“历史模型”与灾害研究
 

周魁一 谭徐明

  我国水灾由来已久,但却非一成不变。它即和天然降水的变异相关,也和国土开发利用与社会经济的发展相关。我国位于中纬度地区,是高纬度地区和低纬度地区的能量转换区,气候条件不稳定,降水时空分布很不均匀。在季风气候作用下我国东部地区多雨,是防洪的重点地区。同时,我国人口与经济分布的大轮廓也是从东南向西北递减。特别是七大江河中下游平原经济发达,它们又都是通过江河整治,在洪水威胁下争夺到的土地。自然变异显著地区与经济发达地区的迭合,使得我国防洪任务越发艰巨。由此可见,防洪问题不是单一的与自然态洪水作斗争的问题,要达到有效减灾的目的,还需要研究社会经济发展与自然相适应的问题。因此,灾害问题的研究将是自然科学和社会科学交叉研究的领域。交叉领域的研究,需要发展与之相适应的研究方法。本文论述“历史模型”研究方法及其在灾害研究中的应用是一种新探索。

  一、模型方法是研究复杂系统的捷径

  20世纪以来,科学的发展使人类的认识进一步向宏观领域和微观领域发展。就水利事业而言,主要依靠工程技术治水,已经不能适应时代的要求。水利与社会,水利与经济、水利与环境的密切关系愈来愈强调灾害研究要扩展自己的视野。研究领域的扩展呼唤新的研究方法。为此,科学家纷纷深入传统学科的交叉地带,跨学科的综合研究成为当代科学发展最活跃的领域之一。其中水利科学与历史科学的交叉和融合进一步显现了科学研究的活力,拓展了研究领域,提出了带有普遍意义的宏观论证方法,即“历史模型”的理论方法。

  (一)物理和数学模型的优势与局限

  最古老的科学方法之一是观察。它是在天然条件下对认识对象的直接研究,即所谓“仰观于天文,俯察于地理”。但是,观察常受条件限制。当生产实践发展到一定阶段,人们逐渐掌握了通过仪器和设备,在人为设定的条件下获取科学认识的方法。其中模型实验提供了人们认识客观世界的手段。它既可以简化、激化或延缓客观过程,又可以重复再现和模拟客观过程,从而得到在天然条件下难以获得的科学认识。从原型出发,简化和抽象出模型;反过来,研究模型可以提供对原型的解释。水利科学常用的模型实验主要是物理模型和数学模型。

  模型实验能够近似地从本质上表现原型的结构、功能和种种内在和外部联系。因而,可以比较有效地得到对对象本质的理解。但是,模型实验在建模过程中,由于研究对象的复杂性,不得不忽略一些次要的因素,而着重强调某几项主要边界条件的作用。而那些被忽略的因素对总体效果的影响程度,有许多是我们迄今无法确切掌握的。因此,某些复杂问题的定量研究,有时也只能得出定性的结论。尤其是对中尺度的地学问题和宏观的灾害问题的研究,由于影响因素扩展到地理环境和人类社会,以往的模型难以准确反映原型。

  (二)“历史模型”方法的提出

  重视整体性和广泛联系是中国古代哲学和自然科学的传统。1977年诺贝尔奖获得者,比利时物理、化学家普里高津指出:现代科学的新趋势“已经走向一个新的综合,一个新的归纳”,他呼吁将“强调实验及定量表述的西方传统和整合研究自在系统的中国传统结合起来”,高度评价了中国古代科学思维与现代科学技术相结合的重要意义。

