水文学的现状及未来
流域水文模型研究现状及发展趋势

流域水文模型研究现状及发展趋势摘要:地球上的水文事件,是一种诸多因素相互作用的结果,在尚未找到复杂水文现象的科学规律之前,通过建立水文模型来仿真有关水文事件是一种合理、可行的途径。
随着计算机技术和一些交叉学科的发展,分布式物理模型被广泛提出,并逐渐成为21世纪水文学研究的热点课题之一。
基于此,本文主要对流域水文模型研究现状及发展趋势进行分析探讨。
关键词:流域水文模型;研究现状;发展趋势1、前言流域水文模型是为模拟流域水文过程所建立的数学结构,在进行水循环机理的研究和解决生产实际问题中起着重要的作用,能有效应用于水文分析、水文预报、水资源开发、利用、保护和管理等方面。
目前,国内外开发研制的流域水文模型众多,结构各异,按照不同的分类方法可划分为不同类型的流域水文模型。
2、模型的发展及现状流域水文模型的研究始于20世纪50年代,早期主要依据传统产汇流理论和数理统计方法建立数学模型,应用于水利工程规划设计和洪水预报等领域。
其间系统理论模型和概念性水文模型得到了快速充分的发展,国外曾出现了几个著名的概念性水文模型。
比如,最简单的包顿模型和最具代表性的第Ⅳ斯坦福模型。
包顿模型是澳大利亚的包顿(W.C.Boughton)先生于1966年研制成功的一个以日为计算时段的流域水文模型,在澳大利亚、新西兰等国有着广泛的应用,比较适用于干旱和半干旱地区。
由N.H.克劳福特先生和R.K.林斯雷先生研制的第Ⅳ斯坦福模型(SWM-IV)是世界上最早也是最有名的流域水文模型,此模型物理概念明确,结构层次分明,为以后许多模型的建立提供了基础。
此后比较有名的还有萨克拉门托模型和水箱模型。
水箱模型是对水文现象的一种间接模拟,模型中并无直接的物理量,参数简单,操作简便,在我国湿润地区的水文计算和水文预报中采用较多。
水箱模型由菅原正已先生在20世纪50年代提出,对我国流域水文模型的发展影响较大。
国内的流域水文模型在20世纪70年代至80年代中期也得到蓬勃的发展,其中典型代表为赵人俊教授等于70年代提出的新安江模型。
《2024年分布式水文模型的现状与未来》范文

《分布式水文模型的现状与未来》篇一一、引言随着全球气候变化和人类活动的加剧,水文问题日益突出,对水文模型的研究和开发变得尤为重要。
分布式水文模型作为当前水文研究的热点,其能够更精细地描述流域内水文过程的时空变化,为水资源管理、洪水预报、生态环境保护等提供科学依据。
本文将重点探讨分布式水文模型的现状与未来发展趋势。
二、分布式水文模型的现状1. 模型发展历程分布式水文模型起源于20世纪后期,经历了从集中式模型到分布式模型的转变。
早期集中式模型将整个流域视为一个整体,难以反映流域内不同地区的异质性。
随着计算机技术和地理信息系统的快速发展,分布式水文模型得以快速发展,该模型考虑了流域内地理、气候、土壤等多方面的因素,具有更高的模拟精度。
2. 模型应用领域分布式水文模型广泛应用于水资源管理、洪水预报、生态环境保护等领域。
在水资源管理方面,通过模拟流域内水文的时空变化,为水资源分配和调度提供科学依据。
在洪水预报方面,分布式水文模型能够提供更精确的预报结果,为防洪减灾提供支持。
在生态环境保护方面,分布式水文模型有助于评估人类活动对流域生态环境的影响。
3. 模型技术特点分布式水文模型具有以下技术特点:一是空间分布性,模型将流域划分为多个子流域或栅格,考虑了流域内地理、气候等因素的异质性;二是物理机制明确,模型基于水流运动的物理规律,能够更准确地描述水文过程;三是可扩展性强,模型可以方便地与其他模型进行耦合,提高模拟精度。
三、分布式水文模型的未来1. 模型精细化发展未来,分布式水文模型将进一步向精细化方向发展。
