明清时期嘉陵江上游地质灾害时空演变特征

陈婉莹，田 毅，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）

地质灾害是指破坏环境及威胁人类生命财产安全的、自然原因或人为因素导致的地质作用和地质现象，常见的地质灾害有地震、滑坡、泥石流、崩塌以及地裂缝、地面塌陷等[1]。因为古时候对地质灾害没有科学的概念划分，记录时基本是根据百姓的直觉或坊间传闻由当地的官员记录上报，因此统一称为山崩，或简称崩、坍、崩陷[2]，而对于地震的记载则比较详细。中国由于国土疆域辽阔，地质灾害的类型丰富，发生分布地区广泛，发生频次也较多，是全世界地质灾害最为严重的国家之一[3]，对国家经济发展和人民生命财产安危都有很大的威胁。

嘉陵江上游的地质灾害情况是灾害地理学研究的重要内容。“明清小冰期”导致国内各种灾害频发，使得编撰方志在当时较流行，也就使得有关明清的现存史料较多，相关的县志府志等资料丰富，对历史时期灾害的记载也较为详尽，为研究提供了可能。从研究内容来看，关于历史时期嘉陵江的地质灾害在20世纪中期已有相关成果，但主要还是对史籍中灾害情况的简单整理，没有更深层次的分析讨论，尤其是一开始研究都集中在地震方面，到20世纪80年代之后才在灾害系统、灾害链等方面有所突破[4]。现今涉及嘉陵江上游的研究大多是从灾害的风险预警、评估以及脆弱性[5-6]等入手的；也有一些学者对历史时期嘉陵江的地质灾害进行研究，但其方法较为单一，多是用历史文献法对资料进行简单讨论，很少使用数理统计方法深入探讨其演变规律[7]。从研究区域来看，大多是对嘉陵江流域内的某一要素或特定地区的研究[8-9]。本研究运用小波分析法来探究不同时间尺度下研究区地质灾害的周期性变化规律及变化的强弱，对于研究嘉陵江上游的地质灾害情况具有明显优势。

近年来，嘉陵江中上游流域的水土流失加重，各种地质灾害时有发生，这让学界对这一问题有所重视。嘉陵江上游有新华夏构造体系、龙门山构造带等多条断裂带和地震带分布，从古至今都有强烈的地壳活动；上游区土质疏松和雨水充沛的自然条件也致使其滑坡、泥石流等灾害频发。尤其是明清时期，其地质灾害的影响极为突出，且频率高，易反复，故而非常有研究价值。同时，该研究区的灾害链形成有很大的相似性，深入研究对于其他流域或其他灾害类型的防灾减灾也有一定的参考作用。因此，为更好地汲取教训，古为今用，本研究通过历史文献法和小波分析法对嘉陵江上游的地质灾害的时空特征进行较为系统的研究，并深入探讨其演变原因，以期为现在的地质灾害防治和灾后处理提供古人的智慧和思路，尽可能减少地质灾害对生命安全和社会经济造成的威胁[10]。

1 研究区概况

1.1 嘉陵江上游的地理位置与环境

嘉陵江以它所经过的陕西省凤县东北部的嘉陵谷而得名，其干流发源于陕西秦岭北侧山麓的凤县代王山，在流经甘肃、陕西、四川、重庆后，由朝天门入长江。其全长1 345 km，流域面积160 000 km2，是长江流域最广的一级支流。两当河、永宁河、洛河、长丰河、西汉水、燕子河、安乐河、柯家河和白龙江按顺序依次汇入嘉陵江。四川省广元昭化以上是嘉陵江的上游段，河道长368 km，平均比降3.8‰[11]，许多河段的河谷为深凹形，坡谷的坡面倾斜甚至高达40°以上，洪积扇等在水流的出口处也有分布，因此极易引发各类地质灾害。

嘉陵江为中国南方最大的产沙河流，这是由于上游是大片疏松易蚀的黄土区，而中下游又广布着抗蚀力较弱的紫红色页岩，再加上流域内沿岸多为陡峭的坡谷，土地过垦情况严重，植被又少，导致坡面被严重侵蚀[12]。在上游的陕甘境内还有一个嘉陵江流域水土流失极为严重的区域，导致嘉陵江出现大量泥沙。

