侯雨樂, 劉 瑞, 趙景波

(1.阿壩師范學院 資源與環(huán)境學院, 四川 汶川 623002; 2.武警工程大學 基礎部，西安， 710078; 3.中國科學院 地球環(huán)境研究所 黃土與第四紀地質國家重點實驗室, 陜西 西安 710061)

IPCC第五次氣候變化科學評估報告指出[1-3]，全球正在變暖，未來也將持續(xù)變暖。面對全球變暖事實及其帶來的危害，我們要盡可能務實地做好延緩氣候變暖步伐及減災防災等工作，同時繼續(xù)深挖氣候變化成因，注重研究古氣候變化規(guī)律，借古鑒今，這對認識現(xiàn)代氣候變化及未來氣候預測都有著重要現(xiàn)實意義。在氣候變化和人類活動干擾下，中國極端氣候現(xiàn)象、洪澇災害頻率及帶來的損失都呈現(xiàn)出增加趨勢[4]。研究氣候變化、分析旱澇災害規(guī)律逐漸成為地區(qū)防災減災工作的重點。萬紅蓮等[5]，張倍蓓等[6]研究表明，明清關中地區(qū)旱澇災害鏈有明顯階段性且是對小冰期氣候變化的響應；旱澇災害周期與太陽活動、氣候冷暖波動有較好的對應關系。李棟梁等[7]對1616—1911 年間河南省洪澇災害時空分異規(guī)律進行了探討，認識到洪澇災害的發(fā)生是太陽活動與東亞夏季風共同作用的結果。南方濤動(ENSO)事件影響東亞冬、夏季風強弱，是全球氣候波動的信號，全球旱澇與ENSO明顯關聯(lián)[8]。ENSO事件發(fā)生年長江流域夏季降水可能會出現(xiàn)顯著異常。李敏敏[9]通過對長江流域1961—2012年旱澇災害的統(tǒng)計災害學研究，認為長江流域出現(xiàn)旱澇災害的大部分年份中均有ENSO事件發(fā)生，且大澇年發(fā)生ENSO事件的機率更大。前人對洪澇災害時空分布特征及變化趨勢等的研究取得了豐碩成果，但主要是對中國大部或東部季風區(qū)、青藏高原區(qū)的氣候變化與旱澇災害間關系等進行了研究。針對大渡河流域歷史時期洪澇災害特征規(guī)律研究少有報道。本文擬通過研究清代大渡河中游河谷地區(qū)的洪澇災害變化特征，分析洪災周期變化等規(guī)律并探討引發(fā)洪災的可能原因，以期為下進一步揭示大渡河流域洪澇規(guī)律及其成因、重建歷史時期氣候具有重要理論價值，也為預測氣候變化提供科學依據(jù)。

1 研究材料與方法

1.1 研究區(qū)概述

大渡河是岷江最大支流，于樂山市草鞋渡匯入岷江，徑流集中在6—10月，約占全年的70%。大渡河河谷深切，嶺谷高差達1 000～2 000 m，橫斷山和邛崍山脈不僅阻擋了東南和西南季風帶來的水汽，還產(chǎn)生焚風效應，形成了干熱河谷氣候，年蒸發(fā)量遠超降水量。大渡河干熱河谷區(qū)主要包括丹巴縣、瀘定縣，石棉縣、漢源縣和金口河區(qū)1 800 m以下的河谷地帶[10]。漢源縣處在雅安市西南部的攀西河谷地帶，位于102°16′—103°00′E，29°05′—29°43′N間，歷代為川西交通咽喉之地。漢源縣地處橫斷山脈北段東緣，大相嶺之南，小相嶺、大涼山以北，地形以山地為主，西北高東南低，海拔在4 021～550 m[11]。大渡河橫穿縣域東西，流沙河縱貫南北，形成了四周高山環(huán)繞，中部河谷低平的地勢。漢源縣屬亞熱帶季風濕潤氣候的四川盆地西部邊緣分區(qū)，干濕季分明，高地寒冷，河谷炎熱，年均降雨量僅741.8 mm，為雅安市各區(qū)縣年降水最低值。漢源縣降水變率大，且多暴雨，加之大渡河及其支流汛期的影響，該地洪澇災害較多。在水資源比較充足的亞熱帶氣候區(qū)，影響該區(qū)農業(yè)生產(chǎn)的主要自然災害是洪澇而非干旱，該地區(qū)歷史上深受洪災所害。

