晚清黃河下游山東段洪災分析

王瓊仙，田 毅，古 帥，王尚義

（1.太原師范學院地理科學學院，山西 晉中 030619；2.太原師范學院歷史系，山西 晉中 030619；3.山東財經大學文學與新聞傳播學院，山東 濟南 250014）

黃河古時被稱作“四瀆”之宗、百河之首，它孕育了古老的華夏文明，推進了中華民族的成長進程。但由于黃河流經世界上最大的黃土堆積區——黃土高原，使得大量泥沙連年不斷地輸移至下游河道，下游地處華北平原，使河床不斷淤積抬高成為地上“懸河”。歷史上，黃河泛濫頻繁，“三年兩次決口，百年一次大改道”，因此給兩岸人民帶來過不同程度的災難[1]。

董傳嶺從晚清山東黃河水災的特點、成因、防治、影響方面進行了全面系統的研究[2]，還對晚清自然災害與山東鄉村人口、經濟之間的影響進行了探討[3]；徐超對晚清山東各個災害進行了簡要分析，并對黃運災害展開了具體分析[4]?？v觀前人的研究，主要以歷史文獻研究為主，研究方法較為單一，對于洪災的數據整理也僅限于圖表統計，且對于洪災時空分布的研究不夠深入。1855 年黃河改道從山東省入海后，山東地區受災范圍之廣、受災頻次之多、受災程度之重前所未有，而且晚清吏治腐敗、朝廷無暇治河、新舊河道之爭等一系列問題也加大了洪災泛濫的程度。晚清作為中國近代史的開端，黃河洪災不僅對當時的山東人民的生產生活產生影響，而且間接對當今的山東政治、經濟、文化的發展產生影響。本文在梳理統計文獻史料的基礎上，結合實地考查，參照清代山東地圖和利用ArcGIS 制圖法大致描繪晚清黃河下游山東段水系圖，選定了研究區域；之后，運用小波分析法對晚清黃河下游山東段洪災進行時空分析，了解其分布規律。

1 晚清黃河下游山東段概況

1.1 地理位置與環境

山東省處于華北東部、黃河下游，位于北緯34°22.9′~38°24.01′、東經114°47.5′~122°42.3′，東西最長大約700 km，南北最寬420 km。自北而南與直隸（今河北）、河南、江蘇接壤，西接黃淮平原，東臨渤海、黃海，膠東半島與遼東半島隔海相望，京杭大運河縱貫南北，黃河自西向東流經山東入海。

山東的氣候類型是暖溫帶季風氣候。春季天色多變，干旱風沙多雨少；夏季盛行偏南風，炎熱多雨；秋季天氣涼爽，冷暖適中；冬季盛行偏北風，寒冷干燥。由于東西距離跨度大以及海洋和內陸氣候的共同影響，東西地區氣溫差異大于南北地區。年平均降水量介于550—950 mm，由東南向西北遞減。降水分布的季節性差異顯著，全年的降水量有60%—70%集中于夏季，易形成澇災，其余季節易發生旱象，影響農業生產的發展。

1.2 行政區劃

山東最初并不是政區名，而是作為地域名出現的。直到清初設立山東省，“山東”才成為本省的專名。清代山東地方行政建置為封建社會時期較為穩定時期，本文主要參考《清代黃河流域洪澇檔案史料》一書，根據書中記載的“黃河流域清代州縣一覽表”[5]，結合《中國氣象災害大典·山東卷》中“清時期縣名與現今地名對照表”[6]可以得出晚清時期黃河下游山東段的州縣有15 個，見表1。晚清黃河下游山東段水系，如圖1所示。

表1 晚清黃河下游山東段行政區劃

圖1 晚清黃河下游山東段水系

2 資料來源與研究時空的界定

本研究所使用的資料主要有《清史稿》《清代黃河流域洪澇檔案史料》《再續行水金鑒·黃河卷》《黃河水利史述要》等關于黃河洪災的資料，又檢索了關于山東地區的方志資料，如《中國氣象災害大典·山東卷》《山東省志·建置志》等，并且對這些資料進行梳理與分析。

