01-水文学与水资源概论

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最早的水位观测是在中国和埃及开始的。
公元前3500~3000年,埃及人即开始观测 尼罗河的水位;
公元前450-350年,希腊哲学家柏拉图和 亚里斯多德提出水循环的臆说;
我国劳动人民在与旱涝灾害长期斗争中积累了 许多经验 远在公元前2000多年,我们的祖先为了防治黄河 的洪水,就注意水位的涨落和天气状况。 约公元前22世纪,大禹治水,已“随山刊木” (立木于河中),观测河水涨落。
对水利学的研究:
为了排除泥沙,他做了疏通亚诺河
的施工计划; 他设计并亲自主持修建了米兰至帕 维亚的运河灌溉工程; 有些水利设施至今仍在发挥作用。
1424年,中国和朝鲜先后开始统一制作和使用标准
测雨器。明仁宗洪熙元年(公元1425年)正式颁发 了“测雨器制度”,将统一制造的高一尺五寸,直 径七寸的测雨器公布全国。
经后人不断加工校订,发展成为 《水经注》40卷,是我国水象学方 面的一本重要书籍;
系统地描述了黄河、淮河、长江三
水系的源头、干支流、灌溉、水力 情况等。
记述了当时中国境内1252条河流的
概况,成为水文地理考察的先驱。
《吕氏春秋》 “云气西行云云然,冬夏不辍;水泉东流, 日夜不休,上不竭,下不满,小为大,重 为轻,国道也。”提出了朴素的水文循环 概念。
湖泊水文学主要研究湖泊中的水量变化和运动,湖
水的物理特性和化学成分、湖泊沉积湖泊的利用等。
沼泽水文学研究沼泽径流、沼泽水的物理化学性质、
沼泽对河流和湖泊的补给、沼泽改良等。
水文气象学研究水圈和大气圈的相互关系,包括大
气中水文循环和水量平衡,以蒸发、凝结、降水为 主要方式的大气与下垫面的水分交换,其中尤其着 重研究暴雨和干旱发生和发展的规律。 水与河流、湖泊的相互补给,地下水资源的评价和 开发利用。 海洋中的波浪、潮汐、洋流、海岸带泥沙运动等。
主要内容
一、水文学的研究对象 二、水文学简史 三、水文学的体系 四、水文学的地理研究方向 五、水文现象的主要特点 六、水文学的研究方法
一、水文学的研究对象
地球上现有约13.9亿立方千米的水,它以液态、
固态和气态分布于地面、地下和大气中,形成 河流、湖泊、沼泽、海洋、冰川、积雪、地下 水和大气水等水体,构成一个浩瀚的水圈。
水文学的主要研究对象——水体(水圈)。
水循环的研究是水文学的核心内容
水圈处于永不停息的运动状态;
水圈中各种水体通过蒸发、水汽输送、降水、
地面径流和地下径流等水文过程紧密联系,相 互转化,不断更新,形成一个庞大的动态系统。
水的这种周而复始不断转化、迁移和交替的现象称水循环。
水循环是自然界最重要的物质循环
《管子》、《庄子》、《吕氏春秋》等有 关书籍中,已有对水文现象的记载与论述。
东汉王充在他的《论 衡》一书中,更以唯物的 观点,批判了人们长期存 在的雷、电、风、雨的迷 信说法,而给以科学的解 释,对水文循环的概念、 潮汐的成因等方面都作了 精辟的论述。
郦道元《水经注》
著名的《水经》一书于东汉问世,
4、现代水文学阶段( 公元1950-现在)
特点:
新技术的应用 水文实验和研究的发展 水资源和人类活动的水文效应研究的
兴起和发展
这个新阶段赋予水文科学以新的动力和新的特 色:
首先,由于人类对水资源的突出需求,水文科学 的研究领域正在向着为水资源最优开发利用的方 向发展,以期为客观评价、合理开发、充分利用 和保护水资源提供科学依据;
这一时期最重要的进展是应用水文学的兴起。
进入20世纪,特别是第一次世界大战以后,大量
兴起的防洪、灌溉、交通工程和农业、林业乃至 城市建设向水文科学提出越来越多的新课题,水 文科学的应用特色逐渐表现出来。
从1914年到1924年,经过黑曾、福斯特等人 的工作,把概率论、数理统计的理论和方法 系统地引入了水文科学,使水文变量(如洪 峰和洪量)和它出现的机率联系起来,为预 估工程未来运行时期内可能出现的水文情势 开辟了道路。
1663年雷恩和胡克创制了翻斗式自记雨量计,1687
年哈雷创制测量水面蒸发量的蒸发器,1870年埃利 斯发明旋桨式流速仪,1885年普赖斯发明旋杯式流 速仪。
1746年,中国在黄河老坝口设立了全国第一
个正规水位站,开始系统观测水位,并进行 报汛。
在这一时期,近代水文科学Leabharlann Baidu论开始逐渐形成。
4、左其亭等《现代水文学》,科学出版社, 2002年出版
1962年,美国政府联邦政府科技委员会
水文学:关于地球上水的存在、循环、分布,水的 物理、化学性质以及环境(包括与生活有关事物) 反应的学科。
1987年,中国大百科全书
水文科学: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。


水文学是研究地球上水的起源、存在、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
形成今天的水圈。 水圈的形成不仅改变了岩石圈的面貌,使大气圈 中的现象变得复杂多样,而且导致生物圈的出现。 水的出现和水圈的形成,是地球自然历史中最重大 的事件!
