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2025 , Vol. 32 >Issue 1: 124 - 132

DOI: https://doi.org/10.3724/j.fjyl.202405180272

Analysis of the Spatial Pattern of Military River Defense on the Ming Great Wall: A Case Study of the Shanxi Section of the Yellow River

  • Tianlian WANG , 1, 2 ,
  • Zhe LI , 1, 2, *
Expand
  • 1 School of Architecture, Tianjin University
  • 2 Key Laboratory of Information Technology for the Inheritance of Architectural Cultural Heritage, Ministry of Culture and Tourism

WANG Tianlian is a Ph.D.candidate in the School of Architecture, Tianjin University, and a member in the Key Laboratory of Information Technology for the Inheritance of Architectural Cultural Heritage, Ministry of Culture and Tourism. Her research focus on cultural heritage preservation

LI Zhe, Ph.D., is a professor in the School of Architecture, Tianjin University, and deputy director of the Key Laboratory of Information Technology for the Inheritance of Architectural Cultural Heritage, Ministry of Culture and Tourism. His research focus on cultural heritage preservation

Received date: 2024-05-18

  Revised date: 2024-11-22

  Online published: 2025-12-07

Copyright

Copyright © 2025 Landscape Architecture. All rights reserved.
Fold

Abstract

[Objective] River defence plays a vital role in the development of the Ming Great Wall’s military defence system. The spatial arrangement of river defence, represented by the Yellow River defence, embodies the ancient practice of adapting to local conditions, optimizing resource utilization, and transforming challenges into the guide of construction. This research takes river as a focal point to investigate the intricate relationship between the water system and military defence system. The analysis of the spatial pattern of river defense can improve the theoretical framework of the Great Wall defense system, thus fully integrating the multiple resource values of the Great Wall and the Yellow River.
[Methods] The quantitative analysis is conducted using the ArcGIS geographic information platform, involving the review of historical documents, the field investigation of existing sites, the utilization of drones for low-altitude image data collection for purpose of generating 3D real scene model, and the integration of historical aerial films and other multi-source data.The specific methodology comprises two key components: Firstly, analyzing the constituent elements of the defense system of river defence space and summarizing their functional attributes based on the theoretical framework of the Ming Great Wall’s military defence; secondly, summarizing the spatial distribution characteristics of river defence elements by incorporating changes in geographic location, hydrology, environment, and other natural factors. Indicators such as elevation, slope, and distribution distance are extracted to analyze the spatial characteristics of river defense under varying conditions. Then, the spatial distribution characteristics of the defense system in different modes were quantified. Ultimately, historical aerial films and real 3D point cloud data are utilized to reproduce the original appearance of defence facilities at river defence nodes.
[Results] Research results are summarized as follows. 1) In terms of the composition of element systems, the military river defense space focuses on strengthening the construction of the border wall system, military settlement, and beacon transmission system within each subsystem of the Ming Great Wall defense system. These systems are combined through points and lines to form a tight defense network of “waterfront warning−border defense−information transmission−reinforcement and response−military command−logistics support” to jointly realize the construction of a military defense pattern in the river defense space. 2) In terms of spatial distribution and site selection, military defense facilities have formed three geographical spatial distribution patterns under the influence of river morphology and specific natural factors. Starting from Laoniuwan, the Yellow River in the research area runs from north to south through Louziying to Hequ, with its southernmost end reaching Shiti Pass. During this process, the Yellow River experiences changes in elevation from high to low and water velocity from fast to slow, forming a geographical spatial change pattern from a curved river valley to an accumulation of shoals. 3) In the development of node facilities, city defense facilities and border wall nodes are tailored to cater to the requirements of river defense. This includes expanding corner ramparts for frontal enemy protection and incorporating passes and water gates on border walls to manage water flow. Using data extracted from historical aerial photos and 3D Real Scene point cloud, the original historical original appearance of Hequying City (a river defense node) and its border walls is restored.
[Conclusion] Driven by the intricate river water environment and military defense demands, a layered military defense network has emerged within the spatial pattern of river defense, and a comprehensive defense layout has been established by fully leveraging the natural terrain. Research results underscore the intrinsic relationship between the Great Wall’s military defense system and the natural river elements, which can promote the value research and comprehensive preservation of the military river defense space in Ming Dynasty. This research is envisioned to interconnect the Yellow River and the Great Wall National Cultural Park networks through river systems, thus contributing to the establishment of a comprehensive national cultural park system and the creation of significant symbols of Chinese culture.

