近250年新疆呼图壁河中下游河道演变及其影响因素分析①

张 莉 鲁思敏

内容提要：河流变迁的历史过程，是历史地理学研究的核心内容之一。随着史料的扩展和技术方法的推进，历史时期河流变迁过程的复原越来越精细化、量化和可视化。本文基于ArcGIS平台，建立呼图壁河中下游地区清代聚落信息数据库，结合历史文献记载、遥感影像、大比例尺地形图、野外考察和口述访谈，复原了近250年以来呼图壁河中下游河道及其渠道体系的空间变化过程。研究表明，18世纪中期至19世纪中期，呼图壁河中下游河道比较稳定，与三屯河汇合后注入玛纳斯湖，气候因素中的温度和降水状况均有利于径流量的增加，是这一时期河道稳定的主要影响因素；19世纪末20世纪初，呼图壁河流程缩短，芳草湖地区的开发引起了河水空间分布的变化，与这一时期偏低的温度综合作用，导致了河道的演变；20世纪50年代至今，大量河水被引入渠道，河道继续缩短，小海子水库以北河道几乎干涸，不利的气候因素下，水利工程技术、人口和耕地等人文因素主导了这一时期的河道演变。

河流变迁的历史过程，是中国历史地理学研究的核心内容之一。近年来，全球变化与可持续发展研究是自然科学和人文科学共同关注的重大学术问题，其中干旱区的河流变化过程是学者们关注的核心问题之一。(1)邹逸麟：《多角度研究中国历史上自然和社会的关系》，《历史研究》2013年第5期，第27～32页；徐冠华等：《全球变化和人类可持续发展：挑战与对策》，《科学通报》2013年第21期，第2100～2106页；陈亚宁等：《西北干旱区气候变化对水文水资源影响研究进展》，《地理学报》2014年第9期，第1295～1304页。河流是维系干旱区经济发展和生态平衡的纽带，同时又极易受到气候变化和人类活动的影响而发生变化。近250年以来，我国干旱区的人口增加、水土资源开发和社会经济发展引起了一系列的河流水文和生态环境的变化，其中又以河流中下游河道的变化最为显著。(2)李并成：《河西走廊历史时期沙漠化研究》，科学出版社，2003年，第279～313页；冯绳武：《甘肃河西水系的特征和演变》，《兰州大学学报》1981年第1期，第125～129页；樊自立，陈亚宁等：《新疆塔里木河及其河道变迁研究》，《干旱区研究》2006年第1期，第8～15页；邢卫，侯甬坚：《18～20世纪初党河下游河道变迁研究》，《西域研究》2010年第2期，第69～77页。目前，学者们已经对清代以来天山北麓的玛纳斯河、头屯河、三屯河等河流的变化进行了细致的研究，并且揭示出19世纪末20世纪初是一个值得关注的变化阶段。(3)张莉，李有利：《近300年来新疆玛纳斯湖变迁研究》，《中国历史地理论丛》2004年第4辑，第127～142页；张莉，安玲：《近300年来新疆头屯河与三屯河的变迁及其影响因素》，《中国历史地理论丛》2015年第3辑，第5～17页。呼图壁河作为天山北麓中部的第二大河流，受多种因素影响亦发生了明显的变化，探讨呼图壁河中下游河道的演变有利于完善天山北麓河流演变的研究，从而揭示更大时空尺度上河流变化的规律，推进对干旱区河流河道演变及其环境影响的认识。

图1 呼图壁河在新疆的位置

关于历史时期河流演变的研究，过去多采用文献考证和野外考察的方法，(4)张修桂：《云梦泽的演变与下荆江河曲的形成》，《复旦学报》1980年第2期，第40～48页;邹逸麟：《黄河下游河道变迁及其影响概述》，《复旦学报》1980年第1期，第12～24页。近年来利用ArcGIS技术配准并提取古地图中相关信息的方法越来越受到学者们的重视。(5)杨霄，韩昭庆：《1717～2011年高宝诸湖的演变过程及其原因分析》，《地理学报》2018年第1期，第129～137页；万智巍，贾玉连等：《基于历史地图与遥感影像的近百年来长江荆江段河道演变》，《地理科学》2019年第4期，第696～704页。本文尝试采用新的思路和技术方法，重新整理和获取历史文献中记录的环境变化信息，以精细化、量化和可视化为推进研究和认识的目标，复原近250年以来呼图壁河中下游河道变化的空间过程，探究其变化过程中自然因素和人文因素的影响机制。

