第五章　驯服的河流

对河流的制服是人类在征服狂暴的大自然的斗争中取得的最伟大、最重要的胜利。

爱德华·吉本（1737—1794）

（英国历史学家）

在人类历史上，人与河流一直在相互作用，人类对河流的影响既有直接的，也有间接的，其影响形式多种多样。从河流中大规模抽水进行作物灌溉的最早例子可以追溯到6000年前。利用堤坝、引水、渠化和涵洞等工程对河道进行人工控制的历史也很悠久。中东地区的一些世界最古老的水坝建于4500多年前，而中国黄河的人工调水和治理则始于2000多年前。自这些早期示例之后，人类对全球河流进行人工改造的范围、抱负和规模不断增大。然而，河流改造的程度和强度仍然存在明显的区域差异。在今日欧洲，由于饮用水供应、水力发电、防洪或其他方面的原因，其主要河流总流量的近80%受到流量调节措施的影响。个别国家的比例甚至更高。英国河流的调节比例约90%，而在荷兰，这一比例接近100%。相反，其他大陆上的包括亚马孙河和刚果河在内的一些超大河流，几乎未经任何人工调节。

除了直接的、有目的的改造外，作为一种计划外的副作用，土地利用和土地利用变化对河流的影响常常也会导致河流的改变。森林砍伐、植树造林、土地排水、农业以及明火作业都会产生重大影响，其中工程建设和城市化的影响可能最严重。这些影响多种多样且并非都是直接的。动态河道及其关联的生态系统在许多方面都是相互适应的，因此，景观中的人类活动会影响水沙供应，并可能引发一系列复杂的其他变化。各种人类活动导致了当代气候变化，也在某种程度上改变了河流，许多权威人士认为，几乎没有不受人类影响的河流（即使是在世界上人口最稀少的地区）。因此，河流的演变和开发在诸多方面受到社会经济因素和自然因素的双重驱动。

灌溉农业

从依赖狩猎和野生食物采集的生存方式，向主要依靠以植物栽培和动物饲养为来源的粮食生产的生活方式的转变，是人类社会最重要的发展之一。在第三章中，我们已经讨论了早期农业管理与底格里斯-幼发拉底河、尼罗河和印度河冲积河谷沿线等世界上几个独立中心出现的城市文明之间的联系。这些联系伴随着管理永久农田和灌溉系统所需的高水平组织的形成而出现。秘鲁安第斯山脉西侧的赞拿河谷是早期利用河水进行农作物灌溉的另一个中心，考古学家在那里发现了至少5400年前，很可能是6500年前使用过的小型自流运河系统。

可以说，灌溉农业今日之重要性并不亚于早期文明时期，尽管目前农田灌溉所利用的淡水包括了地下水、湖泊、地表径流以及各种形式的废水等多种水源，但河流仍然是最重要的。除一些当代工程使用水泵进行远距离配水外，从最早的河流灌溉方案产生开始，（水库）蓄水和（运河）配水的方法就没有发生过根本性的改变。无论如何，许多灌渠利用的依然是重力。世界上有一半的大坝［指15米（含）以上的水坝］是专门或者主要为了灌溉而兴建的，全球大约三分之一的灌溉农田依赖水库蓄水。在包括人口众多的印度和中国在内的一些国家中，大坝为50%以上的可耕地提供了灌溉用水。

抽取河水进行农作物灌溉的连锁效应是惊人的。在某些情况下，它可能导致河流规模、型式和形状的彻底改变。这种“河流变形”的一个示例出现在美国西部大平原，19世纪末，欧裔美国人将这里的河流描述为宽、浅的辫状河道，河岸上只有稀疏的植被，但此后这里的河流发生了巨大变化。为满足农业灌溉需要而进行的河流流量调节导致季节性洪峰流量减小、基流量增加以及区域地下水位变化，地下水的抬升促进了沿岸树木的生长。在水流情势变化和河岸阻力的共同作用下，在仅仅几十年的时间里河流就变得狭窄、蜿蜒，而河流两岸也已森林茂密。

遗憾的是，许多灌溉方案管理不善，灌区内外常常发生很多环境问题。在许多大型灌渠网络中，真正有益于农作物的水不及河流或水库引水的一半。大量的水通过无衬砌渠道渗出或者在到达农田之前就已蒸发。由于灌溉过量或施灌时机不当，一部分水也会从农田中白白流失或经土壤下渗，未被植物利用。这些水大部分渗回附近的河流或汇入地下含水层，因此可以再次使用，但如果水被盐、化肥或杀虫剂污染，则可能导致水质恶化。过量灌溉往往会导致地下水位抬升，造成盐碱化和渍水。这些过程导致世界各地灌溉计划中的作物产量下降。

许多此类难题一直困扰着中亚土库曼斯坦和乌兹别克斯坦的农民，沙漠条件意味着这里90%以上的农业生产依赖阿姆河和锡尔河的灌溉。在1950年代的苏联时期，中亚地区农业灌溉的迅速发展导致了一些令人瞠目的后果。到1980年代，灌溉面积达约700万公顷，增加了一倍多。结果，为咸海提供90%水源的阿姆河和锡尔河每年排入咸海的水量下降了一个数量级，由每年约55立方千米降到每年约5立方千米。

