孫舔軻， ?？〗埽?岳云霄， 楊東甲

(1.太原師范學院 地理科學學院， 山西 晉中 030619；2.太原師范學院 汾河流域科學發(fā)展研究中心， 山西 晉中 030619)

近百年來，日益頻發(fā)的重大自然災害與疾病事件對人類社會造成了嚴重影響與不可挽回的損失，也對人類社會實現2030年聯合國可持續(xù)發(fā)展目標(Sustainable Development Goals，SDGs)發(fā)出了警示[1]。水災(洪澇)和旱災作為世界上兩種頻發(fā)的自然災害，其發(fā)生具有明顯的時間變化特征[2-3]。在全球氣候變暖和人類活動影響下，水旱災害的應對和預防形勢變得更為嚴峻。在此背景下，探析歷史時期區(qū)域水旱災害發(fā)生的規(guī)律，有助于摸清楚區(qū)域歷史時期水旱災害的面貌及變化特征，為了解當前水旱災害發(fā)生狀況和今后變化態(tài)勢提供信息。中國作為歷史悠久、文化底蘊深厚的文明古國，擁有的史料文獻浩如煙海，其關于歷史時期災害的記載豐富且連續(xù)性好，開展歷史時期氣候災害方面的研究具有得天獨厚的優(yōu)勢[4]。

本文以1644—1949年位于陜西省西南部的漢中地區(qū)為例，盡可能詳盡地搜集歷史資料，輯出關于水旱災害發(fā)生的相關信息，結合殷淑燕等[15]、徐小鈺等[16]、耿占軍等[17]對歷史時期陜西水旱災害的研究，綜合運用統(tǒng)計分析、空間分析、小波分析法探析漢中地區(qū)的水旱災害發(fā)生規(guī)律及成因，為當今漢中地區(qū)水旱災害的應對和預防提供鏡鑒。

1 研究區(qū)域與數據處理

1.1 研究區(qū)域

圖1 研究區(qū)域(1)研究區(qū)概況底圖來源于復旦大學、哈佛大學CHGIS_V6.0重建的1911年縣級行政邊界(http://yugong.fudan.edu.cn/Chgisii/chgis_Data_Download/index.asp)；為展現漢中地區(qū)地理狀況，疊加當代DEM，數據來源于中國科學院資源環(huán)境與地理空間數據云平臺(http://www.gscloud.cn/)。

本文確定的研究區(qū)范圍為清至民國(1644—1949年)的漢中地區(qū)(圖1)，包括清代的1府、8縣、3廳(散廳)、1州(散州)，即南鄭、城固、洋縣、西鄉(xiāng)、褒城、沔(勉)縣、略陽、鳳縣8縣，留壩廳、定遠廳、佛坪廳和寧羌州；民國時期的12縣，即南鄭、城固、洋縣、西鄉(xiāng)、鎮(zhèn)巴、褒城、沔(勉)縣、略陽、鳳縣、佛坪、留壩、寧羌(強)12縣。研究區(qū)位于陜西省南部山區(qū)西段，屬北亞熱帶季風氣候，年降水量800 mm以上，降水年際和季節(jié)變化較大；研究區(qū)北依秦嶺，南屏巴山，地貌類型多樣。受氣候和地形等影響，水旱災害頻發(fā)。

1.2 數據與研究方法

本文的數據來源于《中國氣象災害大典·陜西卷》[18]、《清代長江流域西南國際河流洪澇檔案史料》[19]、《中國三千年氣象記錄總集》[20]、《陜西歷史自然災害簡要紀實》[21]、《西北災荒史》[22]，以上資料因為切入點和研究的視角不同各有優(yōu)劣，依據此資料的同時用各縣地方志、民國時期的報刊等資料進行補充，盡可能做到資料詳實。

根據文獻對災害的定性描述，對一年中漢中地區(qū)發(fā)生多次水旱災害的，只記1次；對記載模糊，水旱災害發(fā)生地不明的忽略不計。考慮研究區(qū)災害發(fā)生的影響程度，參照既往研究成果[23]，對1644—1949年漢中地區(qū)的水旱災害劃分等級，定量研究水旱災害的影響程度。根據史料所描述的受災區(qū)域、災害持續(xù)時間的長短、災害對人民生活的破壞程度、官方的賑災活動等指標，將水旱災害劃分為不同的等級建立災害等級序列進行分析。結合1644—1949年史料所載漢中地區(qū)的水旱災害發(fā)生的實際狀況，將災害發(fā)生的程度劃分為3個等級，即輕度(水、旱)災害、中度(水、旱)災害和重度(水、旱)災害。以水旱災害發(fā)生的頻次為研究對象，利用數理統(tǒng)計方法和Origin2018、ArcGIS10.2、MATLAB等軟件分析水旱災害的時空變化規(guī)律。