一方面,模型将更加关注流域内不同地区的异质性,提高模拟的时空精度;另一方面,模型将考虑更多的物理过程和影响因素,如地下水流动、植被蒸腾等,以提高模拟的准确性。
2. 模型智能化发展随着人工智能和大数据技术的发展,分布式水文模型将向智能化方向发展。
通过集成机器学习、深度学习等技术,实现模型的自动校准和优化,提高模型的预测能力。
水文与水资源工程专业的发展现状与思考

水文与水资源工程专业的发展现状与思考【摘要】本文主要围绕水文与水资源工程专业展开讨论,首先介绍了该专业的重要性、定义和发展背景。
随后分析了该专业的学科体系、教学与科研现状、就业前景、未来发展方向和国际比较。
结尾部分探讨了对该专业发展现状与思考的重要性、启示以及未来发展趋势。
文章整体分析系统全面,为读者展现了水文与水资源工程专业的全貌,强调其在社会和经济发展中的重要性和潜力。
同时也提出了一些建议和展望,为该专业的未来发展指明了方向。
通过本文的阐述,读者可以更深入了解水文与水资源工程专业的现状及未来发展趋势,为相关领域的从业者和学习者提供了有益的参考和思考。
【关键词】水文、水资源工程、专业、发展现状、思考、重要性、定义、发展背景、学科体系、教学、科研、就业前景、未来发展方向、国际比较、启示、未来发展趋势1. 引言1.1 水文与水资源工程专业的重要性水文与水资源工程专业是一门重要的学科,其在当今社会发展中扮演着至关重要的角色。
水资源是人类生活和社会经济发展不可或缺的基础资源,而水文与水资源工程专业的发展与研究则直接关系到水资源的合理利用、保护和管理。
在城市化、工业化和农业现代化的进程中,水资源的需求呈现出不断增长的趋势,同时面临着水资源短缺、水污染、洪涝灾害等诸多挑战。
水文与水资源工程专业的发展不仅仅是为了满足人类日益增长的生活用水需求,更重要的是为了维护生态环境的平衡,保障可持续发展。
通过该专业的研究与实践,可以更好地预测水资源的变化趋势,合理规划水资源利用和保护措施,提高水资源利用效率,保护水资源生态环境,促进社会经济的可持续发展。
水文与水资源工程专业的重要性不言而喻,其发展对于国家的社会经济和生态环境都有着重要的意义。
1.2 水文与水资源工程专业的定义水文与水资源工程专业是指主要研究水文过程和水资源工程技术的学科领域。
水文是研究地表水和地下水的形成、分布、流动和变化规律的学科,包括降水、蒸发、透水、径流等过程。
海洋水文学的现状和未来研究方向

海洋水文学的现状和未来研究方向一、引言海洋水文学作为研究海洋“水”与“水文环境”的科学,其研究内容涉及海洋水的物理、化学、生物、地质特性等多方面内容,具有重要的科学价值和应用前景。
近年来,随着全球海洋环境的变化,海洋水文学方面的研究也得到了越来越多的关注。
本文旨在从海洋水文学的现状和未来研究方向两个方面进行分析。
二、海洋水文学的现状1、研究内容海洋水文学的研究内容主要包括以下几个方面:(1)海洋水文特性:研究海洋中水的分布、密度、温度、盐度、流速等物理性质;(2)海洋化学特性:研究海洋中水的盐度、溶解氧、二氧化碳含量、营养盐、微量元素等化学特性;(3)海洋生物特性:研究海洋生物的分布、数量、种类、生长环境等特性;(4)海洋地质特性:研究海洋地球化学和地质特性,如海水沉积、海底地形和构造、海底流体等。
2、研究方法海洋水文学的研究方法主要包括以下几种:(1)观测:通过在海洋中设置观测站、布设观测设备等方式,对海洋水文环境进行实时、长期监测;(2)采样:通过采样分析,获得海水中的各种物理、化学、生物参数数据;(3)实验:对海洋水在不同条件下的物理、化学、生物特性进行研究;(4)数值模拟:通过建立数学模型进行计算,推测海洋水文环境变化的趋势和程度。
3、研究进展随着现代科技的不断进步,海洋水文学的研究进展迅速。
在海洋水文学的各个方面,研究者们取得了丰硕的成果。
例如,在海洋水的物理特性方面,通过利用潜艇和遥控水下机器人等技术,对海洋水温、盐度、流速等参数进行精密的观测和测量,得出了一系列结论。
