晚清黄河下游山东段洪灾分析

王琼仙，田 毅，古 帅，王尚义

（1.太原师范学院地理科学学院，山西 晋中 030619；2.太原师范学院历史系，山西 晋中 030619；3.山东财经大学文学与新闻传播学院，山东 济南 250014）

黄河古时被称作“四渎”之宗、百河之首，它孕育了古老的华夏文明，推进了中华民族的成长进程。但由于黄河流经世界上最大的黄土堆积区——黄土高原，使得大量泥沙连年不断地输移至下游河道，下游地处华北平原，使河床不断淤积抬高成为地上“悬河”。历史上，黄河泛滥频繁，“三年两次决口，百年一次大改道”，因此给两岸人民带来过不同程度的灾难[1]。

董传岭从晚清山东黄河水灾的特点、成因、防治、影响方面进行了全面系统的研究[2]，还对晚清自然灾害与山东乡村人口、经济之间的影响进行了探讨[3]；徐超对晚清山东各个灾害进行了简要分析，并对黄运灾害展开了具体分析[4]。纵观前人的研究，主要以历史文献研究为主，研究方法较为单一，对于洪灾的数据整理也仅限于图表统计，且对于洪灾时空分布的研究不够深入。1855 年黄河改道从山东省入海后，山东地区受灾范围之广、受灾频次之多、受灾程度之重前所未有，而且晚清吏治腐败、朝廷无暇治河、新旧河道之争等一系列问题也加大了洪灾泛滥的程度。晚清作为中国近代史的开端，黄河洪灾不仅对当时的山东人民的生产生活产生影响，而且间接对当今的山东政治、经济、文化的发展产生影响。本文在梳理统计文献史料的基础上，结合实地考查，参照清代山东地图和利用ArcGIS 制图法大致描绘晚清黄河下游山东段水系图，选定了研究区域；之后，运用小波分析法对晚清黄河下游山东段洪灾进行时空分析，了解其分布规律。

1 晚清黄河下游山东段概况

1.1 地理位置与环境

山东省处于华北东部、黄河下游，位于北纬34°22.9′~38°24.01′、东经114°47.5′~122°42.3′，东西最长大约700 km，南北最宽420 km。自北而南与直隶（今河北）、河南、江苏接壤，西接黄淮平原，东临渤海、黄海，胶东半岛与辽东半岛隔海相望，京杭大运河纵贯南北，黄河自西向东流经山东入海。

山东的气候类型是暖温带季风气候。春季天色多变，干旱风沙多雨少；夏季盛行偏南风，炎热多雨；秋季天气凉爽，冷暖适中；冬季盛行偏北风，寒冷干燥。由于东西距离跨度大以及海洋和内陆气候的共同影响，东西地区气温差异大于南北地区。年平均降水量介于550—950 mm，由东南向西北递减。降水分布的季节性差异显著，全年的降水量有60%—70%集中于夏季，易形成涝灾，其余季节易发生旱象，影响农业生产的发展。

1.2 行政区划

山东最初并不是政区名，而是作为地域名出现的。直到清初设立山东省，“山东”才成为本省的专名。清代山东地方行政建置为封建社会时期较为稳定时期，本文主要参考《清代黄河流域洪涝档案史料》一书，根据书中记载的“黄河流域清代州县一览表”[5]，结合《中国气象灾害大典·山东卷》中“清时期县名与现今地名对照表”[6]可以得出晚清时期黄河下游山东段的州县有15 个，见表1。晚清黄河下游山东段水系，如图1所示。

表1 晚清黄河下游山东段行政区划

图1 晚清黄河下游山东段水系

2 资料来源与研究时空的界定

本研究所使用的资料主要有《清史稿》《清代黄河流域洪涝档案史料》《再续行水金鉴·黄河卷》《黄河水利史述要》等关于黄河洪灾的资料，又检索了关于山东地区的方志资料，如《中国气象灾害大典·山东卷》《山东省志·建置志》等，并且对这些资料进行梳理与分析。

