(xiàn)象”。

在水力學(xué)里，當(dāng)水流從急流狀態(tài)過渡到緩流狀態(tài)時，會出現(xiàn)水面突然躍起的特殊局部水力現(xiàn)象，這就是水躍。在水利工程中，從水閘或溢流壩下泄的急流受到下游渠道緩流的頂托時，就會發(fā)生水躍。

不同水利工程的水躍現(xiàn)象（王昆侖攝）

水躍產(chǎn)生的條件雖不完全相同，但表現(xiàn)形式有相同特點。水躍區(qū)的水流分為表面旋滾和底部主流兩部分。上部水體不斷翻騰旋滾，因摻入空氣而呈白色；下部是主流區(qū)，是流速急劇變化的區(qū)域。正是這種強烈的紊動混摻作用，讓水躍常被用作消能的有效手段。

閘后水躍示意圖

壩后水躍示意圖

為什么會產(chǎn)生“回流”的錯覺？

在現(xiàn)場觀察時，受條件限制，我們往往只能看到表面的旋滾現(xiàn)象，看不到水躍的全貌，所以容易產(chǎn)生“南水回流”的錯覺。實際上，表面旋滾與底部主流不斷混摻交換后，最終還是流向下游的。

生活中無處不在的水躍現(xiàn)象

水躍是很常見的水力現(xiàn)象，不僅存在于大型水利工程中，在天然河道、山澗瀑流，甚至我們?nèi)粘Ｉ钪卸寄芸吹?。家里的水龍頭出水、公園里的噴泉，都能觀察到不同程度的水躍現(xiàn)象。

其他水躍現(xiàn)象（王昆侖攝）

由于水躍的表層旋滾作用，很容易困住人員和小型船只。所以提醒大家出行游玩時，要遠(yuǎn)離水躍區(qū)域，避免溺水事故。

現(xiàn)在我們知道，“南水回流”不是真正的水流倒流，而是水躍現(xiàn)象帶來的視覺錯覺。這一現(xiàn)象不僅不神秘，還被工程師們用來消能，保障水利工程的安全運行。

大自然中處處有科學(xué)原理，即使是看似違背常識的現(xiàn)象，背后也有合理的科學(xué)解釋。希望今天的分享能讓大家對水利科學(xué)有更多了解，下次再看到類似現(xiàn)象，能自豪地向朋友解釋其中的科學(xué)原理！

策劃制作

作者丨王昆侖 中國南水北調(diào)集團中線有限公司河南分公司高級工程師

原標(biāo)題：《從下游往上游流動？“南水回流”究竟是視覺錯覺，還是自然奇跡？》

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