从下游往上游流动？“南水回流”究竟是视觉错觉，还是自然奇迹？

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科普中国

2025-10-19 07:30发布于北京中国科学技术协会官方账号

“水往低处流”是生活中的常识。南水北调中线工程正是利用这一原理，依靠近百米的高度落差，实现了从陶岔渠首自流抵达北京、天津的壮举。

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中线陶岔渠首


但仔细观察“南水”的流向，你会发现，在部分渠段水流竟然从下游往上游流动。这究竟是视觉错觉，还是自然奇迹？今天，就让我们一起揭开这看似反常现象背后的科学真相。

眼见为实？先看一段神奇视频


在南水北调中线穿黄节制闸，有这样一段画面：闸孔水流流态紊乱，有持续不断的涌波出现。更令人惊讶的是，这里的水流方向看起来却是从下游往上游流动。

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中线穿黄节制闸闸孔水流复杂


众所周知，南水北调的水是从南向北流动的，为何会出现这种看似违背物理规律的现象呢？

揭秘：水跃现象背后的科学原理


其实，这种看似神奇的现象，在水力学上有一个专业的名称——水跃现象。

在水力学中，当水流从急流状态过渡到缓流状态时，会产生一种水面突然跃起的特殊局部水力现象，这就是水跃。在水利工程中，从水闸或溢流坝下泄的急流受到下游渠道缓流的顶托时，便会发生水跃。

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不同水利工程的水跃现象（王昆仑摄）

虽然水跃产生的条件并不完全相同，但其表现形式却具有相同的特点。水跃区的水流可分为两部分：表面旋滚和底部主流。上部水体不断翻腾旋滚，因掺入空气而呈现白色；下部是主流区，是流速急剧变化的区域。正是因为这种强烈的紊动混掺作用，水跃常被用来作为消能的有效手段。

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闸后水跃示意图

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坝后水跃示意图

为什么会产生“回流”的错觉？


在现场观察时，由于条件限制，我们往往只能看到表面的旋滚现象，无法观察到水跃的全貌，因此容易产生“南水回流”的错觉。实际上，表面旋滚与底部主流在不断进行混掺交换后，最终仍然是流向下游的。

生活中无处不在的水跃现象


水跃其实是一种十分常见的水力现象，不仅存在于大型水利工程中，在天然河道、山涧瀑流甚至我们日常生活中都能观察到。无论是家中的水龙头出水，还是公园里的喷泉，都能观察到不同程度的水跃现象。

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其他水跃现象（王昆仑摄）

由于水跃的表层旋滚作用，很容易将人员和小型船只困住。因此提醒大家在出行游玩时注意远离水跃区域，避免发生溺水事故。

现在，我们了解到“南水回流”并非真正的水流倒流，而是水跃现象给我们带来的视觉错觉。这一现象不仅不神秘，反而被工程师们巧妙利用来进行消能，保障水利工程的安全运行。

大自然中处处蕴含着科学原理，即使是看似违背常识的现象，背后也有着合理的科学解释。希望今天的分享能让大家对水利科学有更多的了解，下次再看到类似现象时，大家可以自豪地向朋友解释其中的科学原理！


策划制作

作者丨王昆仑 中国南水北调集团中线有限公司河南分公司高级工程师

责编丨张一诺

审校丨徐来、张林林


本文封面图片及文内图片来自版权图库