Key words： heritage conservation; Ming Great Wall; military defense; river defense; spatial pattern; national cultural park

Cite this article

Tianlian WANG , Zhe LI . Analysis of the Spatial Pattern of Military River Defense on the Ming Great Wall: A Case Study of the Shanxi Section of the Yellow River[J]. Landscape Architecture, 2025 , 32(1) : 124 -132 . DOI: 10.3724/j.fjyl.202405180272

明长城军事防御体系是广泛分布于北方边疆的宏大人文地理景观，是边疆地区特殊人文活动与自然地理空间互动的产物[1]。整个长城防御体系及其规划、建设、演化过程都与河流水系密切关联。河流在军事防御中具有双重属性，既是防卫天堑，也是敌袭的主要通道。《明世宗实录》载：“山西偏头以西百五十里，恃河为险，有山隘峻险，以扼北虏。”[2]但由于河水“春冬冰结，虏可长驱即，秋夏水涨亦能涉渡”[3]。因此，河防是明长城军事防御体系建设中的重要环节，河防空间的建设体现出古人合理利用自然环境，因地制宜、因势利险、用险制塞的营建智慧。
目前针对河防空间的研究，主要从防止水患等河流治理层面，包括水利工程建设[4]、治河政策[5-6]、防洪防汛[6]等内容，但鲜有从军事防御功能的角度解读河防空间的研究。目前针对明长城军事防御体系的研究已有较多的成果，天津大学张玉坤教授课题组的李严等[7]、范熙喧等[8]、曹迎春等[9]提出明长城并非线性墙体，而是一个复杂的巨系统，是一个集军事防御功能和民族交融于一体“秩序带”的概念；并针对明长城九边重镇聚落，构建卫所制和九边总兵镇守制下屯兵城系统的镇—路—卫—所—堡层次体系[10-12]。在长城选址建设与自然环境关系方面，李严等[13]利用“形胜”“冲缓”总结了长城军事聚落地理景观模式，揭示了明长城九边重镇规划布局的形胜智慧；贺鼎等[14]基于沟峪单元视角对军防空间层次与组团模式进行探究，并指出军事防御强度受到河流、地形因素的直接影响；段诗乐[15]通过对宁夏镇军事聚落分布规律的研究，量化了聚落选址的影响因素与地形地貌之间的关联强度并总结出扼守川谷、据守水源等多种选址策略。已有成果在宏观的防御系统构成上为河防空间研究提供了参考，探究了山川水系等自然因素对军防建设的影响，为本研究提供了重要启示，但已有成果尚未涉及在河流水系因素影响下特定军事空间构成的研究。因此，在研究军事河防空间时，可在长城军事防御体系的理论基础之上，更加聚焦河防重点区段，将军事空间的格局与河流水系的自然环境进行耦合，进一步解析长城建设与河流的空间结构关系，基于沿河道微地形环境对长城防御体系建设模式进行归纳与解读。
本研究利用历史航片、历史舆图等多源数据，使用低空无人机航测采集图像数据生成实景三维模型，结合实地调研与ArcGIS地理空间分析方法，对黄河山西段明长城军事河防空间格局进行解析，主要包括3个方面内容。1）厘清河防空间的防御系统构成要素及功能属性；2）利用距离、高程、坡度等数据量化河防空间的地理分布特征，总结防御系统结合地理形胜的空间分布模式；3）通过多源数据的互证，对城防设施、边墙及附属设施等河防空间节点进行历史原貌复现。研究可促进明长城军事河防空间的价值研究和整体性保护，充分挖掘并整合长城与黄河资源，以发挥其多源价值与多重作用，推动以河防空间为依托的长城与黄河国家文化公园整体性建设和系统性展示利用，以此塑造出中华文化的重要标志。