一 研究区概况

呼图壁河位于天山北麓，北纬43°07′～45°20′，东经86°05′～86°08′之间，河流所在区域主要受西风带影响，属于典型的温带大陆性气候。(6)王岚，刘志辉等：《1978～2011年呼图壁河径流的变化趋势》，《水土保持通报》2015年第3期，第62～67页。该河发源于天山支脉依连哈比尔尕山北坡，自南向北流，今河道总长176公里，年径流量4.56亿立方米，流域范围与呼图壁县行政区划大致相当。按地形地貌划分，从河源至河口地区大致可以分为南部山区、中部平原区和北部沙漠区三大地貌单元。(7)呼图壁河流域规划委员会昌吉回族自治州水利水电勘察设计院：《呼图壁河流域规划报告》(内部资料影印本)，1999年，第81页。呼图壁河的中下游河道主要分布在青年渠首以北地势平坦的中部平原区和北部荒漠区，河流极易在此区域发生泛溢和改道(见图1)。

二 资料来源与研究方法

本文利用的资料主要来源于古今文献、野外考察、现代遥感影像图，内容涉及呼图壁河、渠道、聚落、人口、耕地和气候的变化。考虑到资料覆盖情况，本文将集中讨论四个时间段呼图壁河中下游河道的演变情况：18世纪中期、19世纪中期、19世纪末20世纪初、20世纪中期至今。

(一)资料来源

本文利用古今文献资料主要有：《西域图志》(8)〔清〕傅恒等纂；英廉等增修；钟兴麒等校注：《西域图志校注》卷二五《水二》，新疆人民出版社，2002年，第365页。《三州辑略》(9)〔清〕和瑛：《三州辑略》卷三《户口门》《田赋门》，早稻田大学图书馆收藏，第36、51～53页。《西域水道记》(10)〔清〕徐松著；朱玉麟整理：《西域水道记》(外二种)卷三《额彬格逊淖尔所受水》，中华书局，第186～187页。《新疆图志》(11)〔清〕王树楠等纂；朱玉麒等整理：《新疆图志》卷四三《民政四》、卷六五《土壤一》、卷七一《水道五》、卷七四《沟渠二》，上海古籍出版社，2015年，第794、1193、1299、1349～1353页。《呼图壁乡土志》(12)马大正，黄国政，苏凤兰整理：《新疆乡土志稿·呼图壁乡土志》，新疆人民出版社，2010年，第87～91页。《新疆水利第二期报告书》(13)新疆水利委员会：《新疆水利第二期报告书》卷二，华国书局，1918年，第13、14页。《内务统计·民国五年新疆人口之部》(14)内务部统计科编制：《内务统计·民国五年新疆人口之部》，殷梦霞，田奇选编：《民国人口户籍史料汇编》卷二，国家图书馆出版社，2013年，第7页。《新疆风暴七十年》(15)张大军：《新疆风暴七十年》，台北：兰溪出版社，1980年，第2017～2020页。《呼图壁县地名图志》(16)李世昌等主编：《呼图壁县地名图志》，呼图壁县地名委员会，1985年，第3～73页。《呼图壁县志》(17)呼图壁县志编纂委员会：《呼图壁县志》，新疆人民出版社，1992年，第104、105页。《芳草湖农场志》(18)芳草湖农场志编纂委员会：《芳草湖农场志》，新疆人民出版社，2002年，第52～78页。《呼图壁河水利志》(19)呼图壁河水利志编纂委员会：《呼图壁河水利志》，新疆人民出版社，2012年，第162～200页。《新疆维吾尔自治区农业生产统计资料1949～1978(上)》(20)新疆维吾尔自治区统计局，新疆维吾尔自治区农业局编：《新疆维吾尔自治区农业生产统计资料1949～1978(上)》，新疆人民出版社，1980年，第21页。《呼图壁年鉴》(21)田国栋主编：《呼图壁年鉴》，新疆生产建设兵团出版社，2016年，第29页。。从这些文献中提取河道、渠道、人口、耕地、自然环境等定量和定位的信息(见表1)。

