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水文学是关于地球上水的起源、存在、分布、循环、运动等变化规律和运用这些规律为人类服务的知识体系,是地球科学的组成部分,是技术科学的一个领域。水文学到今天为止,仍然是一门具有十分活力的、并沿着自己特有的发展道路继续前进的独立学科。水文学已经历了不同的历史时期和发展阶段。远古时代,人类为了生存,开始观察水的习性,开始了原始的水文观测。最早的水文观测是在中国和古埃及开始的,并形成和积累原始水文知识礴在中国《吕氏春秋》中,最早提出了水文循环的朴素思想。诚然,这些原始的水文观测和水文知识是极其粗糙的、零星的,但它为当时的生活和生产提供了重要的水文依据,标志着水文学的萌芽。欧洲文艺复兴带来的科学思想的解放和技术进步请极大地推动了人类对水的研究和认识,促进了近代水文仪器的发明以及近代水文学理论的逐渐形成。例如,水流能量方程、达西定律等,这些成就表明,人类对水的粗动变化规律的认识,已由萌芽时期那种以古代自然哲学为依据的纯粹思辩性猜测;发展到了以科学事实为依据,以科学观测与试验为依据,进行假设、演绎和推理进而建立各种水文理论体系的新阶段,标志水文学作为一门近代自然科学已莫定基础。水文学最早是地理学的一个分支。水文学从研究陆地上水体的水情变化规律,到建立起水分循环和水量平衡概念,是它的一个重要进展。18世纪以前},观察研究水文现象的学者,主要是为认识和解释自然现象,其中少量的水文观侧活动也只是为探索自然奥秘提供信息备这是“地理水文学”的形成和工程水文学脱胎于地理水文学,二者相互促进并发展,是水文学发展史中的重要时期。随着经济的发展,社会的进步,人类社会经济活动对水分循环的干扰逐渐增强,出现了人类社会引水、用水、耗水和排水的水分侧支循环。因此,水文学的任务就不能满足于只为水资源工程规划设计提供水文数据,而更要为管好、用好并保护好有限的地球水资源,并将其作为一个整体系统进行研究,从而突破原有地理水文学和工程水文学的内容,开始进入一个新的阶段,即水资源水文学阶段。 1.水文学的发展 有史以来到鸦片战争,是中国水文工作的古老文明时期,水文事业萌牙和发展较早,但后期受封建制度的制约,同西方发达国家相比发展不快从鸦片战争到新中国成立,是中国水文工作的外来影响时期。开始进行近代的水文观测、水情传递、水文资料整编和分析计算。但水文工作发展有限,且极不稳定新中国成立后,水文测站迅猛发展。至1951年底,水文部门的水文站已有796处,连同其他测站共2644处,超过了以往历史最高水平(1937年)。从1955年起,进行第一次全国水文基本站网规划,至1957年,水文站达2023处,连同其他测站共7259处。水利水电勘测设计部门、铁道交通部门也设立了一批专用水文测站。1950年,水利部颁发《报汛办法》。全国布设水情站386处,以后几年又有大幅增长。 1978年底中共十一届三中全会以后,中国进入了改革开放的新时期。水文工作也进入了新的发展阶段。1979年2月,水利、电力两部分开,水利部恢复水文局。1982年,水利、电力两部再次合并。到1984年,除上海外,全国各地水文管理权己经上收到省一级水利电力厅局。1988年4月,水利部再次单独成立,水文局改为水文司,一些具体业务并入水文水利调度中心。1994年1月25日水利部水文司正式成立。对全国水文工作进行行业管理,负责部属水文站网的建设与管理,组织全国水资源调查评价。中国水文工作的发展历程表明,社会的需求是发展水文工作的动力。中国水文工作随古代防洪抗旱、灌溉航运的需求而萌生发展,并随社会经济的兴衰而有起伏。新中国成立后,经济建设全面铺开,水文工作不断拓宽领域,加大力度。