1 研究区域与方法

1.1 研究区域

长城军事防御体系与河流水系自然环境要素高度耦合，紧密交织。本研究选择黄河作为河防的典型水系，以黄河山西段的干流为主要研究区域（图1），具体包括明长城山西镇西部防区下辖兵备道中的岢岚道西路和河保路（今山西忻州境内）。该区域中黄河水系与长城军事防御体系并行，是明代河防建设的重点区域，也是北方农耕文明和游牧文明冲突与融合的前线，起到捍卫山西、屏藩京师的重要防御作用。在全国范围内的明长城军事防御体系建设中，该地区河防空间要素最丰富、连续性防御墙体最长，是地形环境最复杂的典型区段。《宣大山西三镇图说》中对此区域的描述为“三面滨虏极号孤悬，关塞之重地，全晋之屏翰也”[16]，同时该地区“逼近黄河乃北虏套虏交侵之地，最为冲险”[17]。冬季河水结冰之时，游牧部落踏冰过河而入更为容易，“冬春冰结，胡越一家，无险可恃”[17]。史料中曾多次记载冬季入侵事件，如《宣大山西三镇图说》载：“嘉靖四十三年（1564年）套虏踏冰过河，戕掳本县（岢岚）人民无数”[16]；《道光偏关志》载：“隆庆十月虏由刁窝嘴乘冰渡河，掠偏头及楼子、河曲诸营”[3]。于是为加强防守，“每冬水结，调偏关老营兵万余为之御冻，次年二月冰解始回”[3]。因此，本研究以黄河山西段为例进行河防空间研究具有一定的代表性，能为其他区段和流域的研究提供借鉴。
图1 研究区域

Fig. 1 Research Area

1.2 研究数据与方法

研究数据包括长城资源数据、历史航片数据、基础地理信息数据3种类型。长城资源数据在国家文物局长城资源调查统计成果的基础上，主要来源于天津大学长城课题组自建的 “明长城全线图像与实景三维数据库”。该数据库基于全线连续的低空无人机航测获得精度达厘米级图像和实景三维点云数据，填补长城全线详实现状资料的空缺，可实现对河防空间的微地形分析和格局解读。历史航片由1960—1980年锁眼卫星（earthexplorer.usgs.gov）拍摄，真实记录了大规模现代化建设前的历史场景，保留了较为完整的明代长城遗存，通过与古代舆图、遗存实物及三维点云数据的相互验证，能够实现长城河防空间节点的历史原貌复现。基础地理信息数据包括：高程数据来源于地理空间数据云，精度为30 m；河流水系数据来源于国家基础地理信息中心和OpenStreetMap开放地图（图2）。
图2 技术路线

Fig. 2 Technical route

2 河防空间防御系统构成

明长城军事防御体系是由边墙系统、屯兵城系统、驿传系统、烽传系统、预警系统、边贸系统和屯田系统共同构成的具备整体性与系统性的巨系统[10]。针对军事河防空间，明朝重点加强边墙系统、屯兵城系统、烽传系统的建设，以承担沿河御敌、据点设防、信息传递三大核心功能。近邻河岸的边墙系统是御敌的前线阵地，也是腹内聚落的重要屏障；屯兵城系统是防御的核心据点，为河岸防线提供支援，并增加了整体的防御纵深；烽传系统通过燃烟举火等方式，沿烽传路线逐级传递敌人进攻信息。此外，通过驿传系统进行资源传递，通过屯田系统进行后勤供给。这些系统通过点线结合，形成“临水预警—沿边防卫—信息传递—增援策应—军事指挥—后勤保障”的严密的防御网络，共同构建河防空间的军事防御格局（图3）。
图3 河防空间防御系统构成[7]

Fig. 3 Composition of the defense system of river defense space[7]