另外,现代科学技术使获取水文信息的手段和分 析水文信息的方法有了长足的进步。例如,
遥感技术的应用,使同时观测大范围内的宏观水文现
象成为可能; 核技术的应用使人们能够获得微观水文信息; 水文模拟方法、水文随机分析方法、水文系统分析方 法,使人们研究水文现象的能力发展到新的水平; 尤其是电子计算机的应用,使水文科学从水文观测到 基本规律的研究,由人力和机械操作,发展到以电子 计算机为核心的自动化。
从1932年到1938年,谢尔曼、霍顿、麦卡锡、 斯奈德等人在产流和汇流计算方面取得开拓性 进展,为根据降雨推算洪水开辟了道路。
克拉克、林斯雷等人在单位线、多个水文变量 联合分析和径流调节的理论、方法等方面发展 并丰富了上述的内容。
在此期间,水文站在世界范围内发展成 规模宏大的水文站网系统,这些成就为应用 水文学的兴起在理论上、方法上和资料条件 方面奠定了基础,并率先形成了它最重要的 分支学科——工程水文学。
出塞纳河在伯格底以上流域内的年径流量只是年降 同时也表明,人类对地球上水的运动、变化规 水量的1/6。他的这一结论的公布,被认为是现代科 学水文的开始。 律的探索,已发展到以大量观测事实为基础, 为了纪念他对水文学的贡献,1974年联合国教科文 进行假说、演绎和推理,进而建立各理论体系 组织和世界气象组织联合在巴黎举行了水文科学 的近代科学方法论。 300年纪念会。
19世纪末,专门水文研究机构开始出现,一些 国家开始出版水文年鉴。一些水文学专著陆续 出版。 o 弗里西著的《河流水文测验方法》 o 福雷尔著的《日内瓦湖湖泊志》 o 马略特著的《水的运动》等
这些著作总结了当时水文观测和理论研究的成就, 标志着水文科学作为一门近代科学已奠定基础。
3、应用水文学兴起时期(约1900~1950)
公元前316年蜀守李冰与他的儿子二郎在四川灌县
修筑了导治岷江的灌溉工程——都江堰,在灌县城 西门的宝瓶口设有石人测量水位,后改为石刻水则, 用以测定水位,控制进水,防止洪水毁坏渠道。
我国历代沿河居民还把最高和最低水位及其出现时 间刻在河岸的石壁上,以记录罕见的洪、枯水位。 涪陵长江岸边的白鹤梁自公元764年开始刻画石鱼 图形记载长江最枯水位,直到20世纪40年代共有刻 记163条,记有72个年份的历史枯水。
(由萌芽到成熟、由定性到定量、由经验到理论)
1、萌芽时期
(远古至约公元1400年)
——水文现象定性描述阶段; 特点:为生活和生产的需要,开始了原始的水位、 雨量观测,对水流特性进行观察,并对水循环现 象进行推理解释。
在尼罗河、幼发拉底河、恒河和黄河这些古老文化
发祥地的遗迹中,我们可以看到这一时期已经开始 了原始的水文观测。
1674年佩罗提出了水量平衡的概念,成为水文科学最
基本的原理之一; 1738年伯努利父子发表水流能量方程; 1775年谢才发表明渠均匀流公式(谢才公式); 1802年道尔顿建立了研究水面蒸发的道尔顿公式; 1851年莫万尼提出了汇流和径流系数的概念,并发表 了计算最大流量的著名推理公式; 1856年,达西发表了描述孔隙介质中地下水运动的达 西定律。
最早的雨量观测于公元前四世纪在印度出现;
中国于公元前三世纪的秦代已开始有呈报雨量
的制度;
到了公元1247年,已有了较科学的雨量器和雨
深计算方法,并开始用“竹笼验雪”以计算平 地降雪深度。
水文记载
四千年前已有黄河水灾的记载。在四千多
年中曾有过1500多次水灾的记录。
公元前几百年,在《山海经》、《尚书》、
书中叙述他在塞纳河进行过三年的雨量观测,计算
