水文學(xué)：第一章 緒論

第一章緒論1、水文學(xué)研究的意義2、水文學(xué)的定義與研究?jī)?nèi)容3、水文學(xué)的發(fā)展及其分支4、水文現(xiàn)象及其主要特點(diǎn)5、水文學(xué)的研究方法1、水文學(xué)研究的意義水在地球上無(wú)處不在，是與人類關(guān)系最密切、對(duì)人類影響最大的最為常見(jiàn)的物質(zhì)之一。水有很好的流動(dòng)性，是自然環(huán)境中最為活躍的組成成分之一，是各種自然要素相互聯(lián)系和作用的重要介質(zhì)和途徑。是人類社會(huì)生存和發(fā)展不可或缺的自然資源。2、水文學(xué)：定義-Hydrology是研究地球上各種水體如海洋、湖泊、沼澤、冰川、地下水等的形成、時(shí)空運(yùn)動(dòng)及其變化規(guī)律與地理分布的科學(xué)（鄧綬林編“普通水文學(xué)”，高等教育出版社，1979）。是研究地球上水的性質(zhì)、分布、循環(huán)、運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律及其與地理環(huán)境、人類社會(huì)之間相互關(guān)系的科學(xué)(黃錫荃主編“水文學(xué)”，高等教育出版社，1993;管華主編“水文學(xué)”，科學(xué)出版社，2010.6第一版)。海洋研究對(duì)象-地球上的各種水體河流湖泊水汽巖石-土壤含水地下水2、水文學(xué)：研究?jī)?nèi)容從定義看研究?jī)?nèi)容：研究地球上各種水體的性質(zhì)、形成、分布、時(shí)空運(yùn)動(dòng)及其變化規(guī)律、與地理環(huán)境和人類社會(huì)之間相互關(guān)系的科學(xué)。核心研究?jī)?nèi)容：水循環(huán)地球上各種水體均通過(guò)蒸發(fā)、水汽輸送、降水、地表和地下徑流等水文要素緊密聯(lián)系、相互轉(zhuǎn)化、不斷更新的過(guò)程。水循環(huán)滲透到地球的各個(gè)自然圈層。3、水文學(xué)的發(fā)展與分支水文學(xué)的發(fā)展經(jīng)歷了從萌芽到成熟、定性到定量、經(jīng)驗(yàn)到理論的發(fā)展過(guò)程。發(fā)展：(1)14世紀(jì)以前：水文學(xué)現(xiàn)象的定性描述階段特點(diǎn)：原始的觀測(cè)，水文現(xiàn)象的定性描述。大禹治水“隨山刊木”都江堰“石人”隋代的石刻水則宋代的水碑明代的“乘沙量水器”定性描述：《呂氏春秋》《水經(jīng)注》，系統(tǒng)記載了我國(guó)各大河流的源情、水情，以及水文循環(huán)的初步概念?！度A陽(yáng)國(guó)志·蜀志》“西于玉女房下白沙郵作三石人，立三水中，與江神要，水竭不至足，盛不沒(méi)肩”特點(diǎn)：水文現(xiàn)象由概念性描述進(jìn)入定量表達(dá)，水文理論逐漸形成。1424年，中國(guó)和朝鮮開始制作和使用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)雨器；1663年，雷恩：自計(jì)雨量計(jì)；1687年，哈雷：蒸發(fā)器；1870年，埃利斯：流速儀；各國(guó)建立水文觀測(cè)網(wǎng)、制定統(tǒng)一觀測(cè)規(guī)范，為水文現(xiàn)象實(shí)測(cè)、定量研究和科學(xué)實(shí)驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)。