河道流量

河道水流的两个特别重要的属性是流速和流量，流量（discharge）是指单位时间内通过特定河道断面[1]的水量，但令人不解的是，英语中也会直接用flow这个词表示流量。依据连续流量资料与时间的关系绘制的曲线被称为流量过程线，根据选择的时间坐标，流量过程线可以详细描述历时数天的洪水事件，或者一年、一年以上的流量过程。

图3　显示河流流量随降雨过程变化的暴雨洪水过程线

施测河道流量以及分析流量资料，对于水资源评价和水旱灾害评估非常重要。拥有全世界最悠久系列水文资料的河流非尼罗河莫属，公元641年，开罗的罗达岛上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。这是埃及一年中最紧张的时候。如果河水没有达到一定的水位，许多农田将无水灌溉，饥荒也将在所难免；而在一定的水位之上，灌溉用水可以确保，政府的税收也就有了保证。埃尔·米哈斯长老的这一职位延续了1 000多年。该职位的最后一位任职者于1947年去世。1950年代，埃及政府决定在尼罗河的阿斯旺修建一座大坝，从而极大地改变了埃及与尼罗河的密切关系。阿斯旺大坝1970年最后竣工（见第五章），在计算大坝所需库容时，利用罗达水尺观测的水位资料发挥了巨大作用。

河道流量取决于许多不同因素，包括流域的面积和形状。如果其他条件相同，则流域越大，流量越大。与狭长型流域河道相比，圆形流域河道的洪峰流量往往更大，因为圆形流域中各支流汇流时间大体上相同，而狭长型流域中各支流则以交错的方式汇流。流域下垫面也是一个重要因素。例如，植被拦截降雨，从而延缓了其汇入河流的过程。

决定河道流量的一个特别重要的因素是气候。它是控制前述不同类型河流，即常年性、间歇性、暂时性和间断性河流的主要因素。流量最大的河流几乎全部位于全年降雨充沛的湿热带。它们分别是亚马孙河、刚果河和奥里诺科河，这些河流向海洋排放的年平均水量超过1 000立方千米。

湿热带地区河流一年中的流量相对恒定，但在季节性气候占主导地位的地区，常年性河流的流量呈现明显的季节性。印度河的大部分水量来自喜马拉雅山脉，由于融雪的影响，夏季的最大流量是冬季最小流量的100多倍。对于主要流经区域处于高纬度和高海拔地区的河流，其最小流量常常为零，这些地区的气温一年中有一段时间低于冰点。在这些间歇性河流中，冬季冰冻期的最小流量与夏季融化期的大洪水形成明显对比，具有规律性和可预测性。

相比之下，常见于沙漠地区的暂时性河流，其流量具有间歇性和不可预测性。这是因为暂时性河流会对降雨做出响应，而众所周知，在许多沙漠中，降雨很难预测。一项对以色列内盖夫沙漠北部的河床研究表明，平均而言，该河道只在2%的时间内有水，也就是说，一年中大约7天有水。有些沙漠河流可能全年无流水。

沙漠气候中的河道流量的年际变化也是最大的，而湿热带常年性河流的流量的年际变化相对稳定。奎斯布河位于纳米比亚的纳米比沙漠中，该河中游的几十年流量资料显示，其每年有流量的天数介于0～102之间。

在更长的时段内，降雨和气温的变化也导致了河流水流情势的变化，尽管在许多情况下，人类干预使情况变得复杂（见第五章）。天然径流近期出现明显变化的一个示例发生在西非。撒哈拉沙漠以南的沙漠边缘带被称为萨赫勒，在20世纪最后几十年里，该地区经历了显著的气候干燥，并且这一趋势到21世纪仍在延续。巴克尔位于塞内加尔、毛里塔尼亚和马里边界交汇处附近，在该处进行的流量测验表明，20世纪末塞内加尔河的流量明显下降。1904—1992年，塞内加尔河巴克尔段的多年年均流量为716立方米每秒，而1972—1992年，其多年年均流量仅为379立方米每秒。1984年特别干旱，年平均流量为212立方米每秒。尼日尔河的情况和塞内加尔河类似。

有些河流很大，可以流经一个以上的气候区。例如，有些沙漠河流为常年河，因为它们的大部分流量来自沙漠以外降雨充沛的地区。这样的河流被称为“外源”河。尼罗河就是一个示例，澳大利亚的墨累河也是如此。由于蒸发和土壤下渗，这些河流在流经沙漠时水量损失很大，但因为水量巨大，它们依然可以保持连续流动直至进入大海。相比之下，许多沙漠外源河并不流入大海，而是流进内陆盆地。在南部非洲，来自安哥拉热带高原的水汇入奥卡万戈河，流入奥卡万戈三角洲。这个三角洲是一片巨大的湿地，位于博茨瓦纳北部的卡拉哈里沙漠。在中亚，来自帕米尔山脉的水经锡尔河和阿姆河这两条该地区主要的外源河流入咸海。

人们认为，有些河流非常古老。亚马孙河口附近沉积的泥沙表明，这条河流已经在南美洲流淌了1 100万年。在如此长的时段里，各种各样的因素当然都发生了变化，有些河流出现又消失了。海峡河的消失就是一个示例，大约20 000年前在欧洲西北部向西流淌的海峡河，如今沉没在分隔英国和法国的英吉利海峡之下。这是上一个冰期最寒冷时期的情形，那时世界各地的海平面比现在低得多，因为更多的水以冰的形式存在于水文循环中。当时，不列颠群岛的大部分以及整个斯堪的纳维亚半岛都被厚厚的冰层覆盖着，海峡河依靠英格兰南部包括泰晤士河和索伦特河在内的河流里的融水补给，这些河流已位于永久冰层之上。海峡河南面的其他支流包括塞纳河、索姆河、马斯河、莱茵河和易北河。

这样古老的河道并非仅具学术价值。南非的威特沃特斯兰德地区拥有世界上储量最大的金矿，这些金矿就是20多亿年前在水系中沉积贮藏的。当水流速度减缓时，河流挟带的金子就在砾石中沉积下来。地质学家称这些砾石为威特沃特斯兰德砾岩，目前已经从中开采出黄金近5万吨，占已开采黄金总量的40%，而未开采的部分，其可能储量依然占世界未开采黄金的三分之一以上。南部非洲的西海岸分布着宝贵的钻石矿床，而河流在这些矿床的形成过程中发挥了关键作用。在长达一亿年甚至更长的时间内，内陆矿床中侵蚀形成的钻石被瓦尔河和奥兰治河带到了海岸沿线。人们认为，这种河流搬运对沿海泥沙中钻石的质量也是有利的，因为这些宝石在搬运过程中往往会分解，高品质钻石的含量因而增加了。