嘉陵江地形起伏较大，总的趋势是西北高东南低，由川西高原、岷山、秦岭、大巴山、龙门山及四川盆地等组成，上游的广元一带主要分布着摩天岭-米仓山纬向构造体系和新华夏构造体系[13]；同时研究区主要受南北地震带和多条断裂带的影响，有较强烈的地壳活动，易出现各种地质灾害。该流域主要是亚热带湿润性季风气候，各季节降水情况并不均衡，也导致该流域地质灾害多发。嘉陵江上游地处秦岭腹地和南麓，位于中国三大自然区划交界处，生态环境很脆弱，对气候变化感应敏锐。

1.2 明清时期嘉陵江上游的行政区划

陕西、甘肃和四川的行政区划及所辖州府在明代和清代有所不同。现代甘肃的行政区划在明代属于陕西都指挥使司和陕西行都指挥使司，清初设陕西右布政司，后于1668年改为甘肃布政司。在嘉陵江上游流域内的州府有陕西的汉中府，甘肃的秦州、阶州、岷州，四川的保宁府，共下辖18个县，如图1所示。凤县明初曾属凤翔府，后改归汉中府，建国后由于地域调整，凤县位置改动。除凤县外，嘉陵江上游的县位置基本没变化。而新设的县中，迭部县、宕昌县原属巩昌府所辖的卓尼、西固，建国后将两县划出，青川县曾为青川分县，民国复置。

图1 嘉陵江上游概况图Figure 1 Overview map of the upper reaches of the Jialing River

2 数据来源与研究方法

从15世纪开始,全球进入了漫长的寒冷期，一直持续到20世纪初；从16世纪中到19世纪中是这个寒冷期中最冷的阶段[14]，中国的明清时期正位于这个阶段，因而也被称为“明清小冰期”。低温或者说寒冷使得中国在当时出现了一个灾害高峰期，而编写方志在该时期颇为流行，因此明清时期也是中国从古至今流传下来方志等史料最多的时期，且各类方志中对于这一时期的地质灾害记载都较为详尽[5]。本研究所用数据主要源自文献古籍等资料，包括《嘉陵江志》[11,15]，《中国气象灾害大典》的甘肃卷、陕西卷和四川卷[16-18]，《中国灾害通史》的明代卷、清代卷[19-20]，《明史》[21]，《明实录》系列[22]，《清史稿》[23]，《中国地方志集成》系列的甘肃、陕西和四川的府县志辑[24]，《中国历代天灾人祸表》[25]，《中国地震资料年表》[26]和《四川地震资料汇编》[27]等统计类资料及嘉陵江上游流域内的各地地方史志，研究区图片资料主要源自《中国历史地图集》[28]。综上，共整理出246条1368—1911年的嘉陵江上游地质灾害记载。

由于收集分析数据时地震和其余崩滑流灾害是分别统计的，因此将二者的等级划定标准分开说明，按各自情况定级，所得的频次频率不作划分，整体统计。在遇到某地方志与明清实录或其他地方志的记载有所不同时，以记载详细的一方为准；如二者所记灾害种类不同，则记为2次灾害；如地方志中有所记载而明清实录中没有，则认为该灾害等级较低，未引起官方注意，记载以县志为准。

本研究运用的研究方法有历史文献法和小波分析法。历史文献法主要是将文献（包含历史文献和现代学者的整理）中记录的地质灾害进行整理并从中提取有价值的信息，为之后进行定量分析提供数据。小波分析法源于多分辨分析，原理是将函数表示为一系列逐次逼近表达式,其中每一个都是函数经过平滑后的形式，它们分别对应不同的分辨率，即先对时间（空间）频率进行局部化分析，再通过伸缩平移运算对信号（函数)进行多尺度细化，最终达到高频处时间细分、低频处频率细分、自动适应时频信号分析的要求[29]。其在研究中的作用是呈现出地质灾害在各时间尺度下表现出的周期性特征，辅助读者了解其产生的周期性变化，预测地质灾害在各时间尺度上的趋势，同时得到不同尺度下周期变化的强弱情况[30]，对于分析灾害的时空变化特征有极大帮助。该方法多用于历史时期气候的时间序列重建研究[31]。

