渭河流域上游区甘肃之州县, 从四、五月份开始, 就普遍降雨, 且已有部分州县因降雨过多而遭受不同程度的涝灾影响, 如资料1记载:“ 甘肃各厅州县禀报, 五月内得雨一、二寸至三、四寸及深透不等” , 至“ 本年六七月间, 阴雨过多, 山水涨发, 各属间有冲没田庐, 毙人口之处” , 可见涝灾损失惨重(表 1)。

表1

Table1

表1(Table1)

表1 1819年7— 9月份渭河上游部分县区雨涝灾情 Table1 Floods in the Upper Reaches of Wei River from July to September in 1819 受灾县 史料记载人口伤亡 史料记载房屋倒塌 成县 淹毙民人大小三百七十八口 冲塌房屋一千四百九十五间 镇原县 淹毙民人大小三十四口 冲塌房屋八十七间, 土窑四十七座 秦安县 淹毙民人大小八口 冲塌房屋一十五间 秦州 淹毙民人大小四口 冲塌房屋四间 平凉县 淹毙民人五口 冲塌房屋二间 伏羌县 压毙民人大小一十三口 冲塌房屋四十六间 注:据资料1整理。

表1 1819年7— 9月份渭河上游部分县区雨涝灾情 Table1 Floods in the Upper Reaches of Wei River from July to September in 1819

泾、洛、渭河及黄河中游干流所经陕西辖区各州县, 因夏秋持续大雨, 雨涝灾害影响惨重。如资料1记载:“ 陕省自七月二十二日至八月初六日, 大雨连续, 昼夜不息, 黄、渭、泾、洛各河同时涨发, 宣泄不及。潼关之东水、姚女湾等村屯; 华阴之西北、东北两乡, 并近河之三阳等村堡; 华州之西北乡杜家堡至东北乡石村北堡; 朝邑之东南两乡, 又附近低洼处所; 大荔之兴平等村, 被水淹浸” , 从资料3中可知, 长安县“ 秋八月, 霪雨四十一日, 渭水溢, 冲没民田” , 华县“ 秋雨四十一日, 渭水冲崩大涨村二百余户” , 千阳县“ 八月, 大雨, 城外西河水暴涨盛大, 跨东岸流, 冲毁民宅, 人有漂没者” , 佳县“ 七月二十日, 黄河大溢, 沿河居民尽为淹没” 。

汾河流域诸州县, 亦是该年一个主要降水地带。据资料1记载太原府辖境汾河河道两侧曾有护城堤堰一道, 编列成长、堤、永、固、汾、泽, 安、澜8字号, 计长1129丈, 每年额设岁修银600两, 该设施可导引发源于宁武府之管岭山, 汇集静乐、岚县诸山之水而南下。但于1819年“ 七月二十三、四等日, 阴雨连绵, 河水涨发, 致将汾、固字号堤堰冲塌。……固字号堤身冲坏一百二十丈, 汾字号堤身冲坏一百二十五丈。所需工料等, 撙节确估共需银二千九十九两三钱零” 。另据资料3可见该年山西北部及汾河流域多数县区降雨异常, 雨情与灾情参见 表2。

表2

Table2

表2(Table2)

表2 1819年山西北部及汾河流域部分县区雨情和灾情 Table2 Rainfall and floods in northern Shanxi and part of counties in drainage of Fen River in 1819 降水县 降水概况 史料记载灾情实况 怀仁县 七月, 大雨七日夜 — 河曲县 秋霖雨 河水损坏民庐甚多 平定州 润四月间, 大雨 淤没庄沟, 炭窑内湮浸二人, 驴骡四五十口夏; 嘉水溢, 居民被患 汾西县 雨涝 大饥, 斗米千钱 岳阳县 秋霪雨 — 太平县 秋霪雨 — 安邑县 八月大雨 姚暹决, 冲坏任村民房数十座 夏县 秋雨暴作 白沙河水决, 南堤崩决, 损伤民田无数 临猗县 秋, 阴雨连绵 — 注:据资料2整理。

表2 1819年山西北部及汾河流域部分县区雨情和灾情 Table2 Rainfall and floods in northern Shanxi and part of counties in drainage of Fen River in 1819