因此，咸海毫无意外地大幅缩小。1960年，它是世界第四大湖泊，但之后其水面面积减少一半以上，体积减少三分之二，水位下降25米多。在某些区域，咸海剩余水体的含盐量是公海海水的两倍多。由于无法在咸水中生存，咸海中的大部分本地鱼类和其他水生物种已经消失，这意味着曾经占有重要地位的商业捕捞业的终结。海平面的下降对气候也产生了局部影响，裸露的海床已经成为在咸海海岸线边几百千米范围内农田上空肆虐的沙尘暴的源头。这些细小的沙尘含有盐分，加剧了灌溉农业问题。沙尘也被认为对人类健康具有破坏性影响。

对鱼的影响

人类已经在很长时间里对河流生物产生了直接影响。鲤鱼在欧洲各国河流中均可见到，但是这种鱼原先只是多瑙河及其一些支流中的本地鱼种。大约2000年前，潘诺尼亚行省境内的多瑙河是当时罗马帝国的北部边界，当驻扎在多瑙河沿岸的大批军团士兵习惯了食用这种野生鲤鱼后，罗马人将其引入欧洲的许多河流。

鲤鱼就这样成为法国的塞纳河第一个被引入的物种。在中世纪，包括从贵族和宗教团体养鱼池中逃出的丁鳜和赤睛鱼在内的其他物种随后也被引入。19世纪后期，更多外来入侵物种（软口鱼和白梭吻鲈）经运河从更远的东部河流来到塞纳河。19世纪末，虹鳟、黑鲈、驼背太阳鱼和黑鮰等北美物种被人工引入。

20世纪，沿河修建的许多堰和船闸使洄游物种无法到达上游产卵地，本地鱼类开始从塞纳河中消失。除了鳗鱼外，塞纳河中所有的其他洄游物种——鲟鱼、鲑鱼、海七鳃鳗、海鳟、胡瓜鱼和鲥鱼，全部灭绝。塞纳河中的原有鱼类种群大概有30个左右。今天，塞纳河中有46个物种，但只有24个是本地物种。

人类对塞纳河鱼类生物的种种影响，在世界上经济较发达地区的许多河流中也相当典型。生物入侵被普遍认为是世界各地河流和其他生态系统的生物多样性的主要威胁之一。一项对覆盖全球80%以上大陆的1000多个流域的全球淡水鱼类入侵模式的研究表明，欧洲西部和南部是全球六大生物入侵热点之一，非本地物种占每个流域物种总数的四分之一以上。这些热点地区的受威胁鱼类物种的比例也是最高的。

人们发现，人类活动的影响，特别是特定流域的经济活动水平（用GDP表示），是这一结果最重要的决定因素。这一发现或许可以从几个方面进行解释。经济繁荣的地区更容易受到生境干扰（例如大坝和水库改变了河流流量），我们知道，生境干扰是有助于非本地物种生长的。高速经济活动也有可能通过水产养殖、垂钓和观赏鱼贸易增加物种入侵的机会。与经济发展相关的产品的进口需求增加，也加大了进口过程中无意引入物种的可能性。

当然，人类活动的多重影响也是世界上较贫穷地区河流生态发生变化的原因之一。和许多岛屿一样，马达加斯加岛拥有包括鱼类在内的多种“特有”（别处没有的）物种，其淡水物种被认为极其易危。在马达加斯加特有的64种淡水鱼中，4种恐怕已经灭绝；因面临森林砍伐导致的栖息地退化、过度捕捞以及与外来物种的相互作用这三种主要压力，另外38种也濒临灭绝。

马达加斯加普遍的森林砍伐是水生生境发生多方面退化的原因之一。河流沿岸树木的减少会导致河流物种的变化，因为树木的减少意味着植物物质和昆虫掉落数量的减少，而这些掉落物正是某些鱼类的食物。此外，河岸上的树木越少，树荫也越少。更多的阳光照射使得河流水温升高，促进了藻类的生长。当以掉落物为食的鱼被那些能够以藻类为食的鱼淘汰时，物种就会发生变化。森林砍伐通常也会导致更多的径流并加剧土壤侵蚀。侵蚀产生的泥沙可能会覆盖产卵地，导致繁殖率降低。更多的泥沙还会堵塞鱼鳃，使鱼承受更大的压力，加之其他压力，鱼类可能因此而死亡。

人口快速增长导致对鱼类的需求不断增加，而环境执法又面临巨大的组织困难，因此马达加斯加的过度捕捞淡水物种问题非常棘手。该岛引入的外来鱼类包括养殖鱼类和观赏鱼类，它们对水生生态系统的影响是深远的。一些外来鱼类已经归化，完全取代了马达加斯加中部高地的本地鱼类，并在该岛上的其他地区广泛分布。

河流治理

控制河流水位和流量变化以满足社会需求的努力可以追溯到最早的文明。如今，河流治理主要是为了提供稳定的流量，以满足生活、农业和工业用水需求，以及水力发电、航行、防洪等方面的需求。河流治理的主要方法包括建造大坝（见下文），修建堰、闸等径流式水库，以及渠化。渠化是指包括拓宽、浚深、裁弯取直和稳定岸坡在内的各种河道工程措施。