2.1 边墙系统

军事河防空间边墙系统包括墙体及其附属设施、自然天险、壕沟、品窖等防御工事，结合水关、暗门沟通内外，以上防御要素共同构成了墙体连续防御、岸线与关口相接的最外侧的严密防线。研究区域内的长城墙体南至河曲石梯隘口，沿黄河向北蜿蜒至老牛湾，西邻黄河，东至地椒峁接中路宁武，共计长度约204 km（354里）[16]。筑墙充分利用沿河岸的山坡，铲削成堑，“铲偏坡，边外山坡平漫，势可驰骤，难为守者，随其高下剧成壕堑，以限虏马”[3]。此外沿边墙设置“敌台，以便守御；暖铺，以便巡警；墩台，以便瞭望”[2]，形成沿河的一线防御屏障。
针对河道冬季结冰，“天堑变通途”的季节性特点，总兵官王继祖提倡打冰的策略，以防贼渡，但“朔气严凝，随打随结，军士寒苦不支，然于防御终不足恃”[18]。于是嘉靖四十四年（1565年）五月，山西巡抚万恭建议修筑边墙，并于要害处增筑军堡，“守墙则我常可恃以待虏之来，打冰则虏常可伺以乘我之敝”[2]。此外，为加强沿河岸线防守，在临水的滩地处，“增设横墙，使虏不得长驱；设守河空心敌台，以河口扼险”[2]（图4）；在山口处设置障碍物，如“挑品字窖坑，深阔各四五尺，以限虏马；密置钉板、蒺藜，以为险阻”[19]。
图4 边墙系统[20]

Fig. 4 Border wall system[20]

2.2 屯兵城系统

明长城的屯兵城系统由军事聚落构成，包括“镇城—路城—卫城—所城—堡城”5个层级，根据山西镇的军事管理制度的特点可总结为“镇—道—路—堡城—堡寨”的层级管理模式[1]。研究区域内军堡共计35处，其中路城为偏头关与河曲营城；根据《九边图说》中对于“冲缓”的分类，可分为极冲军堡29处，次冲军堡6处。
各级各类军事聚落按照军事从属关系和功能，可分为沿边临水聚落、腹内交通聚落、后勤供给聚落，形成沿河多重进深的纵向防御体系（图5）。当前线河防烽火台传递敌情讯息而至时，沿边临水聚落向上级报告或组织兵力驰援抗击；对已突破河防边墙防线的敌人，或固守待援助，或调集周边各级河防聚落官兵进行围剿。
图5 历史舆图中的屯兵城系统结构[16]

Fig. 5 Structure of military settlements where troops are stationed as shown in historical maps [16]

在冬季河水结冰之时，为防止敌人踏冰而入，常调兵守御以增强临水聚落的防御能力。例如，《宣大山西三镇图说》载，“每遇冬月冰结，（山西省城）发御冬司官军赴保德等处防河，次年二月冰解始回”，并“招募敢战之士三千专任防河”[16]。《明英宗睿皇帝实录》载：“于偏头关东设水泉营堡，北置滑石涧堡，沿边挑壕堑、立柞木，以防贼之奔突。黄河东岸居民稠密，又设楼子营等堡七处为御冬之计，河冻则益兵守之。”[2]各级聚落之间区域联防、相互应援，形成了组织有序、层次分明的整体性河防空间屯兵城系统。

2.3 烽传系统

烽传系统通过连续的烽火台，利用狼烟、烽火或声音等载体进行预警与信息传递，“昼 夜瞭望，寇至，夜则举火，昼则举炮为信，以军士坚守之”[21]。烽火台根据与边墙位置的不同分为3种。 1）腹外烽火台：垂直于长城向外延伸，紧邻水面守河，侦查一线敌人动向；2）沿边烽火台：邻近长城线及河道排布，负责横向传递信息，有利于迅速调动各防区官兵作战；3）腹里烽火台：垂直于长城向腹里军堡延伸，或在军堡间排列成线，或围绕军堡分布[22]。当敌人从河道进攻时，腹外烽火台借依高地最早发现敌情，之后根据警情级别传递至沿边烽火台，再结合驿传系统接力传递至腹里管理机构（图6）。每个墩台“因墙修筑墩院，守墩即以守墙，修墩即以修 墙”[2]，墩堡中都有数名守墩兵士，军士配有火枪和弓箭，可以在堡上依托坚固的墩堡防守待援，迟滞敌人的进攻，主墩台也可作为制高点和坚固火力点沿河道提供火力，以保障边墙不易被攻破。
图6 烽传系统沿河传烽典型实例：石峁烽火台

