1644—1949年汉中地区水旱灾害时空特征及成因

孙舔轲， 牛俊杰， 岳云霄， 杨东甲

(1.太原师范学院 地理科学学院， 山西 晋中 030619；2.太原师范学院 汾河流域科学发展研究中心， 山西 晋中 030619)

近百年来，日益频发的重大自然灾害与疾病事件对人类社会造成了严重影响与不可挽回的损失，也对人类社会实现2030年联合国可持续发展目标(Sustainable Development Goals，SDGs)发出了警示[1]。水灾(洪涝)和旱灾作为世界上两种频发的自然灾害，其发生具有明显的时间变化特征[2-3]。在全球气候变暖和人类活动影响下，水旱灾害的应对和预防形势变得更为严峻。在此背景下，探析历史时期区域水旱灾害发生的规律，有助于摸清楚区域历史时期水旱灾害的面貌及变化特征，为了解当前水旱灾害发生状况和今后变化态势提供信息。中国作为历史悠久、文化底蕴深厚的文明古国，拥有的史料文献浩如烟海，其关于历史时期灾害的记载丰富且连续性好，开展历史时期气候灾害方面的研究具有得天独厚的优势[4]。

本文以1644—1949年位于陕西省西南部的汉中地区为例，尽可能详尽地搜集历史资料，辑出关于水旱灾害发生的相关信息，结合殷淑燕等[15]、徐小钰等[16]、耿占军等[17]对历史时期陕西水旱灾害的研究，综合运用统计分析、空间分析、小波分析法探析汉中地区的水旱灾害发生规律及成因，为当今汉中地区水旱灾害的应对和预防提供镜鉴。

1 研究区域与数据处理

1.1 研究区域

图1 研究区域(1)研究区概况底图来源于复旦大学、哈佛大学CHGIS_V6.0重建的1911年县级行政边界(http://yugong.fudan.edu.cn/Chgisii/chgis_Data_Download/index.asp)；为展现汉中地区地理状况，叠加当代DEM，数据来源于中国科学院资源环境与地理空间数据云平台(http://www.gscloud.cn/)。

本文确定的研究区范围为清至民国(1644—1949年)的汉中地区(图1)，包括清代的1府、8县、3厅(散厅)、1州(散州)，即南郑、城固、洋县、西乡、褒城、沔(勉)县、略阳、凤县8县，留坝厅、定远厅、佛坪厅和宁羌州；民国时期的12县，即南郑、城固、洋县、西乡、镇巴、褒城、沔(勉)县、略阳、凤县、佛坪、留坝、宁羌(强)12县。研究区位于陕西省南部山区西段，属北亚热带季风气候，年降水量800 mm以上，降水年际和季节变化较大；研究区北依秦岭，南屏巴山，地貌类型多样。受气候和地形等影响，水旱灾害频发。

1.2 数据与研究方法

本文的数据来源于《中国气象灾害大典·陕西卷》[18]、《清代长江流域西南国际河流洪涝档案史料》[19]、《中国三千年气象记录总集》[20]、《陕西历史自然灾害简要纪实》[21]、《西北灾荒史》[22]，以上资料因为切入点和研究的视角不同各有优劣，依据此资料的同时用各县地方志、民国时期的报刊等资料进行补充，尽可能做到资料详实。

根据文献对灾害的定性描述，对一年中汉中地区发生多次水旱灾害的，只记1次；对记载模糊，水旱灾害发生地不明的忽略不计。考虑研究区灾害发生的影响程度，参照既往研究成果[23]，对1644—1949年汉中地区的水旱灾害划分等级，定量研究水旱灾害的影响程度。根据史料所描述的受灾区域、灾害持续时间的长短、灾害对人民生活的破坏程度、官方的赈灾活动等指标，将水旱灾害划分为不同的等级建立灾害等级序列进行分析。结合1644—1949年史料所载汉中地区的水旱灾害发生的实际状况，将灾害发生的程度划分为3个等级，即轻度(水、旱)灾害、中度(水、旱)灾害和重度(水、旱)灾害。以水旱灾害发生的频次为研究对象，利用数理统计方法和Origin2018、ArcGIS10.2、MATLAB等软件分析水旱灾害的时空变化规律。

2 结果与分析

2.1 1644—1949年汉中地区水旱灾害的时间特征

2.1.1 水旱灾害的年际变化特征

以10年为单位统计1644—1949年汉中地区水旱灾害的年际变化特征(见表1)。1644—1949年汉中地区共发生水灾111次(平均2.76年发生1次)，旱灾41次(平均7.46年发生1次)，不同阶段水旱灾害发生的频次有所不同。根据水旱灾害在各时段发生次数的高低波动状况，将1644—1949年汉中地区水旱灾害发生划分为5个阶段：

