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气候环境的好坏，直接影响着人类的生产活动。从竺可桢《中国近五千年气候变迁的初步研究》来看，远古时期，历经夏、商、周，直到西汉，除西周时大约有一两个世纪的寒冷期外，两三千年中，黄河流域气温一直较温暖。著名的考古学家胡厚宣早在1945年就指出：在三千年前，黄河流域同今日长江流域一样温暖潮湿。 [4] 大量的考古和孢粉资料表明，在新石器时代，黄河流域不仅气候湿润，而且广泛生长着阔叶林和大片竹林。从西安半坡村遗址发掘的动物遗迹得知，当时的西安地区有十分丰富的亚热带植物种类和动物种类。动物野兽有獐（又名河麂）和竹鼠等，说明黄河中游气候温暖湿润，因为水獐和竹鼠等都是亚热带动物。就固原来看，《山海经》中记载，六盘山“其木多棕”，棕也是亚热带的植物，说明当时固原的气候湿润，植被茂盛，森林密布。
我国气象学界的研究结果表明，太平洋水汽是可以到达六盘山以东地区的。 [5] 早在远古时期，地处黄河中上游的固原，由于气候关系，地面水和地下水资源都很丰富。六盘山下的高原朝那湫池，就是当时著名的湖泊。 [6] 汉宣帝神爵元年（前60），大将赵充国在上疏汉宣帝的屯田奏折中说，他的士卒在湟水上游一带砍伐了很多树木，“皆在水次”，准备次年“解冰漕下”。 [7] 由此可见，当时湟水流量相当大。以此类推，汉代固原境内的清水河、茹河、泾河的水量也是比较大的。竺可桢认为，距今5000—3000年时，黄河流域平均气温约比现在高2℃，冬季气温高3℃—5℃。 [8] 气候与水源、森林关系密切。树木、植被具有涵养雨水、减缓水速之功能。固原早期大片森林和良好的植被，滋润着生态，涵养着水源。
远古时期的黄河流域主要是森林地区。黄河中上游地带的六盘山绝大部分为森林覆盖，其间夹杂着大片草地，到处郁郁葱葱。 [9] 20世纪80年代，六盘山地区相继出土了今已绝迹的六千年以前的云杉、冷杉、落叶松、连香树、圆柏、油松等，经相关技术鉴定或测定，历史上以六盘山为主体的固原地区的确存在着广阔森林和森林草原。 [10] 优越的地理环境，为早期人类在六盘山东、西繁衍生息提供了良好的条件；气候温暖湿润，森林密布，覆盖着深厚的黄土；充沛的雨量滋润着茂密的森林，森林草原又涵育了丰富的水源，植被和地表层的腐殖质，大大减轻或遏制了地面的水土流失。因而气候和自然环境良好，极有利于人类生存。
春秋战国时期，固原为游牧民族义渠戎属地。秦灭义渠戎国之后，置郡设县，开始人口迁徙，固原境内的山川沃野得到耕垦。汉唐时期，固原仍是水草丰茂、牛羊成群的景象，成为重要的农牧地区之一。
清水河，古代称高平川水，是黄河一级支流，也是固原城址选取的首要条件。西汉高平县城，位于高平川（清水河）上游西岸。汉代陇山（六盘山）地区气候湿润，雨量充沛，水资源丰富。六盘山下的朝那湫，是黄土高原上的著名湖泊。发源于六盘山东麓的清水河，北流约320公里，在宁夏中宁县境内的泉眼山汇入黄河。正是这样一条河流水系，成就了高平城。人类早期栖息地离不开丘阜和水源，这除了生活饮用之外，水系与道路交通往往融为一体，也是需要考虑的重要因素。因此，古人居住生产基本选择在河流附近，或者在河流交汇的三角地带居住。随着人口繁衍增多，当河谷水泽之畔可资居住的地方显得不足时，就必然向丘陵地带发展，但必须是沿着河谷地的丘陵。由古代城址的选取和人类生存之地选择看，山（屏障）、河流（交通）和可资耕种的沃野良田，是必须具备的地理条件。
“聚落建在丘阜之间，丘阜的源泉可充饮水，丘阜的树木可作燃料，附近河流泛滥之时，丘阜因其地势，可以免受洪水之灾。丘阜的南坡向阳，冬季有较好的小气候条件，而丘阜本身又是一个制高点，有利于攻守。” [11] 这是人类早期的生存智慧。
发源于六盘山的泾河，向南流经甘肃平凉、陕西彬县，在西安市高陵区汇入渭河，为黄河的二级支流。泾河与清水河一南一北，将关中与塞外连接起来，将关中之地与黄河贯通，固原城位居清水河、泾河二水之中游。缘此，固原“古城”的军事意义重大。清水河、泾河，不仅给沿岸居住的先民提供了生存用水，而且两条水系贯通了南北大通道。这条大通道即汉唐以后的萧关古道，也是绿洲丝绸之路东段北道的主干道。
此外，发源于海原县月亮山的葫芦河，发源于六盘山的茹河，它们都是固原城外围较大的河流水系。道路与水系、山峦与关隘，是古代人选址筑城所必需的自然地理条件。