  从灾害研究来看,不仅与灾害直接相关的自然科学各分支之间是相互联系、相互影响的,而且,与社会的政治、经济、环境对它的影响也密不可分。因此,学科间的交叉渗透不仅在自然科学各分支内部进行,而且也在社会科学和水利科学之间进行。因此如果我们把历史水灾及防洪实践(包括相关的自然地理变化)看作是在千百年来的历史原型上的实验,即几何比尺和时间比尺都是1:1 的模型实验,如果我们的研究能在考证、鉴别的基础上将水灾和治水史实构成一种抽象的思想模型,由此分析推演,无疑将能够对今人关心的有关问题给出解答。因此,我们将服务于当代水利和灾害研究的历史研究方法形象地称之为水利的“历史模型”。可见,“历史模型”开辟了自然科学与社会科学相结合的综合研究新途径,从而增强了我们研究和解决与自然环境和社会经济有密切关系的某些宏观问题的能力。

  利用历史文献解决现实问题的作法古已有之。早在2000年前,我国古代科学家已经根据日蚀、月蚀等天象记录来制定历法;利用历史物候资料来确定节气;依据历史灾害的统计规律来制定国家物资储备政策等卓越的科学实践。竺可桢利用历史文献对古代气候演变规律的研究在国际上获得高度评价。

  如业内人士所知,长江1870年的洪峰流量10.5万m3/s 和黄河1843年洪峰流量3.6万m3/s及其重现期的研究结论,已实际成为三峡和小浪底水利枢纽的设计依据。那么,它是物理模型研究的成果,抑或是数学模型研究成果?都不是,它是历史模型的成果,即通过对历史洪痕和文献记载来分析和建立模型,再通过水文水力学计算进行“实验”来确认。古代记载和现代技术的结合使原来只有100多年的水文实测资料,被延长了大约10倍。我国由于有大量的水文现象的历史记录,内容之丰富为各国所羡慕,直接应用本流域的水文历史记录,进行历史水文的复原和定量研究,它的经济效益是难以估量的。可以认为:它是实际降水和实际河道的1∶1历史模型实验的结果。当然,它是在“历史模型”提出之前的成果,开历史模型应用之先河。

  二、“历史模型”的应用及其优势

  “历史模型”研究方法提出于1985年,此后,应用这一方法取得了多项公认的成果。“历史模型”的研究方法所擅长的领域大致可以分作两个方面。一类是历史自然规律的研究(包括基本不受人类活动影响的自然演变,例如天文、气象、潮汐、地震等;也包括受人类社会干预的自然变迁,如环境、水灾等);一类是历史治理经验的探讨。

  (一)自然历史现象和规律的研究

  如下是三个研究实例:

  1. 近2000年三峡大型岩崩滑坡的研究

  三峡水库库区是岩崩滑坡的多发地区,由于地质现象的成因和发生机制目前仍难以清晰判断,历史模型研究在长江三峡大型岩崩和滑坡的研究中,显示了不可替代的优越性。研究者系统查阅了有关的历史文献;对宜昌至云阳区间的岩崩和滑坡地带进行了三次实地踏勘;并参考了有关地质资料,在此基础上,提出了历史论证报告。报告阐述了此前2000年间三峡地区大型岩崩滑坡的基本情况,对本区今后可能出现的类似地质灾害,在地理分布、发生诱因、可能的规模和频率等方面,提供了一个实在的参考,成为预测它们对工程施工、今后的运行以及城镇和航运安全影响的依据。“历史模型”取得了地质理论分析所难以做出的成果。

  这项研究发挥了如下作用:第一,当1985年新滩大滑坡见诸报端,总理和部长办公室先后要国家防办迅速提出背景情况。主管长江防汛的总工程师依据本报告做出明确答复;第二,本报告的结论为地质专家重视,并被长江三峡论证专家组收入《地质地震专题论证文集》;第三,地方主管部门根据本报告补充了地质钻探资料,并修改了秭归县城的搬迁位置(原规划新址在1368年楚王城滑坡体平台上)

