一、研究區概況與方法

1.研究區概況

開封市地處黃淮平原，地理坐標113°52′15″~115°15′42″E、34°11′45″~35°01′20″N。屬典型的溫帶大陸性季風氣候，年均氣溫14.52℃，年均降水量627mm。北依黃河，處于黃河沖積扇平原的尖端，地勢低平，海拔介于69~78m，成土母質是不同時期的黃河沖積物。境內河流眾多，分屬黃河、淮河兩大水系，流域面積263.8km2。現轄市區、杞縣、通許縣、尉氏縣、開封縣和蘭考縣，全市總面積6266km2，人口543萬。

2.數據來源與研究方法

本文數據源于對歷史文獻資料的整理、分析，主要依據《中國三千年氣象記錄總集》[11]，還包括《中國氣象災害大典》（河南卷）[12]、《中國災害通史》（宋代）[13]、《中國災害通史》（元代）[14]。另外，以《宋史》、《元史》、《金史》等歷史文獻及地方史志對所提取信息進行補正。由于不同時期自然災害記載的詳略差異較大，北宋開封地區記載較詳細，但南宋由于政權南遷，相關記載嚴重缺失。因此，為使資料更科學、準確，本文取北宋和元代①兩個時期。數據統計主要包括災害發生的地點（按現行政區劃）、時間、頻次等，其中季節劃分以公歷3~5月為春季，6~8月為夏季，9~11月為秋季，12~2月為冬季。運用環境變遷理論和數理統計方法進行定量和定性研究。

二、結果與分析

1.洪澇災害等級

主要依據持續時間、強度、受災范圍大小以及受災影響程度，并將政府賑災及與洪澇有關的祭祀活動與祭祀文辭作為參考（表1），將洪澇災害分為4個等級。由表1可知，以年度為統計單元，北宋開封地區發生洪災61次，而且以Ⅱ級為主，占全部災害的55.7%，平均每4.9年一遇，其他級別災害頻次相近，所占比例介于13.1％~16.4%之間。元發表生洪澇災害36次，受災頻次最多的為Ⅱ級和Ⅳ級，分別占30.6%，33.3%，Ⅲ級發生頻次也較高，占25.0%，平均每3.3a就會發生1次中度以上洪災，每8.7a發生1次特大洪災。對比來看，北宋平均2.75a發生1次洪災，元代2.89a發生1次，兩個時期基本接近。但元發表生Ⅲ級以上大災的機率顯著增多，高達58.3%，遠比北宋（31.1%）要高。

2.洪澇災害類型劃分與變化

按表現形式洪澇災害可劃分為雨澇型、河溢型和河決型3種類型（圖1）。北宋以雨澇型為主，多達53次，占全部受災頻次的86.9%，河溢、河決型頻次較少。中度洪災在各類型中頻次最高，其中中度雨澇型多達31次，占該類型的58.5%；全部9次特大洪災中由雨澇型直接引發的就多達8次，僅有的1次河決型也是由開封及周邊地區強降水引起，表明北宋時期洪災源于本地區降水。元代3種類型洪災所占比例分別為33.3%，27.8%，38.9%，可見河決型已超過雨澇型而成為最主要的洪災類型，而且根據統計，河流決溢全部源于黃河，反映了這一時期黃河頻繁泛濫成災對流域降水等因素的強烈響應。雨澇型與河溢型均以Ⅱ級為主，但河溢型受災程度明顯加重，Ⅲ~Ⅳ級大災已占該類型的50%，河決型Ⅲ~Ⅳ級頻次也顯著增加，可見元代大洪災主要由黃河決溢造成，與北宋雨澇型為主的狀況有顯著區別，這主要受黃河改道影響。唐末至北宋黃河進入第二個泛濫期，北宋發生于河南省境內的黃河決口達41次、河溢21次[11]。但由于北宋開封距黃河較遠（近100km）、政府重點加以保護，開封地區沒有受到黃河泛濫的直接影響，這一點前人也有考證[15]。12世紀以后，隨著黃河逼近，至1234年開封北距黃河僅10km，黃河在開封地區的泛濫異常嚴重，直到1351年賈魯治河成功，黃河在開封境內直到明初再沒有大的改道和決溢（圖2）。但從洪災產流來看，元代雖然雨澇型洪災只占1/3，但部分黃河決溢也是由當地降水引起的，其中黃河14次決口中有8次伴隨有當地災害性降水，說明當地降水增加仍是元代洪災的一個主要驅動因素。

3.洪澇災害時間變化特征

1）年際變化特征。以10a為單位統計各年代洪災發生頻次（圖2），可以看出，北宋開封地區前70a內洪災頻發，其中2個時段為5次，而在1020年代則高達7次，之后便進入了以20a為間隔的波動狀態。元代與北宋差異顯著，具有兩頭少中間多的特點。元代前期20a僅發生2次，后期1344年直至元朝滅亡，僅發生3次。相反，1284~1334年代為穩定高頻發期，平均每2a一遇，且多為河流決溢，但據文獻分析，元中期31次洪災中多達68%與本地區降水有關，說明元中期相比前后期降水顯著較多。

