2.4　河流的属性

《现代汉语词典》将“属性”定义为:事物所具有的性质、特点,如运动是物质的属性。事物常表现出多种属性,例如物理方面的大小、形状、密度、颜色、硬度、透明度等,化学方面的分子组成、反应特性等。属性有本质属性和非本质属性的区别。本质属性是某事物固有的、区别其他事物的本质特点,是一事物之所以成为该事物而区别于其他事物的属性。如能制造和使用生产工具进行劳动是人的本质属性。

河流系统具有多种属性,有物理方面的、化学方面的、生态方面的和社会方面的;物理方面的还可以按学科分为水文学的、地理学的、地质学的、水力学的、河床演变学的、生态学的等,总之可以从不同的角度进行理解。如果把人作为河流系统之外的元素,河流系统的属性可以归纳为两类:一类是河流自然具有的,为自然属性;另一类为人类赋予河流的,为社会属性。至于人是否应该纳入河流系统,是有争议的。在原始社会,生产力低下,人更像自然生态系统的一分子;当生产力高度发展后,人自居为地球的主人,好像超脱了自然生态系统。作者倾向将人纳入河流系统,将人的行为纳入河流过程的集合;此时,虽然河流的属性以及河流的功能更难以界定,但更容易理解人类需要与河流和谐共处这一理念。

水、岩土和生物是组成河流系统的主要元素,其中水是其中最活跃的要素。以水体为中心,以岩土和生物为辅助,可以观察河流的部分属性,并罗列如下。这种罗列并不是严谨的分类,也不是挑拣全部属性的重点进行陈述,仅仅是作者基于工程角度的直观认识,以用来说明河流的特点。

1.整体

河流是一个复杂的综合体,更是一个连续的完整体,是一个系统。河流组成的成分复杂,包括水、土、岩石、鱼类、贝类、水生植物、湿生植物、陆生植物、两栖动物等组分,但它们是从源头到河口连续的各组分有机结合的整体,具有系统的特性和功能,还可以从不同的角度分出子系统。

2.流动

在重力作用下,河水在流动;受降雨、入渗、蒸发影响,水量也在变化。径流是河流的最重要组成元素,反映了河流的水文方面的特征。水文要素包括径流量、流速、洪水过程、洪水历时等指标。一般而言,径流量大的河流,对应的集水面积(流域面积)、河流长度、断面宽度就越大。受气候周期变化的影响,河道径流量表现出周期性变化特征:就多年长系列看,有平水年、丰水年和枯水年的变化;就一年看,有汛期和非汛期的区别。能够反映径流周期性变化的物理量有多年平均径流量、月均流量、日均流量等。

3.冲蚀

水流对岩土边界有冲刷、溶蚀作用,边界有抵抗作用,河槽形状就是这种相互作用的结果。坚硬的岩石岸坡抵抗水流冲刷、溶蚀的能力大于土质岸坡,岩质边坡常会陡于土质边坡。在水流浸泡作用下,不同岩石、不同土质对溶蚀的抵抗力也是不一样的,例如,天然壤土边坡在1∶3左右,砂土边坡在1∶4左右。冲蚀导致河岸的坍塌后退,深泓偏移,河道曲化。如果河水水位高出堤岸,流水冲刷堤岸,则会形成决口,严重时河流会改道。历史上黄河就多次改道。边坡坡度、岸坡蚀退量,含沙量、深泓线变化、断面变化量等可以反映河流冲蚀特性。

4.搬运

河水有浮力,加上流动性,可以运送泥沙、植物种子、果实、残枝落叶、动物残骸等悬浮物和能够溶解到水中的无机物和有机物。河水冲蚀岸坡与河床,形成含沙水流,携带泥沙到下游。在水流扩散、流速变缓处,泥沙含量超出水流的挟沙能力,泥沙会沉积下来。广袤的华北平原,就是黄河河水冲蚀和搬运作用的结果,历史上黄河多次改道,携带大量泥沙,经过亿万年地质作用,形成了养育中华民族的华北平原。水流搬运泥沙直至大海,大量沉积在河口,海岸线随之向大海延伸;泥沙来量不足,沉积量少了,海水侵蚀河岸,会造成海岸线的后退。黄河口就是例子,随着上中游水土保持和水库大坝拦截的泥沙越来越多,河口外延速度越来越慢,现在则要防止海岸的蚀退。含沙量、输沙率、浑水密度、SS含量、河床淤积厚度、河口外延速率等都可以反映河流的搬运特性。

