铜瓦厢改道后黄河新河道决溢的时空分布规律初探

 吴朋飞、赵晓雨 

（河南大学 黄河文明与可持续发展研究中心，河南 开封 475001）

摘要：历史时期黄河下游决溢泛滥造成的灾害影响研究，属于全球环境变化与区域响应研究的重要议题范围。1855年铜瓦厢决口以后黄河新河道流经豫、直、鲁三省入渤海，沿河两岸决溢灾害频发，重塑了黄河新泛区的自然与人文环境。基于多源史料建立1855—1949年间黄河下游决溢基础数据库，运用数理统计、核密度估计、小波分析等方法，揭示出该研究时段黄河新河道决溢的时空变化特征及演变规律。研究发现，黄河新河道决溢范围波及50个县，总次数为539次，年均7.59次；在时间尺度上，决溢次数呈现先增长后减少的趋势，存在20年、59年两类时间尺度上的显著变化周期；在空间尺度上，决溢受灾县在新河道两岸呈现分散-聚集-大分散小聚集的空间分布规律，决溢重心有从上段到下段、再从下段到上段的变化规律；新河道的形成演变、两岸地形特点、堤防修筑以及人为决堤等是影响黄河决溢地点变化的主要因素。

国家社会科学基金重点项目(21AZS017)

作者简介：

吴朋飞（1979-），男，江苏如皋人，教授，博士研究生导师，历史学博士。（见官网）

目前，学术界对1855年之后黄河河患灾害及其区域响应的研究著述颇多，最新的成果主要涉及黄河改道对运河的影响［2、3］、城市发展及应对［4、5、6、7、8］、自然与人文环境［9、10］、河道管理［11、12］、以及黄河舆图［13］等主题，对理解和把握黄河新泛区环境有一定的帮助。而关于黄河改道后的新河道及决溢规律的研究成果偏少。徐福龄［14］、邹逸麟［15］、颜元亮［16］、钱宁［17］等人从河流演化角度对改道后新河道的形成演变及决溢引起的区域环境变化进行了研究。王守春［18］、吴小伦［19］、殷继龙［20］、阿梅龙［21］等人对该时期黄河决溢的时空分布变化特征有一定程度的研究，但仅限于利用文献记载进行传统的统计分析。近年来，孙涛［22、23］、张健等［24］运用空间分析法分别对1644—1855年、1796—1850年间黄河决溢的时空分布进行了可视化处理，更好地揭示出黄河决溢的时空变化规律。高建国则依据黄河决溢史料，利用地图对晚清山东黄河决溢进行了空间分布可视化，但仅局限于晚清山东［25］。

学术界现有这些成果为本文研究提供了重要的借鉴。但作为黄河变迁史上的最后一次大改道，新河道的形成演变是1949年新中国成立后黄河河道的基础，目前缺乏长时段、较为系统深入的黄河决溢时空分布变化的研究。因此，本文将1855—1949年纳入统一的研究时段，以黄河铜瓦厢改道后新河道决溢影响的县级政区为研究对象，采用核密度估计、小波分析等空间分析方法揭示黄河决溢的时空分布特征，以期把握该研究时段内黄河形成演变的基本规律，为今后的黄河防洪、水沙治理、防灾减灾等提供借鉴意义。

黄河在1855年铜瓦厢改道到1949年中华人民共和国成立的95年间出现决溢的年份有71年（统计时，已剔除1938—1946年断流的9年），占整个研究时段的82.6%，而未发生黄河决溢的年份仅15年。在这71年里，黄河共出现决溢539次，年均7.59次。有的年份只出现1次决溢，有的年份则出现多次决溢，其中在1883年的这一年内发生决溢次数共计32次，为黄河所有决溢年份的最高值。按不同研究时段来看，1855—1884年间，黄河决溢总数达180次，年均6次。1885—1938年间，黄河决溢总数达338次，年均6.26次。1947—1949年间，黄河决溢达21次，年均5.25次。