3 结果与分析

3.1 地质灾害等级划定

由于历史时期对灾害没有明确划定等级的标准，本研究根据收集到的246条地质灾害记载中的持续时间、灾害涉及的范围、感受到的强度、人畜伤亡和财产损失情况以及赈灾情况等相关内容，结合已有的一些分级标准[14]，把明清时期嘉陵江上游的地质灾害分为小型、中型、大型3个等级，具体见表1。

表1 明清时期嘉陵江上游地质灾害等级描述情况及发生频次频率Table 1 Description of geological hazard levels and frequency of occurrence in the upper reaches of Jialing River during the Ming and Qing dynasties

3.2 地质灾害的时间演变特征

3.2.1 年际变化特征

为了更好地对地质灾害的时间演变特征进行分析，依照表1 的划分标准，以10 a 为时间单位研究明清时期嘉陵江上游地质灾害等级的频率分布。为更好地统计，本研究将同一天或同一次发生在不同地区的灾害分别统计。从发生年份来看，明代嘉陵江上游流域有地震发生的年份有74 a，清代有63 a。由表1 可知，在明清时期（1368—1911 年）共544 a 的历史中，嘉陵江上游有记载的地质灾害共246 次，约平均2 a就会发生1次。其中，小型灾害146次，占地质灾害总数的59.35%；中型灾害61 次，占地质灾害总数的24.80%；大型灾害39 次，占地质灾害总数的15.85%。除地震外的地质灾害共40 次，地震共206次，还有一些因地震引发的山崩、滑坡、泥石流由于跟地震几乎同时发生，在次数统计时就跟地震情况算作一次。图2 是明清时期嘉陵江上游地质灾害等级的散点图，可见清代发生的中、大型地质灾害多于明代，明代发生的小型地质灾害多于清代。

图2 明清时期嘉陵江上游地质灾害等级分布情况Figure 2 Distribution of geological hazard levels in the upper reaches of Jialing River in Ming and Qing dynasties

地质灾害尤其是地震灾害一般是群发的，明清时期嘉陵江上游在1 a中发生3次以上地质灾害的年份有1555年（6次）、1641年（5次）、1654年（13次）、1718年（6次）、1879年（16次）、1880年（4次）和1881年（5次）。蓝勇曾指出18世纪中叶至19世纪末为中国寒冷期[32]，而从1879年（16次）、1880年（4次）、1881年（5次）、1882年（3次）、1884年（3次）前后几年较密集的地质灾害发生情况来看，灾害在寒冷或低温的气候下更易发生。

3.2.2 周期特征分析

灾害发生情况是有一定的周期性的[33]，因此本研究采用小波分析法对地质灾害的周期性变化进行研究，得到了其时间序列在多尺度上的变化特征。图3 为小波系数实部等值线图，其中的x轴为每10 a 的年份，y轴为尺度。图中小波系数指示周期的显著情况，正表示信号较强，指示周期较为明显；负表示信号较弱，指示周期不明显。尺度即为从某一时间开始往后的1～32 a的变化趋势及规律[14]。

由图3可以看出，研究区在明清时期的地质灾害总体有3个较明显的变化周期，分别是3～9 a、10～23 a和25～32 a。从周期震荡情况来看，在10～23 a 的准3 次震荡最为显著；1858—1911 年的短周期为8 a，信号较强；1578—1911年的长周期为30 a；25～32 a的准2次震荡也很明显。从稳定性来看，在1568年之前，在全尺度上表现得都较稳定；1368—1858年，在3～10 a尺度上较稳定。

图3 明清时期嘉陵江上游地质灾害发生周期小波分析图Figure 3 Analysis of the cycle wavelets of geological disasters in the upper reaches of Jialing River during the Ming and Qing dynasties