Fig. 6 Typical example of the beacon transmission system: Shimao Beacon Tower

3 河防空间地理分布特征

军事河防空间建设与水文、环境等自然要素存在高度耦合的空间关系，依凭具体地形地貌条件与河道形态，形成适宜性沿河区域防御格局。研究区域包括岢岚道西路和河保路，其中黄河从老牛湾由北至南，经楼子营至河曲，黄河与长城并行的最南端至石梯隘口，经历高程由高至低、水流速度由快至缓的变化过程，形成由弯曲河谷到堆积滩地的地理空间格局（图7）。军事防御设施依据地理形胜可总结为3种空间分布模式：1）高地——因山设险，依山据守；2）平地——封锁河岸，设墙据守；3）河口——扼守河谷，重点防御。利用ArcGIS栅格“值提取至点”工具进行地理空间分析，提取军事聚落和烽燧的高程、坡度、与河流距离、分布间距4个指标，对不同模式下的防御系统空间分布的自然地理指标进行量化（表1）。
图7 高程分布图

Fig. 7 Elevation distribution map

表1 自然地理指标及类型占比

Tab. 1 Quantification and type proportion of physical geography indicators

类型 占比/%
指标 分级 山地（岢岚道西路） 平地（岢岚道河保路）
军事聚落 烽燧 军事聚落 烽燧
高程/m 500~1 000 12.5 15.6 96.2 87.6
＞1 000~1 500 72.9 69.4 4.8 12.4
＞1 500~2 000 12.1 13.6 0 0
＞2 000 2.5 1.4 0 0
坡度/° 0~3 33.3 48.4 63.6 59.4
＞3~6 54.2 42.6 27.3 38.5
＞6~9 8.3 9.0 9.1 2.1
＞9 4.2 0 0 0
与河流距离/m 0~500 13.5 23.6 38.5 43.2
＞500~1 000 38.4 42.3 49.2 39.8
＞1 000~1 500 40.7 18.3 12.3 14.8
＞2 000 7.4 15.8 0 2.2
分布间距/m 0~2 000 13.4 93.6 33.6 98.4
＞2 000~5 000 16.4 6.4 48.5 1.6
＞5 000~10 000 68.4 0 15.4 0
＞10 000 1.8 0 2.5 0

3.1 高地——因山设险，依山据守

在高地，借助自然山体与河道形成的高差，形成“因山设险，依山据守”的防御模式。通过分析各遗址点的高程和坡度，发现从楼子营堡沿黄河以北至老牛湾，位于该段的军事聚落和烽燧具有明显的海拔高、地势不平坦的特征，72.9%的军事聚落分布在海拔高度＞1 000~1 500 m，并且坡度在＞3°~6°内的数量占比54.2%。山地地区的军事聚落分布间距普遍在5~10 km；而与此相比，平地上的军事聚落分布相对稀疏，可见水流速度和堤岸壁立程度对军事聚落分布有直接影响。边墙的设置多沿山体等高线铲削成堑，形成山险墙，“山冈平垣者，悉斫削陡峻，以绝虏骑”，且“斩崖修墙、凿堑之劳省于筑垣，设险之利同于御寇”[23]。
军事聚落巧妙利用微地形条件下海拔较高的台地，依靠高差实现“单向可见”的不对称优势，居高临下眺望不远处山脚水系情况，防御性强，“上据峭壁，下临黄河，亦一夫当关，千人莫踰之险也”[24]。例如老牛湾堡、石梯子堡、万家寨堡，与河道高差均在百米以上，形成居高临下的良好视野。《保德州志》中曾描述石梯天险的形胜：“郡踞山巅，地势峭峻，入境以来，皆陡涧深沟，车不能行，马亦难驰，诚据险易守之地。”[24]城址建设多在崖险基础上铲削为山城，省工而速成，可短时间内完成依台就势的城防构筑；同时为了和地形地貌充分结合，城的平面呈有机形态（图8）。42.3%的烽燧选址紧邻水面，沿河道据守高地，可与周边烽燧通视无阻，并逐级传烽至腹内，实现“边外立墩举火，腹里移文驰报”[3]（图9）。
图8 山地军事聚落选址实例

