近250年新疆呼圖壁河中下游河道演變及其影響因素分析①

張 莉 魯思敏

內容提要：河流變遷的歷史過程，是歷史地理學研究的核心內容之一。隨著史料的擴展和技術方法的推進，歷史時期河流變遷過程的復原越來越精細化、量化和可視化。本文基于ArcGIS平臺，建立呼圖壁河中下游地區清代聚落信息數據庫，結合歷史文獻記載、遙感影像、大比例尺地形圖、野外考察和口述訪談，復原了近250年以來呼圖壁河中下游河道及其渠道體系的空間變化過程。研究表明，18世紀中期至19世紀中期，呼圖壁河中下游河道比較穩定，與三屯河匯合后注入瑪納斯湖，氣候因素中的溫度和降水狀況均有利于徑流量的增加，是這一時期河道穩定的主要影響因素；19世紀末20世紀初，呼圖壁河流程縮短，芳草湖地區的開發引起了河水空間分布的變化，與這一時期偏低的溫度綜合作用，導致了河道的演變；20世紀50年代至今，大量河水被引入渠道，河道繼續縮短，小海子水庫以北河道幾乎干涸，不利的氣候因素下，水利工程技術、人口和耕地等人文因素主導了這一時期的河道演變。

河流變遷的歷史過程，是中國歷史地理學研究的核心內容之一。近年來，全球變化與可持續發展研究是自然科學和人文科學共同關注的重大學術問題，其中干旱區的河流變化過程是學者們關注的核心問題之一。(1)鄒逸麟：《多角度研究中國歷史上自然和社會的關系》，《歷史研究》2013年第5期，第27～32頁；徐冠華等：《全球變化和人類可持續發展：挑戰與對策》，《科學通報》2013年第21期，第2100～2106頁；陳亞寧等：《西北干旱區氣候變化對水文水資源影響研究進展》，《地理學報》2014年第9期，第1295～1304頁。河流是維系干旱區經濟發展和生態平衡的紐帶，同時又極易受到氣候變化和人類活動的影響而發生變化。近250年以來，我國干旱區的人口增加、水土資源開發和社會經濟發展引起了一系列的河流水文和生態環境的變化，其中又以河流中下游河道的變化最為顯著。(2)李并成：《河西走廊歷史時期沙漠化研究》，科學出版社，2003年，第279～313頁；馮繩武：《甘肅河西水系的特征和演變》，《蘭州大學學報》1981年第1期，第125～129頁；樊自立，陳亞寧等：《新疆塔里木河及其河道變遷研究》，《干旱區研究》2006年第1期，第8～15頁；邢衛，侯甬堅：《18～20世紀初黨河下游河道變遷研究》，《西域研究》2010年第2期，第69～77頁。目前，學者們已經對清代以來天山北麓的瑪納斯河、頭屯河、三屯河等河流的變化進行了細致的研究，并且揭示出19世紀末20世紀初是一個值得關注的變化階段。(3)張莉，李有利：《近300年來新疆瑪納斯湖變遷研究》，《中國歷史地理論叢》2004年第4輯，第127～142頁；張莉，安玲：《近300年來新疆頭屯河與三屯河的變遷及其影響因素》，《中國歷史地理論叢》2015年第3輯，第5～17頁。呼圖壁河作為天山北麓中部的第二大河流，受多種因素影響亦發生了明顯的變化，探討呼圖壁河中下游河道的演變有利于完善天山北麓河流演變的研究，從而揭示更大時空尺度上河流變化的規律，推進對干旱區河流河道演變及其環境影響的認識。

圖1 呼圖壁河在新疆的位置

關于歷史時期河流演變的研究，過去多采用文獻考證和野外考察的方法，(4)張修桂：《云夢澤的演變與下荊江河曲的形成》，《復旦學報》1980年第2期，第40～48頁;鄒逸麟：《黃河下游河道變遷及其影響概述》，《復旦學報》1980年第1期，第12～24頁。近年來利用ArcGIS技術配準并提取古地圖中相關信息的方法越來越受到學者們的重視。(5)楊霄，韓昭慶：《1717～2011年高寶諸湖的演變過程及其原因分析》，《地理學報》2018年第1期，第129～137頁；萬智巍，賈玉連等：《基于歷史地圖與遙感影像的近百年來長江荊江段河道演變》，《地理科學》2019年第4期，第696～704頁。本文嘗試采用新的思路和技術方法，重新整理和獲取歷史文獻中記錄的環境變化信息，以精細化、量化和可視化為推進研究和認識的目標，復原近250年以來呼圖壁河中下游河道變化的空間過程，探究其變化過程中自然因素和人文因素的影響機制。