表1 古今文献资料信息提取表

本文尽可能寻找较早期的高分辨率遥感影像进行目视解译，判断河道、渠道遗迹、位置和形态，并且以此为底图绘制不同时期的河道、渠道和聚落的空间分布。因此，本文主要采用的是Landsat全球合成数据集(1984～1997)上表现的河道、渠道遗迹进行判定。(22)数据来源于中国科学院计算机网络信息中心地理空间数据云平台(http://www.gscloud.cn)。Landsat全球合成数据集(1984～1997)的遥感地图上，古河道遗迹多表现为粗细、长短不一，且不连续的绿色曲线。结合野外地貌学考察可确定这些绿色曲线为红柳、骆驼刺、芨芨草等植物丛生的古河道，且由于河渠两侧多为黄色荒地，绿色的河渠较容易辨别和提取。此外，本文所使用地图资料来源于《呼图壁河水利志》的附图《呼图壁河流域骨干水利工程位置示意图》《呼图壁河水系示意图》、呼图壁水利管理局的呼河灌区分幅图1∶10000(彩图)。(23)呼图壁河水利志编纂委员会：《呼图壁河水利志》，第162～200页；呼图壁河流域管理处档案室：呼河灌区分幅图1∶10000(彩图)，档号：J-35，2012年5月归档。前者绘制了现今呼图壁河流域骨干水利工程位置，后者清晰地绘制出呼图壁灌区古河道和古渠道的部分遗迹。

2018年7月末，我们在呼图壁河及其周边地区进行了野外考察，对文献中记载的呼图壁河中下游河道位置、渠道位置、聚落位置、生态环境等信息进行定位，并对20世纪50年代以来区域开发、水利工程兴修与河道、生态环境变化的关系等问题进行了有针对性的访谈，在呼图壁县档案馆和呼图壁河流域管理处搜集了民国档案、现代志书和地图等资料。

(二)研究方法

河道的演变与渠道数量变化、空间分布变化密切相关，故本文在复原呼图壁河河道的同时，重点复原呼图壁地区主要渠道的空间分布。而聚落和渠道又有着“共消共长”的关系，即往往聚落附近有河渠，有河渠的地方才会形成聚落，所以可通过考订聚落出现的时间和位置，判断不同时期河渠的流经位置和分布范围。

1.聚落位置的复原

18世纪中期以来，呼图壁河中下游地区聚落分布的时空变化是判定河渠变化的依据之一。本文首先根据表1所列古今历史文献中的记载，考订了清代以来该地区聚落出现的时间、地点、地名沿革，然后通过遥感影像提取70个历史聚落的经纬度信息。在此基础上，建立了呼图壁河中下游地区聚落数据库(见表2)，并且在ArcGIS平台上建立了不同历史时期的聚落图层，成为进一步考订河道与渠道的依据之一(见图2)。

表2 呼图壁河中下游地区历史聚落数据库示例

图2 清中后期呼图壁地区主要聚落分布图

2.河道与渠道的复原

1964年、1967年大海子水库与小海子水库相继修建完成之后，呼图壁河在水库以下的自然河道逐渐湮废，很多地方被开垦为农田，为精确复原和定位历史时期河道及渠道的空间分布带来了难题。因此，本文采用由今及古、逐步考订的方法复原不同时期呼图壁河中下游河道及渠道的位置。