(1)1644—1723年为第1个阶段，发生水灾18次，旱灾5次，平均3.5年发生1次水旱灾害；

(2)1724—1763年为第2个阶段，发生水灾3次，旱灾1次，平均10年发生1次水旱灾害；

(3)1764—1853年为第3个阶段，发生水灾46次，旱灾7次，平均1.7年发生1次水旱灾害；

(4)1854—1893年为第4个阶段，发生水灾17次，旱灾9次，平均1.5年发生1次水旱灾害；

(5)1894—1949年为第5个阶段，发生水灾27次，旱灾19次，平均1.2年发生1次水旱灾害。

表1 1644—1949年汉中地区水旱灾害发生频次

图2 1644—1949年汉中地区水旱灾害距平变化

比较5个阶段水旱灾害发生间隔时间(年限)的平均值大小，第1阶段到第2阶段由小到大，表明水旱灾害发生频次减少，第2阶段到第5阶段数值呈现波动下降，表明水旱灾害发生频次呈现上升趋势。

对汉中地区1644—1949年的水灾和旱灾发生以10年为间隔建立距平序列(见图2)，可以发现，第1、2阶段水旱灾害距平值主要以负值为主，第3、4、5阶段距平值正负交错，且多数年份的正值大于负值。表明第1、2阶段是水旱灾害的少发期，第3、4、5阶段是水旱灾害频发期，1644—1949年汉中地区水旱灾害总体上呈波动变化趋势。

图3 1644—1949年汉中地区水旱灾害季节分布

2.1.2 水旱灾害的季节变化特征

气象学一般将阳历的3、4、5月划分为春季，6、7、8月划分为夏季，9、10、11月划分为秋季，12、1、2月划分为冬季。1644—1949年汉中地区水旱灾害发生月份可考证的为：水灾103次，旱灾23次(见图3)。如图所示，1644—1949年汉中地区的水旱灾害发生的季节性显著。单季节中，以春、夏、秋水旱灾害发生频次较高，其中夏季水灾63次，旱灾6次；春季水灾21次；秋季水灾15次，旱灾7次。双季节水旱灾害发生以夏秋季节最为显著，水旱灾害发生频次基本持平，而冬春、春夏季节以旱灾发生为主，但频次较少。

2.2 1644—1949年汉中地区水旱灾害的空间分布特征

1644—1949年汉中地区水旱灾害空间分布不平衡(见图4)。水灾(图4a)主要集中在略阳县、洋县、沔(勉)县、西乡县、城固县，其中以略阳县最多(42次)，其次是洋县(37次)、沔(勉)县(34次)、西乡县(30次)、城固县(28次)；旱灾(图4b)主要集中在略阳县、沔(勉)县、褒城县、南郑县，旱灾发生较为分散，其中以城固县和褒城县发生为最多，各为12次，其次是南郑县(11次)、西乡县(11次)、略阳县(10次)。综合来看，1644—1949年汉中地区水旱灾害发生的集中区域多为汉中地势低平自然环境较好的区域。历史时期此区域经济繁荣，因此灾害的破坏性较大，相应史料记载也就较为丰富；而位于南北部人烟稀少的山地或低山丘陵占地面积较大的县域如凤县、佛坪县、宁羌(强)县等，水旱灾害发生的频次较小。水灾发生频次较高的县境内具有多条河流，如略阳县、宁羌(强)县境内东西分布多条河流，分属汉江水系和嘉陵江水系；沔(勉)县、洋县位于汉江南北两岸的支流众多，水灾发生呈现显著的“流域性”特征。

(a)水灾频次空间分布 (b)旱灾频次空间分布图4 1644—1949年汉中地区水旱灾害空间分布

2.3 1644—1949年汉中地区的水旱灾害程度

依据轻度、中度和重度灾害划分标准，1644—1949年汉中地区发生的111次水灾中，重度水灾31次，中度水灾46次，轻度水灾34次；发生的41次旱灾中，重度旱灾16次，中度旱灾14次，轻度旱灾11次。由表2可知，中度水灾、重度旱灾发生的频次占比最高，分别为41.44%和39.02%；而重度水灾和轻度旱灾发生频次占比较低。表明1644—1949年汉中地区的水灾程度以中度为主，较少发生重度水灾；旱灾以重度为主，轻度旱灾较少。