1.2 數(shù)據(jù)來源及分析方法

本文的洪災資料主要來源自《漢源縣志》[11]《四川省近五百年旱澇史料》[12]《中國氣象災害大典·四川卷》[13]《長江流域水旱災害》[14]等史料。并通過不同史料數(shù)據(jù)記載的相互對照，保證統(tǒng)計數(shù)據(jù)的準確性。為了解清代大渡河干熱河谷區(qū)漢源縣的洪澇災害輕重程度，參照歷史文獻中對受災嚴重程度及政府賑災措施等描述，參考已有成果[15-16]，將清代漢源縣洪澇災害劃分為4個等級序列(表1)。比照長江上游洪枯水題刻[17]、施雅風等[18]重建的1840—2000年長江大洪水序列，在1840年、1870年、1896年漢源縣災都發(fā)生了中度洪災，1869—1870年漢源縣連續(xù)大洪災。1870年長江大洪水是中國洪水刻痕最多的一次歷史洪水，給長江中下游地區(qū)帶來了滅頂之災，符合上下游洪災變化的連貫性，這些佐證說明本文所采集數(shù)據(jù)有很高可信度。

根據(jù)以上分級標準對清代漢源縣洪災進行分級統(tǒng)計，并以所統(tǒng)計的55次洪災為研究對象，運用數(shù)理統(tǒng)計方法、SPSS，MATLAB等軟件去分析各級洪澇災害分布特征，并應用小波分析洪災周期特征，分析與氣候變化之間的關聯(lián)性，以期更好解譯漢源縣洪災的內在成因與規(guī)律。

2 結果與分析

2.1 洪災等級變化

根據(jù)洪災分級評價標準，統(tǒng)計大渡河干熱河谷漢源縣的洪災頻次。如頻次圖(圖1)所示，清代漢源縣發(fā)生洪澇災害共計55次，平均4.87年就發(fā)生1次。輕度洪災8次，發(fā)生頻率為14.55%；中度洪災33次，發(fā)生頻率為60 %；大洪災為12 次，發(fā)生頻率為21.82 %；特大洪災為2次，發(fā)生頻率為3.64%。從災情上看，漢源縣洪澇災害以中度為主。中度及以上洪災發(fā)生比率高達80%以上，災情嚴重損失大。

注：縱坐標數(shù)值1，2，3，4分別代表輕度洪災，中度洪災，大洪災和特大洪災。

圖1清代漢源縣洪澇災害等級序列

2.2 洪災季節(jié)、年際變化

將清代漢源縣有明確時間記載的47次洪災資料統(tǒng)計(圖2)可知，單季洪災發(fā)生頻次最高，其次是兩季連續(xù)洪災。單季洪災中，以夏、春為主，分別發(fā)生了31，9次。兩季洪災中，夏秋和春夏連續(xù)洪災各記載有3次。大渡河中游段屬典型的濕潤季風氣候，夏季受到東南、西南季風控制，降水時間長，周邊還是有名的川西暴雨區(qū)，加上復雜地形地貌、河流影響，使得漢源縣洪災季節(jié)分布差異顯著。

為更好地反映出漢源縣洪災年際變化特征，以10 a為時間間距計算出各年代階段洪災頻次以及洪災距平值變化特征(圖3—4)。由圖3—4可看出，清代早期的洪災極少，清代中后期頻次較高，整體上呈現(xiàn)出波動增加的趨勢。洪災頻次的平均值為2.04次/10 a。圖3和圖4反映出比較同步的洪災階段性特點，其中1644—1739年、1770—1809年距平值主要為負值，即洪災頻次低于平均值，為洪災少發(fā)期。1740—1769年、1810—1911年距平值大多為正值，即在此期間的洪災頻次高于平均值，是洪災多發(fā)期。圖4中距平值曲線斜率為大于零，表征清代洪災頻次整體上是增多態(tài)勢。