  2. 岷江流域洪水风险分析

  岷江流域有时序较长洪水灾害记载,尤其是18世纪以来的水灾史料更为翔实。我们首先筛选和鉴定资料,将文字资料转化为数据,然后建立量化模型,在计算机上实现了水文学常用的频率分析法进行水灾频率分析,最终提出了岷江流域的洪水风险评估。这一历史模型与水文模型相结合的水灾风险分析方法避开了从研究洪水到研究水灾的迂回,直接切入水灾风险研究,对于流域范围的区域防洪规划和致灾因素复杂情况下的洪水风险评估是适用的,结论客观和可信度较高,研究成本也很低廉。

  本成果作为风险图绘制的主要方法已被收入国家防办编制的《洪水风险图绘制纲要》。

  3. 荆江河床淤积研究

  '98长江洪水量级小于1954年,尤其是在同一流量下,1998年比1954年各站水位分别提升0.5-1.5m的现象引人注目。那么,是否由于河道淤积导致水位升高呢?一种是否定的回答:据长期观测资料,长江干流的河槽没有淤高;一种是肯定的答复:根据来自沉淀在古建筑物上的、古文献中的、以至河相沉积层中的历史信息,显示近千年来荆江河床是有淤积的。举证如下:

  第一,荆江大堤建成后,堤内滩面淤积基本停止,而堤外滩面仍在不断落淤,清初以来的350年左右,(堤外滩面)一般淤涨3~8m;

  第二,荆江河漫滩上年代愈老的垸子,相对高程愈低,漫滩相的粘土、亚粘土愈薄;反之,年代愈新的垸子,高程愈高,粘土与亚粘土愈厚;

  第三,对古墓葬、古建筑等的考察,认为近5000年来荆江洪水位上升达13.6m,其中荆江大堤建成后的800年间上升速率最快;

  第四,荆州万寿塔400多年来被堤防填埋8m多。

  历史研究计算了14-19世纪的600年间,荆江淤积速率约为每年0.7cm。虽然历史研究的定量计算精度不高,但所依据的资料却是坚实的。综合比较以上4项数据,可以看出,计算所得江道淤积速率相近,年代越近淤积速率也越大。

  水文测验和历史考证得出了相反的结论。我们无法怀疑水文测验的结果,但为使直接影响防洪规划的河床淤积问题的论证颠扑不破,,至少还应回答为什么古代有淤积,而当代没有淤积的问题。

  以上研究实例说明,由于自然界和人类活动对自然的改变都处在运动之中,事物发展的阶段性表现为随时间推移矛盾激化、缓和、调整和再出现。在这里时间是关键要素,是用以阐发事物发展的不可或缺的坐标。因此研究事物的全过程,通过长时序历史资料的统计分析,有助于认识规律性和预见未来。

  (二)治水思想和水利法规的历史研究

  古代水利技术已经过时,但是治水方略、水利规划思想的科学光芒没有消失;此外,灾害研究也需要通过历史考察,分析社会 水利 社会 水利的互动作用下的规律和演变趋势,并从中汲取经验和教训。现举出以下两例为证:

  1. 自然灾害的双重属性与防洪方略的历史研究

  防洪方略的确定,首先要基于对洪水灾害实质的科学界定。直到目前,世界各国都把洪水灾害定义为自然灾害。由此出现一个矛盾的现象:防洪工程能力提高了,水灾频率及其损失反而加大了。我们从历史研究得到的认识是,灾害具有双重属性,即自然属性和社会属性。洪水是致灾因子,社会是承灾体(其负面影响也会成为另一种致灾因素)。只有过大的洪水如果没有侵犯生命和财产,并不足以构成灾害,因此,要减轻灾害损失,必须既针对灾害的自然属性,通过工程手段防止灾害发生,又要调整人类社会的发展去适应自然,才能有效达到减轻灾害目的。由此可见,将近几十年和前几十年相比较,既然洪水量级和发生概率相差不多,那么水灾损失大幅度提高的主要原因,当然不是自然条件的改变,而是社会因素的变迁。历史的研究表明,减灾的努力至少要包括两个方面,一是提高工程防洪能力;二是调整社会以适应洪水。中外水灾史的对比研究有助于我们将洪水灾害放在更为广阔的时间和空间来认识,并扩展了我们防范和减轻灾害的思路,成果具有重要的理论意义,由此而得到了国家防办的重视,并合作完成“21世纪中国防洪减灾方略的初步研究”。

