河流流速，下游何时会反超上游？
河流流速，下游何时会反超上游？
河流的上游和下游，哪一段流速更快？很多同学可能会毫不犹豫地说“上游流速更快”，但这个结论一定对吗？今天我们重新来看看这个问题。
图1 上下游河流对比图 | 图源网络
传统观点：上游快、下游慢
影响河流流速的因素有很多。当仅考虑地形（坡度）因素时，河流流速主要由重力驱动。
一条大型自然河流，通常上游流经山地或峡谷，故坡度较陡，重力势能转化为动能效率高，流速相对较快。而下游流经平原或三角洲，地形平坦，河道坡度减缓，转化为动能效率降低，流速逐渐下降。
图2 河流剖面示意图 | 作者自制
“上游流速快于下游”是全球大多数河流的普遍规律，但这个结论成立，也需要满足一些条件。
- 一般是从全流域尺度分析（河流源头到入海口），而非局部河段的对比。
- 地形（坡度）对河流流速起主导作用。
- 一般为未受强烈人为干预的自然河流。
- 排除暴雨等突发性流量剧增现象。
例如，台湾浊水溪（台湾省第一长河）就符合上游流速快于下游的规律。台湾浊水溪全长186. 4公里，于中央山脉南麓流出，向西流经平原地区，最终汇入台湾海峡。
图3 台湾省浊水溪卫星云图 | 图源奥维互动地图
什么情况下，下游流速快于上游？
牛津版《地理系统》中指出：当河流下游出现河道变宽、河床泥沙变细的特殊情况时，水流摩檫力减小，水流可能会加速。“河流下游流速快于上游”的结论，在《极简地理学》这本书中也有提到。
图4 河流流速分析 | 图源《极简地理学》
该书中提到一种估测水流速度的数学方法——曼宁公式。
河流流速 = (水力半径²/³ × 河道坡降¹/²) / 粗糙度系数
这个公式也可以简单理解为：流速=坡度×流量×河道形态÷阻力
从公式来看，除了河流坡度，河道宽度、流量以及河床粗糙程度都会影响河流流速。如果河道宽度、流量和河床粗糙度等因素的影响很大，就有可能由它们决定河流流速的最终结果。
【注】
- 水力半径（R）：过水断面面积（水流横剖面的面积）÷湿周（水流接触河床与河岸的总长度）。不考虑其他因素，当R 越大，水流受河床摩擦阻力越小，流速越快。
- 河道坡降：亦称比降、坡度，是指任意两端点间的高程差与两点间的水平距离之比，比降可以作为河流落差的参考，比降小说明河流落差小。
- 粗糙度系数( n )：反映河床表面粗糙程度。是河床的小尺度特征，对河水流动、起伏、翻滚方式具有影响。
一起来看公式中的三大变量对河流流速的影响。
① 如果下游水力半径大，利于流速加快
下游地区河道变宽变深，流量变大，此时河流过水断面面积与湿周的比值，即水力半径较大。
图5 河道示意图 | 作者自制
② 如果下游河床粗糙度下降，利于流速加快
相较于上游河床，下游地区河床沉积物粒径一般较小，多为细沙。而且河床多为沉积层覆盖，表面相对较光滑，河床给河流流动带来的阻力变小。
图6 河床沉积物示意图 | 图源网络
③ 下游坡度下降，不利于流速加快
相较于上游地区，下游地区的地形平缓，坡度有所降低，不利于流速加快。不过，在部分地区，河流下游虽然坡度较小，但由于水力半径增加幅度很大，以及下游河床粗糙度下降明显，从而导致坡度小给流速带来的影响被抵消。
当然，世界很大，情况也很多元化。在局部地区，也有河流下游出现狭窄峡谷，落差变大的现象（如刚果河下游地势陡峭，落差较大），这样的地形条件就会增大下游河流的流速。
由此可见，河流流速是快是慢，其实是多种因素综合作用的结果。
除了自然原因，人为因素也会影响河流流速。例如，莱茵河中游因修建人工运河以及河道渠化，致使洪水发生时中游流速加快。来看一组莱茵河中游渠化段的数据。
上表数据源自德国联邦水文研究所（BfG）和欧盟WISE水文数据库资料，作者整理
图7 莱茵河中游渠化段卫星云图 | 图源网络
【注】
渠化：河流渠化，即河流渠道化。简单来说就是将天然河道变成人工河渠，具体做法包括河道取直，硬化河堤、河底，改造岸坡（修筑堤坝）。详细资料可点链接查询 → 什么是河道渠化和自然化？
现实中的“下游流速快”河流
大型河流下游确实存在流速反超的情况，这并非推翻“上游更快”的一般规律，而是体现了在自然和人类活动影响下水文现象的复杂性。
现实中河流下游流速可能更快的情况：
- 人工干预
① 渠化河道：下游通过裁弯取直、硬化河床，降低粗糙度（如荷兰莱茵河中游渠化段）。
② 水库泄洪：三峡大坝泄洪时，下游宜昌段瞬时流速可能接近上游自然流速。
- 冲积平原上的短小河流或特殊水文事件
① 小型冲积平原河流（如荷兰低地河流），下游坡降未显著减小，水力半径（R）增大明显主导流速。
