【趣味物理】因为物理规律，野外玩水时看起来安全的地方反而危险
撰文 七君
每年暑假都有小朋友在野外嬉水不小心死亡的消息，令人痛心。在野外游泳时，一些看起来安全的地方实际上非常危险，许多成年人甚至都不清楚。今天我们就来盘点一些貌似安全，实则杀人于无形的地形和水流。
第一个要介绍的就是大名鼎鼎的离岸流了。离岸流是海岸营救的主要原因，约占出警次数的80%，每年美国有46人因为离岸流溺毙。
离岸流。图片来源：UNSW
拍向海滩的海水不会死在沙滩上，最终还是要回归大海，它们回归海洋的一大途径就是离岸流。
离岸流就像下课后涌出教室的小学生，势不可挡：虽然离岸流的宽度一般只有几米，深度常在成年人腰部附近，但它是一种强力的水流，流速非常快。根据美国国家公园管理局（NPS），离岸流的速度可达每秒2.4米，超过普通人的游速，这是它致命的一大因素。
美国国家气象局（NWS）表示，想要离开离岸流的话，游泳者切记不要试图挣脱，而要先假装顺从它。当你放弃抵抗，顺着离岸流漂到一定远处后，离岸流就会汇入大海而消散，这时你再从边上游回来。你也不用担心离岸流会把你拉到水底，因为它很肤浅。
离岸流的逃生姿势：不要和离岸流对抗，等离岸流消散后再游回岸边。图片来源：Stephen Leatherman
要提醒的是，许多人会有一种误解，那就是离岸流只出现在海边，实际上大湖里也会出现离岸流。
湖中的离岸流。图片来源：national weather service
比如，美国五大湖地区就有各种危险的水流，其中就包括离岸流。美国国家气象局表示，在五大湖，离岸流是游客溺水的主要原因。在2002-2012年间，五大湖地区发生了413起水流引发的事故，其中离岸流共造成120人死亡，占29%。
当然了，判断什么地方会出现离岸流非常重要。
离岸流常出现在沙洲缺口处。图片来源：Stephen Leatherman
当岸边的沙洲出现了一个豁口时，此处往往就会产生离岸流，因为水流从这里能更方便地回家。在海岸边，离岸流的典型特征就是沙漏形态。
各种形态的离岸流，一些离岸流看起来像平静的水面。图片来源：Stephen Leatherman
此外，离岸流看起来和附近的水面不太一样，有时甚至看起来很清澈平静，让人有下去洗脚践踏的欲望，但这也是它的危险之处。
另外有一个方法可以帮你更好地识别离岸流，那就是佩戴偏振太阳眼镜，它可以消除水面反光，帮你分辨妖艳的离岸流在哪里。
偏振太阳眼镜下的景色。图片来源：wikipedia
最后，就是要关注政府在岸边的警示信息。
2017年，我国自然资源部海洋减灾中心开展了首次滨海旅游区离岸流灾害风险排查，发现我国大量滨海休闲海滩存在浅滩沙坝和离岸流现象。
而根据2018年自然资源部海洋减灾中心的研究，我国浅海海滩的离岸流尺寸和美国、澳大利亚等深海岸线捕捉到的离岸流相当。因此近年来，我国滨海地区也开始开展针对离岸流的科普和防范工作。大家在海边玩水时，切记先看公告牌。
自然资源部海洋减灾中心的离岸流科普海报。
除了离岸流，还有许多恐怖的水流常出现在你认为很安全的地方。这第二种水流叫做结构流（structural currents），一般发生在岸边建筑物，还有峡角附近。许多人觉得在岸边的岩石、防波堤附近玩水更有安全感、更容易得救，那真是大错特错了。
结构流（structural currents）
这是因为，和离岸流类似，想回家的水流也喜欢沿着海岸边的突起物回归。美国国家公园管理局提示，在防波堤和码头附近容易出现结构流，它们沿着和建筑物平行的方向流向大海。