  2. 完善“防洪法”的建议

  由于洪水灾害影响巨大,牵涉不同行政区划和自然地理区划的安全和利益,它们之间有时在防洪调度上存在矛盾。因此,尤其需要以法来统一协调各方权益和维护整体利益的大局。在减灾社会化的推行中,要依法办事。《防洪法》于1998年颁行,当年即在长江和松花江防洪中起到了重要作用。不过还存在一些不足,需要在修订时加以完善。例如,总则第七条规定:“各级人民政府应当对蓄滞洪区予以扶持;蓄滞洪后,应当依照国家规定予以补偿或者救助。”但是,目前所划定的将近100个蓄滞洪区本来就是经常发生洪涝灾害和经济落后地区,开辟为蓄滞洪区,就是从整体防洪需要出发,在防洪规划中以牺牲局部不发达地区而保障更大范围的发达地区的措施。因此,为保障蓄滞洪区的有效利用,必须对蓄滞洪区内的经济开发和人口生育实施控制,这是需要首先明确的。至于蓄滞洪区内现有居民如何脱贫致富,那是需要解决但又应以别种方法加以解决的问题,而不能违背蓄滞洪区的根本任务,舍大而就小。以在1954年大水中成功实现防洪调度,在保障江汉平原和武汉市安全中发挥重大作用的荆江分洪区来说,由于此后忽视规范蓄滞区的建设和保护,区内安全建设缓慢,致使经济发展和人口增长背离了蓄滞洪区的基本要求。1954年区内人口仅17万,到1998年区内人口已增加到51万,现有社会固定资产已增加到50亿元。再发生大洪水时,由于区内外发展差别不大,使得荆江分洪区的应用变得十分困难,形成投鼠(分洪)忌器(启用蓄滞洪区)的局面。

  又如《防洪法》第9条规定,“防洪规划应当服从所在流域、区域的综合规划”,当然,防洪是为保障区域社会经济发展的,自然应当服从区域综合规划,但制定社会经济发展规划时是否也应照顾到防洪的需要呢?未见说明。否则,制订防洪规划可以服从综合规划,但洪水是否就当然地随之服从区域发展规划了呢?近些年大水的事实证明了这一条的缺陷。当然,制订规划时一定提出了保障规划实行的条件,其中关键性的条件恐怕是通过兴建工程提高防洪保证率。如前所述,利用工程手段防洪是可以达到减少灾害和灾害损失的目标,但要抑制灾害损失的增长,还必须通过调整社会以适应自然来达到。这是古今中外防洪减灾实践已经证明的事实。

  由以上实例可以看出:科学技术的深入发展,暴露出本来似乎不相干的多种事物之间的深层次联系。研究对象与其影响因素往往构成一个大系统,因此,难于通过实验或计算直接求解。然而,历史上的水利和水灾既包括相关的地理演变等自然因素在内,还直接受到政治、经济、法律等条件的影响,显现出多种制约因素综合作用的结果。因而通过历史模型研究自然科学和社会科学交叉领域的问题,有着独到的优势。

  三、“历史模型”的特点和应用前景

  以提出“知识就是力量”而著称的英国哲学家培根说:“历史使人明智,诗歌使人灵秀。”历史思维是人们进行创造性活动重要的思维训练。这种智慧的培育对于科学研究有重要的意义。历史模型可以为我们提供一种发展的综合的思维方式。可以比较有效地避免学科单一的局限和依赖纯经验的判断。