3.2.3 季节分布特征

季节分布特征分析所用统计数据为资料中有月份记载的数据，而古代的月份为阴历，因此春、夏、秋、冬分别对应正月到三月、四月到六月、七月到九月、十月到十二月。如图4所示，明清时期嘉陵江上游有月份记载的地质灾害记录共186次，其中夏季频次最高，共75次，占总频次的40.32%，五、六月也是一年内地质灾害最频繁的2个月；其次为秋季，共50次，占总频次的26.88%；春季共37次，占总频次的19.89%；冬季最少，共24次，占总频次的12.90%，十月也是频次最低的月份。这与嘉陵江上游的气候类型为亚热带季风气候有关，雨热同期、夏热冬温的情况使得降雨集中于夏季，即使有“明清小冰期”的背景在，其降水情况也易于诱发泥石流、滑坡等地质灾害。

图4 明清时期嘉陵江上游地质灾害月份分布图Figure 4 Monthly distribution map of geological disasters in the upper reaches of Jialing River in Ming and Qing dynasties

3.3 地质灾害的空间分布特征

统计归纳发现，地质灾害的群发性不仅有同一年多地发生的情况，还有一地多次发生的情况。因此，需要从空间上对地质灾害的发生情况进行分析整理，以便于对地质灾害有较全面的了解。

本研究中有些涉及到的府、州、县并不是整个行政区范围完全包含在研究区范围内，为方便统计，将秦州（今天水）、清水、宁远（今武山）、伏羌（今甘谷）按完整行政区划纳入研究范围。经统计，明清时期嘉陵江上游流域发生的地质灾害中发生在甘肃的有147次，发生在陕西的有63次，发生在四川的有36次。图5为研究区各州、县的地质灾害等级频次分布图。由于收集的史料记载中有一部分是甘肃、陕西和四川全省的地质灾害记录，并不能准确地判断点位，因此这部分记录在图上不再标出。结合图5对各州、县地质灾害频次具体分析可知，明清时期的甘肃秦州、阶州和四川的广元是地质灾害发生频次最多的地区，其小型地质灾害最多，尤其是秦州各等级地质灾害的发生频率都极高；四川南坪营是频次最少的，仅有2次；陕西仅有宁羌州、凤县和略阳发生过地质灾害，都为4次。可见，嘉陵江上游地质灾害的空间分布明显不均，呈现较大差异，在甘肃境内频率最高，在甘肃下辖的各州、县也较多，但这并不能说明甘肃最易孕灾，需具体分析。地质灾害主要是地震，其次是山崩、崩塌，泥石流记载较少。

图5 明清时期嘉陵江上游小中大型地质灾害频次分布图Figure 5 Frequency distribution of small,medium and large geological disasters in the upper reaches of Jialing River in Ming and Qing dynasties

某地地质灾害的频次和破坏性有时是不对等的，频次多但多为小型灾害不一定比几次大型灾害破坏性强。例如清顺治十一年(1654年)六月的秦州大地震，清康熙五十七年(1718年)通渭大地震导致的甘肃武都、秦州等地地震，清光绪五年（1879年）五月十二日的文县大地震。这3次地震的发生对当地居民产生了巨大影响，虽然根据各地文献记载评价出的灾害等级多为中型，但实际上灾害造成的财产损失巨大，例如文县地震的记载：“东乡摇坏房一千六百余间，伤毙民二十口。南乡摇坏房二千二百余间，伤毙民三十八口……”[26]。记录中看似并未有太大的人员伤亡，但成百上千的房屋被毁，对普通老百姓的打击是巨大的。因此，对于地质灾害的分析研究要结合其造成的后果来看。

4 地质灾害的成因及影响探讨

根据上述分析，明清时期嘉陵江上游的地质灾害时空分布很不均衡，地震占灾害的大多数，且通常较严重，对人们的生产和生活有很大影响。评价灾害的严重性要将成灾的因素和灾害的承受体放在一起看[34]，因此对地质灾害的成灾原因以及造成的影响进行研究是很有必要的。同时，因为流域具有整体性，从流域的角度出发，探讨自然灾害的分布、特征、相互关系有助于更好地把握灾害的发生发展规律[35]。