本文的研究時間界定為晚清時期，即從道光二十年（1840 年）至宣統三年（1911 年）；空間界定為根據晚清黃河下游山東段行政區劃表從黃河下游流經的山東第一個縣濮州始至利津止的地區，即黃河流經的5個府州15個縣。

3 晚清黃河下游山東段洪災的等級劃分

根據《清代黃河流域洪澇檔案史料》《清史稿》等資料的記載，有關洪澇災害的記錄較為簡單，比如“自濮、范下抵東阿共長一百七十余里，毫無屏蔽，每屆汛漲，泛濫橫流，盡成澤國”[5]，“復據壽張知縣……稟，該縣境楊家井臨堤漫溢，平地水深盈丈，被淹四百余莊”[5]等，基本都是一些簡單的文字性描述。因此，為了更加直觀地研究黃河下游山東段的洪災等級占比，應當首先對這些洪災數據進行參數化處理，將其劃分成不同等級，利用Excel 表格進行等級序列重建，將數據轉換為洪災等級序列（見圖2），以便于進行結果分析[7]。

圖2 晚清黃河下游山東段洪災等級序列

目前，對于歷史時期洪災的等級劃分已經形成了科學的方法，本研究根據滿志敏[8]、古帥等的研究方法，結合黃河下游山東段的實際情況，將本區域內的洪澇定級如表2所示。

表2 黃河下游山東段洪災等級劃分

4 晚清黃河下游山東段洪災的時間分布

4.1 基于小波分析對晚清黃河下游山東段洪澇災害的認識

在地理學研究中，進行時間序列研究時，通常用到的兩種基本形式是時域和頻域。時域分析具有時間定位的能力，但無法得到關于時間序列變化的更多信息；頻域分析具有準確的頻率定位功能，但只適合平穩的時間序列分析[9]。在本研究中，晚清黃河下游山東段的洪災隨時間的變化往往受到多種因素的綜合影響，屬于非平穩序列，具有多層次演變規律，對于這類非平穩時間序列的研究需要晚清這一時段的頻域信息。

20 世紀80 年代初，由Morlet 提出的一種具有時頻多分辨功能的小波分析法，為更精準地研究時間序列的問題提供了可能，它能清晰地揭示出隱藏在時間序列中的多種變化周期，充分反映系統在不同時間尺度中的變化趨勢，并能對系統未來發展趨勢進行定性評估。這種方法對研究黃河下游山東段的洪災頻次在晚清這一時間序列上的變化趨勢也很適用。小波分析的基本原理為：用一小簇小波函數系來表示或逼近某一信號或函數，因此小波函數是小波分析的關鍵。小波分析也稱多辨分析，它的函數定義如下：設Ψ(t)為一平方可積函數，即Ψ(t)∈L2(R)，若其傅立葉變換，則Ψ(t)滿足下列條件的任意函數

式中：Ψa,b(t)為基本小波或小波母函數；a為頻次參數；b為時間參數[10]。

4.2 頻次變化

根據對各文獻資料的記載分析整理表明，在晚清時期的72 a 中，黃河下游山東段的洪澇災害高達54 a 之久，相當于每1.3 a 就會發生一次或者多次洪災。在整個清代時間序列中，洪災年次占比高達20.15%，可見黃河下游山東段的洪澇災害在晚清時期更加集中、持續時間更長。

將每年洪災頻次進行詳細梳理之后（1 a中同時多個縣被水計算為1次），可以得出晚清黃河下游山東段洪災頻次為226 次，平均頻次為4.19。繪制晚清黃河下游山東段洪災變化頻次（見圖3），將平均頻次與各年實際頻次相比較，兩者差值即為洪災頻次的距平值，基于此繪制晚清黃河下游山東段洪災距平值變化序列（見圖4）。