一 研究區概況

呼圖壁河位于天山北麓，北緯43°07′～45°20′，東經86°05′～86°08′之間，河流所在區域主要受西風帶影響，屬于典型的溫帶大陸性氣候。(6)王嵐，劉志輝等：《1978～2011年呼圖壁河徑流的變化趨勢》，《水土保持通報》2015年第3期，第62～67頁。該河發源于天山支脈依連哈比爾尕山北坡，自南向北流，今河道總長176公里，年徑流量4.56億立方米，流域范圍與呼圖壁縣行政區劃大致相當。按地形地貌劃分，從河源至河口地區大致可以分為南部山區、中部平原區和北部沙漠區三大地貌單元。(7)呼圖壁河流域規劃委員會昌吉回族自治州水利水電勘察設計院：《呼圖壁河流域規劃報告》(內部資料影印本)，1999年，第81頁。呼圖壁河的中下游河道主要分布在青年渠首以北地勢平坦的中部平原區和北部荒漠區，河流極易在此區域發生泛溢和改道(見圖1)。

二 資料來源與研究方法

本文利用的資料主要來源于古今文獻、野外考察、現代遙感影像圖，內容涉及呼圖壁河、渠道、聚落、人口、耕地和氣候的變化。考慮到資料覆蓋情況，本文將集中討論四個時間段呼圖壁河中下游河道的演變情況：18世紀中期、19世紀中期、19世紀末20世紀初、20世紀中期至今。

(一)資料來源

本文利用古今文獻資料主要有：《西域圖志》(8)〔清〕傅恒等纂；英廉等增修；鐘興麒等校注：《西域圖志校注》卷二五《水二》，新疆人民出版社，2002年，第365頁。《三州輯略》(9)〔清〕和瑛：《三州輯略》卷三《戶口門》《田賦門》，早稻田大學圖書館收藏，第36、51～53頁。《西域水道記》(10)〔清〕徐松著；朱玉麟整理：《西域水道記》(外二種)卷三《額彬格遜淖爾所受水》，中華書局，第186～187頁。《新疆圖志》(11)〔清〕王樹楠等纂；朱玉麒等整理：《新疆圖志》卷四三《民政四》、卷六五《土壤一》、卷七一《水道五》、卷七四《溝渠二》，上海古籍出版社，2015年，第794、1193、1299、1349～1353頁。《呼圖壁鄉土志》(12)馬大正，黃國政，蘇鳳蘭整理：《新疆鄉土志稿·呼圖壁鄉土志》，新疆人民出版社，2010年，第87～91頁。《新疆水利第二期報告書》(13)新疆水利委員會：《新疆水利第二期報告書》卷二，華國書局，1918年，第13、14頁。《內務統計·民國五年新疆人口之部》(14)內務部統計科編制：《內務統計·民國五年新疆人口之部》，殷夢霞，田奇選編：《民國人口戶籍史料匯編》卷二，國家圖書館出版社，2013年，第7頁。《新疆風暴七十年》(15)張大軍：《新疆風暴七十年》，臺北：蘭溪出版社，1980年，第2017～2020頁。《呼圖壁縣地名圖志》(16)李世昌等主編：《呼圖壁縣地名圖志》，呼圖壁縣地名委員會，1985年，第3～73頁。《呼圖壁縣志》(17)呼圖壁縣志編纂委員會：《呼圖壁縣志》，新疆人民出版社，1992年，第104、105頁。《芳草湖農場志》(18)芳草湖農場志編纂委員會：《芳草湖農場志》，新疆人民出版社，2002年，第52～78頁。《呼圖壁河水利志》(19)呼圖壁河水利志編纂委員會：《呼圖壁河水利志》，新疆人民出版社，2012年，第162～200頁。《新疆維吾爾自治區農業生產統計資料1949～1978(上)》(20)新疆維吾爾自治區統計局，新疆維吾爾自治區農業局編：《新疆維吾爾自治區農業生產統計資料1949～1978(上)》，新疆人民出版社，1980年，第21頁。《呼圖壁年鑒》(21)田國棟主編：《呼圖壁年鑒》，新疆生產建設兵團出版社，2016年，第29頁。。從這些文獻中提取河道、渠道、人口、耕地、自然環境等定量和定位的信息(見表1)。