和离岸流一样，结构流也很难挣脱。这就是为什么救生员会让大家不要在防波堤附近游泳。
这里顺便插播一下，水中的障碍物附近到处都是坑。
实际上这也是流体力学的考点：当水流或气体遇到障碍物时，障碍物后方会产生一连串漩涡，它们叫做卡门涡流（Kármán vortex street）。
卡门涡流。图片来源：wikiwand
而这些漩涡通常分成不同的形态，越靠近障碍物，比如石头附近的漩涡越危险，因为它们长这样，会阻碍生物游出——
水中石头后面的涡旋形态，1所指的涡旋非常危险。图片来源：Robert B. Kauffman
在救援时，这些调皮的漩涡还会给救援者造成困扰，让救援者难以判断自己是在石头上游还是下游。
在所有的水中石里，有一类下方悬空的石头的恐怖程度刷到了满绩点，这种悬浮的障碍物常被叫做Undercut rocks，我们暂且叫它“下旋石”吧。
宾夕法尼亚州的约克加尼河里的著名的下旋石 Dimple Rock。图片来源：boat-ed.com
下旋石的恐怖之处在于，漩涡在它们的下方而不是后方。玩水的人误入的话，就会变成卤煮肉片，在这个自洽的冷水火锅里不断翻滚且滚不出去。
宾夕法尼亚州的约克加尼河里就有一块著名的下旋石叫做 Dimple Rock，这块石头已经要了至少9人的命。
游客在Dimple Rock处翻船。图片来源：Mike M
所以大家没事儿不要靠近水里的石头，以及任何硬邦邦、湿漉漉的东西。
第三种危险的水流叫做海峡流（channel current），它也出现在意想不到的地方。
与岸平行，与沙洲垂直的海峡流。图片来源：msu.edu
如果你看到有一个沙洲连接着此岸和彼岸，可能会觉得这条沙洲和安全绳一样，能保护你。你要这么想可能会赔上性命。
如果你沿着沙洲游到对岸，就可能会遭遇海峡流，你会感觉自己被一条和岸平行的河流带到远处，怎么也游不到对岸，因为海峡流一般位于滩涂和对岸之间，和岸是平行的。
海峡流是流体力学中的伯努利原理引起的：液体在通过狭窄的通道时，流速会增加，这就是海峡流的物理原理。美国国家气象局提示，被海峡流卷入的话，游泳的人要尽快游回岸边，而不应该再靠近沙洲。
根据伯努利原理，液体在通过狭窄的通道时，流速会增加。图片来源：wikiwand
最后再提一个没上面那几个那么危险，但许多人不知道的经典水流——沿岸流（longshore current）。
沿岸流。图片来源：NOAA
美国国家海洋和大气管理局（NOAA）介绍，当浪拍到岸上时，想要回归大海或大湖的浪会产生一股和岸平行的水流，这就是沿岸流。海岸线越陡峭，浪速越大，沿岸流的速度越快。
虽然沿岸流不会直接把你带到远海，但是它却能让你不知不觉地远离初始坐标，越漂越远，甚至漂到危险的离岸流处。在海边游泳过的人应该都有过这个体验。
除了对游客不利以外，沿岸流对岸边建筑物有长期的破坏力，因为沿岸流会带走岸边的泥沙，侵蚀海岸线，造成沿岸沉积物流（longshore drift）的现象。
沿岸流甚至会造成房屋倒塌。1927年，新泽西州塔克岛（Tucker's Island）上的灯塔就因为沿岸流的侵蚀而倒塌，沿岸流最终把整个塔克岛夷平。图片来源：NOAA
总而言之，由于不同水体上下部的拓扑结构的参差，即使是经验丰富的游泳高手也难免被多变的湖海吞噬。在野外游泳前，除了学好体育还要先学好物理。大自然才不会给你挂科警告，而是直接取消你今后参加任何考试的资格好吗。
当你在玩水的时候，水也在玩你。
参考资料：
https://docs.qq.com/doc/DVGNCcVFJbkJNdGlK