20世纪中期至今，呼图壁河中下游河道及主要干渠位置的复原。《呼图壁河水利志》记载了1949年以来呼图壁河中下游水库、渠道的修建过程(表3)，并且附有《呼图壁河水系示意图》《呼图壁河骨干水利工程位置示意图》。(24)呼图壁河水利志编纂委员会：《呼图壁河水利志》。此时，呼图壁河中下游河道最明显的特征是在芨芨坝以下分为东河与西河，分别汇入大海子水库与小海子水库，之后所有的河水全部流入渠道系统。本文以遥感影像为底图，目视解译和校正河道、渠道的位置，采用人工描图的方法复原了20世纪中期至今呼图壁河中下游河道和主要渠道的空间分布。

表3 1950年以来呼图壁河主要水利工程修建一览表

19世纪末至20世纪初，呼图壁河中下游河道及主要渠道的考证复原。《新疆图志》卷七十一《水道五》记载，呼图壁河“源出松山之阴，北流经呼图壁城西，折西北流，会罗克伦河。又西北，注于阿尔雅淖尔。”后文又详细描述河流在平原地区的分流情况，“河北流经昌吉县治西南，东北流，右引支渠二，曰昌盛渠，曰苇湖，并东北流，入于沙。又北，左引一支渠，曰土古里渠。又北，经呼图壁城西，复左引一支渠，曰西河，并西北流，入于沙。其正流谚曰东河，又西北流，至双叉河口，东会罗克伦河。又西北流，注淖尔。”这段文字记载与《呼图壁乡土志》以及《新疆全省舆地图》所附《昌吉县图》《呼图壁县丞图》表达的内容一致。首先，本文据这段文字记载判断，呼图壁河西河实为人工引水而形成，而东河是呼图壁河的主河道。其次，据张莉等人的研究，19世纪末三屯河(罗克伦河)水量大减，在双岔子与呼图壁河汇合后，其下游河道仅在丰水期有水，为典型的时令河道。(25)张莉，安玲：《近300年来新疆头屯河与三屯河的变迁及其影响因素》，《中国历史地理论丛》2015年第3辑，第5～17页。另外据民国时期《新疆水利第二期报告书》记载，1916年查勘发现呼图壁河河水自南山而出，主要的河水向西北漫流至芳草湖地区，消失于两个大草湖之中。(26)新疆水利委员会：《新疆水利第二期报告书》卷二，第13、14页。这说明此时呼图壁河只能漫流至芳草湖地区。因此，本文的重点在于考订昌盛渠至双岔子之间呼图壁河河道与主要渠道的空间位置。本文首先在ArcGIS中将呼图壁河中下游地区19世纪末至20世纪初的聚落与Landsat全球合成数据集(1984～1997)叠加，根据《新疆全省舆地图》所附《昌吉县图》《呼图壁县丞图》表现的聚落与河道的位置关系，判定遥感影像上哪些河道、渠道遗迹是属于19世纪末至20世纪初期的。

18世纪中期和19世纪中期呼图壁河中下游河道与主要渠道的复原。乾隆二十八年(1763)，清朝在呼图壁地区设置兵屯，开始了此地的农田水利开发。乾隆四十七年(1782)成书的《西域图志》图文并茂地记录呼图壁河的主要流经情况：“呼图克拜郭勒，在罗克伦郭勒西一百里，地当孔道，有五源，出天山北麓，北流二百里，东会格特尔格罗克伦郭勒，西北入于额彬格逊淖尔。”(27)〔清〕傅恒等纂；英廉等增修；钟兴麒等校注：《西域图志校注》卷二五《水二》，第365页。呼图克拜郭勒，即呼图壁河；罗克伦郭勒，即三屯河；额彬格逊淖尔，即玛纳斯湖。道光元年(1821)成书的《西域水道记》较为详细地记载了呼图壁河的河道与渠道的位置关系：“胡图克拜河，出城南八十里之松山，五源并出，……河北流出山，经玛纳斯营卡伦西、独山子沙碛东(沙碛距景化城七十里)，又北流二十五里为渠口，疏东流渠六，西流渠五。又北流五十五里经景化城西，引西流支渠五，诸渠间为景化城。……经景化城北流百余里与罗克伦河汇。……罗克伦、胡图克拜二河既会，西北流二百余里经清水峡南入淖尔之东南。”(28)〔清〕徐松著；朱玉麟整理：《西域水道记》(外二种)卷三《额彬格逊淖尔所受水》，第187～191页。据此可知，至迟在道光元年(1821)，由于人工引水，在景化城(今呼图壁县城)西形成了西河，西河之上再引支渠若干，成为该地区灌溉的主要水源。《西域水道记》中记载的河道与渠道，直到19世纪末20世纪初仍在沿用，因此本文结合聚落的空间分布，判定18世纪中期和19世纪中期呼图壁河河道与主要渠道的位置。

