河流

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依地理学者刘易斯·芒福德（Lewis Mumford）之见，历史上所有的伟大文化都是沿着大河这条自然公路才走向繁盛的。此论尤能在今日引发共鸣，因为地球上的几条大河正是人类的头号仆役。污染和生物栖息地的消失（水利工程的两大后果），还有气候变化，给农业、制造业、城市供水和野生生物保护带来了前所未有的挑战。

据一般定义，河流是指两岸夹持的水流（正如其拉丁词根ripa所示，ripa意思是“岸”）。更准确地说，河流是一个水系的主干，它把水、土壤、岩石、矿物和富含营养的淤泥从高海拔地区运到低海拔地区。往大了说，河流是全球水文循环系统的一部分：它们汇集降水（雪、雨夹雪、冰雹和雨）并将其运回湖海，在那里，蒸发和成云开启了新的循环。在重力与阳光的作用下，河流雕琢了周围的地貌，削平了山岳，磨蚀了岩石，并在地壳上开出了河滩。带着水和营养物，河流也为鱼、海绵动物、昆虫、鸟、树和其他生物提供了复杂的生态位。

河流可以从流域面积、水流速度、河道长度上区分，尽管在这些方面都无公认的数据。亚马孙河的流域面积最大，约为700万平方千米，令其后的刚果河（370万平方千米）与密西西比——密苏里河（320万平方千米）望尘莫及。就水流速度而言，亚马孙河再次登顶，约为18万米3/秒，后面依次是刚果河（4.1万米3/秒）、恒河——雅鲁藏布江（3.8万米3/秒）和长江（3.5万米3/秒）。尼罗河是世界上最长的河流，约为6650千米，随后是相差不大的亚马孙河（6300千米）和密西西比——密苏里河（6100千米）。将流域、流速和长度综合考量，其他脱颖而出的河流还包括鄂毕——额尔齐斯河、巴拉那河、叶尼塞河、勒拿河、尼日尔河、黑龙江、马更些河、伏尔加河、赞比西河、印度河、底格里斯——幼发拉底河、纳尔逊河、黄河、墨累——达令河及湄公河。有两条河——黄河与恒河——雅鲁藏布江——因年输沙量巨大而引人注目，这让它们极易引发大洪水。对于河流的最小流域、长度和水量是多少，人们众说纷纭，不过小河通常被称为溪（streams、brooks、creeks或rivulets）。无论大小，作为较大水系一部分的河流又被称为支流（tributaries、branches或feeder streams）。

尽管河流的长短、曲直和水量不同，但多数河流都有一些共同特征。河流的源头一般在山区或丘陵，由冰川融水、融雪、湖水、泉水或雨水汇聚而成。在源头的不远处，因高度急降或河谷狭窄，激流与瀑布遍布。随着河流离开高地，其速度通常放慢，其河道开始蜿蜒、分叉或交叉。在袭夺了支流的河水后，其河滩通常会变宽。河流到达河口，通常就没有什么坡度了，水流变得平缓，携带的一些泥沙沉到水底，便堵塞了河道。河流则在淤积的泥沙周围形成扇形，常见情形是在汇入湖、海或大洋前形成一个三角形（delta，希腊字母表的第四个字母Δ）。

独特的气候和地理条件决定了河流每年的流量模式（水量的季节性变化），但一般来说，靠雨水补给的热带河流比靠雪水补给的温带河流更能四季不断流。经年不断或近乎不断流的河叫常年河，不然则称时令河或短命（ephemeral）河。在干旱地区，水蚀而成的河道如果极少有水流，则通常被称为干谷或旱谷。对水文学者来说，“洪水”一词指的是一年中河水流量最大的时期，无论它是否淹没周围地区。一般而言，洪水的意思是河水溢出两岸。1887年，黄河的一场大洪水致使近100万中国人死亡。1988年，恒河——雅鲁藏布江的洪水瞬间就让2000万孟加拉人流离失所。

埃德温·洛德·威克斯（Edwin Lord Weeks，1849—1903年），《恒河取水者》（日期未详），布面油画。恒河，长久以来就是印度教仪式中的圣地，现在却面临着污水和化肥污染物的威胁。