本文的研究时间界定为晚清时期，即从道光二十年（1840 年）至宣统三年（1911 年）；空间界定为根据晚清黄河下游山东段行政区划表从黄河下游流经的山东第一个县濮州始至利津止的地区，即黄河流经的5个府州15个县。

3 晚清黄河下游山东段洪灾的等级划分

根据《清代黄河流域洪涝档案史料》《清史稿》等资料的记载，有关洪涝灾害的记录较为简单，比如“自濮、范下抵东阿共长一百七十余里，毫无屏蔽，每届汛涨，泛滥横流，尽成泽国”[5]，“复据寿张知县……禀，该县境杨家井临堤漫溢，平地水深盈丈，被淹四百余庄”[5]等，基本都是一些简单的文字性描述。因此，为了更加直观地研究黄河下游山东段的洪灾等级占比，应当首先对这些洪灾数据进行参数化处理，将其划分成不同等级，利用Excel 表格进行等级序列重建，将数据转换为洪灾等级序列（见图2），以便于进行结果分析[7]。

图2 晚清黄河下游山东段洪灾等级序列

目前，对于历史时期洪灾的等级划分已经形成了科学的方法，本研究根据满志敏[8]、古帅等的研究方法，结合黄河下游山东段的实际情况，将本区域内的洪涝定级如表2所示。

表2 黄河下游山东段洪灾等级划分

4 晚清黄河下游山东段洪灾的时间分布

4.1 基于小波分析对晚清黄河下游山东段洪涝灾害的认识

在地理学研究中，进行时间序列研究时，通常用到的两种基本形式是时域和频域。时域分析具有时间定位的能力，但无法得到关于时间序列变化的更多信息；频域分析具有准确的频率定位功能，但只适合平稳的时间序列分析[9]。在本研究中，晚清黄河下游山东段的洪灾随时间的变化往往受到多种因素的综合影响，属于非平稳序列，具有多层次演变规律，对于这类非平稳时间序列的研究需要晚清这一时段的频域信息。

20 世纪80 年代初，由Morlet 提出的一种具有时频多分辨功能的小波分析法，为更精准地研究时间序列的问题提供了可能，它能清晰地揭示出隐藏在时间序列中的多种变化周期，充分反映系统在不同时间尺度中的变化趋势，并能对系统未来发展趋势进行定性评估。这种方法对研究黄河下游山东段的洪灾频次在晚清这一时间序列上的变化趋势也很适用。小波分析的基本原理为：用一小簇小波函数系来表示或逼近某一信号或函数，因此小波函数是小波分析的关键。小波分析也称多辨分析，它的函数定义如下：设Ψ(t)为一平方可积函数，即Ψ(t)∈L2(R)，若其傅立叶变换，则Ψ(t)满足下列条件的任意函数

式中：Ψa,b(t)为基本小波或小波母函数；a为频次参数；b为时间参数[10]。

4.2 频次变化

根据对各文献资料的记载分析整理表明，在晚清时期的72 a 中，黄河下游山东段的洪涝灾害高达54 a 之久，相当于每1.3 a 就会发生一次或者多次洪灾。在整个清代时间序列中，洪灾年次占比高达20.15%，可见黄河下游山东段的洪涝灾害在晚清时期更加集中、持续时间更长。

将每年洪灾频次进行详细梳理之后（1 a中同时多个县被水计算为1次），可以得出晚清黄河下游山东段洪灾频次为226 次，平均频次为4.19。绘制晚清黄河下游山东段洪灾变化频次（见图3），将平均频次与各年实际频次相比较，两者差值即为洪灾频次的距平值，基于此绘制晚清黄河下游山东段洪灾距平值变化序列（见图4）。