4.1 自然原因及影响

4.1.1 气候

距今几百年前出现过一个冷期，时间大约为明景泰元年至清宣宗道光三十年（1450—1850年），当时的平均气温要比现在低1～2 ℃[8]，学者们称其为“明清小冰期”。据史料记载，在明嘉靖至清道光年间有过大规模的极寒天气在中国发生，对当时的中国影响很大，社会动荡不安。通常情况下，气候变化异常往往会导致自然灾害频发[36]。在历史时期的记载中，气候越趋于寒冷，地质灾害就越频繁且危害加剧；当气候转暖时，地质灾害相对会减少并减轻许多。由此产生了一条重要的影响链，由于气温剧降，寒冷造成了降水线向南移动，致使北方干旱，粮食减产，引起强烈的社会动荡，而长期的饥荒状态是战乱愈发严重的重要原因。尤其是明中期，北方的寒冷干旱致使甘肃等地的草场退化，少数民族为了存活多次南下掠夺粮食财产，间接加重了水土流失。

4.1.2 地质地貌条件

研究区地质灾害频发与其地质地貌条件也有关。嘉陵江上游地区分布着新华夏构造体系、龙门山构造带等，且有多条断裂带和地震带分布，尤其是连接甘肃、陕西、四川的南北地震带，导致该区域地质构造活动强烈[8]。秦州和阶州都位于秦岭褶皱造山带。阶州横贯秦岭和岷山的支脉，高山、丘陵、河谷、盆地等地貌类型并存[37]；秦州多布有易被流水侵蚀的岩土体[38]，导致了两地明清时期地质灾害频繁。广元在龙门山构造带上，青川和旺苍主要受秦岭造山作用的影响。嘉陵江上游在四川境内多为丹霞、喀斯特和峡谷地貌，因此易发生崩滑流。汶川、茂县、叠溪等发生过极大破坏性地震的市（县）同样在龙门山构造带上，地质构造活动活跃。陕西和四川间的秦巴山脉盆地较多，谷宽坡平，故其位于研究区内的州、县地质灾害情况并不突出。

同时，地震之外的次生灾害如崩塌、滑坡、泥石流、堵江、堰塞湖决淤决口等破坏性同样很强，发生暴雨后易导致决口洪水，如“地震之后，山裂水涌……大雨如注，山谷积水复横决出”[16]。地质灾害的最大特点是其突发性很强，极易造成较大的危害，屋毁人亡的情况非常多，例如清顺治十一年的秦州大地震：“城垣、官署、民房崩巳殆尽，压死男妇万余口”[39]。地震等灾害发生之后，政府的应对措施多是迅速赈灾，减免税赋，例如文县在康熙五十七年地震后政府免赋的记载：“接受文县……奉旨豁免康熙五十七年地震伤亡人丁银七两七钱一分四厘一毫一丝零”[40]。

4.1.3 灾害链

地质灾害的发生有时是被其他地质灾害诱发或波及造成的。文县在清光绪五年五月初十日发生了一次经专家考证至少8.0级的大地震，即“地震。十二日寅刻，大震”[41]。这次地震发生后，该地域还发生了一系列灾害，例如“山崩、水壅，城垣倾圮”[39]；河水的暴涨也是地质灾害后的常见情况，“洋汤河水涨发……被水阻隔、淹压饿毙者不计其数”[39]；余震和降雨更是震后最常见的现象，“或连日有声如雷，至十一年八月十七日震后乃至，凡七年”[39]等，满城惨状。

灾害链不止发生在同一地区，还可能发生在不同时间不同地域。上述文县8.0级地震几乎波及了整个嘉陵江上游，包括礼县的“地裂水涌”，阶州的“初十日，地震。十一日，大水”[41]，秦州的“五月二十九，六月初一，大雨如注，山谷积水复横决出”[36]，可以看出地质灾害的传递性和延时性。清顺治十一年的秦州大地震也波及了当时属陕西的礼县、成县、徽县、西和、文县和宁远，除了秦州“自是或数月震，经年震，大小震凡三年乃止”[42]以外，其余各处都有不同程度、不同时长的次生灾害发生，如两当的“地大震，四十余日不息”[43]和宁远的“一年不止”[40]。