表1 古今文獻資料信息提取表

本文盡可能尋找較早期的高分辨率遙感影像進行目視解譯，判斷河道、渠道遺跡、位置和形態，并且以此為底圖繪制不同時期的河道、渠道和聚落的空間分布。因此，本文主要采用的是Landsat全球合成數據集(1984～1997)上表現的河道、渠道遺跡進行判定。(22)數據來源于中國科學院計算機網絡信息中心地理空間數據云平臺(http://www.gscloud.cn)。Landsat全球合成數據集(1984～1997)的遙感地圖上，古河道遺跡多表現為粗細、長短不一，且不連續的綠色曲線。結合野外地貌學考察可確定這些綠色曲線為紅柳、駱駝刺、芨芨草等植物叢生的古河道，且由于河渠兩側多為黃色荒地，綠色的河渠較容易辨別和提取。此外，本文所使用地圖資料來源于《呼圖壁河水利志》的附圖《呼圖壁河流域骨干水利工程位置示意圖》《呼圖壁河水系示意圖》、呼圖壁水利管理局的呼河灌區分幅圖1∶10000(彩圖)。(23)呼圖壁河水利志編纂委員會：《呼圖壁河水利志》，第162～200頁；呼圖壁河流域管理處檔案室：呼河灌區分幅圖1∶10000(彩圖)，檔號：J-35，2012年5月歸檔。前者繪制了現今呼圖壁河流域骨干水利工程位置，后者清晰地繪制出呼圖壁灌區古河道和古渠道的部分遺跡。

2018年7月末，我們在呼圖壁河及其周邊地區進行了野外考察，對文獻中記載的呼圖壁河中下游河道位置、渠道位置、聚落位置、生態環境等信息進行定位，并對20世紀50年代以來區域開發、水利工程興修與河道、生態環境變化的關系等問題進行了有針對性的訪談，在呼圖壁縣檔案館和呼圖壁河流域管理處搜集了民國檔案、現代志書和地圖等資料。

(二)研究方法

河道的演變與渠道數量變化、空間分布變化密切相關，故本文在復原呼圖壁河河道的同時，重點復原呼圖壁地區主要渠道的空間分布。而聚落和渠道又有著“共消共長”的關系，即往往聚落附近有河渠，有河渠的地方才會形成聚落，所以可通過考訂聚落出現的時間和位置，判斷不同時期河渠的流經位置和分布范圍。

1.聚落位置的復原

18世紀中期以來，呼圖壁河中下游地區聚落分布的時空變化是判定河渠變化的依據之一。本文首先根據表1所列古今歷史文獻中的記載，考訂了清代以來該地區聚落出現的時間、地點、地名沿革，然后通過遙感影像提取70個歷史聚落的經緯度信息。在此基礎上，建立了呼圖壁河中下游地區聚落數據庫(見表2)，并且在ArcGIS平臺上建立了不同歷史時期的聚落圖層，成為進一步考訂河道與渠道的依據之一(見圖2)。

表2 呼圖壁河中下游地區歷史聚落數據庫示例

圖2 清中后期呼圖壁地區主要聚落分布圖

2.河道與渠道的復原

1964年、1967年大海子水庫與小海子水庫相繼修建完成之后，呼圖壁河在水庫以下的自然河道逐漸湮廢，很多地方被開墾為農田，為精確復原和定位歷史時期河道及渠道的空間分布帶來了難題。因此，本文采用由今及古、逐步考訂的方法復原不同時期呼圖壁河中下游河道及渠道的位置。