河为人役

河水在任何时期都只占地球总水量的九牛一毛，但它却与湖泊、地下含水层和泉水一起构成了人类及很多动植物所用淡水的主要来源。因此，河流与定居农业、灌溉作物及城市生活的出现密切相关。从苏美尔到巴比伦伟大的美索不达米亚（字义为“两河之间的地方”）文明，在公元前4500年出现于现今伊拉克的底格里斯河与幼发拉底河河滩附近。埃及，如希腊史家希罗多德曾经的名言，是“尼罗河的赠礼”。黄河孕育了早期中华文明，就如印度河产生了西南亚最早的文化一样，秘鲁海岸的河谷则塑造了安第斯山地区的城市生活。“历史上所有的伟大文化，”地理学者刘易斯·芒福德不无夸张地指出，“都是经由大河这条自然公路运送人员、制度、发明和货物才走向了繁盛。”（McCully 1996，9）

在多数历史时期，人类对河流的改造不大，多为灌溉农作物而转移或截留部分河水。即使是这样不大的改变，也会造成严重的环境后果。在干旱地区，盐渍化是常见的问题。除非适当排水，否则被灌溉的田地会缓慢聚集起土壤和水中天然含有的微量溶解盐。盐分逐渐增多，假以时日，终会使多数田里的农作物无法生长。淤塞也是常见的问题，当农民和游牧者砍伐森林或在河谷上过度放牧时，便无意中让过量泥沙顺流而下。当淤泥沉到河底，使河流高过地面，河流便更易泛滥。

古罗马、伊斯兰世界和中国的工程师对水力学技艺有着精深的了解，罗马、巴格达、北京和其他欧亚城市尚存的沟渠、运河与供水设施足以证明这一点。不过，河流工程学作为一种数理科学，首先产生于公元1500—1800年的欧洲。关键的突破来自意大利工程师的计算公式，它通过测量宽度、深度和流速来确定特定时间的河流流量。此后，水利专家知道了如何精准地“驯服”河流——调整河岸、河床和流速以遏制洪水，开发土地并促进航运——并比之前有了更大的成功概率。

奥托·约翰·海因里希·海登（Otto Johann Heinrich Heyden，1820—1897年），《尼罗河与吉萨金字塔》（日期未详），布面油画。

今天控制河流的方法与过去所用的极为相似——主要是建造大坝和堤堰，加固两岸，矫直河道（通常包括加宽）——但材料和技术在过去两百年里改进巨大。现代大坝的设计目的是蓄水、（通常与闸门一起）调节河道的最小水深、发电，或兼有三项职能。加固堤岸有助于将河水控制在特定的河道内，以此降低洪水暴发的频率，并开辟之前的漫滩用于农业、城市、工业及其他人类用途。矫直河道使河流坡度变大，因此流速加快；通过减少河流的总长，便利了港口之间的货物运输。总而言之，这些工程手段将一条多变和自由流淌的河流（“漫滩河”）变成了一条可以预知的能源、货物与河水的输运者（“水库河”）。今天，尼罗河与长江在为工业和城市发电，密西西比河与莱茵河在为公司和消费者运货，科罗拉多河与格兰德河则为农民及千家万户送去了用水。

水利工程的环境影响

河流工程通过开辟可耕地、减少洪涝、推动贸易和发电促进了沿岸的经济增长，但它也对河流环境有着破坏性影响。这个问题可以被分为两种相互联系的类型：降低河道内水体的纯度（水污染）和减少河道与漫滩生存空间（生物栖息地消失）。二者通常都会导致河流生物多样性减少。

河流污染

水污染物可分为三类：营养型、化学型和热能型。最常见的营养型污染物是未经处理的人类排泄物与农田径流中的磷肥和氮肥。进入湖中或河中后，这些有机物成为浮游植物（自由浮动的藻类）的食物。浮游植物会大量消耗水中的溶解氧，如果河水流动慢，“藻华”发生的面积足够大且次数足够多，河水将逐渐变得富营养化（贫氧），对其他需要溶解氧来呼吸的生物造成负面影响。波河与恒河是污水——化肥污染型河流的典型。

最致命的化学污染物包括重金属（锌、铜、铬、铅、镉、汞和砷）和氯代烃（如多氯联苯和滴滴涕）。这些物质会在生物体内累积，也就是说，它们在没有代谢的情况下从简单生物来到更复杂的生物体内，随着食物链往上，浓度在增加。默西河、莱茵河、哈德孙河、俄亥俄河与顿涅茨河都是工业化学型污染河流的代表。