表2 1644—1949年汉中地区水旱灾害等级划分

2.4 水旱灾害的周期特征

利用MATLAB软件对1644—1949年汉中地区的水旱灾害发生频次以10年为单位的时间序列做小波分析(图5)。结果表明，1644—1949年汉中地区的水旱灾害发生频次呈现多尺度周期变化特征，水灾主要存在3个震荡周期(图5a)，即20～40年、50～80年、90～170年；由小波方差图可知，时间尺度上的小波方差有较为明显的3个峰值，即140、60、30年，50年以上周期变化最为明显，水灾发生呈现“多—少—多—少”的循环变化。旱灾主要存在4个震荡周期(图5b)，即10～30年、40～60年、70～120年、140～210年；由小波方差图可知，时间尺度上的小波方差存在明显的4个峰值，即170、100、50、30年，30年以上周期旱灾的发生呈现“多—多—少”的变化特征。

2.5 1644—1949年汉中地区水旱灾害成因分析

历史时期诱发汉中地区水旱灾害的因素，既包括自然因子，如气候水文条件、降水强度及季节变化和植被覆盖度等，同时人类活动一定程度上也加剧了灾害的发生。

2.5.1 自然原因

郑景云等[24]在对西安与汉中地区冬季平均气温序列重建的研究中发现，1736—1999年两地18世纪和19世纪为暖期，19世纪以后进入冷期直到20世纪结束，20世纪增暖明显，两地的平均气温变化趋势相似，但汉中的气温波动明显大于西安。刘洪滨等[25]利用树木年轮重建了秦岭地区初春的气温状况，发现秦岭地区近300年存在着明显的冷暖时段，其中1715—1740年、1773—1804年、1893—1958年初春温度较高，以1893—1958年持续时间最长，达到66年；而1741—1772年、1805—1892年、1959—1992年初春温度相对较低，1805—1892年持续时间最长，达到88年。研究还表明，秦岭地区西部初春变冷与增暖的幅度大于中东部地区。汉中地处秦岭的西部地区，相对于其他区域，19世纪的气温变化幅度更大，冷暖变化更为剧烈[26]。学界认为气候在冷的时期超常不稳定[27]。在气候变动的大背景下，汉中地区的气候在19世纪也表现出不稳定性。所以1804—1903年汉中地区水旱灾害发生频次较前期呈现波动上升，这是地区性灾害发生对气候变化的响应。

(a)水灾实部等值线图和小波方差图

(b)旱灾实部等值线图和小波方差图图5 1644—1949年汉中地区水旱灾害实部等值线和小波方差图

汉中地区属亚热带季风气候，气候季节性明显，大气环流异常也是导致水灾发生的重要原因。汉江流域大气环流致使的水灾可以分为夏西型、夏东型和秋北型3种类型[28]。根据前文对汉中地区的水灾的发生月份及季节特征分析，水灾的发生月份多集中在6—9月，以夏季最为突出，故汉中地区的水灾以夏西型为主。汉中地区的气流来自西南季风区的孟加拉湾暖湿气流，气流水汽足，但稳定性差[29]。因此，暖湿气流与北方南下的冷空气在汉江谷地相遇易诱发短时期强降水和持续性降水，这也是导致水灾发生的重要原因。根据现代器测降雨数据，在全区雨季期间，特别是8月相对雨量较少，8月有一旬雨量最少，说明8月是相对干旱的一个月，这种状况究其原因是受副热带高压的影响；全区干季的始期多为11月，终期为3月[30]75。文献中关于全区干旱描述状况大多都是由于降水不足导致的旱灾。因此，结合研究区气候本底特征，对应干季时间区间，冬春、夏秋季节易发生干旱灾害。

汉中地处秦巴山区西段，北靠秦岭，南倚巴山，中部为汉江上游谷底平坝。境内地势南北高、中间低，地面高差大，垂直差异明显；可划分为山地、低山丘陵和盆地区等地形类型，不同地形特征也是诱发水旱灾害的重要因子。山地区域海拔超过1200 m，主要位于汉中北部，包括留坝、佛坪县全部，略阳县大部，宁羌(强)、沔(勉)县、汉中、城固、洋县北部，地貌特征多为山高坡陡，多在45°以上；低山丘陵区介于山地和盆地之间，平均海拔1000 m左右，主要位于汉中盆地的北部边缘，金水、酉水下游和汉江上源北岸及嘉陵江流域一带，地貌特征为低缓坡和宽谷，区内坡度5°～25°；汉中盆地位于汉中地区中部，盆地内汉江过境，河床开阔，支流众多，水流平缓，海拔450～600 m。[30]21-27基于山地、低山丘陵和盆地多种地形特征，1644—1949年汉中地区的水旱灾害发生呈现出鲜明的空间分异性特征，即低山丘陵和汉中盆地地带因坡度较小河流排水不畅，稍遇强降雨在短时间内就汇聚在其所属的汉江流域，进而引发水灾；山地地区因海拔较高，气候凉湿，对于干旱的响应程度本身较低，故汉中地区的干旱发生受地形影响集中于地势较低的地区，而像定远厅(今镇巴县)、宁羌州(今宁强县)和凤县处于地势较高处，旱灾发生频次较低。