20世紀中期至今，呼圖壁河中下游河道及主要干渠位置的復原。《呼圖壁河水利志》記載了1949年以來呼圖壁河中下游水庫、渠道的修建過程(表3)，并且附有《呼圖壁河水系示意圖》《呼圖壁河骨干水利工程位置示意圖》。(24)呼圖壁河水利志編纂委員會：《呼圖壁河水利志》。此時，呼圖壁河中下游河道最明顯的特征是在芨芨壩以下分為東河與西河，分別匯入大海子水庫與小海子水庫，之后所有的河水全部流入渠道系統。本文以遙感影像為底圖，目視解譯和校正河道、渠道的位置，采用人工描圖的方法復原了20世紀中期至今呼圖壁河中下游河道和主要渠道的空間分布。

表3 1950年以來呼圖壁河主要水利工程修建一覽表

19世紀末至20世紀初，呼圖壁河中下游河道及主要渠道的考證復原。《新疆圖志》卷七十一《水道五》記載，呼圖壁河“源出松山之陰，北流經呼圖壁城西，折西北流，會羅克倫河。又西北，注于阿爾雅淖爾。”后文又詳細描述河流在平原地區的分流情況，“河北流經昌吉縣治西南，東北流，右引支渠二，曰昌盛渠，曰葦湖，并東北流，入于沙。又北，左引一支渠，曰土古里渠。又北，經呼圖壁城西，復左引一支渠，曰西河，并西北流，入于沙。其正流諺曰東河，又西北流，至雙叉河口，東會羅克倫河。又西北流，注淖爾。”這段文字記載與《呼圖壁鄉土志》以及《新疆全省輿地圖》所附《昌吉縣圖》《呼圖壁縣丞圖》表達的內容一致。首先，本文據這段文字記載判斷，呼圖壁河西河實為人工引水而形成，而東河是呼圖壁河的主河道。其次，據張莉等人的研究，19世紀末三屯河(羅克倫河)水量大減，在雙岔子與呼圖壁河匯合后，其下游河道僅在豐水期有水，為典型的時令河道。(25)張莉，安玲：《近300年來新疆頭屯河與三屯河的變遷及其影響因素》，《中國歷史地理論叢》2015年第3輯，第5～17頁。另外據民國時期《新疆水利第二期報告書》記載，1916年查勘發現呼圖壁河河水自南山而出，主要的河水向西北漫流至芳草湖地區，消失于兩個大草湖之中。(26)新疆水利委員會：《新疆水利第二期報告書》卷二，第13、14頁。這說明此時呼圖壁河只能漫流至芳草湖地區。因此，本文的重點在于考訂昌盛渠至雙岔子之間呼圖壁河河道與主要渠道的空間位置。本文首先在ArcGIS中將呼圖壁河中下游地區19世紀末至20世紀初的聚落與Landsat全球合成數據集(1984～1997)疊加，根據《新疆全省輿地圖》所附《昌吉縣圖》《呼圖壁縣丞圖》表現的聚落與河道的位置關系，判定遙感影像上哪些河道、渠道遺跡是屬于19世紀末至20世紀初期的。

18世紀中期和19世紀中期呼圖壁河中下游河道與主要渠道的復原。乾隆二十八年(1763)，清朝在呼圖壁地區設置兵屯，開始了此地的農田水利開發。乾隆四十七年(1782)成書的《西域圖志》圖文并茂地記錄呼圖壁河的主要流經情況：“呼圖克拜郭勒，在羅克倫郭勒西一百里，地當孔道，有五源，出天山北麓，北流二百里，東會格特爾格羅克倫郭勒，西北入于額彬格遜淖爾。”(27)〔清〕傅恒等纂；英廉等增修；鐘興麒等校注：《西域圖志校注》卷二五《水二》，第365頁。呼圖克拜郭勒，即呼圖壁河；羅克倫郭勒，即三屯河；額彬格遜淖爾，即瑪納斯湖。道光元年(1821)成書的《西域水道記》較為詳細地記載了呼圖壁河的河道與渠道的位置關系：“胡圖克拜河，出城南八十里之松山，五源并出，……河北流出山，經瑪納斯營卡倫西、獨山子沙磧東(沙磧距景化城七十里)，又北流二十五里為渠口，疏東流渠六，西流渠五。又北流五十五里經景化城西，引西流支渠五，諸渠間為景化城。……經景化城北流百余里與羅克倫河匯。……羅克倫、胡圖克拜二河既會，西北流二百余里經清水峽南入淖爾之東南。”(28)〔清〕徐松著；朱玉麟整理：《西域水道記》(外二種)卷三《額彬格遜淖爾所受水》，第187～191頁。據此可知，至遲在道光元年(1821)，由于人工引水，在景化城(今呼圖壁縣城)西形成了西河，西河之上再引支渠若干，成為該地區灌溉的主要水源。《西域水道記》中記載的河道與渠道，直到19世紀末20世紀初仍在沿用，因此本文結合聚落的空間分布，判定18世紀中期和19世紀中期呼圖壁河河道與主要渠道的位置。