Fig. 8 Examples of site selection for military settlements in mountainous areas

图9 山地烽燧选址实例：阳尔塔烽火台

Fig. 9 Example of site selection for a mountainous beacon tower: Yangerta Beacon Tower

3.2 平地——封锁河岸，设墙据守

平坦的河谷地区是河防的难点，军事防御设施设置在紧邻河道的滩地上，形成“封锁河岸，设墙据守”的模式。从高程和坡度分布情况来看，自楼子营堡起往南至河曲营城，再至最南端石梯隘处，96.2%的军事聚落海拔高度在500~1 000 m，63.6%的军事聚落坡度在0~3°的范围内，且48.5%的军事聚落分布间距为2000~5000 m，较山地聚落密度增大。聚落与河流之间的距离为500 m以内，最近处仅92 m，可见通过防线前置的方式实现对河岸的封锁，以发挥军事聚落的防御第一属性。
河曲等河谷平缓地区曾多次增修边墙（图10）。如《明孝宗实录》载：“请仍于旧墙外，随逐河曲相度地方增筑大边一道，务极坚厚。墙内每三里筑一墩，增军守之。”[2]《道光偏关志》载：“万历二十五年（1596年），兵宪赵彦大修边政，沿河多建烽墩、望台，视前更为完固。”[3]长城墙体依据“凡平野广漠，万马争驰，沙则叠石包砖，土则广基厚顶，法宜用实筑”[25]的筑墙原则多包砖或石砌。《明神宗实录》载：“沿边墩台圮坏者宜修筑部。土筑者宜砖砌，及要害处二十余里俱建高楼。”[2]由此可见，通过修筑边墙及墩台以正面封锁河岸咽喉。
图10 平地军事聚落及边墙选址实例：河曲营城及周围边墙

Fig. 10 Example of site selection for a military settlement on flat land and its border wall: Hequying City and surrounding border wall

烽燧高程分布与邻近城池的高程大致相同，并利用烽燧本身的建造高度来满足军情传递的需求，且近邻河流之处设置守河墩台以向对岸或腹内传烽（图11）。如唐家会2号烽火台与河流距离93 m，楼子营堡西北侧烽火台（已无遗存，历史航片可见）距河流114 m。延伸至河岸的烽火台可在敌人由河流入侵时由守墩军士进行点烟预警。《明孝宗实录》载：“黄河岸边墙尽处，筑墩台各一座。每岁冬拨军哨守，至初冬之时冻，以草卷沙如土牛之形，横列冰上。”[2]
图11 平地烽燧选址实例：唐家会堡[20]

Fig. 11 Example of site selection for a beacon tower on flat land: Tangjiahui Fort (“Tangjiahuibao”)[20]

3.3 河口——扼守河谷，重点防御

河流冲击穿切山岭形成的河谷低地会形成穿越山脉的交通孔道，易成为敌方侵入廊道，需在河口处进行军事河防的重点建设，以加强节点处防御。主要方式包括在河口处设置堡寨，在河谷处设置关口，在敌军通道处设置立体防御墩台。
在河流水系冲蚀而出的险要弯道，设置关口使士兵戍守于弯道的后方，可有效降低敌方的进攻速度，同时狭窄的山谷也限制了敌方骑兵展开战术。关口常设置在谷间滩地的山嘴崖顶上，从而以最短的距离从正面对河岸进行封锁。本研究选取石城关、万家寨、关河口3处代表性的河口设防节点（图12），提取可通行宽度、与河道距离、与水面高差、山谷侧山脊至山脚落差4个指标，量化河口节点防御情况（表2）。
图12 河口处重点设防节点