最早的一些河道治理科学原理创立于意大利，人们认为莱昂纳多·达·芬奇在这里发明了利用两个内置垂直闸门控制河流水位变化的双门船闸。纳维利奥格兰德运河连接着提契诺和米兰，15世纪末，他为该运河设计的船闸极大地推动了内陆航运的发展。200年后，随着1694年博洛尼亚大学设立“水文测验学”教授职位以及一系列有关河流水力学书籍的出版，“水科学”在意大利北部成功创立。当时有人主张，辫状河的最好治理手段是将其变为单一河道，到19世纪末，西欧大多数辫状河都以这种方式进行了治理。

19世纪在欧洲出现的河流工程的另一个重要阶段，是对主要河流进行广泛的河道取直和河床加深。法国塞纳河和多瑙河三角洲的支流苏利纳河上的重大工程就属于这类性质，但最引人注目的方案之一是在流经匈牙利的多瑙河支流蒂萨河上实施的工程。为加强农田排水并减少匈牙利平原洪水泛滥，蒂萨河治理工程对100多个曲流进行裁弯取直，河流长度因此缩短了近400千米。

黄河

很多世纪以来，黄河一直是最引人注目的河道管理的历史案例之一。尽管在中国仅是排名长江之后的第二长河，它却是世界第四长河，同时也被认为是世界上含沙量最大的河流，在流经黄土高原后进入华北平原，每年挟带的细黄沙达16亿吨，因而得名黄河。黄河发源于青藏高原，流经5000多千米后注入北太平洋的一个海湾——渤海。但它并非一直如此。像许多河流一样，黄河多年来也历经了改道，不过其改道比大多数河流更加频繁。事实上，在过去的大约2500年里，平均几乎每个世纪黄河就会发生一次重大改道。有时，它不是流入渤海，而是流入向南300多千米的黄海。有几百年的时间，它根本没有流入大海，而是流入湖泊。

在人口稠密的中国东部平原上，河流的每一次改道都意味着一场重大的洪涝灾害。事实上，黄河的洪水习性也让它获得了“中国的忧伤”的别称。1642年9月，具有相当规模的城市开封附近的一场洪水淹死了大约34万人，留下的幸存者只有3万。早在2200多年前，中国人就开始在黄河两岸修建堤坝，试图防止此类洪水。21世纪初，黄河下游至入海口的870千米长河堤修建完毕。河堤修建很可能挽救了许多人的生命，但多年以来，黄河大堤多处决口仍然导致了灾难性的洪水泛滥。

其中1938年的大堤决口是人为的。抗日战争期间，中国国民政府下令军队炸毁花园口的黄河大堤，企图利用洪水阻止日军前进的步伐。虽然有几千名日军被淹死，但洪水只是拖延了日军前进的速度。当地的中国百姓成了这场灾难首当其冲的受害者，11座城市和4000多个村庄被洪水淹没，共约1200万人受洪水之害，其中近90万人被淹死。九年后工程技术人员才修复了花园口大堤，黄河重新流入渤海。

数百年来的堤防建设也产生了其他影响。大多数河流的下游都会沉积淤泥和泥沙，黄河也不例外。然而，由于修建了大堤，黄河下游很少发生洪水，大部分淤泥和泥沙都沉积在河道自身的河床上。因此，几个世纪以来，河道的高度慢慢上升，大堤也不得不相应加高。今天，下游的河床比堤外的地面平均高出5米左右。在开封，河床比街道地面高出13米。新乡市的居民生活在黄河下方至少20米处。出现这种现象的河流常被称为“悬河”。

1960年代以来，黄河中上游地区相继修建了一批大型水坝和水库。这些工程有助于防洪，同时也为依赖这条河流生存的一亿居民提供了淡水。对黄河水量日益增长的需求造成了水资源短缺，以至于1990年代初的一段时间内黄河无法入海。1997年，黄河“断流”天数达226天，有时断流位置向内陆延伸达700千米。从那时起，中国政府一直确保黄河入海，尽管水量不大。但黄河目前每年向北太平洋输送的泥沙肯定远远少于10亿吨。由于黄河悬河河段的水量实际上很小，因此发生洪水的可能性降低，但依然有可能的是，上游发生大坝无法抵御的大洪水，下游大堤再次溃决并带来不堪设想的后果。

大坝

筑坝是人类改变河流最深刻的方式之一。以这种方式拦截河流并控制流量会带来一系列的变化。大坝拦截泥沙和养分，95改变河流水温和化学成分并影响侵蚀和沉积过程，河流因此塑造景观。大坝通常通过削减洪峰流量和增大最小流量使流量变得更加均匀。流量的自然变化对河流生态系统及其生物多样性都很重要，大坝使流量变得均匀，其后果通常是鱼类物种和数量减少。