4.2 人文原因及影响

4.2.1 人口迁移与毁林开荒

元末明初时期，人们一直忍受着战乱的摧残，许多人无家可归，只好逃亡，导致田地大量丢荒。明朝刚建立时，中原和长江中下游地区出现了战乱导致的大规模人口迁移。为此，许多无家可归者为了生存和躲避官差只能藏身于山区[44]。伴随明初休养生息政策的实施，嘉陵江上游人口大增。明末清初又陷入了战乱，人口数猛跌，同时发生了饥荒，很多地方甚至变成了无人区。四川尤其严重，出现了严重的人口失衡，广大农村地区人烟断绝也是常态。但在另一个方面，人口大减也给大自然带来了恢复期，这也是为什么清代初年嘉陵江流域有不少森林记载的原因。

嘉陵江上游的自然环境在清代遭到了空前的破坏。当时的清政府为了解决四川尤其严重的人口大减及荒地猛增的情况，实行了一系列包括号召百姓回家、流民缴纳田赋即可入籍、新垦田地分年起课等政策，鼓励百姓入住四川垦殖[45]，这导致了一次移民大浪潮，人口增长迅速[8]。但世事都有两面性，在上述政策影响下，人们涌入山林地区肆意毁林开荒，树木几乎被砍伐尽了[46]，为四川境内研究区的水土流失和之后的灾害埋下了隐患。在甘肃，为巩固边疆迁入了大量的移民，移民们在战时戍边，为了生活就需要垦荒种植，加上该地气候环境亦农亦牧，水土易流失，导致了生态环境逐渐恶化，地质灾害也愈加频发。

4.2.2 赋税政策的改变与高产作物的引入

赋税政策是通过研究区的用地情况来施加影响的。清初基本是沿袭明朝的管理制度，赋税方面采用的也是前朝的“一条鞭法”；而后由于发现许多问题，在康熙到雍正年间对赋税制度进行了大改。康熙五十一年（1712年）的政策改为：不管人和地怎么增加，田赋及丁赋都不会增加了。这条政令的颁布导致了大量流民和腐败，因此雍正时确立了“摊丁入亩”政策，大大提高了农民的劳动热情，促进了经济的发展。在农业作物方面，明末清初传入的源自美洲的高产旱地作物为山地开发提供了条件[8]。嘉陵江上游地形丰富且多变，外来作物适应良好，给山区百姓解决粮食缺少的问题提供了可能。然而，山地开发的推广导致了大面积毁林开荒，森林遭到了严重破坏，地面植被也因此受到毁灭性伤害，导致了严重的水土流失，水系生态环境恶化，最终使得崩滑流等灾害频繁发生。

5 结论

（1）明清时期嘉陵江上游记载的地质灾害共246次，平均约2 a就会发生1次，地震灾害频次较高。小型灾害占地质灾害总数的59.35%，中型占24.80%，大型占15.85%。地质灾害在10～23 a 的准3 次震荡最为显著。1568年之前在全尺度上表现得都较稳定，1368—1858年在3～10 a尺度上较稳定。

（2）明清时期嘉陵江上游流域的地质灾害发生在甘肃的有147次，发生在陕西的有63次，发生在四川的有36次。甘肃的秦州、阶州和四川的广元地质灾害发生频次最多，小型地质灾害最多，大中小型都频发；四川的南坪营地质灾害发生频次最少，陕西的宁羌州、凤县和略阳地质灾害发生频次也很少。嘉陵江上游地质灾害的空间分布明显不均，呈现较大差异。

从资料中可以看出，灾情记载细致的大多为大型灾害，中小型灾害很多是一句话概述，如“地震有声”等。大型的地质灾害造成的破坏诚然非常惊人，但中小型灾害更加频繁，影响也不容小觑。因此，在今后的研究中应当将重点更多地放在对于中小型灾害的防治及预测上，尤其是对灾害链的认识要更加深入和具体，以便尽可能从根本上对灾害进行预防和示警。历史时期官方及民间应对地质灾害的措施也应深入探讨，以其经验教训为现今防灾减灾、灾后重建等工作提供古人的智慧。