相比黄河上、中游, 下游诸县除人员伤亡、田庐损毁外, 还表现在沿河堤坝多处决溢出, 河工破坏严重。如《清史稿· 河渠志》载:“ (河)溢仪封及兰阳, 再溢祥符、陈留、中牟……又决马营坝, 夺溜东趋, 穿运注大清河” 。两侧河堤被水冲开多处口门, 最宽处达200余丈(表 3)。沿河州县被水灾情如资料1记载:“ 查兰阳, 仪封二处漫口, 兰阳、仪封、杞县、睢州、宁陵、鹿邑, 柘城等厅州县均系大溜经, 居民田庐多被顶冲漂失。此外, 因祥符、陈留、中牟、武陟, 考城等汛塌堤漫水, 下游祥符等二十四州县同被淹浸。……兰仪漫口在睢州下汛以上一百数十里, 被水顶冲州县较十八年(1813年)多。加以南北两岸漫缺之水, 又有被淹二十余县, 虽情形轻重不同, 现在兰阳, 仪封二处口溜势未定, 一时尚难预计” , “ ……节气已届立冬, 为时已促, 无如本年黄沁两水至今尚旺, 溜势未平。马营坝夺溜十余日, 而正河尚有黄水涓涓下注, 不能即时断流, 皆向所罕见之事” 。

表3

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表3(Table3)

表3 1819年黄河决溢情况统计 Table3 Situation of the Yellow River runoff overflowing in 1819 决口时间 决口地点 口门宽度 史料记载洪水经行线路 史料记载 合龙时间 原始宽度 换算宽度/m 1819年 9月12日 兰阳县八堡 180余丈 ≧ 576 “ 兰阳县八堡” 掣溜九分, 浸水由凤、颍涡、淮等处纡曲串注, 汇入洪泽湖, 其余路线未知 武陟马营坝决口夺溜后各口挂淤, 当年冬堵合 仪封上汛三堡 100余丈 ≧ 320 考城汛旧南堤 - - 祥符上汛六堡、下汛六七堡 70余丈 ≧ 224 中牟县、上汛八堡 50余丈 ≧ 160 陈留汛七八堡 - - 1819年 9月25日 武陟县马营坝 200余丈 ≧ 640 夺溜东趋, 穿运注入大清河 嘉庆二十五年三月十三日合龙 注:表中内容据资料1记载整理; 原始尺寸为清宫营造尺寸, 按1尺=0.32, m换算成公制。

表3 1819年黄河决溢情况统计 Table3 Situation of the Yellow River runoff overflowing in 1819

受黄河中游极端降水影响, 泾、洛、渭、汾、沁等河同时涨发汇入黄河, 河道宣泄不及, 河水漫溢, 致使河南省沿河州县多数被水, 正如资料1反映出“ 豫省本年黄水漫溢, 各州县被淹较广” , 当时兵部尚书吴璥奏报称“ 自入豫境后, 询之彰德府及各县, 并留心访问, 兵民佥称今年伏秋汛内, 万锦滩黄水接连增长二十余次, 沁河、洛河同时并涨, 七月下旬至八月初旬, 处处水与堤平, 且有高于堤顶一、二、三尺者, 不一而足。兼之阴雨连绵, 河工地方各官分投抢护, 实属人力难施。询之八十岁上下之老民、老兵, 俱云从未见过如此大水” , 明显看出, 受河水漫溢, 中游以下沿河两岸州县皆遭水灾。沿河州县方志记载了该年黄河决口所致灾害情况(表 4)。

下游山东大部分州县被水情况与河南沿黄河干流区情况类似, 被水州县损失惨重。如资料1与资料2记载山东巡抚程国仁在灾后第2年(1820年)上报的灾情奏折内容, 可见1819年洪涝灾情损失状况(表 5)。另外, 该年黄河下游区山东诸州县夏秋未有过多降雨, 降雨主要发生在冬季, 因而可以判断出, 下游区洪涝灾害主要是由于中游极端降水引发黄河涨水间接造成的。

表4

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表4(Table4)