2）季節變化特征。將１a內發生數次洪災的情況按月份分類統計。北宋有季節或具體月份記錄的洪災共98次，其中籠統記載到季節的有18次，精確到月份的有80次（表2）。表2顯示，北宋洪災主要集中于6~10月，多達63次，12~2月最少，顯然是夏季風降水增多或集中造成的。據統計，北宋出現“大雨平地水數尺”、“連雨彌月”、“頻雨及冬方止”等類似記載多達45次，反映了北宋多數洪災年份全年降水量有顯著增加。研究表明，極端降水或持續性降水是引致華北降水增減的一個內在特征，而且東亞夏季風強的年份降水偏多、易澇，夏季風弱的年份易旱[16]。對全部98次洪災按季節統計，夏秋季多達81次。可見，北宋夏季風活躍，極端降水或持續性降水頻繁，以致洪災頻發。

因此，夏季風降水增多或集中是北宋開封地區洪災頻發的重要驅動力。元代有明確季節或月份記載的洪災共56次，其中7月最多，達20次；按季節統計，夏季36次，占全年64.3%，春、秋、冬季分別為4、9、7次。由前述分析，當地降水增加仍是該時期洪災的一個主要驅動因素，但由黃河決溢所產生的洪水，還需對產洪區進一步分析。黃河開封段現代洪水主要由三花、龍三和河龍區間的降水產生[17]，據統計，元代黃河中游末端沁河、伊洛河流域及鄭州、濮陽等沿黃地區雨澇型洪災多達58個年份，且主要集中于夏秋季節，1286~1343年黃土高原區、渭河流域所發生的雨澇型洪災也達19次，但與開封地區黃河決溢存在因果聯系的僅有6個年份，如1337年的“蘭陽、尉氏二縣河水泛溢①”，據文獻考證②③，就與黃河中游豫北、山西等地大范圍降水存在必然聯系。由此說明，黃河中游地區降水只是在一定程度上對開封地區黃河決溢起助推作用。相反，由于開封地區地勢平坦，黃河堤防薄弱，本地區降水就容易導致黃河決溢災害，從而使河流決溢成為這一時期洪災的主要表現。因此，本地區夏季風降水增多或集中仍然可歸結為元代開封地區洪災的主要驅動力。

4.洪澇災害空間變化特征

北宋洪災屬雨澇型，文獻記載多為大霖雨、雨連旬不止、霖霪作?l、恒雨等，由此反映出降水持續時間往往較長且強度較大；反映降水空間分布的記載多為京師、開封府、京畿等，類似記載達30余次，而直接記載諸屬縣如祥符、陳留、浚儀的則不多，這是因為作為國家政治中心的開封記載詳細，其他地方簡略。由于災害性降水（尤其持續性降水）往往不可能只在一個城市發生，不僅覆蓋諸屬縣，而且可能包括周邊地區。因此，如果僅僅將京師等類似表述理解為開封市而不包括諸屬縣的話，則統計結果很可能失去科學意義。據1957~2011年開封、鄭州、許昌、商丘年降水量的相關分析，開封與其他3地區年降水的相關系數分別為0.790、0.609、0.658，且均達到了99%的顯著性水平，說明開封與周邊地區降水具有很大的相似性。由此認為，以降水為主導的北宋開封地區洪澇災害不存在較大空間差異。元代洪災空間分布如圖3。開封市洪災最多，占37%，其他屬縣較接近。從受災程度來看，空間差異主要體現在Ⅱ級以上較大洪災，如Ⅲ級以上頻次依次為開封＞杞縣＞通許＞蘭考=尉氏，這顯然與黃河改道是分不開的。如圖4，除尉氏縣距離改道的黃河稍遠外，其他縣市均有黃河改道分支，這使元代開封地區直接面臨黃河泛濫決溢的威脅。黃河干流自1171年南移進入開封境④，至1187年已形成多股并流[18]。河道初入豫東、魯西南地區，平地漫流，形成的河道都很寬淺，主流變易無定，雖事后筑有堤防，也就是臨時就近挖沙土而筑，未作長久計，洪水來時極易潰決，以致形成數股并流的局面[19]。1232和1234年兩次人工決黃河入汴，開封境內所形成的3股河道（由杞縣分支）在元代多次決溢，其中在1297~1397年的100a內，以滎澤（今鄭州西北）為頂點向東呈扇形泛濫，給開封地區造成了嚴重災害。由于開封、杞縣、蘭考距離黃河3股河道最近（圖4），因此，這3個縣市歷次受黃河決溢的威脅也最為嚴重。