尽管人类在河流上建造大坝的历史已有数千年，但随着土方工程和混凝土技术的进步，在过去的50多年里，世界各地的大坝建设速度和规模都明显增加。21世纪初，全世界约有大坝80万座，一些大坝的高度超过200米。某些河流被人类以这种方式进行了集中的调节。例如北美洲的哥伦比亚河，19世纪中期以来，这条河流上的大坝已经不下80座。在某些大型水系中，大坝的蓄水容量超过了河流的年平均径流量。西非沃尔特河水库的蓄水容量超过河流年平均径流量的四倍。一般认为，世界上的主要水库控制了大约15%的全球地表径流。目前全世界各种规模的水库中的蓄水总量不少于全球河流年径流总量的五倍，人们认为，这种巨大的水量再分配导致地球轨道特征发生了很小但可观测的变化。

人类修建大坝的初衷是防洪以及提供农作物灌溉用水和生活用水。现代大坝仍然具备这些功能，但增加了水力发电和工业供水等其他许多功能。毫无疑问，许多大坝方案非常成功地实现了它们的目标，并在许多方面为河流资源的可持续利用做出了重大贡献。在埃及，阿斯旺大坝自1970年竣工以来一直被视为经济发展和国家声望的重要象征。其发电量占全国电力的20%，坝后水库纳赛尔湖的蓄水使灌溉农业得以发展，灌溉农田面积增加5000平方千米。这对于一个可耕种面积很小的沙漠国家来说尤为重要。纳赛尔湖的建成还催生了新的捕捞业。该大坝具有防洪抗旱功能，能够调节流量巨大的季节性变化，使尼罗河流量趋于均匀。河道水位的稳定也有利于航运和旅游业的发展。

尽管许多大坝在实现其主要目标方面是成功的，然而，大坝及其水库的建设也导致环境发生了明显变化，其中许多变化被证明是有害的。变化的确切性质和大小取决于水库的类型及其运行方式，也取决于受影响流域的性质。新建大坝产生的最明显的影响是库区的淹没，与之相关联，水文、植被、野生动物、局部气候甚至构造过程也受到影响。

拦蓄河流所形成的水库，其水质在最初十年左右的时间内通常会发生显著变化，之后达成新的生态平衡。由于被淹没的植被和土壤释放有机结合态元素，初期蓄水时生物生产量会很高，但之后会下降。特别是在热带和亚热带地区，新建水库养分富集的一个典型影响是蓝细菌这一有毒微藻的大量繁殖。摄入足量的蓝细菌毒素对人类和动物都是有害的，会导致一系列的胃肠道和过敏性疾病。兴建大型水库的另一个生物后果是伊乐藻迅速扩散，危害航行安全并产生大量次生影响，特别是其蒸散作用造成水量大量损失。苏里南共和国布罗科蓬多水库曾经发生的夸张情形就是一个示例，在水库建成的头两年里，快速繁殖的凤眼蓝竟然覆盖了大约一半的湖面。

有些水库非常大，例如布罗科蓬多水库，其面积约1500平方千米，而加纳阿科松博大坝的坝后水库沃尔特湖的面积是前者的五倍多，是世界上最大的人工湖。人们认为，如此巨大的新水体的形成会对局部气候产生影响。沃尔特湖建成之后，加纳中部的降雨高峰季节从每年的10月份转变为7月/8月份。巨大蓄水量对地壳岩石产生了压力，一些特别深的水库因此可能会引发地震。塔吉克斯坦中部瓦赫什河上的努列克大坝，是有文献记载的大坝引发地震活动的最佳例证之一。尽管中亚的这部分地区本就位于构造活跃区，但在大坝使用期的前十年中，水库蓄水初期和水位大幅上升期内的地震频度都明显增加。

修建新的大坝意味着原先居住在水库规划区内的居民必须全部迁走。涉及人员数量可能巨大，其中牵涉人数最多的是中国的几个移民方案。黄河三门峡工程移民30万人；长江三峡大坝工程移民约120万人，涉及13个城市、140个城镇和1000多个村庄。政府通常会给水库移民提供补偿，但在许多偏远地区，居民没有居住土地的正式所有权文件，这一问题可能会延缓或实际上妨碍法律补偿。

水库下游河流的水文情势会因水库的兴建而改变。流量、流速、水质和热学特性都受到影响，导致河道及其景观，河边、三角洲、河口和近海的动植物发生变化。大坝使水流速度减缓，起到了拦截泥沙的作用，河流下游输沙量因此减少。因此，大坝下游的水流具有很强的侵蚀能力。进入河流三角洲的泥沙减少使得海岸侵蚀和海水入侵加剧，导致三角洲生态系统中的盐分增加。莫桑比克卡奥拉巴萨大坝的建设使得河流下游盐度发生变化，赞比西河河口的红树林因此受到威胁。其连锁效应之一是在红树林中繁殖的明虾和褐虾数量减少。

一些已经筑坝的河流，其下游受到的影响巨大。科罗拉多河是美国最繁忙的水道之一，该河天然状态下的输沙量极大，这也是西班牙探险家弗朗西斯科·加尔斯当初将其命名为科罗拉多河的缘由（Rio Colorado在西班牙语中意为“红色河流”），但20世纪该河上修建的一系列大坝严重削减了原本巨大的输沙量。1930年以前，该河每年向加利福尼亚湾三角洲输送一亿吨以上的悬移质泥沙，但从1964年格伦峡谷大坝建成到1981年坝后水库鲍威尔湖首次蓄满期间，该河既没有向三角洲输送泥沙，也没有向大海输水。从那以后，只有大坝泄洪时河水才会不定期地流入加利福尼亚湾。平均而言，该河现在每年向加利福尼亚湾输送的泥沙量比1930年前的平均值小了三个数量级。河流向河口和加利福尼亚湾输送淡水和养分的减少对生态产生了巨大的影响。一项研究表明，目前河流挟带的养分不足可能导致墨西哥科罗拉多河三角洲贝类种群数量下降了96%。