2 結果與分析

2.1 1644—1949年漢中地區(qū)水旱災害的時間特征

2.1.1 水旱災害的年際變化特征

以10年為單位統(tǒng)計1644—1949年漢中地區(qū)水旱災害的年際變化特征(見表1)。1644—1949年漢中地區(qū)共發(fā)生水災111次(平均2.76年發(fā)生1次)，旱災41次(平均7.46年發(fā)生1次)，不同階段水旱災害發(fā)生的頻次有所不同。根據水旱災害在各時段發(fā)生次數的高低波動狀況，將1644—1949年漢中地區(qū)水旱災害發(fā)生劃分為5個階段：

(1)1644—1723年為第1個階段，發(fā)生水災18次，旱災5次，平均3.5年發(fā)生1次水旱災害；

(2)1724—1763年為第2個階段，發(fā)生水災3次，旱災1次，平均10年發(fā)生1次水旱災害；

(3)1764—1853年為第3個階段，發(fā)生水災46次，旱災7次，平均1.7年發(fā)生1次水旱災害；

(4)1854—1893年為第4個階段，發(fā)生水災17次，旱災9次，平均1.5年發(fā)生1次水旱災害；

(5)1894—1949年為第5個階段，發(fā)生水災27次，旱災19次，平均1.2年發(fā)生1次水旱災害。

表1 1644—1949年漢中地區(qū)水旱災害發(fā)生頻次

圖2 1644—1949年漢中地區(qū)水旱災害距平變化

比較5個階段水旱災害發(fā)生間隔時間(年限)的平均值大小，第1階段到第2階段由小到大，表明水旱災害發(fā)生頻次減少，第2階段到第5階段數值呈現波動下降，表明水旱災害發(fā)生頻次呈現上升趨勢。

對漢中地區(qū)1644—1949年的水災和旱災發(fā)生以10年為間隔建立距平序列(見圖2)，可以發(fā)現，第1、2階段水旱災害距平值主要以負值為主，第3、4、5階段距平值正負交錯，且多數年份的正值大于負值。表明第1、2階段是水旱災害的少發(fā)期，第3、4、5階段是水旱災害頻發(fā)期，1644—1949年漢中地區(qū)水旱災害總體上呈波動變化趨勢。

圖3 1644—1949年漢中地區(qū)水旱災害季節(jié)分布

2.1.2 水旱災害的季節(jié)變化特征

氣象學一般將陽歷的3、4、5月劃分為春季，6、7、8月劃分為夏季，9、10、11月劃分為秋季，12、1、2月劃分為冬季。1644—1949年漢中地區(qū)水旱災害發(fā)生月份可考證的為：水災103次，旱災23次(見圖3)。如圖所示，1644—1949年漢中地區(qū)的水旱災害發(fā)生的季節(jié)性顯著。單季節(jié)中，以春、夏、秋水旱災害發(fā)生頻次較高，其中夏季水災63次，旱災6次；春季水災21次；秋季水災15次，旱災7次。雙季節(jié)水旱災害發(fā)生以夏秋季節(jié)最為顯著，水旱災害發(fā)生頻次基本持平，而冬春、春夏季節(jié)以旱災發(fā)生為主，但頻次較少。

