读懂河流，就是一次和人类自己的对话

人类的历史是一部流动的历史。在自然界中，也许没有哪一个元素比河流与人类的关系更为密切了。河流孕育了人类文明，承载着人类的历史和文化，也见证了人类的战争与贸易。

我们生活在一颗湿润的星球上。水是地球上最丰富的物质，覆盖地表的三分之二。同时，空气、动植物以及大地中也存在少量的水。这些水处于持续运动之中，在陆地、海洋和大气中循环，这种不间断的更替被称为水文循环。河流在水文循环中发挥着关键作用，排走陆地上的水并最终将其送入海洋。

在重力的作用下，降雨或者融雪中未被蒸发或下渗的部分在地表上向低处流动。在细微不规则地形的引导下，水流汇成小溪，小溪合并为冲沟，之后再流进更大的河道。壤中流和地下蓄水增加了河流流量，但是，河流并不仅仅是流向大海的水。河流还挟带着岩石和其他沉积物、溶解矿物质、植物和死去或活着的动物。在此过程中，河流输送了大量的物质，为各种野生生物提供了生境。河流的冲击和沉积作用催生了峡谷和冲积平原，在很大程度上塑造了地球上的大陆景观。

从河源到河口，整条河流处于渐次变化之中，狭窄湍急的陡峭河流逐渐变得宽阔、深邃且常常蜿蜒曲折。从上游到下游，河流发生着连续不断的变化，水量通常不断增加，泥沙粒径由粗变细。在上游，河流侵蚀河床和河岸，搬走土壤、卵石甚至巨石，而到了下游，则发生沉积。在河流物理特征发生变化的同时，以河流为家园的动物和植物的类型也在相应地变化。

其狭长的线性形式以及仅在一个方向上流动的特证，为如何描述和理解河流的物理、化学和生物特性提供了明显的空间维度：水平方向上，从上游到下游。但是，河流并不仅仅是一条河道，它还是所流经区域整体的一个组成部分，因此，将周围景观作为河流的横向维度，也是合适的。河流与景观（或者说河流景观，有些人更愿意这么说）之间的联系千丝万缕。这种联系既包括河流中大部分水经周围地形汇入河道这样的简单事实，也包括鲑鱼在河流中的重要性（即它是当地熊的季节性食物）。

第三个维度是垂向的。河流与河道下方的泥沙以及上方的大气相互作用。对于许多河流而言，水的来源有两种：一种直接来源于大气中的降雨—或者另一种降水形式（降雪）；另一种来自赋存于下方岩石及砾石孔隙中的地下水，两者都参与水文循环。

第四个至关重要的维度是时间，它在河流研究中也占有重要地位。这是因为影响河流的许多因素发生着巨大的变化，尤其是河道中的水量。从历时一小时以下的强暴雨到持续数百万年的构造力影响，这种变化在时间尺度上差异很大。

河流遍布世界各地，几乎在每一种景观上都留下了印迹。某些地区缺乏地表排水系统，但其中一些地区的河流位于地表以下。在沙漠中，许多河流在一年中的大部分时间里都是干涸的，只有偶尔发生暴雨时才会有水。在另外一些地方，化石河床和峡谷表明，在非常遥远的过去的某个时段内，这里曾经是河流。这种化石特征也存在于其他行星上：在火星和土星最大的卫星土卫六上已经发现了河床和峡谷，而且这些网状结构与地球上的河流和溪流的特征非常相似。火星表面上的这些特征是由昔日水流冲击而成的，但是土卫六上的河床和排水网络被认为是由液态甲烷流动形成的。对于地球上大部分陆地表面而言，流动的河流是最基本的元素之一。借由阳光和重力提供的能量，河流塑造了峡谷和坡地，为生物群落提供了复杂的生境。

河流的一个有趣的方面是它们似乎是按等级构成的。从飞机上或地图上看，河流形成明显的树枝状网络。小的支流交汇后形成较大的河流，较大的河流交汇后形成更大的河流。通常采用数值分级方案来描述河流规模的渐次增加，其中最小的河流为一级河流，两条一级河流交汇后形成二级河流，两条二级河流交汇后形成三级河流，以此类推。只有两条级别相同的河流交汇，河流的级别才会增加。尼罗河和密西西比河等很大的河流为十级河流，亚马孙河为十二级河流。