在海洋水的化学特性方面,研究者们发现海洋中的碳循环、营养元素循环等对全球气候变化有着深远的影响。
在海洋生物特性方面,研究者们发现海洋中存在着许多未知的生物种类,并通过对海洋生物多样性的研究,探索了海洋生物的生活方式和分布规律。
三、未来研究方向1、多学科融合海洋水文学研究需要涉及到物理、化学、生物、地质等多个学科领域,未来应当更加注重多学科的融合,对海洋水文环境的研究进行全方位、深入的探索。
水文与水资源工程专业的发展现状与思考

水文与水资源工程专业的发展现状与思考水文与水资源工程专业是一门涉及水文学、水资源学、水工程学等多学科交叉的综合性专业,其培养目标是培养具备扎实的水文水资源基础理论、系统的水文水资源工程技术和工程实践能力,能够在水文水资源勘测、规划设计、工程施工、管理和保护等领域从事科研、工程设计和实施、管理与监测、资料处理与信息评价等方面工作的高级技术及管理人才。
水文与水资源工程专业是我国的特色专业之一,因此在我国有很多高等院校设立了这个专业。
随着我国经济社会的快速发展,水资源问题越来越受到重视。
水文与水资源工程专业也因此保持着旺盛的发展态势。
现阶段,我国水文与水资源工程专业的发展面临着一些新情况、新挑战:水资源短缺、水污染严重、水环境恶化等问题日益突出,对水文与水资源工程专业提出了更高的要求。
需要专业人才在水文水资源科学、工程技术和管理等方面有更深入的研究和创新。
现代社会对水资源工程专业人才的需求更多地要求他们具备创新意识和创新能力。
这就要求学校在专业课程设置和教学管理上能够更多地注重培养学生的创新思维和解决实际问题的能力。
水资源工程专业需要更多地与国际接轨,吸收国外先进的理论和技术。
学校需要与国外知名院校和机构进行合作,引入国外优秀的教学资源,帮助学生更好地了解国际水文水资源工程的发展动态。
水资源工程专业需要培养的不仅仅是技术人才,还需要培养具有国际视野和国际竞争力的人才。
学校需要加强对学生的国际化教育,提高他们的外语水平和国际交流能力。
针对这些新情况和新挑战,我认为水资源工程专业应该从以下几个方面进行思考和改进:专业课程设置方面,应该更加注重培养学生的创新思维和解决实际问题的能力。
可以在课程设置中增加一些案例分析和实际工程项目的仿真操作,让学生在学习的同时能够更多地接触实际项目,锻炼自己的实际操作能力。
学校应该加强对学生的国际化教育,提高他们的外语水平和国际交流能力。
可以通过开设双语教学课程、组织学生参加国际交流项目、鼓励学生参加国际学术会议等方式,提高学生的外语水平和国际交流能力,为他们的国际化发展打下良好的基础。
水文现代化与水文新技术的发展现状与趋势

水文现代化与水文新技术的发展现状与趋势摘要:水文现代化是新时期、新形势、新任务的必然要求,是我国水文事业发展的必然趋势,必须大力推动我国水文现代化,为我国的水文现代化建设创造有利的环境和条件。
文章通过分析我国水文现代化的内涵、背景,对水文新技术进行简介,最后提出加快我国水文现代化的对策。
关键词:水文现代化;新形式;水温新技术引言:随着经济、社会的迅速发展,对水资源的需求也日益提高,作为水文事业的基础性工作,必须把握好这一契机,乘势而上,加快建设步伐,加强管理,全面推进现代化。
所谓水文现代化是以提供及时、准确、全面的水文信息为起点,利用现代化的技术装备水文站网,利用现代信息技术处理水文资料,用现代科技管理水文工作,全面提升水文信息服务整体水平,为水资源可持续利用提供可靠支撑。
这是一个具有鲜明时代特色的动态发展过程,体现了时代的科学技术发展和经济发展的需要。
1.推动水文现代化是的必要性水文工作是经济社会发展的基础性事业,当前我国已进入新发展阶段,人民群众对水旱灾害防御的安全性及良好水资源水生态水环境需求的日益增长,对水文工作提出了新的更高要求,必须加快推进水文现代化建设。
