探讨水文学的研究方法和特点

　　摘要：随着水文学研究的深入及其在生产实践中的广泛应用, 其形成了各种分支学科, 如水文气象学、河流水文学、湖泊水文学、沼泽水文学、冰川水文学及地下水文学等。基于此, 本文结合有关经验和数据, 首先阐述工程水文学, 然后分析水文现象及其基本规律, 最后探讨水文学的研究方法和特点。

　　关键词：水文学; 工程水文学; 水文现象;

　　Analysis of Engineering Hydrology Research Methods

　　GUO Shuxian

　　Henan Province Xinxiang Hydrology and Water Resources Survey Bureau

　　Abstract：

　　With the deepening of hydrology research and its wide application in production practice, it has formedvarious branches, such as hydrology and meteorology, river water literature, lake hydrology, swamp hydrology, glacialhydrology and underground water literature. Based on this, combined with relevant experience and data, the paperfirst expounded engineering hydrology, then analyzed the hydrological phenomena and their basic rules, and finallydiscussed the research methods and characteristics of hydrology.

　　Keyword：

　　hydrology; engineering hydrology; hydrologic phenomenon;

　　1 工程水文学概述

　　1.1 水文学

　　水文学就是研究陆地上江河、湖泊、沼泽、冰川、地下水和海洋等各种水体的存在、分布、循环、物理化学性质等因素的变化规律的学科。随着水文学研究的深入及其在生产实践中的广泛应用, 其形成了各种分支学科, 如水文气象学、河流水文学、湖泊水文学、沼泽水文学、冰川水文学及地下水文学等。

　　河流水文学是主要研究地表水的科学, 包括水文测验与调查、水文实验、水文分析与计算、水文预报、水文地理及河流动力学等内容。

　　水文测验与调查, 通过水文测验设施观测和野外、史记等的调查, 收集基础水文资料信息;水文实验, 通过室内和野外实验, 研究水量、水质变化的机制, 以及水文循环、径流形成的基本规律;水文分析与计算, 也称为水文预测, 根据水文要素变化的基本规律, 预测水文现象在未来一定时期内可能出现的概率;水文预报, 根据水文要素及其影响因素的已知状态, 对其未来预见期内的状态作出回答;水文地理, 研究水文要素与流域面积、地面坡降等地理因素间的关系;河流动力学, 通过水、沙运动的力学机制, 研究水文要素与河流形态变化的关系, 包括河床的冲刷与泥沙淤积等。

　　1.2 工程水文学

　　工程水文学是将水文科学应用于工程建设, 为工程规划、设计、施工及运行管理提供水文依据的一门科学, 属于水文学的一个重要分支, 主要研究工程中所需的水文分析计算和水文预报的基本理论和方法, 预测、预报各水文现象, 如降水、水位、流量、水质等的变化情势。

　　1.3 工程水文学的应用

　　人类生存的基本环境空间由气圈、水圈和地圈构成, 其中气和水只是水分的不同存在形式, 均属于水文学的研究范畴。工程水文学应用于工程建设主要有以下几个阶段。第一, 工程规划设计阶段, 根据工程设计标准, 需要通过水文分析与计算, 预测工程运用期河流或流域的来水量及其变化, 以便确定工程的设计规模。若区域水量预计过大, 则工程规模偏大, 导致工程投资过大。反之, 则工程规模偏小, 致使建筑物达不到预期设计标准, 运用标准降低。在这一阶段, 工程对环境的影响评估、水土保持方案编制等也需要水文学知识。第二, 工程施工阶段, 需要预报或估算施工期的设计洪水, 以便确定围堰、导流建筑物的规模, 同时水文预报还为科学安排施工进度所用。例如, 河流环境下的桥墩基础施工常用围堰、导流堤。第三, 运行管理阶段。

　　2 水文现象及其基本规律

　　水文现象是指地球上的水受外部作用而产生的永无休止的运动形式, 如降水、蒸发、渗流和径流等。水文现象具有必然性和偶然性两种规律。

　　2.1 水文现象的确定性规律

　　水文现象的确定性规律是指该现象必然出现的规律, 这种确定性规律一般具有因果关系。例如, 某河流的流域上降落一场暴雨, 该河流就会涨水, 出现一次洪水过程;如果暴雨强度大, 降雨历时长, 则会出现较大的洪峰。再如, 河流年内周期性地交替出现汛期。洪水期与非汛期 (枯水期) , 是因地球的公转和自转产生的, 是确定性的, 也具有因果关系。