大坝对河流生态的影响是多方面的。生态影响的其他重要驱动因素包括河流水温变化、溶解氧含量以及大坝对植物扩散和动物迁徙的屏障作用。自中世纪以来，欧洲人就已经认识到了大坝对洄游鱼类及其产卵通道的影响。1214年苏格兰颁布的一项法令要求所有大坝都要设置鱼道，拦鱼网周六要吊起，以便鲑鱼通过。然而，可以肯定的是，目前这个问题依然存在，有时还会产生相当大的经济影响。例如，20世纪末作为鱼子酱来源的欧洲鳇的捕获量急剧下降，其主要原因是伏尔加河上修建的几座大型水电站大坝导致其产卵地丧失。

最近一些国家掀起了一场拆坝运动，原因之一就是鱼类迁移受到干扰。被拆除的大坝数量很少，包括失去使用价值、维护成本过高或环境影响程度目前被视为不可接受的大坝。已经拆除或考虑拆除的大坝大多数位于美国，但一些欧洲国家也开展了大坝退役工作。例如，根据政府制订的卢瓦尔河及其流域长期管理计划，即卢瓦尔河大自然计划，1998年法国炸毁了卢瓦尔河支流上的两座大坝并清理了残骸。该计划的主要目标是确保卢瓦尔河水环境的保护并恢复该河的鲑鱼种群。拆除维埃纳河上的红房大坝和阿列河上的圣艾蒂安德维冈大坝的目的是恢复鲑鱼产卵地通道。

土地利用

河流与其流经的景观关系密切，因此，景观的任何变化都会不可避免地对河流产生影响，了解这一点这并不令人意外。人类利用景观的方式在不同尺度不同方面对河流产生了强烈的影响。例如，众所周知，清除天然森林植被以增加耕地会导致降雨截留量、雨水土壤下渗量和蒸散发量的减少，以及地表径流量的增加，后者常常引起土壤侵蚀率增加，在某些情况下土壤侵蚀率甚至增加几个数量级。这些土壤大部分进入河流，导致河道形态和生态发生相关变化。这类河流变化的记录世界各地都有，最早的记录出现在数千年前的地中海和中国的农业区，最近的记录则出现在其他一些地方。其他形式的粮食生产也会导致径流增加和侵蚀加剧。放牧和牲畜践踏减少了植被覆盖，造成土壤压实，降低了土壤入渗能力。

当雨水流经集约型农业区或经其土壤下渗时，农药和肥料的残留物会被带走并随之进入河流。这样，农业已经成为世界某些地区河流的主要污染源。1950年代以来，肥料的使用使欧洲和北美洲许多河流中的硝酸盐和磷酸盐的浓度明显升高，并导致了一系列环境、社会和经济问题，这些问题被统称为“富营养化”，即营养富集导致生物生产力提高。藻类生长是主要问题，它危害人类健康，增加饮用水处理成本，并对其他河流物种产生影响。例如，在水流缓慢的河流中，藻类生长会降低透光度并消耗水中的含氧量，有时还会导致鱼类死亡。

当然，很多此类影响可以通过加强农田水土保持得到控制。这些措施针对各种不利影响，尤其是农田水土流失对作物产量的不利影响。中国在黄河流域进行的大量研究已经证明了植树和修建梯田等水土保持措施的作用，该地区实施这些措施主要是为了减少黄河沿线水库的泥沙淤积。如果恢复以前的植被覆盖，那么，停止那些加剧径流或泥沙产生的土地利用也可能减少这些影响，但这种情况并不一定发生。在秘鲁安第斯山脉中部进行的调查发现，由于缺乏农民的打理，环境过于干燥导致无法种植作物，废弃农业梯田的土壤侵蚀率增加。

采矿是另一种产生类似影响的土地利用形式。在西伯利亚西部，科累马河流域内广泛的金矿开采扰乱了植被，加剧了侵蚀，导致其输沙量在1970年代和1980年代增加了一倍以上。有趣的是，资料表明，科累马河同期流量并无显著变化趋势，这意味着径流量没有发生变化。许多采矿作业还造成了河流污染。废弃的岩石和“尾矿”（即矿石提取矿物后留下的杂质）通常仍然含有可以渗入土壤和河道的金属。1998年，西班牙西南部阿斯纳尔科利亚尔黄铁矿发生的池塘污水意外泄漏事故，对瓜迪亚马尔河和科托多尼亚纳湿地的鸟类、鱼类和其他水生物种造成了巨大伤害。泄漏的酸性污水中含有浓度对野生动物来说足以致命的砷、铅和锌。采矿业长期以来一直对河流都有影响。罗马人发明了水力采矿技术，利用大量河水将土壤和岩石击碎并冲走，使矿物露出。这些技术被广泛运用于西班牙西北部冲积矿床的黄金开采。