《喷泉的起源》 这些科学理论的创立,为水文科学在河道水流、 蒸发、地下水运动、径流形成和水文循环等领 1674年法国人佩罗在巴黎出版的《喷泉的起源》一 域的发展奠定了理论基础,它表明人类对水文 书,将人们对水文循环的认识提高到数量描述的高 度,是一个飞跃。 现象的认识已由萌芽时期那种肤浅零星的知识, 发展到了比较深刻系统的知识。
三、水文学的体系
传统的水文科学是按研究对象划分分支学科的, 主要有:河流水文学、湖泊水文学、沼泽水文学、 冰川水文学、雪水文学、水文气象学、地下水水 文学、区域水文学和海洋水文学等。
河流水文学也称河川水文学,研究河流的自然地理
特征、河流的补给、径流形成和变化规律、河流的 水温和冰情、河流泥沙运动和河床演变、河水的化 学成分、河流与环境的关系等。
水文学与水资源概论
姜艳
jlhyan@126.com QQ:110881540
主要参考书:
1、伍光和等编《自 然地理学》(第 三版),高等教 育出版社,2000 年7月出版
2、金伯欣主编《水文学与水资源概论》,华中 师范大学出版社,1986年12月出版 3、邓绶林《普通水文学》,高等教育出版社, 1986年出版
它成云致雨,影响着一个地区的气候和生态,塑
造地貌和实现地球化学物质的迁移,像链条一样 连结着全球的生命,为人类提供不断再生的淡水 资源和水能资源。
水资源问题是现代水文学的重要内容
随着水资源开发利用的规模日益扩大, 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;
水资源的开发利用和人类活动对水环境的反馈
其次,大规模的人类活动对自然水体,进而对 自然环境正在产生多方面的影响。 研究和评价人类活动的水文效应和这种效 应的环境意义,揭示人类活动影响下水文现象 的规律,进而探讨水文分析的新方法和新途径, 防止人类活动对水文循环的影响朝着不利于人 类生存环境的方向发展,这一切正在成为水文 科学面临的新课题。
效应的研究,也已成为现代水文学研究的重要 内容。
三峡工程
二、水文学简史
Hydrology ,来源于拉丁语,意“水的知
识”。
在生产实践中,特别在与水旱灾害的斗争中,
人类不断观测各种水文现象,思考和研究它 们的规律,积累起关于水的丰富知识,逐渐 形成、并不断发展了水文科学。
水文学发展阶段大体划分如下: 1. 萌芽阶段(公元1400年以前) 2. 奠基阶段(公元1400-1900年) 3. 应用水文学兴起时期(公元1900-1950年) 4. 现代水文学阶段(公元1950-现在)
2、奠基时期(约1400~1900)
——水文科学体系形成阶段 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。


欧洲文艺复兴带来的科学思想的解放和科学技术的 进步,为水文科学发展成为独立的学科奠定了基础。
这一时期,水文仪器的发明使水文观测进入了科学 的定量观测阶段。
公元1452-1519年,意大利的达· 芬奇提出水循环 观点并使用浮标测量流速。
接着,农业水文学、森林水文学、都市 水文学也相继兴起。
水文站
1949年,林斯雷和柯勒、保罗赫斯合著《应用水文 学》;同年,姜斯敦和克乐斯合著的《应用水文学 原理》、美国土木工程师学会编著的《水文学手册》 等应用水文学专著陆续问世,总结了这一时期的成 就,标志着应用水文学的诞生。 应用水文学,以它直接为生产和生活提供多方面服 务这一鲜明特征,获得迅速发展,成为近代水文科 学体系中最富有生气的分支学科。
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