　　2.2 水文现象的随机性规律

　　某些水文现象的出现是不确定的, 称为随机性规律。通过大量的观测资料可以发现, 特大和特小洪水流量出现机会少, 中等洪水流量出现机会较多, 洪水大小与其出现的机会形成一定的统计分布, 即水文现象服从随机性规律[1]。

　　水文现象是十分复杂的, 往往既受到确定性因素的作用, 又受到随机性因素的作用。在实际应用中, 应抓住起主要作用的因素。受气候及地理条件的影响, 水文现象在不同地区具有不同的特性, 在有的水文学书中称之为地区性规律。例如, 我国东南沿海地区多年平均降雨量及河川年径流量大, 而西北内陆地区小, 形成不同地区的降雨径流规律。

　　3 水文学的研究方法和特点

　　3.1 水文学的研究方法

　　河流水文学主要通过水文要素观测和水文调查获取水文信息, 通过室内或野外实验和合理的方法研究水文变化规律。相应于水文现象的基本规律, 水文学的研究方法有成因分析法、数理统计法和地区综合法三种。

　　3.1.1 成因分析法。

　　当某种水文现象与其影响因素之间存在明确的因果关系时, 可通过观测资料或实验数据分析, 建立水文要素与其影响因素之间的定量关系。这种从水文现象的成因即确定性规律出发解决水文问题的方法, 称为成因分析法, 其在水文预报、降雨径流分析中应用较为广泛。

　　3.1.2 数理统计法。

　　水文学的数理统计法就是以概率论为基础, 运用数理统计方法, 对于具有随机性的水文现象, 分析得到其统计规律。对于年最大洪峰流量等随机性水文要素, 难以用确定性方法实现预估, 只能依据以往长期观测的资料, 探求其统计规律[2]。

　　3.1.3 地区综合法。

　　某些水文现象具有地区性变化规律, 在水文分析计算过程中, 可建立地区水文等值线图或经验公式, 此即地理综合法。例如, 不同河段流量与河槽形态的经验关系、不同流域河川径流量与地形参数的经验关系等。我国各地均有地区水文图册等资料, 可用于推求观测资料短缺地区的水文特征值, 尤其在小流域地区应较多。

　　以上三种研究方法, 在解决工程水文学实际问题时, 需要根据不同的水文特点灵活运用, 或同时并用。

　　3.2 水文学的研究特点

　　水文学主要具有以下三方面的研究特点。

　　3.2.1 由于水文循环, 水文科学把大气圈、岩石圈、生物圈等水的载体和人类活动影响的各种水文现象作为一个整体进行研究。

　　例如, 研究某个流域的水量变化时, 根据水量平衡, 既要考虑流域上空大气中水汽输送、水分含量的变化、降水和蒸发, 也要考虑流域的地面径流、土壤含水量和流域内外地下水的交换, 而且还要考虑流域内植被蒸发、散发及人类活动的影响[3]。

　　3.2.2 涉及的学科面广。

　　相关学科主要包括自然地理学、水文地质学、土壤学、大气科学、工程流体力学和泥沙运动力学等。水文学还力图用数学、物理学和化学的基本原理解释各种水文现象及其规律。

　　3.2.3 实践性强。

　　水文学以野外和实验室观测为主要研究手段, 获取自然界已发生的水文现象变化信息, 进行资料分析, 预测或预估水文情势未来状况, 直接为人类的生活和生产服务。例如, 提供洪水预报。

　　4 结语

　　在人类更好生活的前提下, 要不断发展和研究水文资源知识。当然, 在这个发展过程中, 有好的一方面, 也有坏的一面。只有去掉那些不好的方面, 找到水资源利用的更加合理的方法, 才能更好地服务于社会的发展。

　　参考文献
　　[1][l]刘闻, 曹明明, 邱海军.气候变化和人类活动的水文水资源效应研究进展[J].水土保持通报, 2012 (5) :215-219.
　　[2]刘昌明.21世纪中国水资源若干问题的讨论[J].水利规划设计, 2002 (1) :15-19.
　　[3]杨飞.气候变化和人类活动对水资源的影响研究[D].西安:长安大学, 2011.