三 研究結果

(一)河道演變過程

通過ArcGIS繪制四個時間斷面下的呼圖壁河中下游河道形態圖(見圖3)，可將近250年呼圖壁河河道演變過程分為三個特征時段。

圖3 近250年呼圖壁中下游河道演變圖(a-d)

第一個時段為18世紀中期至19世紀中期，呼圖壁河中下游河道來水量比較穩定，北流至雙岔子附近與三屯河匯合，然后經過莫索灣，在大拐附近與瑪納斯河匯合，最后注入瑪納斯湖(見圖3a、3b，圖4)。此時，呼圖壁河與三屯河、瑪納斯河是一個大的水系。自今青年渠首至瑪納斯湖，呼圖壁河水流經過的長度有277.8公里。

圖4 呼圖壁河與瑪納斯湖位置關系圖

第二個時段為19世紀末至20世紀中期，呼圖壁河流程明顯縮短。19世紀末20世紀初，隨著西渠引水量的增多，逐漸形成芨芨壩以下西河(西渠)、東河(主河道)并流的情況，呼圖壁河下游水量急劇減少，河道縮短，至三家梁(今桑家渠附近)附近逐漸斷流(見圖3c)。(29)“呼圖壁河……至三家梁西，河身減小，地皆沙漠”出自馬大正，黃國政，蘇鳳蘭整理：《新疆鄉土志稿·呼圖壁鄉土志》，新疆人民出版社，2010年，第87～91頁。此時，三屯河的來水量也大為減少，所以雙岔子以下原三屯河與呼圖壁河匯流后的河道僅在豐水期有水。(30)張莉，韓光輝等：《近300年來新疆三屯河與呼圖壁河水系變遷研究》，《北京大學學報(自然科學版)》2004年第6期，第957～970頁。可以說，這一階段呼圖壁河流程明顯縮短，與三屯河分流后，形成獨立的水系。從今青年渠首計算至雙岔子，呼圖壁河中下游河道總長約為101.6公里。

第三個時段為20世紀中期至今，呼圖壁河流程極大縮短。20世紀中期以來，由于水庫、各級干支渠的修建，呼圖壁河中下游自然河道逐漸被水庫、渠系網絡代替，小海子水庫以下的主河道只供泄洪使用。從遙感影像上判斷，在小海子水庫以下還保留約20公里左右清晰而連續的自然河道遺跡，應為泄洪期河水可到達之處。因此，從青年渠首算起，呼圖壁河中下游河道最長僅有71.6公里左右了(見圖3d)。

(二)渠道的演變過程

按照渠道的規模和修建速度，可將其演變過程劃分為三個階段。

第一階段為18世紀中期至19世紀中期緩慢演變期，此時渠道雖有增修，但數量較少。18世紀中期至18世紀末，清政府控制天山北麓之后，即在呼圖壁河流域一帶屯田，官兵在呼圖壁河出山口至景化城之間河道兩側引渠灌溉。至19世紀中期，有11條渠道的渠口位于景化城以南，灌溉城周邊地區；5條渠道在景化城附近向西引，灌溉振番戶(今芳草湖農場)一帶。(31)〔清〕徐松著；朱玉麟整理：《西域水道記》(外二種)卷三《額彬格遜淖爾所受水》，第186～187頁。因材料有限，本文只能復原部分渠道(圖3b)。可以看出，19世紀中期呼圖壁河中下游河渠水系空間分布格局的變化，主要體現在景化城附近。