三、討論

1.洪澇災害與氣候干濕變化

濕潤指數法可反映干濕狀況，且能較好地消除旱澇資料本身的時空不均勻性，通過文獻整理、統計，濕潤指數變化如圖5，其中非本地區降水引起的河流決溢災害已過濾掉。圖5顯示，北宋呈現強烈的階段性干濕變化。998年之前I＜1，說明北宋前期約40a氣候較干旱，之后以約20a尺度交替進入干濕演替狀態。北宋前40a發生洪災16次（圖2），而旱災則多達30次，圖5a所示北宋中期I＜1的2個階段水旱災次比更是達到1∶3，由此反映了北宋旱澇交替的頻繁及氣候的異常波動。許多資料依據沉積物研究了洪水與氣候變化的關系，認為大洪水主要是氣候變濕潤和降水量增加引起的[22,23]，北宋開封地區的降水特性也可間接反映這一特點。北宋前期960~1000年處于中國氣候變化的第三溫暖期，年均氣溫比現今高約1~2℃，而1000~1279年轉向第三寒冷期，但與現代氣候條件更相似[24]。現代洪水發生的降水條件表明，北方地區大澇災和特大澇災的發生一般是由于夏秋季降雨持續較長，甚至春季也出現霖雨而導致全年降水量明顯增加造成的[25]。開封市1951~2000年均降水量599mm，降水主要集中于夏秋季，其中13個年份超過719mm，這些年份夏秋季日均降水＞15mm的天數均介于18~30d之間，且存在2~5d日降水＞50mm的暴雨事件，而北宋Ⅱ級以上較大洪災年份持續降水一般在10~30d之間，甚至持續60~90d或伴隨暴雨等極端降水，說明夏季風異常活躍所產生的持續性降水往往帶來年降水量的增加。因此，中等以上較大洪災是能夠指示一定地區降水增加的。但一個年份降水的增加不代表一個濕潤的氣候階段，如果能夠確定連續多年有大洪水發生，則能夠代表濕潤氣候階段的存在[26]。北宋3個相對濕潤階段洪災頻發（圖2），其中有多個年份連續發生，說明較大洪災對氣候干濕變化具有一定指示意義。由圖5，元代濕潤指數變化較平穩，在1345年之前I＞1，說明元代氣候相對濕潤并持續至元代后期，這同時也反映了宋元時期季風氣候的變化特點，即北宋前60a季風強勁，1020年之后，季風強烈波動但總體上非常強盛，但到14世紀中期季風突然減弱（晚元弱季風期）[27]。

2.洪澇災害發生的周期性

從Morlet小波方差可以看出（圖6），宋元時期開封地區存在明顯的年際和代際周期變化。北宋存在3.5、7.2a的年際周期和32a的代際周期，其中32a周期小波信號最強，為第1主周期，7.2a為第2主周期。元代存在2.95、6.8、17、26和43a的年際與代際周期，其中第1主周期6.8a，第2主周期17a。兩個時期存在共同的準3、準7a周期，其中準7a周期振蕩較強，而準3a周期則較弱，這與ENSO事件2~8a的周期[28]一致，可以推測宋元時期洪澇災害的發生受ENSO信號的調節，另外也與副高脊線位置的準3a周期及地球地極移動振幅變化的7a周期一致，其變化將會引起地球離心力系統的變化，從而造成大氣環流及空氣質量、水分輸送的變化，進而可能會影響到降水及旱澇變化[29]。

四、結論

通過對歷史文獻資料的收集和整理，對宋元時期開封地區洪澇災害的基本特征及其所反映的氣候變化得出以下認識：1）宋元時期開封地區洪澇災害頻發，平均2.75~2.89a發生1次；北宋以Ⅱ級（中度）為主，占全部災害的55.7%，元代Ⅲ~Ⅳ級大災的頻率顯著增多，比例高達58.3%，受災程度加重。2）北宋洪澇災害以雨澇型為主，比例高達86.9%，元代以河決、河溢型為主，頻率分別達38.9%，27.8%，河流決溢成為這一時期的突出表現。3）北宋前70a洪災頻發，之后進入了以20a為間隔的波動狀態；元代則表現為兩頭少、中間多，中期60a為洪災穩定多發期。宋元時期洪災主要集中于夏秋季節，夏季風降水增多或集中是洪澇災害頻發的主要驅動力。4）北宋以降水為主的洪澇災害空間差異較小，元代則因距離黃河改道遠近而差異較大。5）北宋前期約40a氣候偏干，之后干濕波動頻繁，元代氣候相對濕潤并延續至后期；兩個時期洪災均具有共同的準3a、7a的年際周期。（本文圖略）

本文作者：楚純潔 趙景波 單位：陜西師范大學旅游與環境學院 平頂山學院資源與環境科學學院