河流系統

河流系統是指河道中相互聯繫的水、沙、河牀以及生態系統之間形成的複雜體系。河流系統中的物理、化學、生物等各種過程涉及了地貌學、河牀演變學、河流動力學、沉積學、水文水環境、生態學等多個學科。 ^[2] 

河流從河源至河口構成一個完整的河流系統，它是由許多部分構成，各組成部分間通過水流、生物活動等形成了河流系統的複雜結構。河流系統的組成部分既包括物質的，如河岸帶、河牀、水體、生物、建築物等；也包括非物質的，如歷史、文化。其中，河岸帶、河牀、水體構成了河流系統的自然結構；生物羣落構成了河流系統的生態結構；歷史和文化構成了河流系統的文化結構；建築物構成了河流系統的調節工程。可見，河流系統主要包括自然結構、生態結構、文化結構、調節工程。

由河流源頭、湖泊、濕地、河口構成的不同級別的幹流和支流，形成了眾多的河網水系。在橫向上，河流由河岸帶、堤防、灘地、水體和河牀構成。河流橫向結構與河流有無堤防關係密切，對於有堤防的河流，河流系統橫向範圍包括兩岸堤防外護堤地之間的水域、沙洲、灘地、河道主槽和堤防及護堤地；無堤防的河流，河流系統橫向範圍包括兩岸緩衝帶之間水域、沙洲、灘地、河道主槽和河岸帶。 ^[3] 

河流系統中具有豐富的生物組成，包括動物、植物和微生物。有水生的，有陸生的，也有兩棲的。由於水體的流動特性決定了河流系統中生物分佈具有縱向成帶特點，生物大多具有適應急流生境的特殊形態結構。這些豐富的生物經過長期的自然選擇，形成了較為穩定的生態系統，在系統內部具有複雜的食物鏈和食物網，生物之間通過食物鏈和食物網進行物質、能量和信息交換，同時生物也與自然結構間存在着相互作用，並依賴於自然結構而生存。河流生態系統基本屬於異養型系統，其能量、有機物質主要來源於相鄰陸地生態系統產生的枯枝落葉和動物殘體及地表水、地下水輸入過程中所帶的各種養分。

河流系統在發展演化過程中，均承載着豐厚的人文歷史，同時也充分體現着現代社會的文明特徵。這也是河流系統很重要的組成部分，構成河流系統的文化結構。它包括了歷史文化和現代文明。歷史文化是指過去發生在河流系統沿線的歷史掌故、重要歷史人物、重要的文物建築以及社會發展的歷程；現代文明是當代社會治理、建設、開發河流系統中所賦予的新文化。

河流系統的調節工程是人類用來調節或控制天然徑流，進行河流水資源開發利用，防止水旱災害。滿足親水需求的工程措施。調節工程包括兩類：一類是安全保障型調節工程，這類工程是人類為保障生存安全、開發利用水資源而修建的涉水工程，主要包括水閘、水電站、堰壩、橋樑、碼頭、引排工程和水庫等涉水建築物；另一類是社會服務型調節工程，這類工程是人類為提高河流系統的人水和諧、親水服務、休閒服務、人文教育等社會服務功能而修建的河岸建築或設施，它主要包括親水平台、景觀建築、休閒設施、人文歷史建築、宣傳教育基地等。 ^[3] 

河流系統包含3個亞系統：①流域分水地區或產沙地區，即河流來水來沙區；②幹流中下游輸水輸沙帶，對平衡的河道來説，輸入的泥沙等於輸出的泥沙；③河口三角洲沉積作用區。每個亞系統都是一個開放系統，在系統中，不僅系統與環境氣候、地殼運動、基準面等之間，而且系統內部各要素間均不斷進行着物質、能量和信息交換。通常第一亞系統為流域科學家、地貌學家和水文學家所關心的對象，在這裏環境中的物質、能量以負熵流的形式進入系統；第二亞系統為水力與河道整治工程師和地貌學家共同關心的對象，同時氾濫平原上的古河道及河谷淤積物又為地層學家和沉積學家所關注；第三亞系統關係到地質學和海洋工程，而沖積扇、沖積平原、三角洲的形態、內部結構和地層特點是地質學和地貌學共同關心的課題，在這裏物質能量以流的形式輸出到環境中去。

三個亞系統的關係是複雜的過程響應關係。受地殼運動、地質條件、地形、氣候、植被等獨立變量控制的地表侵蝕動力和地表形態決定了第一亞系統的產流及其過程，產沙量及其性質，這些又決定了第二亞系統中的河道特性及第三亞系統的沉積物性質。 ^[4] 

按照河流連續體理論，從河流源頭到下游，河流系統內的寬度、深度、流速、流量、水温等物理變量具有連續變化特徵，生物體在結構和功能方面與物理體系的能苗耗散模式保持一致，生物羣落的結構和功能會隨着動態的能量耗散模式做出實時調整。可見，河流在空間結構、生物組成和時間尺度上是一個連續的整體，具有很強的系統性，將其稱之為河流系統，其結構具有四維特性。

河流系統在縱向、橫向、垂向等三維空間表現出各自不同的特徵。在縱向上，河流系統表現為蜿蜒曲折、分層分級的特徵；在橫向上，河流系統表現為水體與陸地間的相互作用：在垂向上，河流系統表現為地下水對河流水文要素和化學成分的影響，以及生活在河牀底質中的有機體與河流的相互作用。

在時間上，在自然界長期的演變過程中，河流的河勢也處於演變之中，其演變過程是一個動態過程，河流的流量、水位等是隨着降雨、水文變化及潮流等條件在時間與空間上的變化而發展週期變化和隨機變化的，河流的泥沙衝淤、河流形態變化以及生物羣落的演替變化都隨時間推移而發生着動態變化。 ^[3] 

河流系統的功能由其結構決定，各結構組成相互作用，協調運行，實現河流的各項功能。河流系統自然結構主要完成調蓄洪水、穩定河牀等河道結構的自我調節功能。生態結構主要完成河流系統物質動態調節功能，維持生態系統的動態平衡和可持續性。文化結構與凋節上程主要保證河道能夠為人們生產、生活提供更為安全可靠的服務。河流系統主要包括自然調節功能、生態功能和社會服務功能。 ^[3] 

河流在自然演變、發展過程中，在水流的作用下，起着調蓄洪水的運行、調整河道結構形態、調節氣候等方面的作用，這即是河流系統的自然凋節功能。歸納起來，主要包括水文調蓄功能、輸送物質與能量功能、塑造地質地貌功能、調節周邊氣候功能。

河流是自然界物質循環和能量流動的重要通道，在生物圈的物質循環中起着重要作用。沒有河流的紐帶作用，各種生態系統就無法交流。河流為河流內以至流域內和近海地區的生物提供營養物，為它們運送種子，排走和分解廢棄物，並以各種形態為它們提供棲息地，使河流成為多種生態系統生存和演化的基本保證條件。這就是河流系統的生態功能。河流系統的生態功能主要包括棲息地功能、通道作用、過濾和屏蔽作用、源匯功能等。

河流系統的社會服務功能是指河流在社會的持續發展中所發揮的功能和作用。這種功能和作用可以分為兩個方面：一是物質層面，包括河流系統為生產、生活所提供的物質資源、治水活動所產生的各種治河科學技術、水利工程以及由此帶來的生活上的便利和社會經濟效益等；二是精神層面，包括文化歷史、文學藝術、審美觀念、倫理道德、哲學思維、社風民俗、休閒娛樂等。 ^[3]