第二個階段為19世紀末期至20世紀前期，此時段為渠道快速演變期(見圖3c)。根據《新疆圖志》卷七四《溝渠二》可知，1908年呼圖壁河中下游地區共有干渠35條，一級支渠55條，渠道總長約1654里(827公里)，灌溉面積總計50297.3清畝(約46354畝)，其中芳草湖地區灌溉面積達11251畝(見表4)。(32)〔清〕王樹楠等纂；朱玉麒等整理：《新疆圖志》卷七四《溝渠二》，第1349～1353頁。總體而言，此時呼圖壁河中下游河渠水系空間分布格局的變化，主要體現在芳草湖一帶的渠道長度和渠系密度的增加。

第三個階段為20世紀中期至今，此時段為高速演變期。新中國成立后，隨著現代科學技術水平的提高，渠道修建進程加快，渠道的數量、規模和灌溉畝數均明顯增多。根據本文繪制出的現今呼圖壁河渠圖(只繪制出骨干水利工程)可發現，在呼圖壁河新修的渠道中，大、小海子水庫以南的渠道沿用老河道；而大海子水庫以北渠道為西干渠，全長38.5公里，只有約220米長的渠道與原西渠重疊(圖3d)；小海子水庫以北的渠道為東干渠，位于東河河道以西，長27.6公里。(33)呼圖壁河水利志編纂委員會：《呼圖壁河水利志》，第162～200頁。1997年，呼圖壁河大型水利工程基本完成了修繕和加固，此時渠道總長3909.3公里，農業灌溉面積976000畝。(34)呼圖壁河流域規劃委員會：《呼圖壁河流域規劃報告》(內部資料)，1999年，第81頁。自此，呼圖壁河渠道總長和灌溉面積分別約是1908年的2.2倍和14倍。

對比三個階段呼圖壁河渠道變化，可發現近250年來呼圖壁河河道的演變主要發生于19世紀末20世紀初及20世紀中期至今。19世紀末20世紀初呼圖壁河流程逐漸縮短，不再與三屯河交匯。20世紀50年代至今，大量河水被引入渠道，河道繼續縮短至今兵團芳草湖農場四場八連附近(86°36′55″，44°41′57″)，小海子水庫以北河道大部分已被耕地覆蓋。

表4 1908年呼圖壁河中下游渠道及灌溉面積

性質渠名水源方向距城(里)長(里)廣(尺)灌溉面積(清畝)干渠下武渠城西大河北60205174.4干渠東河壩渠城西大河北8084東河壩東渠(東)北8012196.2東河壩西渠(西)北8013305.2東河壩中渠(中)北805806.6干渠葦湖渠城西大河北50902.5葦湖東渠北15012610.4葦湖西渠北150121090干渠鎮番渠城西大河北5090鎮番東渠北5054872鎮番西渠北15052.5959.2干渠桑家莊中渠城西大河北10904桑家莊東渠北15032.5348.8桑家渠西渠北15032348.8干渠西溝渠城西大河北51005.7西溝東渠北14032.5414.2西溝西渠北14032.5697.6干渠破口渠城西大河北51004.8破口東渠北14052.5915.6破口西渠北14052.7566.8干渠小東溝渠城西大河北51404.81177.2干渠大東溝渠城西大河北51004.8大東溝東渠北14052.5915.6大東溝西渠北14052.7872干渠單板渠城西大河北51003.5523.2干渠五戶地渠城西大河北51003.3436干渠芨芨梁渠城西大河北51604.8芨芨梁東渠北16052.5872芨芨梁西渠北16052.5588.6干渠嘉三渠城西大河西25103.5渭戶渠(東)西25103.5十六戶渠(西)西2542.51831.2干渠柳墩渠城西大河西45352.5東溝渠(東)西4532.5959.2柳東上渠(東)西45102872柳東下渠(東)西4582959.2干渠大土古里上渠城西大河與泉水西7023五旗渠(東)西7061.51046.4八旗渠(西)西7051.5959.2