河流与其周围景观中的人类活动之间的大量联系，以及由此而来的流域整体管理的重要性，多个世纪以来已经得到了认识。例如，日本政府为保持河道稳定而对山区河流沿岸的木材砍伐做出管控，可以追溯到1200年前。同样，为了保护农业粮食生产和鱼塘，夏威夷传统的原始公社制度包括了流域一体化管理。为了给河流下游的农田和鱼塘提供养分，高地森林受禁会保护。在现代，这种整体管理方法则体现为“流域管理规划”。在欧盟国家，流域管理规划已成为所有主要流域的强制性规定。

密西西比河

密西西比河及密苏里河的流域面积占美国本土的三分之二，受大量人类活动的影响，密西西比河在过去大约200年里发生了显著的变化。19世纪初蒸汽船问世以来，内河运输迅速发展，大量森林被砍伐充当锅炉燃料，树木减少破坏了河岸稳定，促使航道产生不可预测的迁移。密西西比河流域的森林砍伐和商品农业的扩张也导致了土壤侵蚀加剧，更多泥沙流入河流。威胁航行安全的沙洲就是在此过程中形成的。随着定居点向地势低洼的岸边扩展，密西西比河洪水的威胁更大。

从19世纪至今，系统解决密西西比河问题的努力一直没有停止过。在整个19世纪，美国陆军工程兵团在密西西比河上清除岩石，浚深特定河段的航道，改善航行条件。1927年，密西西比河下游发生的一场灾难性洪水造成200多人死亡，60多万人流离失所，此后，一项重大的河流工程项目开始启动。密西西比河干支流工程的建设目的是防洪和改善航运条件，河道裁弯取直是建设手段之一。河道人工裁弯取直使得河流长度缩短，河道坡度增大，流速增加。这样，水流侵蚀能力增强，河道变深，从而提高了河道的行洪能力。密西西比河长度的急剧缩短反映出工程作业的巨大规模。1929年，孟菲斯、田纳西和路易斯安那州红河码头之间的船只航行里程数为885千米，但到了1942年，由于一系列的裁弯取直，这一里程数减少了274千米，缩短了约30%。

密西西比河及其一些主要支流沿线近3500千米的堤坝和防洪墙进一步提高了防洪能力，尽管做出了巨大努力，密西西比河仍然容易发生洪水。1993年，密西西比河上游发生的洪水是美国有史以来最为严重的自然灾害之一，4万多座建筑物被摧毁或遭受严重破坏。暴雨导致河堤决口1000多处，由于河堤阻挡，洪水在洪峰过后无法返回河道，许多地方长时间受淹。同样很有可能的是，密西西比河洪水风险管理措施是墨西哥湾沿岸热带风暴破坏风险增加的原因之一。沿河修建河堤是海岸湿地减少的原因之一，泥沙和淡水的急剧丧失降低了湿地对风暴潮水位的抑制作用。这可能是2005年袭击新奥尔良市的卡特里娜飓风破坏加剧的原因。

城市河流

几千年前，世界上的一些大河的洪泛平原上出现了最初的城市文明（见第三章），从那时起，城市就对河流产生了很多影响。在印度河流域的哈拉帕和摩亨佐·达罗，考古发掘发现了陶瓷供水管道和位于街道下方的砖砌排水管道，人们认为，这些管道早在5000年前就已经被投入使用。罗马人也以其先进的供水系统闻名于世。他们利用九条大型输水渠将远方的溪水和泉水输送到古罗马。其中一些输水渠长度超过60千米，需要在施工困难的山坡上开挖隧道以及用于检查和疏通清理的竖井。

这些早期市政系统的设计输水量很大，但重力的作用最终限制了实际输水量。水只能沿下坡方向从一处输送到另一处。现代文明利用能源抽水装置极大地提高了输水能力。例如，在美国西南部，科罗拉多河的河水经泵站抽送后的运输距离近500千米，途中穿过莫哈维沙漠后被输送到洛杉矶和圣迭戈等加利福尼亚西海岸大城市。

在城市化进程中，城镇地区的发展增长常常伴随着这种有心或无意为之的水系变化。人类可以对河流进行大规模的人工控制。例如，在日本，为防止新兴城市东京被淹没而实施的利根川东引工程将利根川向东改道了100多千米，17世纪中期这一历时50余年的宏大工程竣工，之后东京开始迅速发展。城市发展的早期阶段通常会对河流产生许多其他更微妙的影响。施工前清除树木和其他植被会导致降雨截留和蒸腾量减少，进而引起径流量增加以及裸露地表侵蚀加剧，常常造成河道内的沉积。科学家对一些建筑工地的土壤侵蚀进行了监测，结果表明，其产沙量比自然条件下高出100倍。一个极端案例是马来西亚吉隆坡的一处废弃建筑工地，其年土壤侵蚀量超过60万吨，约为自然侵蚀率的2万倍。

城市发展早期阶段的另外一些影响源于人口的不断增长，这导致河流直接取水量或打井取水量增加，地下水位降低间接影响了河流水文情势。河流还为人类提供了现成的现代建筑材料，但河道采沙采石对河流的几何特征和生态具有重大影响。