黄河新河道决溢的发生在时间分布上有明显的变化。（1）使用移动平均法消除随机因素对决溢的影响，以10年为一个周期计算移动平均趋势线。黄河决溢整体上呈现先增长后减少的趋势，各个时段增长速率不同。以1889年为分界线，1889年之前呈现逐渐增长的趋势，1889年之后呈现逐渐减少的趋势。黄河决溢次数在1881年之前平稳地增长，1881—1889年间急速增长，到1889年到达最大值后开始逐渐减少；1889—1892年维持在高水平，仅有小幅度的减少，1892—1908年间虽有3次小的波动，总体呈急速减少的趋势，1908—1914年间，黄河决溢次数平稳地减少，1914—1937年有小幅度的增长，1937年之后持续减少，直到1947年又小幅度增长。（2）黄河决溢在时间分布上存在相对较频繁时期和相对较少时期。参考王守春的观点［18］，以年内决溢次数大于5的为决溢相对较多年，小于等于5的为决溢相对较少年，作为划分依据。1864—1870年、1903—1920年，这两个时期年内决溢次数均小于等于5次，是决溢相对较少时期。1882—1890年、1895—1902年，这两个时期年内决溢次数均大于5次，是决溢相对较频繁时期。其余时间段，黄河决溢年际变化较大。

小波分析法能够较好地揭示黄河决溢的时间变化趋势和变化周期。利用Matlab软件中的小波分析模块，计算出小波实部值与小波方差，由此得到1855年铜瓦厢改道后黄河新河道决溢的时间变化周期。由图2可知，黄河在铜瓦厢以下河段的决溢泛滥存在20年、59年两类时间尺度上的显著变化周期，以59年为第一主周期。铜瓦厢改道之初，黄河决溢的周期性演变较为规律，随着时间的递增，决溢的周期性演进速度趋缓。

1855—1949年间黄河新河道分段及决溢受灾地点统计如图3所示，可以揭示新河道两岸决溢受灾县的空间分布特征。

1855—1949年间，黄河决溢频发，影响范围较广，波及沿岸50个县。从受黄河决溢影响的次数来看，决溢受灾县从上段到中段再到下段呈现出分散-聚集-大分散小聚集的分布规律。上段20个县共受灾218次，各县平均受灾11次；中段13个县共受灾175次，各县平均受灾13次；下段17个县共受灾146次，各县平均受灾9次。若以各县平均受灾次数统计，将受灾次数大于平均值的认为是受灾较多县，小于等于平均值的认为是受灾较少县。上段有9个受灾较多县，占总数的42.9%；中段有5个受灾较多县，占总数的38.5%；下段有4个受灾较多县，占总数的23.5%。黄河在铜瓦厢改道后，由于上段地势平坦、无堤防等限制，黄河河水在整个上段漫流，受灾范围较广，且各县受灾次数差异较小。而到了中段，由于京杭运河的分流以及泰山、鲁山等山脉的阻挡作用，决溢主要发生在东阿、章丘、济阳、历城、齐河等河道沿岸的县，其他县虽有波及，但受灾次数相对较少，在此河段聚集分布在河道两岸。下段黄河河水再次漫流，决溢范围再次扩大，以利津县为主，共发生决溢59次，其他县虽有波及，但决溢次数相对利津县少。同时，利津县也是整个新河道决溢受灾次数最多的县，下段呈大分散小聚集的分布格局。

按研究时段来看，黄河在新河道两岸的决溢受灾重心有从上段向下段移动、再从下段向上段移动的变化规律。1855—1884年，黄河决溢在上段与中段保持在较高水平，下段决溢较少，此时受灾重心在上段与中段。上段决溢75次，年均2.5次；中段决溢62次，年均2.07次；下段决溢43次，年均1.43次。1885—1938年，上段决溢稍有降低，而中段和下段决溢都有所增高，受灾重心向中段与下段移动。上段决溢131次，年均2.43次；中段决溢113次，年均2.09次；下段决溢94次，年均1.74次。1947—1949年，黄河决溢集中发生在上段与下段，中段无决溢发生，上段再次成为受灾重心。上段决溢12次，年均3次；下段决溢9次，年均2.25次。

从空间分布上看，采用平面坐标内的核密度估计。核密度估计属非参数概率密度估计方法，可以表征研究对象的空间分布特征。由于黄河决溢具有明确的空间属性，故基于决溢次数，采用核密度估计法，显示研究区域内决溢受灾县的聚集程度。核密度值越高，说明该区域决溢次数越多、受灾程度越高，反之，核密度值越低，说明该区域决溢次数越少、受灾程度越低。利用ArcGIS软件中的核密度分析组件，并以自然间断点分级法，将其核密度值由低到高分为5级（3级以上认为是高值区，4级认为是次级高值聚集区，5级认为是极端高值聚集区），直观地呈现黄河决溢的空间格局分布特征。