表4 1819年黄河决溢影响河南部分州县之灾情 Table4 Influence of the Yellow River runoff overflowing in 1819 on counties of Henan Province 受灾县 史料记载灾情实况 滑县 黄水漫至城南, 大饥 长垣县 秋八月, 河决沁口, 损民庐舍, 县城雉堞倾覆二十余丈 睢县 河决南岸 扶沟县 八月初旬, 黄水由上南厅漫溢, 境内各河堤埝冲决无算, 贾鲁河陆桥迤上平、梁、张、陈四姓决口尤甚, 堤陷计九十余丈 尉氏县 八日初二日, 黄河水溢, 稼尽渰 兰阳、仪封 兰阳、仪封一带河决数十处, 县城尽陷, 南北之极不通, 衷鸿遍野 鹿邑县 秋七月水。八月, 河决开封, 泛及县境, 平地水数尺, 坏庐舍无算……缓征地丁银一万九千九十九两有奇 淮阳县 黄河水溢, 淹没田禾 原阳县 八月, 河决武陟缕坝, 决口水自原武入境, 城被围几陷, 城南北平地水深数尺 注:据资料2整理。

表4 1819年黄河决溢影响河南部分州县之灾情 Table4 Influence of the Yellow River runoff overflowing in 1819 on counties of Henan Province

表5

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表5(Table5)

表5 1819年黄河决溢影响山东部分州县之灾情 Table5 Influence of the Yellow River runoff overflowing in 1819 on counties of Shandong Province 受灾县 受灾村庄(数量) 受灾程度 成灾分数 濮州 马家庄等(1084) 极重 九分 范县 宋名庄等(565) 极重 九分 寿张县 南三里庄等(609) 重 六分 东阿县 汤家井等(283) 重 六分 东平州 戴家庄等(154) 重 六分 阳谷县 东西更名等(242) 重 六分 利津县 六庄盖等(292) 极重 九分 沾化县 李家庄等(296) 重 六分 蒲台县 成灾北关等(79) 重 六分 滨州 北镇等(357) 重 六分 惠民县 楼子孙庄等(121) 重 六分 齐东县 盛家官庄等(30) 重 六分 注: 据资料1、2整理; 成灾分数据嘉庆八年对灾害赈济成例推算而得。

表5 1819年黄河决溢影响山东部分州县之灾情 Table5 Influence of the Yellow River runoff overflowing in 1819 on counties of Shandong Province

表6

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表6(Table6)

表6 本文的降水等级界定标准 Table6 Standards of precipitation levels in this paper 等级 特征 表现 史料举例 1级 偏旱 单月降水少、 成灾稍轻的干旱 “ 万荣县秋旱” 、“ 洛宁县旱, 岁大饥” 等 2级 正常 丰收、庄稼收成正常 “ 靖远县是年大熟, 斗米白银四钱” 、“ 左云县大有年” 、“ 得雨一、二寸至三、四寸及深透不等” 、“ 沿边丰穰, 各州边蓄皆足” 等 3级 偏涝 单月成灾不重的持续性降水, 或局地被水但经勘察不至成灾 “ 八月, 霖雨伤稼” 、“ 夏秋禾间有被水、被雹之处……勘不成灾” 、“ 间有被淹田禾, 旋即疏消, 秋收仍在五分有余, 无须抚恤调剂” 、“ 此次被水之处所, 虽勘明不致成灾, 若将应征银粮草束仍照旧征收, 恐民力不无拮据” 等 4级 涝 持续时间较长、强度较大的降水, 或较大范围的大水灾 “ 阴雨过多, 山水涨发, 各属间有冲没田庐, 淹毙人口之处” 、“ 被黄水漫溢直到城根, 庐舍, 田禾悉被淹浸, 居民迁居高阜搭盖席棚栖止, 被灾甚重, 亟须妥为抚恤” 等 5级 大涝 持续时间长、强度大的降水, 或大范围的大水灾 “ 六、七两月雨多水涨, 不及趋避, 以致淹毙竟有数百口之多” 、“ 秋雨四十一日, 渭水冲崩大涨村二百余户” 、“ 阴雨连绵, 河工地方各官分投抢护, 实属人力难施。询之八十岁上下之老民、老兵, 俱云从未见过如此大水” 等