性質渠名水源方向距城(里)長(里)廣(尺)灌溉面積(清畝)干渠大土古里中渠城西大河與西南泉水西7023大土古里東渠西7081.5970大土古里西渠西7081.5654干渠下渠城西大河與城南泉水西7083七旗渠(西)西7051.5697.6干渠東溝渠本處大河與泉水西南20030董家渠(西)西南150551046.4張家渠(西)西南1504287.2袁家渠(西)西南15053610.4武家渠(西)西南1502187.2任家渠(東)西南1501187.2王家渠(東)西南15021.51074.4總計干渠35條,支渠55條165450297.3

四 河道演變的原因分析

呼圖壁河屬于典型的干旱區河流，其徑流量的大小主要受到山區冰雪融水和降水量的影響，而平原區的農業灌溉、水庫與渠道的空間分布也影響著河水的空間分布。對于以上研究所揭示的19世紀末20世紀初、20世紀中期呼圖壁河中下游河道發生的變化，有必要結合具體的氣候變化及人類活動來分析不同時期變化的主要影響因素。

(一)氣候因素

我國干旱區的河流均發源于山區，主要由山區的冰川(雪)融水和降水補給，所以氣溫和降水變化都對地表徑流產生重要影響。呼圖壁河年徑流量的11.5%來源于冰川融水，66.5%來源于雨雪降水，22.0%來源于地下水。陳峰、袁玉江等人重建的呼圖壁河流域過去313年的春季最高氣溫序列和夏季降水序列(見圖5)(35)陳峰，袁玉江等：《呼圖壁河流域過去313a春季平均最高氣溫序列及其特征分析》，《中國沙漠》2009年第1期，第162～167頁；陳峰，袁玉江等：《天山北坡呼圖壁河流域近313年降水的重建與分析》，《干旱區研究》2009年第1期，第130～135頁。，可用于分析過去250年呼圖壁河中下游河道變遷與氣候變化之間的關系。

圖5 近313年呼圖壁河流域降水和溫度11年滑動平均值(虛線為溫度，實線為降水)

1750～1840年，呼圖壁河流域出現了一個持續時間較長的春季偏暖期，有利于冰川(雪)融水量的增加，而1752～1784年、1799～1857年兩個時段內夏季偏濕，降水的補給量增大，因此18世紀中期至19世紀中期呼圖壁河的徑流量應該比較豐沛。而1890年前后，呼圖壁河流域出現了一個持續20年左右的春季偏冷期，冰川(雪)融水量應有所下降，雖然1886～1908年為偏濕階段，夏季降水量有所增加，但總體來說19世紀末20世紀初呼圖壁河的徑流量應該較前一時期有所減少。1952～1983年，呼圖壁河流域為偏冷期，同時1957～1991年又為偏干階段，導致冰川(雪)融水補給量和降水量都相對較小，因此1952～1991年之間呼圖壁河的徑流量應是近250來的最低值。

(二)人類活動影響

人類活動因素是導致干旱區河流變化的重要因素。就本研究區的歷史時段而言，人類活動因素主要指18世紀中期以來區域人口增長、耕地擴張、聚落位置變化和水利工程修建。近250年以來，呼圖壁地區的人口和耕地面積變化如下圖所示(圖6)。(36)這里的人口和耕地數據來源于表1所列文獻。需要說明兩點：一，本文將文獻中的清畝一律轉換為現在的畝制，1清畝=0.9216畝，戶口數按每戶五人，統一轉換為人口數；二，因文獻記載有限，1860年人口數字缺失。

圖6 近250年呼圖壁河中下游地區人口數量和耕地面積

18世紀中后期至19世紀中期，呼圖壁地區人口和耕地數量逐漸增多，到1863年達到了30多萬畝。雖然歷史文獻沒有記載當時所有的渠道數量及分布情況，但是根據《西域水道記》的簡略記載及聚落的分布可知，此時人類的水土開發活動主要集中在景化城附近，因修建渠道而改變的河水空間分布也主要集中于這一地區。1877年左宗棠收復新疆之后，呼圖壁地區人口數量和耕地面積逐漸恢復，直到1949年前后耕地面積才恢復到1863年的水平。但是，從這一時期聚落、耕地和渠道的分布可知(見圖3c和表4)，更多的河水通過西渠(又稱西河)被引入芳草湖地區，使得河水的空間分布再一次向西北地區擴展。從西河與東河(主河道)并列的名稱來看，可能19世紀末20世紀初有一半的呼圖壁河水被引入西河，使得原主河道水量大減。到了20世紀中期以后，不斷興修和完善呼圖壁地區的水利設施，大、小海子水庫，東干渠和西干渠等水利工程相繼修建完成，渠道數量、長度和密度不斷增加，有效地提高了引水率和灌溉效率，平原區的水庫、渠系網絡代替了自然河道。