1855—1949年间，受黄河决溢影响的县级行政单元，从上段到中段再到下段呈现出分散-聚集-大分散小聚集的规律（图4a）。1855年黄河北徙改道后，在上段漫流，决溢受灾县分散分布。其中，北岸由于金堤的阻挡作用，最远波及至开州，南岸无任何阻挡，泛滥范围广，最远至鱼台县。高值区在上段连成一片，涵盖大名府、曹州府、兖州府、泰安府的部分州县，且有3个分别以濮州、郓城县、寿张县为核心的次级高值聚集区，无极端高值聚集区；中段决溢受灾县沿新河道两岸聚集分布，高值区沿新河道呈条状带分布，并形成了1个以东阿县为核心的次级高值聚集区，1个以长清县、齐河县、历城县为核心的极端高值聚集区；下段高值区呈不规则状分布，并形成了1个以济阳县为核心的次级高值聚集区，1个以利津县为核心的极端高值聚集区，在下段形成了大分散小聚集的分布状态。

1855—1949年间黄河新河道决溢的受灾地点在研究时段上具有显著的阶段性特点，在地域空间上也具有明显的区域差异，是多方面因素共同影响的结果。此处从地形、泥沙、政策、人为扒堤4个方面展开论述。

（一）地形因素

黄河下游地区的地形条件对河道决徙以及决徙后的影响范围等具有很大控制作用［40］。铜瓦厢至黄河入海口地形多样，有平原、山地丘陵、三角洲冲积平原等。上段流经广袤平坦的豫东、鲁西平原，中段流经鲁北平原区、鲁中南山地丘陵区，下段流经鲁中南山地丘陵区与黄河三角洲区。

黄河新河道上段地形大多低洼平坦、地貌相对单一，以平原为主。改道之初的20年内，黄河河水在以铜瓦厢为顶点的冲积扇上自由漫流，几乎没有任何约束，水势散漫，正溜无定。文献记载，咸丰十年（1860），“东阿县境李连桥以西，上至东明，河势散漫，支干分流，时复变迁，或分或合，深浅不一。如遇水涨，一片汪洋，宽至十余里及三四十里不等。”［28］当时，北岸尚有古北金堤可作屏障，而南岸往往通过赵王河、陶北河能漫延定陶、单县、曹县、城武、金乡等县［41］。因此，决溢受灾县在黄河南岸分布范围大于北岸。

中段以山地丘陵地形为主，新河道两岸地形不一致。南岸地势抬升，山地突起，北岸平坦。黄河水流经此河段，流路变窄，水流急而集中，阻塞了正常流经，造成回流，加剧了上段的受灾情况。中段由于受地形的阻挡作用，决溢受灾县较为集中分布在河道两岸。

下段以平原地形为主，南岸有缓丘起伏。紧临河道两岸的地势低洼平坦，黄河流路再次扩宽，决溢受灾县在此河段分布范围扩大。新河道北岸位于鲁北平原区，地形低洼平坦，黄水漫流，波及商河、乐陵、海丰、利津等县，受灾范围广。南岸则由于山脉的阻挡作用，决溢受灾县沿章丘、邹平、高苑、博兴、乐安、寿光一线分布，分布范围小于北岸。

（二）泥沙淤积

在世界所有的河流中，黄河的含沙量占第一位［1］。新河道位于下游，接纳上中游的黄河来水来沙，造成河床逐渐淤高，在各河段形成不同程度的淤积，至1896年后形成地上河。铜瓦厢改道后新河道的泥沙沉积速度呈现先增后减的变化趋势，以光绪元年（1875）堤防修筑为时间节点，1875年前泥沙沉积主要在上段，1875年后泥沙沉积主要在中下河段（表2）。

1855年6月19日（阴历）黄河在铜瓦厢漫溢过水，“当地土性沙松，口门刷宽甚速，初尚分溜三分，到次日即全行夺溜，下游正河断流。”［17］黄河挟带泥沙自铜瓦厢下泄，所到之处，地面不断淤高，由于河流自由漫溢摆动，“在泛区都有落淤的可能，造成冲积扇上的普遍粘土沉积。”［17］行至中段与运河汇合后，“冲山东运堤，由张秋东至安山，运河阻滞。”[42]穿运后，黄河夺大清河入海。大清河原是一条深窄多弯的地下河流，“自东阿鱼山而下，至利津海口。原宽不及一里，深至四五丈，束水可谓紧矣”[28],黄河河水大至，河身不能容纳，水流漫溢两岸，处处成灾。