表6 本文的降水等级界定标准 Table6 Standards of precipitation levels in this paper

据资料1、2、3所辑史料对水情实况记载, 渭河流域上游区, 泾、洛、渭及黄河中游干流流经山陕辖区, 及汾河流域州县, 其降水时段分布如图2所示, 反映了降雨时段开始与结束时间由南向北递次推迟, 显示出降雨带自春至夏季节性向北移动的特征。同时, 该年中游降水集中于夏秋两季, 雨期长且以连阴雨为主, 且多大到暴雨, 二级流域(汾、渭河流域)4— 11月份降水区雨日甚至高达40日以上。需要说明的是, 为便于统计分析, 除所引原始文献外, 其余提到的时间全部为公历。

图2

Fig.2

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	图2 1819年4— 11月份黄河中游主要降水时段变化Fig.2 Main rainy periods of the Middle Reaches of Yellow River from April to November in 1819

为弄清主要降雨区和雨情, 作者利用资料1所载该年陕州万锦滩水位记录, 对该年黄河中游夏秋(6— 9月份)降水变化特征进行评估。万锦滩水位记录是清代地方河道总督上奏黄河水位变化较为系统的观测数据, 在时间上有一定连续性, 是复原历史时期降水变化分辨率最高的材料之一, 可作为考察黄河中游降水变化的重要指标。需要说明两点:(1)据以往对清代万锦滩水位记录的“ 底水位” 研究(高秀山, 1983), 涨水前的“ 底水位” 未知, 且“ 报涨不报落” , 因此 图3中的水位数据是每次奏报涨水的原始尺寸, 并非当时洪峰实际水位。(2)水位奏报记录中有将几次观测值累计奏报的现象, 为保证统计数值皆为单次观测值, 其中累计数值经考证做了相应的订正。如资料1中所记当时河东河道总督叶观潮的奏报:“ 万锦滩黄河于五月初七、初八、十二、十五(6月28、29日, 7月3、6日)等日, 四次共长水一丈一尺五寸” , 当时两江总督孙玉庭奏报亦提到该次涨水的情况, 如“ 五月初七, 八日(6月28、29日)万锦滩又长水五尺二寸, 江境黄河益形浩瀚” , 再通过参考前后单次观测值及当时对雨涝记载情况, 将上述4次涨水分别订正, 其中所缺观测数值则通过水位变化曲线的线性内插来恢复, 并将观测水位的原始尺寸换算为公制(m), 则1819年6— 9月份万锦滩志桩水位变化曲线如图3所示。

图3

Fig.3

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	图3 1819年6— 9月份万锦滩志桩水位变化曲线图Fig.3 Graph of water level records of Wanjintan from June to September in 1819

对比分析图2、3, 可判断该年7月初中游有次降水, 正如图5(夏季)所示渭河流域的渭源、平凉、渭南等县发生降水, 与万锦滩该时段水位有小幅涨水基本一致。该年极端降水时间主要集中在8月中旬至11月初, 从该时段起, 中游从南到北大范围多县域都发生降水, 9月中、下旬出现该年极端降水事件, 如资料1记载:“ 陕省自七月二十二日至八月初六日(9月11— 24日), 大雨连续, 昼夜不息, 黄、渭、泾、洛各河同时涨发, 宣泄不及” , 此时黄河万锦滩志桩水位显示出极高峰值(图 3), 又如:“ 七月十七、十八, 十九、二十等日(9月6、7、8、9日)” , 据陕州申报:“ 万锦滩五次长水一丈六尺二寸, 前水未消, 后水踵至……复于二十三日(9月12日)寅刻, 据陕州申报, 万锦滩于二十二日子卯二时, 陡长水九尺八寸” , 且随后又出现了该年黄河堤坝最大决溢事件, 即1819年9月25日得武陟县马营坝溃坝, 口门宽达200余丈(表 3)。正如资料1记载:“ 适值八月初四、五、六(9月22、23、24日)等日大雨连朝, 沁、黄同时骤涨, 水高堤顶二、三尺, 于初七日(9月25日)寅时堤身过水, 坐蛰三十余丈。堤身浸沧日久, 现已塌宽二百余丈……” 。