圖2 清代漢源縣洪澇災害季節(jié)變化

圖3 清代漢源縣年代際洪災頻次變化

圖4 清代漢源縣10 年間隔下洪災頻次距平值變化

2.3 洪災周期變化

利用MATLAB軟件中的Morlet小波分析對清代漢源縣洪災周期特性進行時間序列分析。結果如圖5所示。圖5顯示，洪災存在約5 a，10 a的震蕩周期，且貫穿始終，為其主要控制周期。洪災發(fā)生的10 a周期與太陽黑子11 a活動周期相近，洪災與太陽活動周期密切相關，這一結果與前人研究較為一致。太陽活動異常會導致北半球各區(qū)域降水的顯著變化，在太陽活動強時，西太平洋副高增強、面積增大，反之則西太平洋副高減弱、面積減小，進而引發(fā)旱澇災害[19]。據(jù)張強等[20]研究，ENSO事件周期主要有5.67 a，10.46 a，本地區(qū)清代洪災周期與ENSO周期呈現(xiàn)出顯著一致性。

圖5 小波分析顯示的洪災周期

2.4 重大洪災事件

清代中期以后漢源地區(qū)連年性洪災多發(fā)。根據(jù)孫金嶺等[21]研究，將連續(xù)3 a及以上，以中度洪災及以上為主的連年性洪災確定為重大洪災事件。清代漢源縣的重大連續(xù)性洪災事件有5次，分別發(fā)生在1759—1761年、1811—1813年、1824—1826年、1868—1871年和1893—1896年，且大都是中度洪災。據(jù)記載，1868—1871年漢源地區(qū)連續(xù)4 a發(fā)生了洪澇災害，大雨傾盆，山水暴漲，河堤決，4 a間共計沖沒民房近200余間，淹斃男女60余口，連年洪災給當?shù)剞r業(yè)生產(chǎn)、社會生活帶來了極大損失。

3 討 論

3.1 洪澇災害與太陽黑子

旱澇災害幾乎都集中在太陽黑子數(shù)的極值活動時期[22]。太陽活動是擾動氣候變化的主要自然因子之一，與旱澇災害密切相關。從漢源縣洪災與太陽黑子關系圖(圖6)分析可知，洪災與太陽黑子數(shù)關系密切，當處在極大值和極小值年附近時，也是洪災比較多發(fā)的時期。在1778年太陽黑子達峰值時，1776年發(fā)生了大洪災。1870年又達到極大值時，前后幾年都發(fā)生了中度以上洪災。1810年太陽黑子達最小值時，其后幾年間都有洪災發(fā)生。分析洪災與太陽黑子數(shù)的多項式擬合關系可以看出，二者在研究時期內趨勢幾呈平行特點，太陽黑子極值年與洪災多發(fā)期有正相關關系。再利用比利時皇家天文臺提供的太陽黑子數(shù)值數(shù)據(jù)(http:∥www.sidc.oma.be/silso/datafiles)，找出1750—1911年太陽黑子相對數(shù)量序列，統(tǒng)計這162年間的15個極大值(M)和14個極小值(m)[23]，并計算極值年及其前后兩年內洪災頻次，結果見表2。

圖6 漢源縣洪災與太陽黑子關系

公元1750—1911年漢源縣共計洪災發(fā)生45次，在太陽黑子極大、極小值年及其附近年共發(fā)生洪澇災害44次，占到該時段洪災的97.78%。洪災在極大值年及±2 a間發(fā)生頻次為23次，占洪災總數(shù)的51.11%。洪災在極小值年及±2 a間出現(xiàn)頻次為21次，占洪災總數(shù)的46.67%。即在太陽黑子極值年附近洪災發(fā)生機率極大。1811—1813年、1824—1826年和1868—1871年這3次重大洪災事件都發(fā)生在極小值m年附近，這與王騰等[24]分析漢江谷地旱澇災害與太陽活動的研究結果相吻合。進一步驗證了研究區(qū)洪災與太陽黑子活動11 a周期關系密切。在太陽黑子極值年附近更應注意防洪工作。