完善流域防洪工程体系,需要以流域为单元补充完善水文监测网络;实施国家水网重大工程,需要构建与国家水网相匹配的国家水文站网;复苏河湖生态环境,需要以生态流量和地下水水量(位)水质监测分析评价成果作为依据;推进智慧水利建设,需要有实时动态水文信息作为基础支撑。
全面提升国家水安全保障能力,满足人民群众的新期待,都离不开水文的精准支撑和强力保障,水文现代化已成为新阶段水利高质量发展的基础性先行性工作。
要实现“两个转变”,必须以人为本,尊重自然规律,实现人与自然的和谐共存,这就要求水文部门进一步调整和优化水文监测站网的功能与布局;进一步加强水文监控工作,加强数据采集、数据传送等,以提升水文信息化水平;要进一步提高信息采集的准确性,信息传递的时间,尽量延长洪水的预测时间,提高预测的准确性;要围绕洪水调度、抢险救灾、灾后恢复等方面的需求,进行洪水预测和预测,为实现洪水资源化、水资源的可持续利用提供科学依据。
水文情势研究现状
水文情势研究现状全文共四篇示例,供读者参考第一篇示例:水文情势研究一直是水文学领域的重要研究课题之一。
水文情势研究旨在探讨水文过程中涉及的各种水文要素以及它们之间的相互关系,从而为有效的水资源管理和水灾防治提供科学依据。
本文将对水文情势研究的现状进行分析和总结,希望能对相关领域的研究工作者和实际工作者提供一些参考。
一、水文情势研究的背景及意义水文情势研究是水文学的核心内容之一,涉及到水文过程的各个方面,如降水量、蒸发、蒸腾、径流等水文要素以及它们之间的关系。
水文情势的研究对于水资源管理、防洪减灾、生态保护等方面具有重要的意义。
水文情势研究对于水资源的合理开发利用是至关重要的。
通过对水文情势的研究,可以深入了解区域内水文过程的特点和规律,为科学合理地规划和利用水资源提供依据。
在城市规划和土地利用中,需要考虑到地表径流和地下水补给的关系,避免出现水资源过度利用或浪费的情况。
水文情势研究对于水灾防治也具有重要意义。
通过对降水丰沛、蒸散强度、径流变化等水文要素的研究,可以更好地预测和预防水灾事件的发生,提高抗灾能力,保护人民生命财产安全。
水文情势研究对于环境保护和生态建设也有积极的推动作用。
通过对水文情势的研究,可以评估不同生态系统对水文过程的影响,为生态环境的恢复和保护提供科学依据。
二、水文情势研究的现状分析目前,水文情势研究正处于不断发展的阶段,涌现出了许多新的观点和方法,如遥感技术、数值模拟等,为水文学领域的研究提供了新的思路和手段。
下面将从以下几个方面对水文情势研究的现状进行详细分析。
1.水文要素的观测和监测水文要素的观测和监测是水文情势研究的基础,也是水文学领域的重要内容之一。
目前,国内外各地都建立了完善的水文观测网络,可以实时监测到降水量、地表径流、地下水位等水文要素的变化情况。
通过这些数据的分析和研究,可以更好地理解水文过程的特点和规律,为水资源管理和水灾防治提供有力支持。
2.水文模型的研究与应用水文模型是水文情势研究的重要工具之一,通过建立数学模型,模拟各种水文过程的发展和演变,预测未来的水文情势变化。
2023年水文地质勘察行业市场分析现状
2023年水文地质勘察行业市场分析现状水文地质勘察行业是以水文学和地质学为基础,运用地球物理、化学、地质工程、环境科学等多学科知识和技术手段,对地下水资源进行综合调查和评价,为水资源开发、管理和保护提供科学依据的一门综合性技术服务行业。
以下将对水文地质勘察行业的市场现状进行分析。
一、市场规模随着科学技术的发展和社会需求的不断增长,水资源的合理利用和保护成为当今社会的重要议题。
水文地质勘察作为水资源管理的重要环节,市场需求量逐年增加。
根据统计数据,水文地质勘察行业市场规模正在不断扩大,预计未来几年将继续增长。