对上述水位观测数据, 进一步采用水文频率分析应用较多的Pearson-Ⅲ 型(皮尔逊Ⅲ 型)分布曲线分析检验。Pearson-Ⅲ 型曲线是一端有限一端无限的不对称单峰、正偏曲线, 数学上称伽马分布。Pearson-Ⅲ 型概率分布曲线常用来拟合汛期洪流水位、降水量等极值分布, 其概率分布具有广泛概括和模拟能力, 能与经验分布点有很好的拟合, 且有很强的适应性和稳定性(高绍凤, 2001)。利用该理论频率曲线拟合1819年6— 9月份万锦滩水位观测值, 可以得到出现大于观测值1 m(平均值为1.13 m)的概率为40.90%(图 4)。图中C_v 、C_s分别表示样本(观测值)离差系数、偏态系数, 拟合过程主要通过调整C_v 、C_s值得以实现, 当C_v=0.6488、C_s=2.4681时, 图中理论值(线)和观测值(点)拟合最优, 且此时百年一遇相对涨水水位是3.94 m, 与观测值3.937 m最接近。通过分析检验, 图3的观测数值可靠度高。从理论百年一遇相对涨水水位3.94 m与实测3.937 m几乎一致, 亦能推断该年中游降水确为极端降水年份, 与档案和方志记载情况基本吻合。

图4

Fig.4

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	图4 万锦滩涨水尺寸观测值与Pearson-Ⅲ 型分布曲线拟合图Fig.4 Water level records in Wanjintan tested on Pearson-Ⅲ model of hydrologic distribution curve

通过上述分析, 下游区虽有部分州县亦发生降雨, 但多数则发生于冬季, 而黄河中游降水与中下游涨水、溃坝以及沿河诸州县遭受被水等事件的时间相互对应。由此, 可判断出该年中下游洪涝灾害主要受中游极端降水影响。

4.2.1 降水等级界定标准

对各县区雨涝等级界定需考虑两个因素:(1)该年降水明显, 区域整体特征表现为偏涝; (2)存在少数县域未降水、单季或单月干旱等情况。基于上述因素, 参考《中国近五百年旱涝分布图集》(中央气象局气象科学研究院, 1981)和《中国历史时期气候变化研究》(满志敏, 2009)对旱涝等级定义的思路与标准, 作者制定降水等级界定标准如表6。根据标准, 首先对夏、秋两季进行降水级别界定, 然后再确定全年降水级别。

图5

Fig.5

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	图5 1819年黄河中游夏季降水空间分异Fig.5 Space-time differentiation of precipitation in summer of 1819 of the Middle Reaches of Yellow River

4.2.2 空间分异特征

据前述方法, 得出1819年夏、秋季及全年雨涝等级分异结果(图 5, 图6, 图7), 可知降水主要集中在夏秋, 尤其是秋季降水异常偏多, 且随着时间推移, 降水级别不断增强, 整体发生进程自西北向东南不断扩大。如在春夏之交, 降水主要发生在陕甘局部州县, 而后向北扩展到陕西北部和山西北部; 秋季大范围严重降水覆盖山、陕大部分州县, 程度远超于夏季; 冬季中游史料未见记载, 而此时黄河下游区诸多州县普降大雨雪, 尤其山东多数州县降水异常偏多。图7全年降水分异图中反映出该年黄河中游有3个降水中心:(1)黄河中游干流北部河曲县至葭州段; (2)泾、渭流域上游区; (3)汾河流域中下游与黄、渭、洛三角区。需要说明的是, 其中汾河流域与黄、渭、洛三角区出现降水异常区, 即中、下游交接区是出现涝灾最严重的区域之一, 这指示出该区有夏季雨带徘徊, 与满志敏(2000)曾指出的7月下旬在晋南一般有雨带滞留、且雨带会延伸至陕西关中中西部的结论基本一致。

ENSO(El Niñ o-Southern Oscillation)事件是全球海气相互作用的异常现象和强烈信号, 作为全球规模年际气候变异的主要因子, 其循环变化过程中的冷、暖两个极端位相对太平洋副热带高压和东南亚季风环流有显著影响, 降水、气温等要素变化表现出一定的区域性特征(Ropelewski and Halpert, 1987; Kiladis and Diaz, 1989; Nils-Axel, 1989), ENSO正是通过影响季风环流影响中国中东部季风气候区内的降水变化(赵振国, 1996; Zhang et al., 1999)。查厄尔尼诺事件历史年表(Quinn and Neal, 1992)可知, 1819年为中等强度(级别为M+)的厄尔尼诺年, 据现有关于中国大范围及其区域性(华北)降水与ENSO事件关系的研究结论来看, 认为在厄尔尼诺事件结束之后普遍多雨, 显示出在非厄尔尼诺年多雨的特点(梁平德, 1990; 张德二和薛朝晖, 1994; 陆日宇, 2005)。尽管这些结论为判定1819年黄河中游降水异常提供了气候背景的重要参考, 但问题是该年情况和上述结论并非完全一致, 即除黄河中游与淮河流域中下游多雨外, 其他区域则表现为不同程度旱灾的厄尔尼诺年特征, 这正体现出该年黄河中游降水的异常性。因此, 作者认为非厄尔尼诺年并非如以往研究所讲的大范围降水偏多的一般性特征, 很可能存在一种空间随机关系。