三 研究结果

(一)河道演变过程

通过ArcGIS绘制四个时间断面下的呼图壁河中下游河道形态图(见图3)，可将近250年呼图壁河河道演变过程分为三个特征时段。

图3 近250年呼图壁中下游河道演变图(a-d)

第一个时段为18世纪中期至19世纪中期，呼图壁河中下游河道来水量比较稳定，北流至双岔子附近与三屯河汇合，然后经过莫索湾，在大拐附近与玛纳斯河汇合，最后注入玛纳斯湖(见图3a、3b，图4)。此时，呼图壁河与三屯河、玛纳斯河是一个大的水系。自今青年渠首至玛纳斯湖，呼图壁河水流经过的长度有277.8公里。

图4 呼图壁河与玛纳斯湖位置关系图

第二个时段为19世纪末至20世纪中期，呼图壁河流程明显缩短。19世纪末20世纪初，随着西渠引水量的增多，逐渐形成芨芨坝以下西河(西渠)、东河(主河道)并流的情况，呼图壁河下游水量急剧减少，河道缩短，至三家梁(今桑家渠附近)附近逐渐断流(见图3c)。(29)“呼图壁河……至三家梁西，河身减小，地皆沙漠”出自马大正，黄国政，苏凤兰整理：《新疆乡土志稿·呼图壁乡土志》，新疆人民出版社，2010年，第87～91页。此时，三屯河的来水量也大为减少，所以双岔子以下原三屯河与呼图壁河汇流后的河道仅在丰水期有水。(30)张莉，韩光辉等：《近300年来新疆三屯河与呼图壁河水系变迁研究》，《北京大学学报(自然科学版)》2004年第6期，第957～970页。可以说，这一阶段呼图壁河流程明显缩短，与三屯河分流后，形成独立的水系。从今青年渠首计算至双岔子，呼图壁河中下游河道总长约为101.6公里。

第三个时段为20世纪中期至今，呼图壁河流程极大缩短。20世纪中期以来，由于水库、各级干支渠的修建，呼图壁河中下游自然河道逐渐被水库、渠系网络代替，小海子水库以下的主河道只供泄洪使用。从遥感影像上判断，在小海子水库以下还保留约20公里左右清晰而连续的自然河道遗迹，应为泄洪期河水可到达之处。因此，从青年渠首算起，呼图壁河中下游河道最长仅有71.6公里左右了(见图3d)。

(二)渠道的演变过程

按照渠道的规模和修建速度，可将其演变过程划分为三个阶段。

第一阶段为18世纪中期至19世纪中期缓慢演变期，此时渠道虽有增修，但数量较少。18世纪中期至18世纪末，清政府控制天山北麓之后，即在呼图壁河流域一带屯田，官兵在呼图壁河出山口至景化城之间河道两侧引渠灌溉。至19世纪中期，有11条渠道的渠口位于景化城以南，灌溉城周边地区；5条渠道在景化城附近向西引，灌溉振番户(今芳草湖农场)一带。(31)〔清〕徐松著；朱玉麟整理：《西域水道记》(外二种)卷三《额彬格逊淖尔所受水》，第186～187页。因材料有限，本文只能复原部分渠道(图3b)。可以看出，19世纪中期呼图壁河中下游河渠水系空间分布格局的变化，主要体现在景化城附近。