5.交换

河流系统内部水体与约束边界之间、河流系统与外部之间,有物质、能量、信息的交换,是一个动态的系统。交换维持了河流系统的完整性和生命力。河流是生物圈水循环的一部分,降水、蒸发和径流是水循环过程的三个最主要环节。水是很好的溶剂,水也是所有营养物质的介质,水循环伴随着营养物质的循环。例如,氮磷元素随着雨水汇集入河流,随水流动,向土壤渗透,被植物吸收,植物又作为动物的食物,动物残骸又作为土壤肥料。土壤中的矿物元素,溶解到水流中,被带到其他地方沉积起来。降水量、水面蒸发量、地下水补给量、初次生产力等可以反映河流的交换特性。

6.自净能力

河水有自净能力。河水能够溶解部分无机物与有机物,例如,水的溶解性总固体(TDS),反映了溶解钙、镁等离子的量;水的pH值反映了溶解酸碱盐后水中氢离子和氢氧根离子的多少。水质指标与水溶解的物质密切相关。城市排入河流中的废水,含有大量的污染物,它们溶解或者悬浮在水体中,随水流向下游扩散、沉淀,一部分营养物质被植物吸收,一部分会被好养细菌分解,还有部分会沉积到底泥中;水体表现出了一定的自净能力。水体纳污容量、pH值、溶解氧含量、氨氮含量、磷含量、有机物含量、底泥微生物种类、水生植被面积等指标会直接和间接反映水体的自净能力。

7.多样形态

河流具有平面和空间复杂多变的形状,这是气候、地形地貌、地质运动与河流共同作用的结果。河流有主干,有不同级别的支流,支流逐级汇聚,最后进入干流,流入湖泊或大海。从空中俯视,干支流总体形成羽毛状、树枝状、放射状、平形状、环状等多种形态。干流、支流都不是顺直的,是曲折蜿蜒的,河宽是凸凹变化的。河流的纵剖面形态总体是源头高、河口低的线性,但河底是起伏的,有深泓,有浅滩,有的甚至是锯齿状。河流的横剖面总体是凹槽形,不同河流则可能是U形、V形、梯形、双槽形,以及其他复杂的形态。岸坡的形态也是多变的,岩石边坡、土质边坡呈现巨大差异。岩石边坡可以高耸而陡峭,形成了优美的峡谷风光。土质边坡一般低矮平缓,尽显平原的一览无余,但在黄土区,也能形成漂亮的直立边坡。不同形态的河槽与边坡,组合成了复杂多样的河流空间形态,具有视觉美学价值。多样形态可以用河流长度、弯曲度、河段落差、河槽宽度、河槽深度、岸坡坡度、断面形式、横断面面积、河槽容积、风景区数量等参量进行表征。

8.生物栖息地

河道是河流生态系统中动物和植物的栖息地。河流中有水草,有鱼类,有水鸟,它们在此进行繁殖、发育、生长。水体温度、pH值、透明度、河床质、水流脉冲等要素都会影响河流系统的生物多样性。关键指示物种的数量、生物的丰度、生物多样性指数等指标可以反映栖息地的质量。

9.历史文化

河流文化是人类文明与河流互相作用的成果。古人在利用河流进行生活、生产、战争、娱乐、游览、教育、研究等活动,从而赋予河流社会属性,表现为与河流有关的文明、精神、神话、故事、传说和历史遗迹等。人类在河流上修筑堤防阻挡洪水,建造水车取水灌溉,开挖运河运粮和运兵,还在水上进行攻防大战,在水上呼朋唤友,游览美景,吟诗作对,这些生产、生活、战争、娱乐等活动,使河流成了人类历史活动的见证者,成为民族精神、民族文化、地方习俗的载体。