水文學

【字體:      】     打印     2008-10-21 16:32      

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  (hydrology) 研究地球水圈的存在與運動的科學。它主要研究地球上水的形成、循環、時空分佈、化學和物理性質以及水與環境的相互關係,為人類戰勝洪水與乾旱、充分合理開發和利用水資源,不斷改善人類生存和發展的環境條件,提供科學依據。

  學科內容 水文學既是地球科學中一門獨立的基礎科學,與氣象學、地質學、地理學、植物生態學等有著密切的聯絡; 又是一門應用科學,廣泛地為水利、農業、林業、城市、交通等部門服務。廣義的水文學包括海洋水文學、水文氣象學,陸地水文學和應用水文學。海洋水文學著重研究海水的化學成分和物理特性、海洋中的波浪、潮汐和海流、海岸橫向泥沙運動等,習慣上把海洋水文學列為海洋學的內容之一。水文氣象學研究水圈和氣圈的相互關係,包括大氣中的水文循環和水量平衡,以蒸發、凝結、降水為主要方式的大氣與下墊面的水分交換,暴雨和乾旱的發生和發展規律,它是水文學和氣象學的邊緣學科。陸地水文學研究陸地水體的各個方面。直接為生産服務的應用水文學,是現代水文學中最富有生氣的分支學科,水文學通常主要指陸地水文學和應用水文學。

  發展簡史 水文學的發展大體分為4個時期:

  (1)萌芽時期(從遠古到15世紀)。這—時期的基本特點是:(1)開始了原始的水文觀測。公元前 2300年中國開始觀測河水漲落,此後,秦代李冰設都江堰的“石人”,隋代設石刻“水則”,宋代設“水則碑”等,表明水位觀測不斷進步。雨量觀測于公元前 400年前首先在印度出現。中國至遲在秦代(公元前 221~前207年)已開始有測報雨量的制度,到了公元1247年,已有較科學的雨量筒和雨深計算方法,並開始用“竹器驗雪”計算平地降雪深度。5世紀,中國開始用“流浮竹”測量河道流速。明代劉天和治理黃河,採用“手制乘沙採樣等器”測定河水中泥沙的數量。(2)開始積累原始水文知識。成書于公元前239年的《呂氏春秋》中寫道:“雲氣西行云云然,冬夏不輟。水泉東流,日夜不休。 上不竭,下不滿,小為大,重為輕,圜道也。”提出了樸素的水文循環思想。成書于6世紀初的《水經注》中,論述了當時中國版圖內1252條河流的概況,是水文地理考察的先驅。

  (2)奠基時期(15世紀~19世紀)。這一時期的基本特點是:(1)近代水文儀器開始出現,使水文觀測進入科學定量階段。1663年C.雷恩和R.胡克創制了翻鬥式自記雨量計,1687年E.哈雷創制測量水面蒸發量的蒸發器,1870年T.G.埃利斯創制旋杯式流速儀,1885年W.G.普賴斯的旋槳式流速儀問世。隨之,各種水文站開始出現。(2)近代水文科學理論逐步形成。 1674年P.佩羅對塞納河徑流量估算及降雨量、徑流量的對比分析,提出水量平衡概念,後來發展成水文科學最基本的原理之一。1738年D.I.伯努利發表水流能量方程。1775年A.de謝才發表明槽均勻流公式。1802年J.道爾頓建立計算水面蒸發的道爾頓公式。 1851年T.J.摩爾凡尼提出匯流和匯流系數概念,並提出計算最大流量的著名推理公式。1856年 H.-P.-G 達西發表了描述均勻介質中地下水運動的達西定律。隨之,水文學專門著作開始出現,為水文學作為一門近代科學奠定了基礎。

  (3)應用水文學興起時期(20世紀初~20世紀50年代)。進入20世紀,大量興起的防洪、灌溉、水力發電、交通工程和農業、林業、城市建設向水文學提出越來越多的新課題,解決這些課題的方法由經驗的、零碎的逐漸理論化和系統化。首先從1914年到1924年,A.黑曾,H.A.福斯特等人把概率論、數理統計理論和方法系統地引入水文學。1932~1938年L.R.K.謝爾曼、 R.E.霍頓、G.T.麥卡錫、F.F.斯奈德以及隨後C.O.克拉克、R.K.Jr.林斯雷等人在單位線、河道洪水演進,多個水文變量聯合分析和徑流調節計算等方面取得了開拓性進展。在此期間,水文站在世界範圍內發展成國家規模的水文站網。這些成就為應用水文學的興起在資料條件、理論基礎和方法論等方面奠定了基礎,並率先形成了它最重要的分支學科——工程水文學。接著,應用水文學其他分支學科,如農業水文學、森林水文學、城市水文學等也相繼興起。1949午,R.K.Jr.林斯雷、M.A .科勒和 J.L.H.保羅赫斯合著的《應用水文學》,D.姜斯敦和 W.P.克羅斯合著的《應用水文學原理》,美國土木工程師學會編著的《水文學手冊》等應用水文學專著問世,標誌著應用水文學的誕生。

  (4)現代水文學時期(20世紀50年代以來)。 20世紀50年代以來,科學技術進入了新的發展時期,人類改造自然的能力迅速增強,人與水的關係正由古代的趨利避害,近代較低水平的興利除害,發展到現代較高水平的興利除害新階段。這個新階段賦予水文學新的特色:(1)人類對水資源的需求愈來愈迫切,水文學的研究領域正在向著為水資源開發利用提供地表水,地下水、水文時序系列等基本資料,為水文模擬技術及其優化等方向發展。(2)大規模人類活動對水文循環,進而對地球環境正在産生多方面的影響。研究和評價這種影響,就是環境地學的範疇.它指導人們在水資源開發時注意到對水文循環的影響,盡可能使之有利於或至少保持人類生存空間的環境質量,也是水文科學發展中的新課題。水文學和環境科學的交叉學科——環境水文學正在孕育形成中。(3)現代科學技術,如核技術、遙感技術、計算技術,隨機過程的理論與方法、系統分析的理論與方法等,正在滲入水文學的各個領域,使傳統的水文學方法出現突破性的進展。(4)水文學的研究領域不斷擴大,水文學和其他地球科學中各學科間的空隙逐漸得到填補,交叉學科正在蓬勃興起。由於水逐步商品化,在缺水地區已成為社會發展的制約因素,同時人類活動對水文循環及水環境的干預可能引起的各種影響愈來愈大,因而對此進行分析估算,也是今後水文學發展的一個重要方面。

  (華士乾 劉國緯) 中國水利百科全書/第3卷/1857頁/1990.12/水利電力出版社

作者:    責編: Administrator
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