干旱地区的城市韧性：对古代Qaryat Al Faw地区水文缓解措施和岩土工程改造的地理空间分析

《Journal of Archaeological Science: Reports》：Urban Resilience in the arid zone: A geospatial analysis of hydrological mitigation and geotechnical terraforming at ancient Qaryat Al Faw

沙漠城市工程策略研究：基于地理信息系统的Qaryat al-Faw防洪与地质适应分析，

　　

阿卜杜拉·阿尔沙米

沙特阿拉伯利雅得国王沙特大学旅游与考古学院考古系，邮编11451

摘要

卡里亚特阿尔-法（Qaryat al-Faw）是伊斯兰教之前的阿拉伯地区一个重要的商业中心，它证明了在干旱环境中也能实现复杂的都市化发展。尽管该地在香料之路（Incense Route）上的历史重要性已有充分记录，但其选址和建设的工程逻辑却尚未得到充分探索。本研究通过采用综合地理空间方法来解读这座城市的韧性策略，以填补这一空白。利用高分辨率的ALOS PALSAR数据（12.5米），我们开发了一个加权邻近度水文风险指数（WPHHI），并对城市地形进行了定量体积分析（填挖法）。研究结果表明，该地采用了精妙的水文缓解和岩土工程适应策略。首先，水文模型显示，住宅区被战略性地设置在“水力阴影区”内，距离活跃河道至少200米；而位于中等风险区的商业中心（市场）则通过大规模填土工程（填充量约为14,447立方米）来减轻洪水风险。其次，体积分析揭示了住宅区大规模的岩土工程干预，挖掘出了超过103,000立方米的材料。这种大规模的改造并非随意进行，而是有针对性的：目的是清除不稳定的流动沙丘（Qes），并将城市基础固定在稳定的石膏（Qgy）和冲积砾石（Qg）层中。这些发现扩展了我们对沙漠定居策略的理解，将卡里亚特阿尔-法视为一个在突发洪水和流动沙丘中繁荣发展的预防性岩土工程杰作。

引言

伊斯兰教之前的阿拉伯干旱地区出现复杂的都市中心，是人类适应力和环境适应能力的有力证明。香料之路沿线的古代定居点不仅仅是商队的中途停留地，而是经过精心设计的景观，能够在极端干旱的条件下支撑大量人口（Al-Ansary, 1982; Hoyland, 2002）。在这些中心中，卡里亚特阿尔-法是沙漠都市化的典范。它位于鲁布阿尔-卡利（Rub' al-Khali）的西北边缘，被图瓦伊克悬崖（Tuwaiq Escarpment）环绕，曾是金达王国（Kindah kingdom）的首都，也是连接南阿拉伯与美索不达米亚和地中海的关键枢纽（Al-Ghabban et al., 2010; Charloux et al., 2023）。尽管几十年的发掘工作已经详细记录了卡里亚特阿尔-法的历史和铭文意义（Al-Ansary, 1982; Al-Jallad, 2014），但其生存所依赖的工程逻辑，尤其是其与水文灾害和地貌限制的相互作用，仍缺乏定量研究。

先前的研究广泛记录了该地的建筑特征、物质文化和宗教历史（Al-Sannan, 2009）。Al-Ansary（2019）对该地的发掘进行了全面概述，详细描述了住宅区、市场和寺庙。最近，Al-Zahrani（2021）和Charloux等人（2023）将研究范围扩展到更广泛的考古景观，绘制了墓葬和农业系统的分布图。此外，国王沙特大学和遗产委员会（Al-Munif et al., 2023）的联合发掘工作发现了大量水利基础设施，包括运河和沉积池，证实了该地水资源管理的复杂性。然而，这些基础研究主要采用描述性和类型学的方法。本研究在此基础上，解决了理解定量岩土工程和水文决策过程的关键问题：卡里亚特阿尔-法的居民是如何积极改造地形，以减轻突发洪水和流动沙丘的双重威胁，同时确保其宏伟建筑的结构稳定性的？

在当代考古学中，遥感（RS）和地理信息系统（GIS）的结合将研究范式从遗址发现转变为景观分析，使研究人员能够可视化潜在的洪水路径和地形变化等不可见的环境变量（Parcak, 2009; Comer and Harrower, 2013）。高分辨率数字高程模型（DEM）和水文建模现在能够以数学精度重建古代的风险管理策略（Altaweel et al., 2022）。将这些地理空间技术应用于卡里亚特阿尔-法，提供了一个新的视角：将这座城市视为一个岩土工程的杰作。

本研究通过对城市核心及其周边地区进行综合地理空间分析，填补了这一研究空白。我们认为，卡里亚特阿尔-法的选址和建设是出于一种精妙的韧性策略。通过利用高分辨率的ALOS PALSAR数据（12.5米）生成水文风险指数并进行体积填挖计算，本研究验证了该城市的位置是通过数学优化来避开洪水区域的假设。此外，我们认为古代建筑者进行了大规模的岩土工程改造，特别是挖掘不稳定的流动沙丘（Qes），以达到适合城市扩张的稳定石膏和砂岩基础（Qgy）。本文旨在定量证明，卡里亚特阿尔-法的生存依赖于对地质和水文景观的这种刻意改造，为理解古代干旱环境中的可持续性提供了新的模型。

研究区域

研究区域

卡里亚特阿尔-法考古遗址位于利雅得西南方向约700公里处，地处干旱的鲁布阿尔-卡利（Rub' al-Khali）与图瓦伊克悬崖（Tuwaiq Escarpment）西缘的交汇处，具有战略位置。从地理上看，该定居点位于瓦迪阿达瓦西尔（Wadi ad-Dawasir）系统与山脉交汇的关键地带，形成了一个自然通道，历史上便利了商队在南阿拉伯与北部中心之间的往来。

数据获取

本研究基于高分辨率地形和地质数据集的整合。主要的地形数据来自ALOS PALSAR（相控阵L波段合成孔径雷达）数字高程模型（DEM），空间分辨率为12.5米。选择这种传感器是因为其在穿透干旱地表层和提供精确垂直数据方面的卓越能力，优于标准光学DEM。

至关重要的是，地质数据……

结果

地理空间和体积分析提供了定量证据，表明卡里亚特阿尔-法的城市布局遵循了严格的工程逻辑，平衡了水文风险管理和岩土工程机会。

讨论

水文建模、体积计算和地质数据的整合为卡里亚特阿尔-法的城市历史提供了新的视角。研究结果超越了将其视为单纯商业节点的传统观点，揭示了其可持续性还依赖于一项旨在半沙漠环境中繁荣发展的预防性工程杰作。

方法论局限性

虽然体积分析提供了关于地形改造规模的关键见解，但必须认识到在没有密集地下钻孔的情况下，样条插值方法的局限性。计算出的填挖体积应被视为理论估计值，指示相对的数量级，而非精确的工程量化。这些数据主要用于展示不同建设策略之间的显著差异。

结论

本研究采用综合地理空间方法重建了支撑卡里亚特阿尔-法城市可持续性的工程逻辑。研究结果挑战了将该城市视为香料之路贸易被动受益者的传统观点，揭示了一个基于积极主动和复杂岩土环境工程的定居点。定量证据证实，这座沙漠大都市的生存依赖于对其地质和水文环境的巧妙适应。

CRediT作者贡献声明

阿卜杜拉·阿尔沙米：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿、可视化、验证、监督、软件使用、资源管理、项目协调、方法论设计、调查实施、资金获取、数据分析、概念构思。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

作者感谢国王沙特大学旅游与考古学院的考古系提供的支持。