表2 漢源縣1750-1911年太陽黑子數(shù)極值年前后洪災頻次統(tǒng)計

3.2 洪澇災害與ENSO事件

ENSO事件影響東亞、南亞季風的強弱，進而波及到大渡河地區(qū)的降水多寡，旱澇災害顯著受ENSO事件驅動[25]。當ENSO在數(shù)十年際的尺度下增強或減弱時，各地旱澇災害亦會出現(xiàn)明顯波動。根據(jù)王紹武等[26]研究成果整理出1860—1911年的28次ENSO事件，其中有12次暖事件(厄爾尼諾現(xiàn)象)和16次冷事件(拉尼娜現(xiàn)象)。將其與漢源縣洪災發(fā)生年份進行比較對應，結果表明在ENSO發(fā)生年或次年發(fā)生了19次不同等級的洪災，發(fā)生機率為67.86%，以中度洪災為主。在厄爾尼諾現(xiàn)象發(fā)生年前后發(fā)生洪災8次，在拉尼娜現(xiàn)象發(fā)生年前后發(fā)生洪災12次，說明兩者關聯(lián)性明顯。在ENSO事件年前后時，本地當年或次年降水量大增的概率較高，易發(fā)生洪澇災害。利用SPSS 19軟件的Pearson相關分析功能做出ENSO事件與漢源縣洪災的關系(表3)?？梢钥闯鱿嚓P系數(shù)高達0.828，兩者存在正向顯著相關性。清代中后期的重大洪澇事件都發(fā)生在ENSO事件年?，F(xiàn)代研究也表明[27]，在ENSO冷暖事件轉換年長江發(fā)生流域性大洪水的可能性增大。

表3 漢源縣1860-1911年ENSO事件與洪災的相關性

注：*表示在0.05 水平(雙側)上顯著相關；N表示樣本數(shù)。

3.3 洪澇災害與印度夏季風

川西地區(qū)夏季水汽主要源于西南季風。西南季風的強弱直接影響到該區(qū)降水多寡和水旱災害。據(jù)姚檀棟等[28]、陳家其等[29]、馬利華等[30]研究，希夏邦馬峰達索普冰芯較好的反映了過去400 a來印度夏季風降水變化規(guī)律，19世紀屬多降水的寒冷期。樹輪曲線分析也表明19世紀中期至20世紀初為相對濕潤期。1810—1911年漢源縣處于洪災多發(fā)期。1821—1921年是印度夏季風強盛時期，1830年、1875年左右為降水峰值年，該區(qū)在其附近年份都發(fā)生了中度以上洪災。此外印度夏季風降水周期有約5 a，10 a等時間尺度上的譜峰，而漢源縣清代洪災也存在約5 a，10 a的震蕩周期，兩者存在明顯一致性。研究區(qū)洪災在印度夏季風和降水量強盛時期頻發(fā)，說明漢源縣洪澇災害多發(fā)生于西南夏季風活動加強的階段。

為進一步量化大渡河干旱河谷漢源地區(qū)洪澇災害與降水量演變規(guī)律，利用中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(http:∥data.cma.cn/)提供的漢源縣氣象數(shù)據(jù)資料以及基于降水距平百分率的旱澇標準，統(tǒng)計1951—1990年漢源縣洪災等級與年降水量關系(圖7)。這40 a間漢源縣年均降水量約748.43 mm，大澇災年降水量平均為814.06 mm，特大澇災年降水量平均為897.48 mm，都顯著高于多年平均降水量。2012年漢源縣降雨量751.9 mm，比歷年平均降雨量偏多24.7 mm，且暴雨及其洪災比正常年份偏重，7月初全縣普降強降水，耕地農作物受災嚴重，造成縣境內5.3萬人受災，直接經(jīng)濟損失逾3億元。

基于MATLAB的功率譜分析可以很好地確定洪澇災害周期變化的主要頻率[31]。分析顯示漢源縣在1951—1990年洪災存在約5.8 a的震蕩周期(圖8)。期間洪災呈現(xiàn)出明顯的階段性，1958—1962年、1980—1990年洪災頻發(fā)，這與清代漢源縣洪災周期、階段變化有著明顯一致性，說明漢源縣近現(xiàn)代洪災演變規(guī)律有延續(xù)性。