城市对河流最重要的影响之一是城市化对洪水径流的影响。城市的大片区域被混凝土、石头、柏油和沥青覆盖，通常是不透水的。这往往会增加城市区域的径流量，而雨污管网又加剧了这一影响。由于雨水挟带的泥沙相对较少（同样是因为地表被不透水材料覆盖），所以进入河道后通常会产生侵蚀并拓宽河道。城市地区径流增加的另一个后果是大洪水发生频率增加。

河水污染一直是大型城市地区面临的一个问题，随着工业革命期间城市的发展，大量生活污水和工业废水排入河流，导致了特别严重的水污染问题。19世纪上半叶，随着城市人口的增长，抽水马桶数量迅速增加，伦敦泰晤士河水质不断下降。未经处理的污水直接排入河流，连同泰晤士河沿岸越来越多的工厂、屠宰场、制革厂和其他工业部门排放的废液。

农产品加工业排出的污水和废水等有机废液在有氧条件下可以被细菌和其他微生物分解。过量的有机废液会导致河流溶解氧含量降低，危害鱼类和水生植物并可能导致其死亡。到1849年，包括整个伦敦河段在内的泰晤士河感潮河段中的鱼类全部消失。当时，公共饮用水的水源依然是河水，和水有关的疾病横行：1830—1871年间，伦敦暴发了五次霍乱流行。1858年的夏天漫长而干燥，这一年史称“大恶臭年”，由于河水散发出可怕的恶臭，国会大厦不得不休会数日。

对国家政治活动的这种直接影响也产生了一些积极作用，一些污水处理厂开始建设，到了1890年代，泰晤士河的水质已经有所改善。然而，在20世纪上半叶，污水处理和储存量跟不上伦敦人口增长，伦敦桥下游20千米处的河水含氧量在许多夏季都为零。1950年后，随着污水控制更加严格，处理设施得到改善，水质逐渐转好。到了1970年代，泰晤士河的水质得到广泛认可。1974年，人们从泰晤士河中捕获了1833年以来的第一条鲑鱼，各家媒体竞相报道。

许多工业化国家中流经主要城市的河流也有类似经历：伴随着工业化和人口增长，污染迅速增加，然后及时实施污染控制措施，环境质量恢复到可接受的程度。21世纪早期，一些污染最严重的城市河流位于亚洲的快速工业化国家。这些河流包括孟加拉国达卡的布里甘加河、菲律宾大马尼拉的马里洛河、印度尼西亚雅加达附近的芝塔龙河，以及流经中国众多城市的长江。

控制河盲症

洪涝是人类社会面临的与河流相关的最普遍的灾害，但在世界某些地区，一种被称为盘尾丝虫病或河盲症的疾病则是一个持续时间更长的问题。这种疾病由一种寄生虫引起，其传播者是在湍急的河流和溪流中滋生的小黑蝇。蠕虫一旦进入人体，就会在皮肤上形成变形的结节，而它的幼虫会移动，到达眼部后就会导致失明。据世界卫生组织估计，全世界有超过1700万人受到感染，其中约50万人视力受损。

河盲症发生在热带非洲、拉丁美洲和阿拉伯半岛的部分地区。几乎可以肯定的是，拉丁美洲出现这种寄生虫是感染者移居美洲的结果，奴隶贩卖可能是原因之一。尽管1970年代初启动的一项大型河盲症控制方案取得了巨大成功，但西非依然出现了流行程度最高、临床表现最为严重的感染。西非盘尾丝虫病控制计划的重点是向西非的大片河流喷洒杀虫剂，杀灭黑蝇，控制该疾病传播。计划的高峰段涉及11个国家100多万平方千米区域内的5万多千米长的河流。喷洒频率很高，几乎每周一次，每年进行10～12个月，有些区域持续喷洒了20年以上，其目的是在这种人体寄生虫的寿命期内（一般认为10年以上）阻止其传播。

人们认为，这一极具雄心的计划使得西非约4000万人免遭河盲症之苦，同时在曾经感染的河谷中开辟了25万平方千米可用于重新安置和种植的土地。监测表明，经消杀的河流中的其他昆虫和鱼类几乎没有受到有害影响，河流生态学家目前的看法是，这些河流中的其他生物受到永久性损害的可能性不大。

全球变暖

人类引起的全球气候变暖开启了社会影响河流的新纪元。温度总体上升将融化冰雪，植物的蒸发和蒸腾作用加大导致土壤水分损失增加。河流流量也会受到降水量、雨强和历时、降雨时间以及降水类型诸因素的变化的影响。气候学家认为，进入21世纪后，世界各地极端天气事件（包括热带气旋、干旱、热浪和暴雨）发生的频次、范围和强度可能进一步增大。所有这些都将不可避免地导致河流的变化。植物群落响应气候变暖的方式也会导致不那么直接但可能同样重要的变化。可以预料的是，为了应对气候变化的其他方面，社会也将会对某些河流施加更大的影响，例如，扩大干旱多发区的灌溉系统。