  “历史模型”和“物理模型”、“数学模型”都是科学研究的手段,都是根据已知的边界条件,把握其中主要的、本质的影响因素,模拟和预测事物发展的未来,都可以取得定性和某种定量的结论,这是它们的共同点。但是它们之间也有区别:①“历史模型”的研究对象主要是宏观问题,例如环境变迁、历史水灾、治水思想、管理体制、水利规划等;而“数学模型”和“物理模型”则是微观研究的手段。它们分别在各自的领域里表现出自己的优势;②“历史模型”擅长复原以往千百年时间里的历史状况,便于揭露在长时序中所显现出来的事物运动的规律和特点;③在软科学领域,诸如减灾科学、环境科学等领域,由于历史是实际发生过的,并且所展现的是有多种自然和社会因素综合作用下的整体效果,因而具有相当的可靠性和生动的说服力;④一般来说,“历史模型”的研究成本低廉。以历史水文研究为例,取得的前数百年的洪水极值资料,与当前为取得每一年的水文资料投入的经费相比,只是九牛一毛。

  可见,和“数学模型”、“物理模型”一样,“历史模型”既有自己独到的优势,同时也有着自己的局限性。正确认识它们各自的特点,对于选择和使用这些方法是重要的。

  中国有详细文字记载的历史长达两千多年。尤其是明清以来多达 8 000多部的地方志,还有完整的政书、国家档案,提供了地域上几乎遍及全国,时间超过500年的资料系统。这些优越的条件为运用“历史模型”解决多因素复杂问题创造了条件,而某些成果精度也不会低于理论计算值。这是我们对灾害研究为什么需要“历史模型”研究方法的基本认识。

  今天,虽然高度发达的科学技术是古代不能企及的,但人们对现实世界和人类社会的认识却远远没有完结,人们对于历史的认识也在不断地深化。科学每前进一步,再回过头来看历史,也总会有新的发现和新的理解。可以认为现代科学技术的发展对古老的历史学科提出了新的要求,同时它又为历史研究的深入提供了比过去先进的方法和手段。换句话说,科学的发展非但不应该排斥历史,相反地,把历史的经验和信息科学化,正是科学所要完成的重要课题。历史发展没有止境,人们为丰富对自然和社会的认识而进行的历史研究也没有止境。

主要参考资料

1、竺可桢,“为什么要研究我国古代科学史”,《人民日报》,1954年8 月 27日。

2 、沈怡编著《黄河问题讨论集》,1971,台湾商务印书馆,34页。书中选载曾受聘两度来华考察的美国专家费礼门教授于1926年致沈怡的信:“昔人有言:失败者,成功之母也。……愈是有识之士,曾于有千余年历史之中国治河问题下过一番研究功夫者,必将愈为迟疑,不敢随意作批评。盖中国历史中有许多事实必须首先熟悉也。”

3、佐藤俊朗∶“我平素认为搞科学就得首先研究历史,从现代科学的角度看,这种想法也许有一点可笑。但是,我们所搞的学科是在经验的基础上形成的,因此,其中存在着历史的重要性。……象我们这样从事以大自然为对象的科学领域里,还不可能科学地分析一切自然界所特有的条件。也就是说,经过实践与没有经过实践会有很大的差别……所以我认为必须以历史为基础进行研究。近代科学的某些方面不能脱离历史。换言之,把历史与经验科学化,正是科学所要研究的内容。”引自《黄河の治水と利水》,载(日)水利科学,26(1), 1982。

4、高桥裕,关于水利史研究的通信,载《黄河史志资料》,1989年1 期第32页。

5 、周魁一,略论水利的历史模型,1986年,水利史研究室成立五十周年学术研究论文集,水利电力出版社,第16-21页。

6 、马建明等,水灾史料量化与区域洪水灾害风险分析,中国水利水电科学研究院学报,1997年第2期。

7 、周魁一,谭徐明,洪水灾害的双重属性及其实践意义,中国水利水电科学研究院院刊,1997年1期,45-52页。