② 潮汐作用：外宽内窄的河口，迫使涨潮时海水被压缩进狭窄河道，形成高速逆流的“潮水墙”（涌潮）。虽然潮水与河水方向相反，但潮水的能量像“推土机”一样压缩水流，迫使它们集中到河道中央深水区，加上河床被冲刷得很光滑，阻力较小，流速反而可能增加。这种现象仅出现在潮汐作用强烈的河口区（如亚马孙河河口）。
【注】
涌潮：潮差较大的喇叭形河口或海湾出现的特殊潮汐现象。
- 局部地形突变
下游出现狭窄峡谷，河道被峡谷强力约束，导致流速短暂加快（如刚果河下游流经峡谷，河道骤然收窄，坡度显著增加）。
【案例一：亚马孙河】
据NASA地表水遥感监测数据显示：亚马孙河下游存在两个不同区域的流速反超现象，其成因和作用机制存在本质区别：
- 奥比多斯峡谷段
奥比多斯峡谷段流速快是雨季水量激增与峡谷地形共同作用的短期现象。雨季降水量大，大量支流汇入导致下游水位暴涨，淹没两岸低洼地，水流向河流中央深处区（低阻力）集中，水力半径剧增，同时，下游峡谷地形，河道收窄，最终导致流速短时间加快。
- 末端河口段
亚马孙河下游河口段流速快于上游，主要源于河口特殊的地形与潮汐作用：其河口呈喇叭状（外宽内窄），涨潮时大西洋潮水被挤压进狭窄河道形成 “水墙”（涌潮），瞬时逆流速度每小时约 20公里，能量巨大的潮水推动水流向河道中央深水区集中，水力半径增大，加上河床被冲刷得很光滑，阻力较小，下游河口段流速反而可能增加。
图8 亚马孙河下游河流示意图 | 图源纪录片《伟大的河流》
课前3分钟，地理不用愁——亚马孙河
【案例二：刚果河】
刚果河下游流速较快。从下游开始，刚果河道进入落差较大的峡谷（峡谷附近有31处阶梯状急流，如利文斯通瀑布群），由于下游河道收窄，坡度较陡，重力势能更多转化为动能，流速变快。另一方面，刚果河流域年降水量大，为持续高流速提供稳定的水量基础。
用尺度思维看流速问题
下游流速是否比上游快，这和研究尺度（时间、空间）也有很大关系。河流流速受坡度、流量、河道形态等多个因素制约，不同尺度下，对结果起主导作用的因素可能会发生转换。
- 空间尺度：局部VS 整体
① 局部特殊地形: 仅对比上游某平缓河段（如三峡库区蓄水后的回水区）与下游狭窄段（如镇江谏壁运河），下游局部流速可能暂时超过上游。
② 整体上，从源头到入海口的宏观尺度分析，上游整体流速仍高于下游。
- 时间尺度：短期 vs 长期
① 洪水期瞬时对比：下游在极端暴雨或上游泄洪时（如1998年洪水），局部流速可能短暂接近上游（如南京段洪水期流速可达2.5m/s），但仍难超过上游急流段（如虎跳峡常态流速5-7m/s）。
② 长期平均数据：从年均值看，上游流速优势稳定（金沙江年均流速3-5m/s,下游南京段1-1.5m/s）。
河流流速哪里最快？
这个问题没有唯一答案。地理规律往往存在适用边界，因此结论的成立是需要前提的。做题时，也需要具体问题具体分析。
参考文献：
- NASA公开卫星遥感数据
- Hesselink, A. W., et al. (2003). Channelization and consequences on floodplain system functioning on the Middle Rhine. River Research and Applications, 19(3), 251-267.
- European Environment Agency (EEA). (2020). WISE Water Framework Directive Database
- 顾朝林,顾江,高喆,等.莱茵河流域考察研究报告[J].城市与区域规划研究,2022,14(02):151-192.
- 谢锡钦,姚嘉耀,陈正炎.浊水溪下游段河性分析与治理对策[J].水土保持研究,2005,(05):31-38.
做完题再走~
刚果河是世界上水能资源最丰富的河流，特别是位于刚果河下游的英加市附近的河段，在25km的范围内河床总落差达近100m。位于此处的英加电站1、2号已建成，3号正在建设中。下图是英加水电站位置图和引水及电站布局图。完成下面小题。
参考答案与解析
（上下滑动查看）
【答案】A
【解析】根据材料，刚果河是世界上水能资源最丰富的河流，位于河流下游的应加市附近的河段，在25km的范围内河床总落差达近100m；根据图示数据可知，图示河段的总落差在200m以上，我国三峡河段，总落差约130多米，但三峡河段河段总计长度有100多公里，因此，三峡河段落差小于刚果河段，且刚果河下游为热带雨林气候，这里降水量大，水量季节变化小，水能更丰富。若在刚果河下游建拦河大坝充分开发，发电的总量较三峡多，相比长江三峡河段，这里雨林茂密，人口少，移民更少，防洪是三峡大坝的首要任务，刚果河下游防洪任务并不突出，据此分析，A正确，BCD错误。