發(fā)展：(2)從15世紀(jì)初到約19世紀(jì)末：水文學(xué)體系形成階段1674年，佩羅：水量平衡概念；1775年，謝才公式（計(jì)算明渠和管道均勻流平均流速或沿程水頭損失）；1802年，道爾頓蒸發(fā)公式；1856年，達(dá)西定律（滲透能量損失與滲流速度之間的相互關(guān)系）。理論研究成就：發(fā)展：(3)從20世紀(jì)初到50年代：應(yīng)用水文學(xué)興起階段特點(diǎn)：水文觀測(cè)理論體系進(jìn)一步成熟，應(yīng)用水文學(xué)進(jìn)一步發(fā)展。一戰(zhàn)后，以工程水文學(xué)為主的應(yīng)用水文學(xué)誕生，其他如農(nóng)業(yè)水文學(xué)、森林水文學(xué)、城市水文學(xué)；產(chǎn)、匯流理論及計(jì)算公式，如等流時(shí)線法、單位線法——改進(jìn)了水文計(jì)算和預(yù)報(bào)方法；該期成就體現(xiàn)于林斯雷《應(yīng)用水文學(xué)》、姜斯登《應(yīng)用水文學(xué)原理》，使水文學(xué)被應(yīng)用于生產(chǎn)和生活實(shí)踐。發(fā)展：(4)從20世紀(jì)50年代至今：現(xiàn)代水文學(xué)階段特點(diǎn)：引進(jìn)遙感、計(jì)算機(jī)等技術(shù)；重點(diǎn)開展水資源及人類活動(dòng)水文效應(yīng)的研究；分支學(xué)科不斷派生。中子散射法測(cè)土壤含水，放射性示蹤測(cè)流，同位素測(cè)沙；水文模擬，水文隨機(jī)分析和系統(tǒng)分析；50年代以來(lái)，環(huán)境污染愈趨嚴(yán)重，水資源緊張，迫使水文學(xué)注重水資源研究。水文學(xué)的分支（體系）按照研究的水體對(duì)象劃分的有：河流水文學(xué)、湖泊水文學(xué)、沼澤水文學(xué)、冰川水文學(xué)、地下水文學(xué)和海洋水文學(xué)等。河流水文學(xué)：研究河流中水流的變化規(guī)律、泥沙的運(yùn)動(dòng)狀況、河水的溫度情況及結(jié)冰現(xiàn)象、河水化學(xué)成分等（鄧綬林編“普通水文學(xué)”，高等教育出版社，1979）。黃河水，上游清黃河水，中游混黃河水，下游濁按照(傳統(tǒng)的)研究方法（水文科學(xué)主要是通過(guò)定點(diǎn)觀測(cè)、野外查勘和室內(nèi)外實(shí)驗(yàn)等手段，獲得水體時(shí)空分布和運(yùn)動(dòng)變化信息）：水文測(cè)量學(xué)、水文調(diào)查、水文實(shí)驗(yàn)。按照研究方向：地理學(xué)(水文地理學(xué)-地理水文學(xué))、地球物理學(xué)、工程學(xué)，還有地球化學(xué)(水文地球化學(xué)-Hydrogeochemistry)。按照區(qū)域地理要素特征（區(qū)域水文學(xué)是水文科學(xué)與自然地理學(xué)共同研究水體在特定的地理環(huán)境中的作用而發(fā)展起來(lái)）：流域水文學(xué)、河口水文學(xué)、山地水文學(xué)、坡地水文學(xué)、平原水文學(xué)、干旱區(qū)水文學(xué)、巖溶水文學(xué)、區(qū)域類比研究的類比水文學(xué)等。從應(yīng)用角度可以分為：工程水文學(xué)、農(nóng)業(yè)水文學(xué)、土壤水文學(xué)、森林水文學(xué)、城市水文學(xué)。新技術(shù)新方法應(yīng)用產(chǎn)生的學(xué)科：隨機(jī)水文學(xué)、模糊水文學(xué)、系統(tǒng)水文學(xué)、遙感水文學(xué)、同位素水文學(xué)。