2.5.2 人为原因

灾害是人类社会与自然界综合作用的产物，灾害的形成就是受灾体不能改变、适应环境变化的结果[31]。1644—1949年汉中地区的水旱灾害发生，特别是灾害发生频次，呈现波动上升趋势的原因，除了气候变化、大气环流异常等自然因素外，还与受灾体本身密切相关。因此，在分析汉中地区水旱灾害的成因时，有必要考虑地区人类活动的特点，并分析人类活动对灾害发生产生的作用。

明清时期陕南地区人地关系互动最为突显的就是移民对区域的开发利用。移民数量和规模极其巨大，根据萧正洪[32]的研究，康熙中期(1682—1706年)陕南的人口数量在49万左右，而到了道光初年(1821年)人口达396万，其人口除了自然增长外，主要是政策性移民造成的。汉中作为陕南移民迁入的重要区域之一，迁入人口对区域开发情形同其他区域类似，清政府为了更好地管理和增加财政收入，于乾隆三十八年(1773年)设置留坝厅，嘉庆七年(1802年)设置定远厅，道光五年(1825年)设置佛坪厅，这标志着汉中地区的人类活动由汉江河谷低地到秦巴山地的进一步开发，人类活动范围扩大。在此背景下，随着美洲高产耐旱、寒作物的引种，区域开发利用进一步深入，对自然资源的不合理开发，特别是不合理的开垦土地，滥砍滥伐导致生态环境的破坏，水土流失加剧，下游地区发生连锁反应，河道淤积加剧水灾发生；而庞大的人口和发展较为良好的经济，稍遇自然灾害的影响就会造成重大损失。对应清初雍正、乾隆朝的招垦移民政策的吸引，按照灾害发生的时相滞后的特点，1774—1949年为研究区水旱灾害的频发期。

3 结论与展望

通过对1644—1949年汉中地区水旱灾害发生记载的相关史料信息进行量化统计和分析，发现汉中地区水旱灾害的发生频次具有典型的时空分异特征。

(1)1644—1949年汉中地区水旱灾害发生频次具有明显的阶段性，且总体呈现波动上升趋势；发生水灾111次(平均2.76年发生1次)，旱灾41次(平均7.46年发生1次)；1644—1763年水旱灾害发生频次较少，以水灾为主，1764—1949年水旱灾害频发，水灾和旱灾波动增加。

(2)1644—1949年汉中地区的水旱灾害发生具有显著的季节性特征，水灾主要发生在夏季，发生频率为56.77%，春季和秋季亦有发生；旱灾主要发生在秋季，发生频率为17.07%，春夏亦有发生；双季节水旱灾害发生以夏秋为主，水旱灾害发生频率基本持平。

(3)1644—1949年汉中地区的水旱灾害发生空间分布不均衡，以1911年的行政单位来看，水灾发生地主要集中在略阳县、洋县、沔(勉)县、西乡县、城固县；旱灾发生地主要集中在略阳县、沔(勉)县、褒城县、南郑县。总体来看水旱灾害发生在汉中地势低平自然环境较好的区域，且水灾发生具有显著的“流域性”特征。

(4)从灾害的程度来看，1644—1949年汉中地区的水灾以中度为主，较少发生重度水灾；旱灾以重度为主，轻度旱灾较少。中度水灾、重度旱灾发生的频次占比分别为41.44%和39.02%。

(5)1644—1949年汉中地区水旱灾害的发生在时间序列上存在多尺度周期变化特征。水灾主要存在3个震荡周期，即140、60、30年；旱灾主要存在4个震荡周期，即170、100、50、30年。气候变化和大气环流异常等自然因素以及人类对自然环境的破坏是汉中地区水旱灾害频次波动上升的主要原因。

利用史料定性记载的水旱灾害发生的信息进行定量统计分析灾害的时空格局特征，由于史料描述和现代器测气象数据存在较大差异，所以历史时期的自然灾害研究就和当代自然灾害研究具有很大不同，在灾害发生的次数、灾害发生后的影响程度、灾害发生季节记载等在统计上会存在偏差，进而影响定量、精确对历史时期灾害的分析。获取较为丰富的史料记载信息，科学地对灾害等级进行划分，详尽地考虑灾害发生的成因，是未来需要关注的方向。