注：圖中洪災等級1，2，3分別代表輕度洪災、大洪災和特大洪災。

圖7漢源縣1951-1990年洪澇災害等級與年降水量

圖8 漢源縣1951-1990年洪災功率譜分析

由此看出，漢源縣洪災與年降水大增或季節(jié)性暴雨息息相關。根據(jù)現(xiàn)代漢源縣降水量可以推斷清代大洪災年份降水量應不少于814.06 mm，顯著高于多年平均降水量。如1990年漢源縣降水量高達1 033.1 mm，7月份降水350 mm，大雨暴雨如注，造成漢源縣遭受建國以來受淹范圍最廣、最嚴重的洪澇災害之一。由于夏季暴雨引發(fā)山洪泥石流等洪災事件也屢見報端。2013年7月中旬漢源縣遭遇強降雨天氣過程，多個鄉(xiāng)鎮(zhèn)降大到暴雨，因降雨時間集中爆發(fā)山洪，流沙河上游的7個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，7.5萬人遭洪災。2018年8月2日，漢源縣普降大到暴雨，局部12 h累計達74.2 mm，暴雨造成泥石流等洪災險情。但洪災也不全是由降水導致的，由于漢源縣地處川滇南北地震帶，山谷狹窄陡峭，地震引發(fā)洪水的可能也是存在。1786年6月由于地震引發(fā)瀘定縣、漢源清溪鎮(zhèn)等地山崩堵河，高出平常水面100 m余，壅水10 d后洪水以建瓴之勢直沖漢源。該次洪災水量大、流速快，給沿流各地帶來空前劫難。文獻載稱，漢源縣田廬皆成蛟龍之窟，水退一片白沙[32]。地震引發(fā)河道堵塞、山體滑坡導致的河水漫堤、潰壩性大洪水，或還帶來嚴重災難的事件史有記載，但不是清代洪水頻發(fā)的主因。

3.4 洪澇災害的人為原因分析

引發(fā)洪災的成因很復雜，除太陽活動、氣候變化、地震引發(fā)洪水等外在致災因子外，人為作用加劇了洪災受災程度這一現(xiàn)象亦應重視。歷史上大渡河流域森林資源十分豐富，尤其是古楠木和杉木最為有名，大部分地區(qū)是原始森林所覆蓋，史載有云：“山林參天，嵐霧常晦”。歷史上各地大興土木，修筑宮廷、園林等所用木材，漢源地區(qū)就是四川省的主采區(qū)。清代中期以后該地區(qū)由于受商業(yè)性濫砍濫伐、毀林開荒、毀林燒堿、屯墾等掠奪性破壞，川內伐木公司遍地開花，至清末民初森林覆蓋率僅40%上下[33]。森林等資源銳減，荒地日多，水源無從涵養(yǎng)。淸道光年間四川省人口已經(jīng)由清初期的7.00×107人口增加到了3.00×108多。人地矛盾日益突出，加上玉米、馬鈴薯等高產(chǎn)農作物在大渡河流域的推廣，山地移民、山地墾殖也達到高峰[34]。人口增長、農業(yè)墾殖、森林破壞等人為無序開發(fā)使本地區(qū)水旱災害機率大增。

4 結 論

采集清代大渡河干熱河谷區(qū)漢源縣洪災等史料，對所得數(shù)據(jù)進行數(shù)理分析，從洪災等級、周期規(guī)律及成因等角度分析其變化特征。

(1) 清代漢源縣洪澇災害共計發(fā)生55次，平均每4.87 a就有1次。其中輕度洪災8次，占洪災總數(shù)的14.55%；中度洪災33次，占洪災總數(shù)的60.00%；大洪災為12 次，占洪災總數(shù)的21.82%；特大洪災為2次，占洪災總數(shù)的3.64%。中度及以上洪災發(fā)生比率高達8成以上，危害嚴重。

(2) 從清代早期到晚期，漢源縣洪災呈波動增加的趨勢且有明顯的階段性。1644—1739年和1770—1809年是洪災少發(fā)期，1740—1769年和1810—1911年是洪災高發(fā)期，清代晚期發(fā)生頻率最高。其中又以夏、春洪災為主。

(3) 清代漢源縣洪災顯著存在約5 a，10 a的震蕩周期。清代該區(qū)重大連續(xù)性洪災事件發(fā)生了5次，分別發(fā)生在1759—1761年、1811—1813年、1824—1826年、1868—1871年和1893—1896年，且大都是中度洪災。

(4) 漢源縣洪災與太陽黑子數(shù)關系密切，在太陽黑子極值年前后洪災發(fā)生機率極大。ENSO事件也是該地區(qū)洪災的主要驅動因子之一，ENSO冷暖事件轉換時降水變率大，洪災多發(fā)。該地區(qū)洪災周期與太陽黑子、ENSO周期呈現(xiàn)出顯著一致性。漢源縣洪澇災害多發(fā)生于西南夏季風活動加強的時期。清代中期以后的人口增長、農業(yè)墾殖、森林破壞等人為無序開發(fā)又加劇洪災頻次和嚴重程度。