针对中国严重的洪水、泥沙等问题,发展了有中国特色的水文学科学与技术新中国成立后,百废待兴,我国工农业发展迅速。水利资源丰富且已开发的非环境水文学是研究环境与水文的相互关系,是水文学与环境密切结合、相互渗透的一门新兴科学。环境水文学是研究环境在水循环过程中的影响,以及水体水文情势的改变对环境的影响,水体中量和质的变化规律以及预测预报的方法。环境科学的形成只有三四十年的历史,因此,环境水文学还处于开拓发展阶段。尽管如此中国对环境水文问题十分重视,20纪70年代后期,从中央到地方及流域水利部门相继设立了主管环境保护的专门机构和研究所。部分高等院校,原有的水利部门和水利院校,结合环境问题开展环境水文研究,在国家历届科技攻关计划中都列有环境水文的课题。特别是近十年来,中国的环境水文研究工作有了很大的发展,并都是从国情的实际出发,紧密结合工程的需要进行,提出了不少学术论文和专著,推动了环境水文学科的兴起。我国近二三十年来,水文学有很大的变革和发展。雷达测雨、放射性示踪测流、卫星遥感传递资料等现代技术的应用,使人们能获得使用常规方法无法取得的水文信息。一些科研院所和高等院校建立了现代化的水文实验室,使人们有可能对水文现象的物理过程了解得更深透。设计洪水计算理论与方法,联机实时洪水预报技术与方法,流域水文模型等取得了适合我国需要的先进成果。开展了全国和大江大河流域的水资源(水质)评价、水资源合理利用及水质研究、江河水文水情研究,以及气候变化对水文水资源影响评价等课题已列入国家科技攻关计划,广泛在各有关部门开展。随着新理论如信息论、系统论、控制论以及一些交叉学科如随机理论、模糊数学、灰色系统理论、人工神经网络系统方法的引进和渗入,使水文学相继出现许多新的研究方向或分支学科,诸如系统水文学(包括灰色系统理论)、随机水文学、模糊水文学、环境水文学、水文遥感等,从而使水文学进入一个变革与发展时期,形成百花齐放、百家争鸣的格局,也是在世纪交替进入现代水文学新阶段的一个特色。 2.水文学面临的挑战 到目前,水文作为一门科学还没有建立起自己的体系,这是因为一个时期以来水文学过多地去解决实际问题,而这些往往是小尺度的工程问题,因而妨碍了水文学完整体系的发展,不是把水文学看作是地球科学的一部分,而是成为解决水资源工程问题中的附庸。而这个委员会则认为水文学应当有的范畴是:①各种尺度的陆地水循环中的物理和化学过程,以及显然与水循环相互作用的生物学过程。②在地球系统的一切构成中全球水平衡的空间和时间过程上的特性。美国水文科学机遇委员会的报告中列举了他们认为是当前水文学科中亟待解决的问题,也就是要从中抓住的机遇问题: (1)在大自然中存在很大非均匀性的情况,如何把处于不同的空间和时间尺度上的水文过程的动态性征集合起来。 (2)大气动力学和气候改变地表水文学的反馈灵敏度是什么?这一切又如何随季节和地理而变化? (3)我们能从土壤、泥沙、植被和河流形态得到的关于河流流域的发展史是什么?对未来气候变迁会带来的水文响应是什么? (4)我们能从水分状态的平衡和稳定以及从植物的类型中学到什么?“混乱学”的特性是否有可能? (5)在河道和洪泛平原间,水、泥沙和养分如何交换? (6)全球水储量及其伴随的水能量时空变化状态是怎样? (7)对雨区的确定性和随机性模型之间怎样能建立起必要的基础联系? (8)控制雪覆盖一气候反馈过程的物理因素是什么?这个反馈过程如何起气候变迁的放大作用? (9)如何应用现代地球化学技术示踪水的通路?如何理解人类社会发达产生的酸类的自然缓冲现象,以及揭示古代水文气候学是怎样的? (10)发生在生物化学过程中和在土壤中各种物理输移机理间的反馈过程的性质是什么? (11)表层水化学的各种流路和停储时间的相对重要性是什么? (12)吸附物质在河床储留期间其在颗粒间的传递有多少? (13)如何对进入地下水系统中的合成有机化合物确定其输移和寿命期并进行定量? 