厘清全球变暖对河流的影响绝非易事，因为区分气候变化影响与各种河流特征的自然变化难度很大，同时还需要考虑土地利用和其他人类活动等可能的其他变化原因。尽管如此，全球变暖的影响在若干水系的某些近期变化中已经得到确认。对世界上很多大型流域的研究表明，20世纪发生特大洪水（重现期为100年）的风险显著上升。气温升高也对世界上许多地方的冰川产生了可预测的影响，即融化和退缩。喜马拉雅山和西藏部分地区的冰川目前正在飞快消退，由于印度、孟加拉国、尼泊尔和中国的河流依赖冰川融水补给，因此这些地区对数亿人口的远期供水问题产生了担忧。

自19世纪中期以来，北美洲和欧亚大陆大部分河流的冰盖普遍衰退，因为逐渐变暖意味着封冻日期推迟，解冻日期提前。以俄罗斯顿河下游为例，在大约100年的时间里，冰期长度缩短了整整一个月。芬兰托尔尼奥河的观测资料可以追溯到1692年，资料显示，整个观测期内解冻日期呈现提前的长期趋势。然而，这种趋势不具普遍性。西伯利亚中部和东部的河流呈现明显的相反趋势，即封冻日期提前，解冻日期推迟，封冻期延长。

由于无冰期延长以及降水量增加，流入北冰洋的北半球河流的输水量随之增加。北极地区淡水增加可能减缓或关闭所谓的“热盐环流”，热盐环流是一条将大量暖水输送到北大西洋地区的洋流传送带。该环流由海水密度的差异触发，受温度和盐度控制，因此淡水增加能够减缓其流动。热盐环流有助于调节北欧气候，使气温高于纬度预期温度。

相反，自20世纪中期以来，其他很多河流每年的输水量都在下降。一些为大量人口提供水源的主要河流的流量不断减少，引发了人们对未来供水的进一步担忧。这些河流包括中国北方的黄河、印度的恒河、西非的尼日尔河和北美洲的科罗拉多河。

干旱被认为是全球变暖引起亚马孙流域变化的最大推手。关于该地区未来气候的很多计算机模拟模型表明，旱季降雨量将减少，而气温上升将进一步加剧降雨减少所带来的影响。干旱概率增加将对森林生态系统和流经的河流产生各种连带影响，包括发生火灾的可能性增大。可以预料，当地居民、野生动物和河流本身将面临严重的后果。

在欧洲，有人预测全球变暖将导致莱茵河的流量呈现更强的季节性。计算机模型估算表明，到2050年，莱茵河夏季平均流量减少可达45%，冬季平均流量增加可达30%。莱茵河夏季月份水量减少，主要与预测降水减少和预测蒸散发量增加有关。降水增加、积雪减少和融化提前使得冬季流量增加。因此，莱茵河冬季洪水造成的危害肯定会增加。河流季节性增强也将对莱茵河的生态产生很多影响。

河流恢复

人类活动在诸多方面有目的地或间接地影响了河流，为了弥补这些影响，许多国家也在努力进行“河流恢复”，扭转人类活动的一些早期影响。改善河流条件的尝试本身并不新鲜，本章前面提到的清理伦敦泰晤士河就是例证，但在20世纪末、21世纪初，各国广泛采取恢复、修复和缓解措施，这被认为是河流管理的一个独特阶段。恢复工程一般包括对河流毁损的修复，通常是为了更好地满足社会对自然、生态健康水道的需求和期望。

然而，让河流恢复到“自然”或“原有”条件通常困难重重。但至少在理论上，人们可以基于受人类影响之前河流沿线的历史条件，或者情况类似但受人类影响较小的参考河流沿线的条件来开展这一工作。然而在实践中，条件适当的参考河流可能并不存在，或者历史基准时段以后的流域条件（如气候或植被）可能发生了变化。诚然，河流在各种自然条件下都会发生变化，而确定哪些变化是自然的，哪些是人类施加的，并不总那么简单。此外，虽然可以确定哪些人类影响是不利的，但要完全阻止它们可能更为复杂。

上述以及其他种种限制意味着重新恢复人类定居之前可能存在的条件几乎是不可能的。更合适的做法是恢复那些能够自我维持并与周围景观融为一体，因而通常更接近于自然状态的河流。因此，例如，法国卢瓦尔河大自然计划，世界上规模最大的河流恢复项目之一，其目的是确保在示范点保护典型的卢瓦尔河谷生态系统（包括泥炭地、峡谷、冲积平原森林和牛轭湖），并保持其生态功能。恢复河狸和鲑鱼等标志性河流物种是该项目的重要组成部分。

即使河流恢复项目的目标很明确，在大多数情况下，它们仍然需要与对河流的其他需求相平衡。其中一些要求可能是相互矛盾的。例如，一些环保主义者认为，河流整治和环境保护在本质上是不相容的，因为整治改变了原始野生动物群落赖以生存的自然环境。事实上，在某些情况下，生物的生态需求被破坏或改变的程度超过了它们适应的极限，生物无法生存。河流管理与其他自然环境管理问题一样，也需要妥协。当今世界，人口和经济增长似乎不可避免，更不用说人类诱发的气候变化包罗万象的影响，这些妥协因此可能会变得越来越微妙。