2.2 1644—1949年漢中地區(qū)水旱災害的空間分布特征

1644—1949年漢中地區(qū)水旱災害空間分布不平衡(見圖4)。水災(圖4a)主要集中在略陽縣、洋縣、沔(勉)縣、西鄉(xiāng)縣、城固縣，其中以略陽縣最多(42次)，其次是洋縣(37次)、沔(勉)縣(34次)、西鄉(xiāng)縣(30次)、城固縣(28次)；旱災(圖4b)主要集中在略陽縣、沔(勉)縣、褒城縣、南鄭縣，旱災發(fā)生較為分散，其中以城固縣和褒城縣發(fā)生為最多，各為12次，其次是南鄭縣(11次)、西鄉(xiāng)縣(11次)、略陽縣(10次)。綜合來看，1644—1949年漢中地區(qū)水旱災害發(fā)生的集中區(qū)域多為漢中地勢低平自然環(huán)境較好的區(qū)域。歷史時期此區(qū)域經濟繁榮，因此災害的破壞性較大，相應史料記載也就較為豐富；而位于南北部人煙稀少的山地或低山丘陵占地面積較大的縣域如鳳縣、佛坪縣、寧羌(強)縣等，水旱災害發(fā)生的頻次較小。水災發(fā)生頻次較高的縣境內具有多條河流，如略陽縣、寧羌(強)縣境內東西分布多條河流，分屬漢江水系和嘉陵江水系；沔(勉)縣、洋縣位于漢江南北兩岸的支流眾多，水災發(fā)生呈現顯著的“流域性”特征。

(a)水災頻次空間分布 (b)旱災頻次空間分布圖4 1644—1949年漢中地區(qū)水旱災害空間分布

2.3 1644—1949年漢中地區(qū)的水旱災害程度

依據輕度、中度和重度災害劃分標準，1644—1949年漢中地區(qū)發(fā)生的111次水災中，重度水災31次，中度水災46次，輕度水災34次；發(fā)生的41次旱災中，重度旱災16次，中度旱災14次，輕度旱災11次。由表2可知，中度水災、重度旱災發(fā)生的頻次占比最高，分別為41.44%和39.02%；而重度水災和輕度旱災發(fā)生頻次占比較低。表明1644—1949年漢中地區(qū)的水災程度以中度為主，較少發(fā)生重度水災；旱災以重度為主，輕度旱災較少。

表2 1644—1949年漢中地區(qū)水旱災害等級劃分

2.4 水旱災害的周期特征

利用MATLAB軟件對1644—1949年漢中地區(qū)的水旱災害發(fā)生頻次以10年為單位的時間序列做小波分析(圖5)。結果表明，1644—1949年漢中地區(qū)的水旱災害發(fā)生頻次呈現多尺度周期變化特征，水災主要存在3個震蕩周期(圖5a)，即20～40年、50～80年、90～170年；由小波方差圖可知，時間尺度上的小波方差有較為明顯的3個峰值，即140、60、30年，50年以上周期變化最為明顯，水災發(fā)生呈現“多—少—多—少”的循環(huán)變化。旱災主要存在4個震蕩周期(圖5b)，即10～30年、40～60年、70～120年、140～210年；由小波方差圖可知，時間尺度上的小波方差存在明顯的4個峰值，即170、100、50、30年，30年以上周期旱災的發(fā)生呈現“多—多—少”的變化特征。

2.5 1644—1949年漢中地區(qū)水旱災害成因分析

歷史時期誘發(fā)漢中地區(qū)水旱災害的因素，既包括自然因子，如氣候水文條件、降水強度及季節(jié)變化和植被覆蓋度等，同時人類活動一定程度上也加劇了災害的發(fā)生。

2.5.1 自然原因

鄭景云等[24]在對西安與漢中地區(qū)冬季平均氣溫序列重建的研究中發(fā)現，1736—1999年兩地18世紀和19世紀為暖期，19世紀以后進入冷期直到20世紀結束，20世紀增暖明顯，兩地的平均氣溫變化趨勢相似，但漢中的氣溫波動明顯大于西安。劉洪濱等[25]利用樹木年輪重建了秦嶺地區(qū)初春的氣溫狀況，發(fā)現秦嶺地區(qū)近300年存在著明顯的冷暖時段，其中1715—1740年、1773—1804年、1893—1958年初春溫度較高，以1893—1958年持續(xù)時間最長，達到66年；而1741—1772年、1805—1892年、1959—1992年初春溫度相對較低，1805—1892年持續(xù)時間最長，達到88年。研究還表明，秦嶺地區(qū)西部初春變冷與增暖的幅度大于中東部地區(qū)。漢中地處秦嶺的西部地區(qū)，相對于其他區(qū)域，19世紀的氣溫變化幅度更大，冷暖變化更為劇烈[26]。學界認為氣候在冷的時期超常不穩(wěn)定[27]。在氣候變動的大背景下，漢中地區(qū)的氣候在19世紀也表現出不穩(wěn)定性。所以1804—1903年漢中地區(qū)水旱災害發(fā)生頻次較前期呈現波動上升，這是地區(qū)性災害發(fā)生對氣候變化的響應。