第二个阶段为19世纪末期至20世纪前期，此时段为渠道快速演变期(见图3c)。根据《新疆图志》卷七四《沟渠二》可知，1908年呼图壁河中下游地区共有干渠35条，一级支渠55条，渠道总长约1654里(827公里)，灌溉面积总计50297.3清亩(约46354亩)，其中芳草湖地区灌溉面积达11251亩(见表4)。(32)〔清〕王树楠等纂；朱玉麒等整理：《新疆图志》卷七四《沟渠二》，第1349～1353页。总体而言，此时呼图壁河中下游河渠水系空间分布格局的变化，主要体现在芳草湖一带的渠道长度和渠系密度的增加。

第三个阶段为20世纪中期至今，此时段为高速演变期。新中国成立后，随着现代科学技术水平的提高，渠道修建进程加快，渠道的数量、规模和灌溉亩数均明显增多。根据本文绘制出的现今呼图壁河渠图(只绘制出骨干水利工程)可发现，在呼图壁河新修的渠道中，大、小海子水库以南的渠道沿用老河道；而大海子水库以北渠道为西干渠，全长38.5公里，只有约220米长的渠道与原西渠重叠(图3d)；小海子水库以北的渠道为东干渠，位于东河河道以西，长27.6公里。(33)呼图壁河水利志编纂委员会：《呼图壁河水利志》，第162～200页。1997年，呼图壁河大型水利工程基本完成了修缮和加固，此时渠道总长3909.3公里，农业灌溉面积976000亩。(34)呼图壁河流域规划委员会：《呼图壁河流域规划报告》(内部资料)，1999年，第81页。自此，呼图壁河渠道总长和灌溉面积分别约是1908年的2.2倍和14倍。

对比三个阶段呼图壁河渠道变化，可发现近250年来呼图壁河河道的演变主要发生于19世纪末20世纪初及20世纪中期至今。19世纪末20世纪初呼图壁河流程逐渐缩短，不再与三屯河交汇。20世纪50年代至今，大量河水被引入渠道，河道继续缩短至今兵团芳草湖农场四场八连附近(86°36′55″，44°41′57″)，小海子水库以北河道大部分已被耕地覆盖。

表4 1908年呼图壁河中下游渠道及灌溉面积

性质渠名水源方向距城(里)长(里)广(尺)灌溉面积(清亩)干渠下武渠城西大河北60205174.4干渠东河坝渠城西大河北8084东河坝东渠(东)北8012196.2东河坝西渠(西)北8013305.2东河坝中渠(中)北805806.6干渠苇湖渠城西大河北50902.5苇湖东渠北15012610.4苇湖西渠北150121090干渠镇番渠城西大河北5090镇番东渠北5054872镇番西渠北15052.5959.2干渠桑家庄中渠城西大河北10904桑家庄东渠北15032.5348.8桑家渠西渠北15032348.8干渠西沟渠城西大河北51005.7西沟东渠北14032.5414.2西沟西渠北14032.5697.6干渠破口渠城西大河北51004.8破口东渠北14052.5915.6破口西渠北14052.7566.8干渠小东沟渠城西大河北51404.81177.2干渠大东沟渠城西大河北51004.8大东沟东渠北14052.5915.6大东沟西渠北14052.7872干渠单板渠城西大河北51003.5523.2干渠五户地渠城西大河北51003.3436干渠芨芨梁渠城西大河北51604.8芨芨梁东渠北16052.5872芨芨梁西渠北16052.5588.6干渠嘉三渠城西大河西25103.5渭户渠(东)西25103.5十六户渠(西)西2542.51831.2干渠柳墩渠城西大河西45352.5东沟渠(东)西4532.5959.2柳东上渠(东)西45102872柳东下渠(东)西4582959.2干渠大土古里上渠城西大河与泉水西7023五旗渠(东)西7061.51046.4八旗渠(西)西7051.5959.2