考慮到水的資源屬性，將水作為一種資源來(lái)進(jìn)行研究的水資源學(xué)綜合了自然、技術(shù)和社會(huì)各學(xué)科的內(nèi)容，是目前正在蓬勃發(fā)展的一門學(xué)科。地理水文學(xué)同時(shí)隸書于地理學(xué)和水文學(xué)的一門學(xué)科。主要以自然地理學(xué)原理與現(xiàn)代自然地理學(xué)的新思想（包括水人平衡、景觀地球化學(xué)、生物地理群落研究的新成就和地理系統(tǒng)分析的新概念）為基礎(chǔ)，同時(shí)吸取地學(xué)相鄰學(xué)科（包括地質(zhì)學(xué)、氣象學(xué)、地貌學(xué)、土壤學(xué)、地植物學(xué)及人文學(xué)等）的基本知識(shí)和技術(shù)方法，對(duì)各種水文現(xiàn)象和水文過(guò)程展開的研究(郭敬輝)。具有宏觀性、綜合性和區(qū)域性三大特征。當(dāng)前地理水文學(xué)應(yīng)以水、環(huán)境和人類社會(huì)作為學(xué)術(shù)研究的中心內(nèi)容。4、水文現(xiàn)象及其主要特點(diǎn)①降水（Precipitation）：大氣中水汽凝結(jié)后以液態(tài)水或固態(tài)水降落到地面的現(xiàn)象。如雨、雪、霧、雹、霰等。②蒸發(fā)（Evaporation）：水分子從水面、冰雪面或其它含水物質(zhì)表面以水汽形式逸出的現(xiàn)象。包括截留蒸發(fā)、地面蒸發(fā)、葉面蒸騰、水面蒸發(fā)等。水文現(xiàn)象：水循環(huán)過(guò)程中，水的存在與運(yùn)動(dòng)的各種形態(tài)統(tǒng)稱為水文現(xiàn)象。③徑流（Runoff）：陸地上的降水匯流到河流、湖庫(kù)、沼澤、海洋、含水層或沙漠的水流。包括地面徑流和地下徑流。④滲流（Seepageflow）：水從地表滲入地下及在地下流動(dòng)的現(xiàn)象。包括入滲和滲透兩種現(xiàn)象。⑤大洋環(huán)流（表面環(huán)流、深海環(huán)流）。大洋環(huán)流表層。大洋深海環(huán)流-溫鹽環(huán)流。（1）水文現(xiàn)象在成因上的自然性和人為性。是自然環(huán)境和人類活動(dòng)的共同作用與影響而形成的。例如，河流季節(jié)性的洪水-枯水/自然，水庫(kù)調(diào)節(jié)水位/人類（2）水文現(xiàn)象在時(shí)間變化上既有周期性又有隨機(jī)性（3）水文現(xiàn)象在地區(qū)分布上既存在相似性又存在差異性（4）水文現(xiàn)象的運(yùn)動(dòng)同在性和獨(dú)立性水文現(xiàn)象的主要特點(diǎn)：海南島東西干濕差異-差異性海南島西部屬于典型的熱帶半干旱氣候區(qū)，是我國(guó)惟一的熱帶稀樹干草原沙漠化地區(qū)，與島嶼東部顯著不同。5、水文學(xué)研究方法-傳統(tǒng)成因分析法、數(shù)理統(tǒng)計(jì)法與地理綜合法等三種。成因分析法：以確定性水文模型為基礎(chǔ)的揭示水文現(xiàn)象的成因機(jī)制的概念性水文研究方法。數(shù)理統(tǒng)計(jì)法：以概率理論為基礎(chǔ)，應(yīng)用隨機(jī)性水文模型揭示水文現(xiàn)象統(tǒng)計(jì)規(guī)律的經(jīng)驗(yàn)型水文研究方法。地理綜合法：按照水文現(xiàn)象的地帶性規(guī)律與非地帶性的區(qū)域差異，通過(guò)建立經(jīng)驗(yàn)公式或