(a)水災實部等值線圖和小波方差圖

(b)旱災實部等值線圖和小波方差圖圖5 1644—1949年漢中地區(qū)水旱災害實部等值線和小波方差圖

漢中地區(qū)屬亞熱帶季風氣候，氣候季節(jié)性明顯，大氣環(huán)流異常也是導致水災發(fā)生的重要原因。漢江流域大氣環(huán)流致使的水災可以分為夏西型、夏東型和秋北型3種類型[28]。根據前文對漢中地區(qū)的水災的發(fā)生月份及季節(jié)特征分析，水災的發(fā)生月份多集中在6—9月，以夏季最為突出，故漢中地區(qū)的水災以夏西型為主。漢中地區(qū)的氣流來自西南季風區(qū)的孟加拉灣暖濕氣流，氣流水汽足，但穩(wěn)定性差[29]。因此，暖濕氣流與北方南下的冷空氣在漢江谷地相遇易誘發(fā)短時期強降水和持續(xù)性降水，這也是導致水災發(fā)生的重要原因。根據現代器測降雨數據，在全區(qū)雨季期間，特別是8月相對雨量較少，8月有一旬雨量最少，說明8月是相對干旱的一個月，這種狀況究其原因是受副熱帶高壓的影響；全區(qū)干季的始期多為11月，終期為3月[30]75。文獻中關于全區(qū)干旱描述狀況大多都是由于降水不足導致的旱災。因此，結合研究區(qū)氣候本底特征，對應干季時間區(qū)間，冬春、夏秋季節(jié)易發(fā)生干旱災害。

漢中地處秦巴山區(qū)西段，北靠秦嶺，南倚巴山，中部為漢江上游谷底平壩。境內地勢南北高、中間低，地面高差大，垂直差異明顯；可劃分為山地、低山丘陵和盆地區(qū)等地形類型，不同地形特征也是誘發(fā)水旱災害的重要因子。山地區(qū)域海拔超過1200 m，主要位于漢中北部，包括留壩、佛坪縣全部，略陽縣大部，寧羌(強)、沔(勉)縣、漢中、城固、洋縣北部，地貌特征多為山高坡陡，多在45°以上；低山丘陵區(qū)介于山地和盆地之間，平均海拔1000 m左右，主要位于漢中盆地的北部邊緣，金水、酉水下游和漢江上源北岸及嘉陵江流域一帶，地貌特征為低緩坡和寬谷，區(qū)內坡度5°～25°；漢中盆地位于漢中地區(qū)中部，盆地內漢江過境，河床開闊，支流眾多，水流平緩，海拔450～600 m。[30]21-27基于山地、低山丘陵和盆地多種地形特征，1644—1949年漢中地區(qū)的水旱災害發(fā)生呈現出鮮明的空間分異性特征，即低山丘陵和漢中盆地地帶因坡度較小河流排水不暢，稍遇強降雨在短時間內就匯聚在其所屬的漢江流域，進而引發(fā)水災；山地地區(qū)因海拔較高，氣候涼濕，對于干旱的響應程度本身較低，故漢中地區(qū)的干旱發(fā)生受地形影響集中于地勢較低的地區(qū)，而像定遠廳(今鎮(zhèn)巴縣)、寧羌州(今寧強縣)和鳳縣處于地勢較高處，旱災發(fā)生頻次較低。

2.5.2 人為原因

災害是人類社會與自然界綜合作用的產物，災害的形成就是受災體不能改變、適應環(huán)境變化的結果[31]。1644—1949年漢中地區(qū)的水旱災害發(fā)生，特別是災害發(fā)生頻次，呈現波動上升趨勢的原因，除了氣候變化、大氣環(huán)流異常等自然因素外，還與受災體本身密切相關。因此，在分析漢中地區(qū)水旱災害的成因時，有必要考慮地區(qū)人類活動的特點，并分析人類活動對災害發(fā)生產生的作用。