以上是在水文科学中对解决人与自然间的尖锐矛盾需要回答的问题。在解决过程中有许多需要进行多学科间的合作,并开发一些新的技术设施,例如卫星传感器。当然,还需要加强水文的资料工作,以及改变水文教育方向。 3、总结和展望 水文学发展史是水文学与历史学的一个交叉,是研究水文科学的发展历程。现在对它进行研究的水文工作者和历史工作者都很少。水文学的发展历程与人类的发展同步进行,自从有人类活动,就有对水文知识的应用与总结,可见水文学的发展历史之长,起步之早。认识和了解水文学发展史对于一位水文工作者来说是非常有意义的。而且到目前为止,此项研究仍是一项空白。此文就水文发展史进行了初步研究。论文主要工作和结论如下: (1)总结了20世纪以前世界水文发展史。水文的起源与人类社会的发展息息相关,随着人类社会的发展,人类开始认识并运用水文知识。从水文测量到河川径流的描写、分类记录以及水沙关系和对水文循环的认识,并运用水文知识兴修水利变害为利,解决防洪、灌溉问题,为古代农业发展起到重要作用。在此阶段中,还有一些经验公式和理论的提出为水文学的建立奠定了基础。我国古代农业较为发达,所以此阶段中我国在水文学的萌牙和奠基阶段中占有重要地位。 (2)详细总结了20世纪国际水文发展史。根据周文德和Dooge的分类将20世纪国际水文发展分为四个阶段:经验阶段、推理阶段、理论化阶段、计算机化阶段。依据美国1999出版的水文手册将20世纪水文学的发展归纳为五个方向:水文循环、水文输移、水文统计、水文模拟技术、其他。并将20世纪国际水文学主要研究方法分为四种:多学科交叉与渗透、水文实验、流域水文模拟、确定性与随机性研究方法相结合。并对20世纪国际水文动态进行总结。 (3)系统总结了我国20世纪水文发展史。将20世纪我国水文工作概况分为四个阶段:建国前、迅速发展、曲折前进、改革开放。对我国建国后工程水文学的发展从水文测验、水文预报、水文计算三个方面进行总结。概括总结了20世纪我国五个水文学的研究热点:水文循环、流域水文模型、水库调度、全球变化、水问题研究。 (4)详细总结了水文科学面临的机遇和挑战。就水文机遇问题、水文教育问题进行阐述。介绍了现今国际水文争论热点“水文学是科学还是技术”的三方观点:一方认为水文是技术;一方认为水文是科学:再一方则认为水文中科学与技术并存。通过对20世纪水文科学的发展回顾,提出21世纪水文科学发展趋势。其主要特点:水资源的可持续利用;宏观、大尺度将越来越重视;全球环境污染意识增强;将一个完整的地球进行系统的研究并预测未来的变化趋势。 纵观国际和中国水文学的发展,可以看出水文学研究有下列趋势与特点: (1)水文学研究的领域愈来愈广泛,研究的问题也越来越复杂,并且遇到了来自许多方面的不确定性和非确知问题,这给水文学的进展提出了挑战,也提出了机遇。探索水文现象复杂性和不确定性,将是水文学的一项长期的任务和责任。 (2)近代水文学的研究己愈来愈注重系统性和整体性。例如,对流域尺度水文学问题,不是将其产汇流割裂开而是用整体(即系统观点)的流域水文学方法研究;又如,近代水文学将水圈、大气圈、生物圈视为一个有关的联系体,从地球系统角度研究气候一生态影响一气候变化的相互作用,并预测未来趋势的变化和对人类社会经济影响。水文系统分析的观点和方法论得到了提倡,这给系统水文学的发展提出最新的要求和动力。 (3)水文学的研究与为人类服务,解决实际工作中各项水的问题的联系紧密了,如研究全球气候变化的影响,水早灾害预报与减灾措施。
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