圖3 晚清黃河下游山東段洪災變化頻次

圖4 晚清黃河下游山東段洪災距平值變化序列

結合圖3—4，可以將晚清黃河下游山東段洪災頻次分為3個階段：1840—1881年為第一階段，1882—1903 年為第二階段，1904—1911 年為第三階段。其中，第一、三階段距平值基本為負值。第一階段的負值較大，說明該階段的洪災頻次最低，總計42次，占總頻次的18.58%，均值為1.68 次，洪災等級以1、2、3 級為主。第三階段的洪災頻次總計15 次，占總頻次的6.64%，均值為2.14 次，因此相對于第一階段，第三階段的均值較高，洪災頻次略低，洪災等級以2、3 級為主。第二階段洪災距平值基本為正值，總計169 次，占總頻次的74.78%，均值為7.68 次，洪災頻次較高，洪災等級均有分布，因此這一階段的洪災持續時間長、波及范圍廣、影響更加嚴重。

4.3 周期規律

小波分析能夠較好地揭示地理學中自然災害不同時間尺度中的變化趨勢和長時間序列多種變化周期。利用Matlab 軟件中小波分析模塊，選用Morlet小波，分析晚清黃河下游山東段的洪澇災害不同時間尺度下變化周期。由晚清黃河下游山東段小波實部等值線圖（見圖5）和小波方差圖（見圖6）可知，黃河下游山東段洪澇災害存在3類時間尺度上的顯著變化周期，3～7 a 周期對應的峰值為5 a，8～13 a 周期對應的峰值為10 a，17～27 a 周期對應的峰值為23 a，方差最大為第1 主周期，因此晚期黃河下游山東段洪澇災害存在23、10、5 a的主要變化周期[11]。

圖5 晚清黃河下游山東段小波實部等值線

圖6 晚清黃河下游山東段小波方差

5 晚清黃河下游山東段洪災的空間分布特征

由于涉及有的州縣并非全部鄉鎮在黃河流域范圍內，為了數據的嚴謹性，首先將各個州縣洪災頻次用除法求得所屬州縣所有鄉鎮的平均值，再乘流域范圍內的鄉鎮數，最后求得的洪災次數即為進行空間分析所需要的數據，詳見表3。

表3 晚清黃河下游山東段洪澇災害空間分布

根據表3運用ArcGIS繪制晚清黃河下游山東段各縣災害頻次圖（見圖7），結果顯示：晚清黃河下游山東段洪澇災害的分布表現出明顯的區域差異，洪災發生頻次較高的地區主要集中在平陰、長清、齊河、歷城、濟陽等縣，這些縣發生洪澇災害次數在40 次以上，大部分靠近山地地區，地形崎嶇，暴雨頻發加上治河困難或是受到次生災害的影響，因此容易受災。受災較多的地方還有濮州、范縣和利津縣，它們位于黃河下游改道山東起始點和入海口處。究其原因，一是黃河含沙量大，流入山東地界形成“地上懸河”；二是黃河改道之初，時逢戰亂，朝廷無暇治河。

圖7 晚清黃河下游山東段各縣洪澇災害頻次

6 結語

綜合史料的記載以及本文的研究發現，晚清黃河下游山東段的洪澇災害共發生54年次，占據晚清總年次的3/4，平均每1.3 a 就會發生1 次（有洪澇記載的均計算在內，且1 a 內有多次記錄的按1 次計算），在整個清代時間序列內占比高達20.15%。然后將各年的洪澇災害多次記錄統計在內之后進行分析梳理，洪澇災害共發生226 次，相當于1 a 災害頻次為4.19 次，綜合可以得出晚清時期黃河下游山東段洪災持續時間長并且在整個清代時間段洪災頻率之高的結論?？v觀晚清黃河下游山東段洪澇災害等級序列圖，總體上，除1865—1875 年10 a 內洪澇災害較少外，其他年份都有1、2、3 等級的洪澇災害分布且占比平均，而4級洪災主要集中在1860年以后，且在1875 年以后各洪澇災害等級相較于改道初期更加集中、波及范圍更廣和影響更大。

晚清黃河下游山東段洪澇災害表現出明顯的區域差異，洪災發生頻次較高的地區主要集中在平陰、長清、齊河、歷城、濟陽等中部靠近山地的區域。然后是黃河流入山東的濮州、范縣以及入?？诘睦蚴転妮^多。其余縣受災較少。