Fig. 12 Main defense modes at the estuary area

表2 河口节点地理指标量化

Tab. 2 Quantification of geographic indicators for estuarine nodes

河口 河谷可通
行宽度/m		 与河道
距离/m		 与水面
高差/m		 河谷两侧山脊至
山脚落差/m
石城关 98 23 175 192
万家寨 75 182 129 220
关河口 110 208 113 148
石城关（图13-1）与黄河河道距离仅 23 m，与水面高差175 m，顺应地形等高线形成“几字形”的自由形态。利用河道的弯曲，在弯弓的突出部位可获得最佳的视野。利用峭壁形成唯一攀登的折线通道，路径宽度仅2 m，面向河道开门，实现对河道的封锁监控。万家寨（图13-2）设置在沟谷通道旁稍向内的台地上，河谷的可通行宽度75 m，与河道距离182 m，与水面高差129 m，正对河口以监视并控制河谷动向。在临近河岸的前线设置墩台（万家寨烽火台），距河道仅73 m，以实现前置预警。同时，万家寨处的冲沟一直向东北延伸11 km可至老牛湾堡东侧，两堡寨扼守沟谷通道，在军事上互为犄角，相互应援。关河口（图13-3）位于黄河与分支偏关河的交界处，是偏关的防御前线，该地可通行宽度约110 m，地势相对平坦，是敌人进攻的重要路线。《道光偏关志》载：“明宣德九年都督李谦筑石桥跨沟，下建三洞上置重楼，万历二十六年（1598年）兵宪赵彦复修坚厚，更于口外建望台，烽墩，以巩固严关。”[3]针对以上实例分析可知，在邻近河口的高地设置堡寨或关口，可凭借深沟高岭的绝佳作战地形，居高临下，针对来犯之敌进行高强度阻击，扼守敌人前进路线，实现军事要冲之地的河口防御。
图13 河口设防节点布局

Fig. 13 Layout of defense nodes at the estuary area

在沿河谷的交通孔道上，利用河道两侧山崖的高差，设置高低不同的墩台，以形成立体交叉防御（图14）。《道光偏关志》载：“万历二十五年（1597年），广建空心砖楼，并各隘口置望台，永为金汤保障。”[3]例如在关河口，2号烽火台 （高处）与3号烽火台（低处）之间直线距离315 m，垂直高差125 m，3号烽火台与沟谷垂直距离2 m。当敌人从河谷攻击时，高处烽火台最先发现敌情，低处烽火台可在敌人临近时先发起攻击，加强山谷的警戒和进攻。利用高差进行防区预警与视域控制，使得应援视野好，便于观察敌人动向，创造“无盲区”的交叉视野。
图14 高低墩台立体交叉防御（水门塔节点）

Fig. 14 Three-dimensional cross-defense of high and low beacons towers (Shuimen Tower defense node)

4 河防节点设施历史原貌复现

明长城通过军堡的城防设施及边墙的附属设施建设来增强河防重要节点处的军事防御。本研究利用历史航片及实景三维模型等数据，对河防节点进行防御设施的历史原貌复现，还原最初的空间格局，选择河曲营城的城防设施及其边墙设施作为对象，进行格局复原。主要步骤有3步：1）先通过测量历史航片上的城墙阴影，反推墙体高度；2）根据拍摄时间与地点纬度，确定太阳高度角后计算墙体高度，或者根据城墙与民居阴影之比推算相对高度；3）上述2步结合校验之后，与史料中的形制记载及保存情况较好的遗存进行多源互证，还原河防节点历史原貌。

4.1 城防设施：增扩角台，正面御敌

军事聚落的城防设施会根据沿河守卫的需要做适应性变化，河曲营城紧邻黄河，距离仅45 m，“逼邻草地，患在肘腋之下，守御于斯较严”[26]。本研究对其城防设施中的角台形制进行分析，以揭示城防设施的变化情况。
角台是城角防御的重要设施，明长城军堡多为直角，以便士兵拥有标准化的射击视野和统一的距离参照。《金汤借箸》载：“高台两边傍视夹击，使敌不敢直前冲挖，是人恃城以为卫，而城又借台以为卫矣。”[27]河曲营城西北角台由于近邻水面，由常规的 “直角”形制改为“多边形”，其余各方位角台形制不变。多边形角台面积增扩至常规形制角台面积的约2.7倍，增大了沿河的射击面长度，以宽阔的顶部长边排开更多的火炮、弹药和操作士兵，沿河道展开正面防御（图15）。
图15 城防设施：角台形制