明清時期陜南地區(qū)人地關系互動最為突顯的就是移民對區(qū)域的開發(fā)利用。移民數量和規(guī)模極其巨大，根據蕭正洪[32]的研究，康熙中期(1682—1706年)陜南的人口數量在49萬左右，而到了道光初年(1821年)人口達396萬，其人口除了自然增長外，主要是政策性移民造成的。漢中作為陜南移民遷入的重要區(qū)域之一，遷入人口對區(qū)域開發(fā)情形同其他區(qū)域類似，清政府為了更好地管理和增加財政收入，于乾隆三十八年(1773年)設置留壩廳，嘉慶七年(1802年)設置定遠廳，道光五年(1825年)設置佛坪廳，這標志著漢中地區(qū)的人類活動由漢江河谷低地到秦巴山地的進一步開發(fā)，人類活動范圍擴大。在此背景下，隨著美洲高產耐旱、寒作物的引種，區(qū)域開發(fā)利用進一步深入，對自然資源的不合理開發(fā)，特別是不合理的開墾土地，濫砍濫伐導致生態(tài)環(huán)境的破壞，水土流失加劇，下游地區(qū)發(fā)生連鎖反應，河道淤積加劇水災發(fā)生；而龐大的人口和發(fā)展較為良好的經濟，稍遇自然災害的影響就會造成重大損失。對應清初雍正、乾隆朝的招墾移民政策的吸引，按照災害發(fā)生的時相滯后的特點，1774—1949年為研究區(qū)水旱災害的頻發(fā)期。

3 結論與展望

通過對1644—1949年漢中地區(qū)水旱災害發(fā)生記載的相關史料信息進行量化統(tǒng)計和分析，發(fā)現漢中地區(qū)水旱災害的發(fā)生頻次具有典型的時空分異特征。

(1)1644—1949年漢中地區(qū)水旱災害發(fā)生頻次具有明顯的階段性，且總體呈現波動上升趨勢；發(fā)生水災111次(平均2.76年發(fā)生1次)，旱災41次(平均7.46年發(fā)生1次)；1644—1763年水旱災害發(fā)生頻次較少，以水災為主，1764—1949年水旱災害頻發(fā)，水災和旱災波動增加。

(2)1644—1949年漢中地區(qū)的水旱災害發(fā)生具有顯著的季節(jié)性特征，水災主要發(fā)生在夏季，發(fā)生頻率為56.77%，春季和秋季亦有發(fā)生；旱災主要發(fā)生在秋季，發(fā)生頻率為17.07%，春夏亦有發(fā)生；雙季節(jié)水旱災害發(fā)生以夏秋為主，水旱災害發(fā)生頻率基本持平。

(3)1644—1949年漢中地區(qū)的水旱災害發(fā)生空間分布不均衡，以1911年的行政單位來看，水災發(fā)生地主要集中在略陽縣、洋縣、沔(勉)縣、西鄉(xiāng)縣、城固縣；旱災發(fā)生地主要集中在略陽縣、沔(勉)縣、褒城縣、南鄭縣?？傮w來看水旱災害發(fā)生在漢中地勢低平自然環(huán)境較好的區(qū)域，且水災發(fā)生具有顯著的“流域性”特征。

(4)從災害的程度來看，1644—1949年漢中地區(qū)的水災以中度為主，較少發(fā)生重度水災；旱災以重度為主，輕度旱災較少。中度水災、重度旱災發(fā)生的頻次占比分別為41.44%和39.02%。

(5)1644—1949年漢中地區(qū)水旱災害的發(fā)生在時間序列上存在多尺度周期變化特征。水災主要存在3個震蕩周期，即140、60、30年；旱災主要存在4個震蕩周期，即170、100、50、30年。氣候變化和大氣環(huán)流異常等自然因素以及人類對自然環(huán)境的破壞是漢中地區(qū)水旱災害頻次波動上升的主要原因。

利用史料定性記載的水旱災害發(fā)生的信息進行定量統(tǒng)計分析災害的時空格局特征，由于史料描述和現代器測氣象數據存在較大差異，所以歷史時期的自然災害研究就和當代自然災害研究具有很大不同，在災害發(fā)生的次數、災害發(fā)生后的影響程度、災害發(fā)生季節(jié)記載等在統(tǒng)計上會存在偏差，進而影響定量、精確對歷史時期災害的分析。獲取較為豐富的史料記載信息，科學地對災害等級進行劃分，詳盡地考慮災害發(fā)生的成因，是未來需要關注的方向。