钱宁认为，决口之初，黄河所挟带的泥沙绝大部分都沉积在张秋镇以上的冲积扇上，下泄入大清河的水较清，河道淤积问题还不突出［17］。上段泥沙淤积造成河床淤高，黄河不断从高处向低处摆动，决溢频繁，新河道中下河段尚无大害。随着两岸堤防的完善，上段的蓄洪拦沙作用大大减少，泥沙淤积也大幅度减弱。而进入中段和下段的水量及泥沙量都大大增加，使河槽逐渐由冲刷转向淤积，河床迅速抬高。至光绪二十二年（1896），黄河已成为地上河：“昔之水行地中者，今已水行地上。……现在河底高于平地，俯视堤外，则形如釜底。一有漫决，则势若建瓴。”［28］此后，黄河河水极易冲堤而出，决溢不断，同时，由于河床淤高，阻挡了黄河河水的正常流经，造成回流，更加重了上段黄河决溢。

（三）政策影响

国家对1855—1949年间的黄河治理政策，也是左右黄河决溢的重要因素之一。清朝前中期，清政府高度重视河务，有较为系统完善的河政体制。咸丰五年（1855）黄河铜瓦厢决口改道之初，清政府的主要精力用于镇压太平天国运动和捻军，无暇顾及黄河和运道的治理，“仅堵筑张秋以北两岸缺口。民埝残缺处，先作裹头护埽，黄流倒漾处筑坝收束，未遑他顾也”［26］，决定“暂缓堵筑”决口。此时黄河改道既成事实，旧河道断流，新河道形成。在对黄河的流向和治理上形成了“改道派”和“复故派”，围绕新旧河道问题展开了一场长达30年的争论［11，43］。黄河河水沿新河道向渤海奔去，在铜瓦厢以下形成了大范围的黄泛区，两岸百姓无法正常生活。

1855年改道之初，新河道处于“无防无治”的状态，上段没有固定河槽，中段与下段河段汇入大清河后，大清河“深阔均不及黄河三分之一”［28］，不能容纳黄河之水，泛滥决溢非常严重。清政府自顾不暇，决溢受灾的州县只能自救。为稳固水流、减少水灾危害，人们开始干预、加速黄河新河道的形成与固定。但由于“民间自筑缕堤，近临河干，多不合法，且大率单薄，又断续相间，屡经塌陷，一筑再筑，民力困竭”［26］，且防洪能力较差。自同治末年开始，清政府在原有民埝的基础上陆续修筑新堤，至光绪十年（1884）修筑完毕。大堤修筑完毕后，虽仍有决溢发生，但对水流起到了明显的约束作用，黄河基本沿固定河道流动，上段决溢发生的范围缩小，决溢地点往中下河段移动。

1945年末，国民政府决定引黄河回归故道，着手进行花园口堵复工程。1946年3月，花园口堵口工程正式开工，中国共产党在黄河归故问题上与国民党反复谈判，双方签订了《开封协议》《菏泽协议》《南京协议》《上海协议》，主张先复堤后堵口。然而，国民党却撕毁协议，加快了堵口工程施工进度，使黄水重新流入了1855年形成的新河道，致使全河段受灾严重。1947年3月15日，花园口堵口合龙宣告成功，黄河全部归流故道［29］。黄河归故后，干涸了9年之久的新河道再次被黄河河水冲刷，形成了以鄄城县和利津县为核心的决溢重心。

（四）人为扒堤

在黄河决溢灾害中，人为因素往往也会导致决溢灾害的发生。黄河改道后，水势迅猛，淹没了两岸无数村庄、田地，民众为了保护自身生命财产安全，无奈做出扒开大堤的决定。扒堤口门大多较宽，受黄河河水冲刷后口门愈宽，水泄之处无不被淹，受灾程度严重。

总之，基于对黄河决溢基本史料的处理，运用数理统计、核密度估计、小波分析等方法，揭示出1855—1949年黄河新河道两岸决溢的时空分布特征和演变规律，有助于我们更加深刻理解历史时期黄河治理与人类活动的双向互动关系，可为黄河流域生态保护和经济高质量发展贡献历史智慧，也为今后的黄河防洪、水沙治理、防灾减灾等提供借鉴意义。