河流的排水区域与河流的规模成正比。这一区域有几个不同的名称：流域、河流流域或者集水区（在美式英语中也用watershed来表述这样的区域，但在英式英语中这个词表示相邻两个流域之间的分水岭）。正如水系由嵌套在高级别河流中的低级别河流构成一样，流域也相应地嵌合在一起形成嵌套等级结构。换句话说，较小的单元是嵌套在较大单元内的重复元素。所有这些单元通过水流、泥沙和能量联系在一起。

将河流看成由一系列等级单元构成，这种认识方式为研究与河流相关的模式和过程提供了一个有效框架。在最大尺度上，可以研究整个流域。在流域内，在渐次变小的尺度上，研究人员可以重点关注支流之间的某个特定河段、河段内的局部河段，以此类推直到河床上的一小块沙粒地。同时，这种分级方法强调，在较高等级上发生的过程会对较低等级的特征产生相当大的影响，但反之不然。在流域尺度上，重要影响因素包括气候、地质、植被和地形。在所有较小的尺度上，小到一小块沙粒地，这些因素都会产生影响。这样的小块沙粒地同时还承受其他局部影响，如流水中的涟漪，但水流的这些微小变化对整个流域的影响微乎其微。

与相关空间尺度对应，存在匹配的时间尺度，而这些空间尺度也可以分级。一般来说，空间尺度越大，过程越慢，变化率越小。例如，气候变化和地质变化的发生，其时间尺度很大，可达数百年至数百万年。而水中的涟漪，其发生的时间尺度则极小，只有几毫秒到几秒。

同样重要的是，我们不要忘记，大致而言，随着规模的增大，影响景观以及流经景观的河流的因素的复杂性也随之增加。例如一级河道的小集水区很可能只存在一种岩石类型，且处于一个气候区内。集水区越大，其拥有的岩石类型和跨越的气候区就越多，因而愈加复杂。

地理学家尼克·米德尔顿在“牛津通识读本”《河流》中如此描述：

早在公元641年，开罗的罗达岛上就修建了尼罗河水位观测设施。作为负责管理罗达“水尺”的官员，埃尔·米哈斯长老的职责是观测水位并在洪水期通过公告员发布洪水每日上涨情况。他的这一职位延续了1000多年，该职位的最后一位任职者于1947年去世。

在有关自然灾害的报道中，我们常常听到“50年一遇的洪水”或“100年一遇的洪水”的说法。那么怎么界定“100年一遇的洪水”呢？

这与一种洪水预报方法有关。这种预报方法则是估算任何特定时段内平均只会超过一次的可能流量。一般来说，洪水的大小与其发生频率或概率成反比。也就是说，100年中可能仅发生一次的洪水，即100年一遇洪水，在任何一年中发生的可能性为1％，两次该量级的洪水之间的平均时间间隔为100年。

就工程用途而言，了解特定量级洪水的发生概率是很有用的。例如，设计寿命为50年的桥梁要能抵御50年一遇的洪水，以防万一，常常要求能够抵御100年一遇的洪水。然而，这些都是统计学上的概率，大桥仍有可能被更大的洪水冲垮。

这也许正在提醒我们：从河流孕育人类文明，承载历史和文化的那一刻起，保护河流的职责就伴随着我们，人类与河流的故事，会一直延续下去。

读懂河流，就是和人类自己对话。《河流》以简洁明晰的笔触介绍了河流作为一个自然实体所具有的各种特征，更跳出自然地理的局限，从神话、历史、文化和环境问题等更广博的角度，对河流与人类的互动历史作了生动而迷人的呈现。

我们每个人都身兼着保护河流的职责。正如中国工程院院士张建云教授在序言中所说：

“保护环境，保护河流，是人类的共同责任。……当前实施的长江大保护战略，就是保护河流的具体体现。《河流》一书在此时出版，也为我们提供了一本水情教育的优秀读本。加强水情教育，强化河流保护意识，任重道远。”