性质渠名水源方向距城(里)长(里)广(尺)灌溉面积(清亩)干渠大土古里中渠城西大河与西南泉水西7023大土古里东渠西7081.5970大土古里西渠西7081.5654干渠下渠城西大河与城南泉水西7083七旗渠(西)西7051.5697.6干渠东沟渠本处大河与泉水西南20030董家渠(西)西南150551046.4张家渠(西)西南1504287.2袁家渠(西)西南15053610.4武家渠(西)西南1502187.2任家渠(东)西南1501187.2王家渠(东)西南15021.51074.4总计干渠35条,支渠55条165450297.3

四 河道演变的原因分析

呼图壁河属于典型的干旱区河流，其径流量的大小主要受到山区冰雪融水和降水量的影响，而平原区的农业灌溉、水库与渠道的空间分布也影响着河水的空间分布。对于以上研究所揭示的19世纪末20世纪初、20世纪中期呼图壁河中下游河道发生的变化，有必要结合具体的气候变化及人类活动来分析不同时期变化的主要影响因素。

(一)气候因素

我国干旱区的河流均发源于山区，主要由山区的冰川(雪)融水和降水补给，所以气温和降水变化都对地表径流产生重要影响。呼图壁河年径流量的11.5%来源于冰川融水，66.5%来源于雨雪降水，22.0%来源于地下水。陈峰、袁玉江等人重建的呼图壁河流域过去313年的春季最高气温序列和夏季降水序列(见图5)(35)陈峰，袁玉江等：《呼图壁河流域过去313a春季平均最高气温序列及其特征分析》，《中国沙漠》2009年第1期，第162～167页；陈峰，袁玉江等：《天山北坡呼图壁河流域近313年降水的重建与分析》，《干旱区研究》2009年第1期，第130～135页。，可用于分析过去250年呼图壁河中下游河道变迁与气候变化之间的关系。

图5 近313年呼图壁河流域降水和温度11年滑动平均值(虚线为温度，实线为降水)

1750～1840年，呼图壁河流域出现了一个持续时间较长的春季偏暖期，有利于冰川(雪)融水量的增加，而1752～1784年、1799～1857年两个时段内夏季偏湿，降水的补给量增大，因此18世纪中期至19世纪中期呼图壁河的径流量应该比较丰沛。而1890年前后，呼图壁河流域出现了一个持续20年左右的春季偏冷期，冰川(雪)融水量应有所下降，虽然1886～1908年为偏湿阶段，夏季降水量有所增加，但总体来说19世纪末20世纪初呼图壁河的径流量应该较前一时期有所减少。1952～1983年，呼图壁河流域为偏冷期，同时1957～1991年又为偏干阶段，导致冰川(雪)融水补给量和降水量都相对较小，因此1952～1991年之间呼图壁河的径流量应是近250来的最低值。

(二)人类活动影响

人类活动因素是导致干旱区河流变化的重要因素。就本研究区的历史时段而言，人类活动因素主要指18世纪中期以来区域人口增长、耕地扩张、聚落位置变化和水利工程修建。近250年以来，呼图壁地区的人口和耕地面积变化如下图所示(图6)。(36)这里的人口和耕地数据来源于表1所列文献。需要说明两点：一，本文将文献中的清亩一律转换为现在的亩制，1清亩=0.9216亩，户口数按每户五人，统一转换为人口数；二，因文献记载有限，1860年人口数字缺失。

图6 近250年呼图壁河中下游地区人口数量和耕地面积

18世纪中后期至19世纪中期，呼图壁地区人口和耕地数量逐渐增多，到1863年达到了30多万亩。虽然历史文献没有记载当时所有的渠道数量及分布情况，但是根据《西域水道记》的简略记载及聚落的分布可知，此时人类的水土开发活动主要集中在景化城附近，因修建渠道而改变的河水空间分布也主要集中于这一地区。1877年左宗棠收复新疆之后，呼图壁地区人口数量和耕地面积逐渐恢复，直到1949年前后耕地面积才恢复到1863年的水平。但是，从这一时期聚落、耕地和渠道的分布可知(见图3c和表4)，更多的河水通过西渠(又称西河)被引入芳草湖地区，使得河水的空间分布再一次向西北地区扩展。从西河与东河(主河道)并列的名称来看，可能19世纪末20世纪初有一半的呼图壁河水被引入西河，使得原主河道水量大减。到了20世纪中期以后，不断兴修和完善呼图壁地区的水利设施，大、小海子水库，东干渠和西干渠等水利工程相继修建完成，渠道数量、长度和密度不断增加，有效地提高了引水率和灌溉效率，平原区的水库、渠系网络代替了自然河道。