Fig. 15 City defense facility: Corner rampart

4.2 边墙设施：设置关口及水门

河防节点的边墙附属设施包括关口、水门等，例如《道光偏关志》载：“嘉靖二十一年（1542年），巡抚刘泉檄兵备赵瀛自桦林保至唐家会，筑铁栅拦水口一十又八、暗门一、水门一、边铺一百又四。”[3]邻近河岸的关口可供车马、行人、货物从渡口或踏冰出入，进行长城内外的交流互通。当敌人从河道进攻时，可在关口上依托坚固的敌台和墩院防守待援，迟滞敌人的进攻，或作为制高点和坚固火力点为在河岸上战斗的军士提供火力支援。水门是墙体下方的走水孔道，结合河口及两侧本体防线设守口墩台。《崇祯长编卷二十七》对守口墩台设置原则进行记载：“凡水口盈涸不常，小者置锐台其上而下开，大者置台两傍或对面，法宜用设险。”[25]除此之外，为防止敌人从水路入侵，还在水门处增设水栅，主要做法为“并列木、铁通水，辰酉启闭”[28]；水门上还可增设活动水闸，可自主平衡水量，雨季开闸泄洪，旱季关闸蓄水。本研究在1973年的历史航片和现状遗存的实景三维模型基础上，对河曲焦尾城长城段的石破子关及边墙防御设施进行复现（图16）。
图16 边墙设施历史原貌复现

Fig. 16 Restoration of the historical original appearance of border wall facility

5 结语

本研究聚焦于明长城军事河防空间建设与格局，对河防要素系统构成、空间分布特征、节点设施建设展开研究，得到3个方面的结论。1）在要素系统构成上，军事河防空间在明长城防御体系各个子系统中重点加强了边墙系统、军事聚落、烽传系统的建设。基于河道防御前线，形成了以边墙为防御边界，以烽燧为预警系统，以聚落为基层单位的层层递进式河防空间格局。2）在空间分布与选址上，军事防御设施在河道形态与特定的自然因素影响下形成了3种地理空间分布模式：高地——因山设险，依山据守；平地——封锁河岸，设墙据守；河口——扼守河谷，重点防御。通过高程、坡度、与河流距离、分布间距4个指标对不同模式分布的自然地理指标进行了量化与印证。3）在节点设施建设上，城防设施与边墙节点设施针对河防需求进行适应性改变，包括增扩角台以正面御敌，边墙设置关口及水门以控制水流。利用历史航片及实景三维模型等数据，对河防节点河曲营城及其边墙防御设施进行历史原貌复现。本研究揭示了长城军事防御体系建设与河流自然要素之间的紧密关联性，河防空间格局在复杂的河流水环境与军事防御需求的影响下，构成了从河道向腹地逐层递进的军事防御网络，并充分利用自然地形环境构建防御格局。
随着明长城保护总体规划步入新阶段，明长城作为兼具整体性、系统性和层次性的“巨系统”与“秩序带”[29]，其保护和发展趋势需多方面挖掘军事防御要素与河流自然要素之间的紧密关联性。通过对河防格局的解析，可促进对明长城军事河防空间的价值研究和整体性保护，推动以河防空间为整体、以河流为线串联起散落分布的遗产点，整合明长城周边自然与旅游资源，支撑明长城保护传承、研究发掘、环境配套、文旅融合、数字再现五大重点基础工程建设，以期推动以河防空间为依托的长城与黄河国家文化公园整体性建设和系统性展示利用，助力国家文化公园综合体系构建，以此塑造出中华文化的重要标志。

图3由作者改绘，底图来源于参考文献[7]；图 4、11由作者改绘，底图来源于参考文献[20]；图5由作者改绘，底图来源于参考文献[16]；其余图表均由作者绘制或拍摄。

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