图3 晚清黄河下游山东段洪灾变化频次

图4 晚清黄河下游山东段洪灾距平值变化序列

结合图3—4，可以将晚清黄河下游山东段洪灾频次分为3个阶段：1840—1881年为第一阶段，1882—1903 年为第二阶段，1904—1911 年为第三阶段。其中，第一、三阶段距平值基本为负值。第一阶段的负值较大，说明该阶段的洪灾频次最低，总计42次，占总频次的18.58%，均值为1.68 次，洪灾等级以1、2、3 级为主。第三阶段的洪灾频次总计15 次，占总频次的6.64%，均值为2.14 次，因此相对于第一阶段，第三阶段的均值较高，洪灾频次略低，洪灾等级以2、3 级为主。第二阶段洪灾距平值基本为正值，总计169 次，占总频次的74.78%，均值为7.68 次，洪灾频次较高，洪灾等级均有分布，因此这一阶段的洪灾持续时间长、波及范围广、影响更加严重。

4.3 周期规律

小波分析能够较好地揭示地理学中自然灾害不同时间尺度中的变化趋势和长时间序列多种变化周期。利用Matlab 软件中小波分析模块，选用Morlet小波，分析晚清黄河下游山东段的洪涝灾害不同时间尺度下变化周期。由晚清黄河下游山东段小波实部等值线图（见图5）和小波方差图（见图6）可知，黄河下游山东段洪涝灾害存在3类时间尺度上的显著变化周期，3～7 a 周期对应的峰值为5 a，8～13 a 周期对应的峰值为10 a，17～27 a 周期对应的峰值为23 a，方差最大为第1 主周期，因此晚期黄河下游山东段洪涝灾害存在23、10、5 a的主要变化周期[11]。

图5 晚清黄河下游山东段小波实部等值线

图6 晚清黄河下游山东段小波方差

5 晚清黄河下游山东段洪灾的空间分布特征

由于涉及有的州县并非全部乡镇在黄河流域范围内，为了数据的严谨性，首先将各个州县洪灾频次用除法求得所属州县所有乡镇的平均值，再乘流域范围内的乡镇数，最后求得的洪灾次数即为进行空间分析所需要的数据，详见表3。

表3 晚清黄河下游山东段洪涝灾害空间分布

根据表3运用ArcGIS绘制晚清黄河下游山东段各县灾害频次图（见图7），结果显示：晚清黄河下游山东段洪涝灾害的分布表现出明显的区域差异，洪灾发生频次较高的地区主要集中在平阴、长清、齐河、历城、济阳等县，这些县发生洪涝灾害次数在40 次以上，大部分靠近山地地区，地形崎岖，暴雨频发加上治河困难或是受到次生灾害的影响，因此容易受灾。受灾较多的地方还有濮州、范县和利津县，它们位于黄河下游改道山东起始点和入海口处。究其原因，一是黄河含沙量大，流入山东地界形成“地上悬河”；二是黄河改道之初，时逢战乱，朝廷无暇治河。

图7 晚清黄河下游山东段各县洪涝灾害频次

6 结语

综合史料的记载以及本文的研究发现，晚清黄河下游山东段的洪涝灾害共发生54年次，占据晚清总年次的3/4，平均每1.3 a 就会发生1 次（有洪涝记载的均计算在内，且1 a 内有多次记录的按1 次计算），在整个清代时间序列内占比高达20.15%。然后将各年的洪涝灾害多次记录统计在内之后进行分析梳理，洪涝灾害共发生226 次，相当于1 a 灾害频次为4.19 次，综合可以得出晚清时期黄河下游山东段洪灾持续时间长并且在整个清代时间段洪灾频率之高的结论。纵观晚清黄河下游山东段洪涝灾害等级序列图，总体上，除1865—1875 年10 a 内洪涝灾害较少外，其他年份都有1、2、3 等级的洪涝灾害分布且占比平均，而4级洪灾主要集中在1860年以后，且在1875 年以后各洪涝灾害等级相较于改道初期更加集中、波及范围更广和影响更大。

晚清黄河下游山东段洪涝灾害表现出明显的区域差异，洪灾发生频次较高的地区主要集中在平阴、长清、齐河、历城、济阳等中部靠近山地的区域。然后是黄河流入山东的濮州、范县以及入海口的利津受灾较多。其余县受灾较少。