結合氣候因素和人類活動因素可知，18世紀中期至19世紀中期，呼圖壁河流域的溫度和降水都有利于河流徑流量的增加，雖然到1863年耕地面積擴展到歷史時期的最高峰，呼圖壁河的中下游河道依然比較穩定，流程較長，流至雙岔子后匯入三屯河，可以說氣候因素是這一時段呼圖壁河中下游河道穩定的主要因素。19世紀末20世紀初，呼圖壁河流域溫度偏低、降水偏少，綜合導致的河流徑流補給量不如18世紀中期至19世紀中期，而由于人類引水入西渠(西河)開發芳草湖地區，致使主河道水量減少，河道縮短約9公里。因此，影響19世紀末20世紀初呼圖壁河中下游河道萎縮的氣候因素是溫度，而人文因素不是人口和耕地數量絕對值的高低，而是人類活動空間變化引起的河水空間分布的變化。20世紀中期后，呼圖壁河流域溫度和降水都不利于河流徑流量的產生，而區域人口數量、耕地數量和水利工程規模都急劇增加，不利的氣候因素和高強度的人類活動綜合作用，影響了20世紀中期以來呼圖壁河中下游河道的演變。

五 結論

基于近250年來的圖文資料和現代的遙感影像資料，本文通過ArcGIS技術得到18世紀中期、19世紀中期、19世紀末20世紀初、20世紀50年代以來這4個時間斷面的呼圖壁河中下游河道、渠道和聚落演變情況，并探討了呼圖壁河中下游河道演變及其影響。主要結論如下：

1.在近250年的時間內，呼圖壁河河道的演變主要表現為河道渠系化、徑流空間分布變大、河道長度縮短等特征。其變化主要發生在兩個時間段：19世紀末20世紀初、20世紀50年代至今。19世紀末20世紀初呼圖壁河流程逐漸縮短，不再與三屯河交匯。20世紀50年代至今，呼圖壁河水系面貌發生大改變，大量河水被引入渠道，河道水量減少，小海子水庫以北河道幾乎干涸，大部分河段已被耕地覆蓋。

2.19世紀末20世紀初和20世紀中期以來呼圖壁河與頭屯河、三屯河、瑪納斯河等天山北麓諸河流的演變具有同步性。本文的研究結論再一次表明了19世紀末20世紀初天山北麓的水文變遷事件的普遍存在，更大區域尺度上是否存在同樣的水文變遷事件值得進一步關注。此外，其影響因素應該分時段具體分析。19世紀末20世紀初，呼圖壁河中下游河道演變的影響因素是多方面綜合作用的結果，不利的氣候因素是溫度偏低，人文影響因素不是人口耕地總量的提高而是農業開發空間范圍的變化。

3.本文基于ArcGIS重建了呼圖壁河中下游地區過去250年主要聚落和渠道的空間分布變化，發現19世紀末20世紀初該區域人口和耕地數量遠沒有恢復到1863年之前的數量，但是聚落和渠道的空間分布變化成為了影響呼圖壁河下游河道變遷的關鍵性因素。因此，更多地運用ArcGIS技術進行歷史時期河道變遷的研究，揭示人類活動的空間變化過程，有望突破以往僅基于數據統計分析得到的認識。

河流水資源是制約西北干旱區社會經濟發展、影響生態安全的關鍵因素，對區域可持續發展起著至關重要的作用。認識過去百年尺度上西北干旱區河流的變化過程，辨識其影響因素，深刻認識全球氣候變暖、人類活動方式變化對西北干旱區的生態安全和綠洲經濟的可持續發展的影響，是一個必須用交叉學科的集成研究才能解決的復雜問題。本研究表明，歷史地理學研究注重區域空間過程的獨特視角，交叉融合自然科學與人文社會科學的研究方法，能夠有效地推進對資源環境與社會發展這一復雜問題的認識。