一、水文学的研究对象
水文学是研究地球上水的性质、分布、循环、运动变化规律及其与地理环境、人类社会之间相互关系的科学。地球表层的水,经过约35亿年的积聚和演变,逐渐形成了今天的水圈。水圈中的水广泛渗透于地球表面的岩石圈和大气圈,积极参与地表的各种物理、化学过程,不仅改变了岩石圈的面貌,也使大气圈的大气现象变得复杂多样,而且导致生物圈的出现,从而水又积极参与地表的生物过程。水对地理环境和生态系统的形成与演化具有重大的影响。
水是生命活动的物质基础,是人类赖以生存、发展的最宝贵的自然资源。无论是过去、现在或是将来,水始终是影响人类社会发展的重要因素,因此,水文科学在认识自然、改造世界的斗争中,有着重要的意义和广阔的前途。
自然界的水总是以一定的水体形态存在的,如江河、湖泊、海洋、地下水等,这些水体就成为水文学的主要研究对象。由于各种水体均通过蒸发、水汽输送、降水、地面和地下径流等水文要素的紧密联系,相互转化、不断更新,并渗透到地球的各个自然圈层,形成一个庞大的水循环动态系统,故水循环的研究是水文学的核心内容。随着水资源开发利用的规模日益扩大,人类活动对水环境的影响明显增强,大规模的人类活动干扰了自然界的水循环过程,改变着各个水体的性质,因此,水资源的开发利用和人类活动对水环境的反馈效应的研究,也已成为现代水文学研究的重要内容。
二、水文学发展简介
人类在争取生存和改善生活的实践中,特别是在与水旱灾害作斗争的过程中,对经常遇到的各种水文现象进行探索,在不断认识和积累经验的基础上,吸取了其他基础学科的新思想、新方法,经历了一个由萌芽到成熟、由定性到定量、由经验到理论的历史发展过程,逐渐形成了水文科学。
自远古至约14世纪末,为水文现象定性描述阶段。本阶段特点是:开始了原始观测,水文现象的定性描述及经验积累。世界上最早的水位观测出现在中国和埃及。公元前约22世纪,大禹治水已“随山刊木”(即立木于河中)以观测水位,以后都江堰的“石人”,隋代的石刻水则,宋代的水碑,明代的“乘沙量水器”等相继出现,表明古代水文观测不断进步,《吕氏春秋》、《水经注》等古代著作中,系统记载了我国各大河流的源流、水情,并记载着水文循环的初步概念及其他水文知识。
自15世纪初至约19世纪末,为水文科学体系形成阶段。本阶段特点是水文现象由概念性描述进入定量的表达,水文理论逐渐形成。欧洲文艺复兴及产业革命后,自然科学及技术科学迅速发展,1424年中国和朝鲜先后开始统一制作和使用标准测雨器。以后自计雨量计(1663,C.雷恩等),蒸发器(1687,E.哈雷),流速仪(1870, T.G.埃利斯)等仪器相继发明,19世纪以来,各国普遍建立水文站网和制定统一的观测规范,从而为水文现象实测、定量研究和科学实验提供了条件,这段时期内,P.佩罗的水量平衡概念(1674),谢才公式(1775),道尔顿蒸发公式(1802),达西定律(1856)等理论和公式相继出现,至此,水文科学体系已逐渐形成。
自20世纪初至50年代,为应用水文学兴起阶段。本阶段特点是水文观测理论体系进一步成熟,应用水文学进一步发展。第一次世界大战后,各国经济恢复与发展,防洪、航远、发电、工农业需水等各种建设向水文学提出了大量的新课题,以工程水文学为主的应用水文学相应诞生,不少产汇流理论、计算公式,如等流时线、单位线等理论和方法相继出现,大大改进了水文计算和水文预报的方法,提高了成果的精度。随着工程水文的发展,农业水文学、森林水文学、城市水文学也相应兴起。1949年《应用水文学》(R.K.林斯雷等)、《应用水文学原理》(D.姜斯登等)等专著出版,它们总结了这一时期的成就,使水文学开始直接为生产和生活服务。故应用水文学是水文科学体系中最富有生气的分支科学。