结合气候因素和人类活动因素可知，18世纪中期至19世纪中期，呼图壁河流域的温度和降水都有利于河流径流量的增加，虽然到1863年耕地面积扩展到历史时期的最高峰，呼图壁河的中下游河道依然比较稳定，流程较长，流至双岔子后汇入三屯河，可以说气候因素是这一时段呼图壁河中下游河道稳定的主要因素。19世纪末20世纪初，呼图壁河流域温度偏低、降水偏少，综合导致的河流径流补给量不如18世纪中期至19世纪中期，而由于人类引水入西渠(西河)开发芳草湖地区，致使主河道水量减少，河道缩短约9公里。因此，影响19世纪末20世纪初呼图壁河中下游河道萎缩的气候因素是温度，而人文因素不是人口和耕地数量绝对值的高低，而是人类活动空间变化引起的河水空间分布的变化。20世纪中期后，呼图壁河流域温度和降水都不利于河流径流量的产生，而区域人口数量、耕地数量和水利工程规模都急剧增加，不利的气候因素和高强度的人类活动综合作用，影响了20世纪中期以来呼图壁河中下游河道的演变。

五 结论

基于近250年来的图文资料和现代的遥感影像资料，本文通过ArcGIS技术得到18世纪中期、19世纪中期、19世纪末20世纪初、20世纪50年代以来这4个时间断面的呼图壁河中下游河道、渠道和聚落演变情况，并探讨了呼图壁河中下游河道演变及其影响。主要结论如下：

1.在近250年的时间内，呼图壁河河道的演变主要表现为河道渠系化、径流空间分布变大、河道长度缩短等特征。其变化主要发生在两个时间段：19世纪末20世纪初、20世纪50年代至今。19世纪末20世纪初呼图壁河流程逐渐缩短，不再与三屯河交汇。20世纪50年代至今，呼图壁河水系面貌发生大改变，大量河水被引入渠道，河道水量减少，小海子水库以北河道几乎干涸，大部分河段已被耕地覆盖。

2.19世纪末20世纪初和20世纪中期以来呼图壁河与头屯河、三屯河、玛纳斯河等天山北麓诸河流的演变具有同步性。本文的研究结论再一次表明了19世纪末20世纪初天山北麓的水文变迁事件的普遍存在，更大区域尺度上是否存在同样的水文变迁事件值得进一步关注。此外，其影响因素应该分时段具体分析。19世纪末20世纪初，呼图壁河中下游河道演变的影响因素是多方面综合作用的结果，不利的气候因素是温度偏低，人文影响因素不是人口耕地总量的提高而是农业开发空间范围的变化。

3.本文基于ArcGIS重建了呼图壁河中下游地区过去250年主要聚落和渠道的空间分布变化，发现19世纪末20世纪初该区域人口和耕地数量远没有恢复到1863年之前的数量，但是聚落和渠道的空间分布变化成为了影响呼图壁河下游河道变迁的关键性因素。因此，更多地运用ArcGIS技术进行历史时期河道变迁的研究，揭示人类活动的空间变化过程，有望突破以往仅基于数据统计分析得到的认识。

河流水资源是制约西北干旱区社会经济发展、影响生态安全的关键因素，对区域可持续发展起着至关重要的作用。认识过去百年尺度上西北干旱区河流的变化过程，辨识其影响因素，深刻认识全球气候变暖、人类活动方式变化对西北干旱区的生态安全和绿洲经济的可持续发展的影响，是一个必须用交叉学科的集成研究才能解决的复杂问题。本研究表明，历史地理学研究注重区域空间过程的独特视角，交叉融合自然科学与人文社会科学的研究方法，能够有效地推进对资源环境与社会发展这一复杂问题的认识。