热能污染是河流两岸有很多核能、煤炭或石油发电厂而产生的问题。工厂冷却设备流出的热废水人为地提高了水温，高温反过来影响了在河床上生活的物种。罗讷河与莱茵河是典型的热能污染型河流。

世界上多数被人工改造过的河流，都可以被粗略地称为“农业河”，因为多数工程是为了防止河水冲毁新开垦的土地，且库存之水多被用来灌溉庄稼。随着工业化在全球的扩张，化学污染物越来越成为水系唯一的最大威胁。实际上，极少有河流完全不受任何一点儿工业污染。今天，河流的清与浊通常更受两岸居民的平均工资而非其流域内的农场和工厂数目影响。过去的50多年里，富国在城市和工业环卫设备厂上投资，相应地，水质就得到了改善。穷国无力负担这样的技术解决方案，就眼看它们的河流继续恶化。

中国长江上的筏子。柯珠恩摄。

生物栖息地消失

水污染通过杀死生物并创造一个不利于生长和繁殖的环境，损害了河流的生机。而工程项目本身则要对河流中多数生物栖息地的消失负责，且要对生物多样性减少负首要责任。自然（“未被驯服”）的河流包含丰富多样的生态位：源头和支流、主河道与次级河道、深潭和洲岛、两岸与河床、沼泽与死水。河道提供了生物通行的纵向通道，河岸提供了通往邻近沼泽与河滩的路径，众多生物在那里（沼泽与河滩）找到了生养和繁殖之所。河漫滩滋养了大树、灌木和芦苇，后者反过来稳固了河道两岸，也为其他生物提供了荫凉和庇护。一条河流的流域涵养着一个复杂的生命网，从真菌、细菌、水藻、原生动物这样的简单生物，到诸如扁虫、鞭虫和轮虫等更复杂的动物，再往上是软体动物、海绵动物、昆虫、鱼、鸟和哺乳动物。

水利工程通过改变一个流域的自然结构损害了众多物种。大坝与堤堰阻断了河流的纵向通道，让生物难以完全利用河道的生存空间。洄游鱼类受害尤大，因为它们的生命周期要求它们从源头迁移到三角洲再回来。最著名的例子是，当两岸修堤建坝后，三文鱼就从哥伦比亚河、莱茵河和很多其他河流中消失了。堤岸加固有类似的影响：它们切断了河道与其河滩的联系，让很多生物从它们的觅食和繁殖地消失。当一条河流失去了其全部或部分自然河道、河床、河岸、洲岛、死水与河滩，它就变成了狭窄和单一的、而非宽广和多样的生物居所了。这就导致它所供养的物种数量和种类急剧减少。

除了减少河流的生存空间总数，水利工程还能引发某些物种的数量激增，造成生态失衡。沙筛贝——一种热衷于食用水藻且繁殖快速的动物——从其里海老家迁到了美洲和欧洲的工业河流中，一路取代当地的软体动物品种。与此类似，在20世纪30年代中期阿斯旺水坝建成后，感染了致命性血吸虫（寄生虫）的钉螺开始占领尼罗河的新灌溉渠，让埃及的农民和渔夫衰弱并死去。

作为对环保主义者与自己行业内的改革者（如吉尔伯特·F.怀特）的回应，工程师们在过去30多年里已经发展了新的且更复杂的方法来控制河流。现在，工程师在加固堤岸和疏浚河床时，会更多地注意保护原有的生态廊道。大坝和堤堰会提供（或加装）鱼梯，以便于鱼类迁移。越来越多的河滩被完好保留。在某些情况下，河流甚至重新变得蜿蜒和交叉，以更好地复原之前河岸上最常见的自然情形。

气候学家大都预测说，全球变暖将对全世界的水系造成深远影响。阿尔卑斯和喜马拉雅这样的高山，可能开始在每个春天都更早地化去积雪。更高的蒸发率可能导致一些地区在年降水模式上经历重要变化，更高的水温可能让有些河流不适合三文鱼及其他冷水鱼类。海平面升高可能部分或全部淹没荷兰、孟加拉和其他三角洲地区。虽然对河流的影响因地而异，但总的来说，这些影响将会给农业、制造业、城市供水和野生动物保护带来前所未有的挑战。

马克·乔克（Mark Cioc）

加州大学圣克鲁兹分校

另见《生物交换》《气候变化》《土壤侵蚀》《自然》《水》《水能》《水资源管理》。