以往研究认为AAO变化与中国华北降水有明显的负相关关系, 两者作用机理是:AAO 正异常(增强)时, 热带西太平洋对流减弱; 西太平洋对流的减弱将激发东亚— 太平洋波列或日本— 太平洋波列, 使得西太平洋副热带高压偏南, 华北降水减少, 反之则增加(Wang and Fan, 2005; 郝志新等, 2010)。又据张自银等(2010)重建的1500 年以来南半球夏季的南极涛动指数(DJF-AAO)可知, 1810年代的 AAO 以正位相为主, 即1810年代应是以降水偏少为主, 而1819年除黄河中游与淮河流域中下游多雨外, 其他区域则表现为不同程度旱灾的特征, 可以看出, 该年的极端降水事件与AAO变化并不对应, 反映出该年黄河中游极端降水的特殊性。

在季风气候背景下, 降水空间分异主要受季风雨带的影响, 伴随夏季风北进, 雨带跳跃地向北推移, 除北进外, 伴随冬季风不断增强, 雨带则在秋季开始南退。而黄河中游大部分地区处于夏季风影响边缘区, 无论北进和南退, 雨带移动都会受季风脉动的影响。冬夏季风强弱跟太阳活动有直接关系, 据太阳活动记录(庄威凤, 2009), 1819年正值太阳活动周第7周的较小年, 太阳黑子相对数R年平均为23.9, 这是自1749年以来200多年间的较低值, 最高峰值为201.3(1957年), 相当于1819年的8.4倍。受太阳活动较弱影响, 该年气温偏低、冷气团相对活跃, 如图5、图6和图7反映出, 中游降水雨带和季风推进的大体方向基本一致, 可大致判断出1819年极端雨涝事件和东亚季风移动有关。该年中游多个县域除夏秋多雨外, 冬春降水亦较往年异常增多, 如据资料3可知, 黄河下游河南、山东等地, 夏秋降水较少, 但降水主要发生在冬季, 尤其黄河下游山东辖区诸州县, 冬季降水异常增多。此类异常事件颇多, 表明1819年黄河中游夏秋多雨与冬季冷湿的气候特征, 正是在该时期太阳活动较弱、冷气团活跃、冬季风强劲的东亚季风移动异常背景下雨带异常的反映。

1815年4月10日至11日, 印度尼西亚坦博拉(Tambora)火山爆发, 受火山活动影响, 全球范围内气候突变, 气候转寒, 之后几年全球多地区同步出现持续低温、极端降水等异常天气(Edward Skeen, 1981; Richard and Stothers, 1984; Bernice, 1995)。此次火山活动对中国的影响亦较强劲且持久, 自此以后中国进入持续几十年的冷湿期, 灾荒连年(张丕远, 1996), 如杨煜达等(2005)认为1815— 1817年云南大饥荒, 即因此次火山爆发引发气候突变造成粮食大量减产所致。当然, 火山活动是否为中国清代嘉道以后气候突变转寒的直接动因, 还有待继续探讨, 但通过梳理1819年档案和方志等史料看出, 其中冬春大雪、夏季雨雹、秋雨连绵等恶劣天气多有记载, 可见该年黄河中游大范围极端雨涝事件的气候背景应该和此次火山活动有很大关系。

影响黄河中游降水的气候系统十分复杂, 目前学界还未有成熟的定论, 尤其是人类活动对气候变化影响并不显著的历史时期, 极端降水事件应是自然变化的直接结果, 但其具体的影响因子、方式、幅度等仍需继续深入探讨, 这将为当前所关注和强调人类活动可能会导致未来极端事件频率增加、强度增强等看法提供了参考。