明清黄河故道流路变迁研究

河床在自然情况下,发生的冲淤变化被称为河床演变。河床演变就其表现形式而言，有纵向变形和横向变形。纵向变形是河床纵剖面和横断面的冲淤变化。横向变形是河流在平面上的摆动。本研究着眼于铜瓦厢改道前明清黄河*后265年（1590—1855年）时间中的平面形态的变迁，通过多个时段黄河河道内行水位置的复原，试图对历史时期黄河河床横向变形的进一步研究作出一定的贡献。 河床演变研究的一般方法是通过对天然河道的实测数据进行分析，分析河道的历史演变过程；从河道形态、水流和泥沙特征，推断出今后一个时期的发展趋势。应用泥沙运动的基本理论和河床演变的基本原理，对未来的河床变形进行理论计算，再通过模型试验，对河床演变进行预测。历史时期的河道没有如今天一样的实测资料和数据，在研究分析手段方面也就无法应用今天的分析方法。 黄河下游河道的独特性还在于历朝历代对于本段黄河的治理都是水利大事件，于是对该段黄河的资料记载*为详细，其独特丰富的文献资料也是无可比拟的。对于黄河下游河道的历史演变过程，在一些研究中也有涉及，多以河流纵向形态与泥沙沉积量估算，在历史时期的平面形态分析中也只有较长时间尺度上的河道变化。对于河道相对稳定时期的研究，多以决口水患为切入点，在河道内河流平面形态上的研究较为少见。资料数据方面相关信息的缺乏应是主要原因。潘季驯治河后整理的《河防一览·全河图说》，以使用河图图说的形式开创了记载黄河河道全貌的方法。本文正是基于河图的基础，尝试了将历史地名考证与河图河弯信息提取的方法和思路，将历史河图资料中的地理信息还原到今天的地理标准上。在研究过程中，笔者对明清时期黄河河道图与相关文献资料做了大量比对工作，通过历史地名考证方法确定出沿河控制点位置；同时利用高程数据影像与相关区域内大比例尺地形图上的信息，对河水可能的流路进行判断。*终，复原出1590年、1675年、1703年、1761年、1820年五个时间断面的河南段黄河平面形态与1590年、1675年、1703年、1750年、1780年、1820年六个时间断面的江南段黄河平面形态。这些时间断面的复原，存在有控制点的数量不足或精度太低等情况，但经过对比定位，还是可以实现在故道区域内将基本的平面河弯形态确定出来的目的。 依照河图信息，结合沿河地名区分出的河弯信息精度虽不能与今日遥感影像信息提取的精度相媲美，但可以提供一个历史河道河弯信息提取的解决方案。历史上河工河道图的具体绘制方法今已不得而知，但从绘图的目的上也可窥见一斑。河工河道图是为了将已建河防工程和其起到的作用用图的形式汇报给上级，图上修建河工的关键位置需要主要呈现，之后黄河与堤工相对的位置关系也要表达出来，至此*基本的信息就可以为我们解决历史河道河弯信息提取的问题了。 黄河河道的研究从历史自然地理研究的角度来看，可以概括为弄清河道流向的问题；从今天水利工程研究的角度来看，可以概括为如何可以更好地掌握好规律，控制住黄河，使其隐患不在，再也不会成为一条“害河”。如何使经典的历史河道研究转向对河道内水流的细节的研究，是一个值得探讨的问题。本研究完成了一次以多时段河道内流路位置复原为目的尝试，以此证明利用历史文献与河图信息并结合多元数据综合进行河床演变的初步分析是可行的。 黄河在相对固定的河道内流路位置发生变动，也是受自然与人为的共同影响的，这是一个较为复杂的过程。黄河下游河段的特殊性在于这种复杂的“综合驱动因素”。而对于黄河本身的变化发展来说，无论是自然或是人为，都属于外在因素，从河道变化现象到总结变化规律是一条成熟的河道研究的思路。传统上，利用河道经过的地名可以勾勒出河道的大致位置，但河道范围流路固定之后，对河道内行水位置的判定能否实现，又应当如何实现，正是本研究尝试解决的问题之一。但对于大堤内行水位置的变化，从变化现象到总结变化规律的方法还适不适用，正是本研究尝试解决的另一个问题。 以古地图作为文献资料进行历史地理学研究，首先需要对古地图进行考订，了解它们的制作背景即其产生的条件，以便评价其在资料应用方面的准确性，进而论证研究的科学性。接下来，我们需要知道这些地图带给我们的信息，哪些是准确的，哪些是模糊的，哪些是可以与今天的资料体系进行比较的。而在历史地理研究中，常常关注的就是地名，通过地名考证做到古今对照，从而使图上其他诸如方位、里程等解释性的文字信息成为有效的研究信息。 历史河道研究属于历史地貌研究中的一个重要分支。在地貌学中使用遥感影像数据、数字高程模型（DEM）研究古河道，已经属于较为常见的方法。遥感数据在历史地貌的应用方面，使用较多的是DEM高程数据和多光谱影像。利用高程数据的高度差异性，在较大范围的区域内识别线状地物是非常方便的，河道两岸新旧堤防、故道内部的新旧河槽、故道之外的决口遗迹等都分辨得相当清晰。在前沿领域，对于较大空间尺度的河道识别，除目视解译外，还可应用ISODATA等非监督分类方法，或决策树、*大似然法和支持向量机等机器学习方法，进行监督分类识别。 在实际的历史地貌研究中，我们不仅要知道古河道的位置，还需要分辨出古河道的时间，这对时间精度的要求比较高。历史资料的作用就在于确定每条分辨出的古河道的存在时间，提升研究的时间精度。类似于利用树轮数据研究古气候，历史资料需要帮助其确定具体的表达年份，然后作出的序列数据才能在时间轴上找到自己的确切位置。本研究在思路和方法上重视对河图有效地理信息的提取，在河宽信息不确切的条件下，利用河弯的位置变化对河道流路位置进行表达。研究工作证明，这样的表达在反映历史时期河道内流路变化方面是可行的。 这一工作还将河道变迁的研究推进到了河道内部的流路变迁，使得历史河道研究工作的基础精度由“线”进入了“面”。经过长期的河流地貌塑造，明清黄河故道的河床已然是高出周边平原地区的一片特殊存在的高地；而在其内部，原始河道流水形成的痕迹仍然存在，这就构成了一个狭长的“面”状研究区域。以明清故道黄河流路位置的复原工作为核心，从研究思路上尝试将线状河道变迁研究深入到河道内部，进行面上的流路变化研究，将历史河流地貌研究推进到一个更精细化的领域，为历史河道变迁研究与河流动力地貌及河床演变研究的结合作一些基础性的尝试。希望本书能通过人工干预下的黄河河道的发育特征研究，为今天的河道治理工作提供一些有益的思路。