六盘山，是固原城选址的另一个制约性条件。六盘山位于固原城西南，山势雄奇高耸，呈南北走向，纵跨陕、甘、宁三省区，是古代关中西北方向的要塞屏障，环关中四关（东函谷关、南武关、西散关、北萧关）中有两关（散关与萧关）就依托着六盘山。陇山，为六盘山南段的别称；六盘山得名，由洛畔、鹿畔谐音相转而来，历史悠久，承载着厚重的历史文化。六盘山下的高平城，控扼关中西出北上的要道。高平城，依山（六盘山）面水（清水河），其城址选取充分利用了这里山水所形成的自然地理格局，尤其是无法改变的有绝对控制作用的道路及其地理环境。
平坦肥沃的土地，是人类赖以生存的根本。可资耕种的良田，是古代人城址选取的又一重要条件。清水河流域，由南到北直抵黄河岸边，数百公里旷野，皆阡陌平畴，两岸地形开阔平坦，适宜于人群居住。这里自然条件优越，可耕可牧，有利于农牧业发展。同时，作为连接关中与塞外的萧关古道，清水河流域军事地理特点突出，扼守着北方草原游牧民族南下的通道。泾河流域亦适宜人类生存，气候湿润，土地肥沃，也是可耕可牧的地方。
这种山川、河流、沃野所赋予的自然地理格局，是人类无法改变的自然地理空间，也是高平城选址必须依赖的外围大的地理格局和条件。
古代的城市建设，军事防御条件是确定城址选取的重要因素，尤其是像固原这样的边防要地。防御条件通常体现为自然地形对交通道路的绝对制约，“塞”与“通”的矛盾相互统一，构成了城市兴起和发展的交通基础。 [12] 高平城选址的动因，直接出于军事目的。这不仅在当时，即便从后来固原城的发展变迁看，这一使命几乎伴随着它的全部历史。高平城的发展过程，在很大程度上彰显着其军事性质，也体现着古代城市政治与军事特点。民国《固原县志》的文字，在描述固原城的形胜时说：“治城形势如磐石，东岳辅于左，西坪翊于右，九龙摈于前，北塬拓于后，清水河襟带于东南，饮马河纡轸于西北。” [13] 如果放大地域空间，以六盘山为屏障，以关中为依托，以固原城为军事重镇，将其放在黄河与贺兰山这个更大地域空间里审视，高平城的价值及其意义更为重大。
固原城之形胜，有两个山水相接的大地理格局。山为水之源，固原城南香炉山（六盘山余脉），涵养了环固原城之水系，是固原城的地脉所在。清水河北流，与九龙山相遇；黄峁山、东岳山向北，两山余脉在明家庄长城梁相遇，形成了西南高、东北低的大塬。在这个大塬上还有两条水系，一是城西南的马营河，二是城西北的饮马河，二水虽源出本境，但它们的根脉仍在香炉山，二水皆汇入清水河。如果加上清水河水系，固原古城为三水绕城的水系状态。此为其一。
其二，清水河为黄河一级支流，发源于六盘山，北流与黄河相连接；泾河为黄河二级支流，发源于六盘山，南流汇入渭水。这两条一南一北的水系，将关中与塞北连接起来，固原城正处在这个大地理格局的中枢，极具特殊意义。关中四关北面之萧关，也能说明固原城在军事通道方面的重大价值和特殊意义。从地理格局讲，地脉是难得而非常清晰的。在这个大塬上，不但诞生了固原古城，而且孕育了许多与固原城密切相关的重大历史事件和重要历史人物。民国《固原县志》从地理空间上论述了固原城的视野和格局，“塬之四周，如山如阜，如岗如陵，如川方至，层出不穷。故为郡、为州、为县，各具天然界限，足供行政区域之伸缩” [14] 。有创设郡、州、府、县的山川水系等自然地理环境和条件，更有设镇、为军、为卫、为堡、为寨的军事地理环境，有其天然空间之界限。高平古城选址利用了这些自然地理条件，也奠定了后来固原政治军事格局。
固原城所在的这个大塬，东西宽9公里，南北长6公里。大塬东北为固原城，西北侧为战国秦长城，西南为六盘山余脉香炉山、白马山，东南为清水河、马营河。城南旷野，隋唐时称“百达原”。这个塬上，近数十年间考古发掘出土北周、隋唐墓葬数十座，承载着汉唐时期固原城一部分历史故事。
城池的选址与修筑，与地理环境相一致，遵循的是自然法则，体现的是“天人合一”的理念。选址与筑城受地理环境影响，如平原地带筑城多为方形，地势复杂的城址往往受河流、山岳等地理环境的影响，城的形制会有变化。固原城就是这样。虽然城池大体为长方形，但东北角城墙、西南城墙走向受地理环境的影响略有变化，尤其是东北角城墙沿清水河台地变化而成不规则形。汉代固原城修筑之后，城墙的主体位置两千多年间大体沿袭未变，体现了古代社会人文形态的整体性。“天不变，道亦不变”，社会形态不变，城市形态变化大体在“变与不变”的时空中延续了下来。同时，城市形制有一套固定不变的原则，这就是《周礼·冬官考工记》中的“营国制度”。它虽然主要是指都城建筑，但对府、州、县城的修筑同样影响深远。