二、行业发展趋势1. 技术创新:随着科学技术的不断进步,新的勘察技术和设备不断涌现,如遥感技术、地球物理勘探技术等。
这些新技术的应用使得勘察工作更加高效、准确,提高了水资源勘察的效率和质量。
2. 数据处理和分析能力的提升:随着大数据和人工智能技术的快速发展,对海量勘察数据的处理和分析能力不断提升,能够更好地指导水资源的开发和管理工作。
3. 环境保护意识提高:随着环境保护意识的提高,社会对水资源的管理和保护要求越来越高。
水文地质勘察行业在保护水资源、预防地下水污染等方面将扮演越来越重要的角色。
三、市场竞争形势1. 市场竞争激烈:随着市场规模的扩大,水文地质勘察行业的竞争也日趋激烈。
很多大型的勘察公司进入市场,与传统的小型勘察机构形成竞争,市场份额被分散。
2. 服务质量和专业能力是竞争关键:在市场竞争中,公司的服务质量和专业能力是决定竞争力的重要因素。
高质量的勘察报告和准确的分析结果能够赢得客户的青睐,提高市场份额。
四、发展机遇1. 政策支持力度加大:随着国家对水资源保护和管理的重视程度提升,政府会出台一系列支持和引导水文地质勘察行业发展的政策,为行业创造更好的发展机遇。
2. 市场需求持续增长:随着经济的发展和人民生活水平的提高,对水资源的需求会持续增加,对水文地质勘察行业提供了广阔的市场空间。
3. 国际合作交流加强:随着全球化进程的加速,水资源问题已成为全球性的挑战。
水文地质的发展历程与展望
地下水保护
加强地下水保护措施,防止地下水污染和过度开采,保障地下水 资源的可持续利用。
生态修复与治理
针对受损的水生态系统,采取生态修复和治理措施,恢复水生态 平衡,保护生态环境。
05
全球水文地质的现状与挑战
全球水资源的分布与利用
数值模拟技术
通过建立数学模型对地下水运动进行模拟,预测地 下水位变化趋势,优化水资源管理。
利用卫星遥感技术监测地表水文特征、地下 水动态等,提高数据获取效率和精度。
人工智能和大数据
利用人工智能和大数据技术对水文地质数据 进行处理和分析,提高数据挖掘和决策支持 能力。
水资源可持续利用与环境保护
强化水资源管理
全球水资源分布不均
地球上的水资源主要集中在南极洲、北极地区和各大洋中,而非洲 、亚洲和拉丁美洲等地区的水资源相对匮乏。
水资源利用现状
随着人口增长和经济发展,全球水资源需求量逐年增加,同时水资 源的过度开采和不合理利用也导致了水资源短缺和水环境问题。
水资源管理挑战
如何合理利用和保护水资源,实现水资源的可持续利用,是全球面临 的重要挑战。
地下水污染防治
01
02
03
污染源调查与控制
查明地下水污染源,采取 有效措施切断污染途径, 防止污染物进入地下水。
污染治理与修复
采用物理、化学、生物等 方法对已污染的地下水进 行治理和修复,使其水质 得到改善。
法律法规与监管
制定严格的地下水污染防 治法律法规和监管制度, 强化污染者责任,加大违 法处罚力度。
利用地球物理方法探测地下水分布和特征,提高水资源评价精度 。
水文地质学与环境科学
分布式水文模型的现状与未来
分布式水文模型的现状与未来分布式水文模型的现状与未来近年来,随着计算机技术和数值模拟方法的不断发展,水文领域的分布式水文模型逐渐成为研究的热点。
分布式水文模型是基于地理信息系统(GIS)和数值计算方法的水文模拟模型,能够更加精细地描述流域内不同地区的水文过程,提供高精度的水文数据和模拟结果,对于水文预测、水资源管理和防洪减灾具有重要意义。
目前,分布式水文模型主要应用于流域水量预测、径流模拟、洪水预警等方面。
流域水量预测是分布式水文模型的主要研究方向之一,通过对流域内不同地区的地形、土壤类型、植被覆盖等地理参数进行详细划分,可以更准确地预估不同地区的日降雨径流量。
分布式水文模型还可以模拟洪水发生时的水位、流速等水文要素,并预测洪水演变趋势,为防洪减灾工作提供重要依据。
在分布式水文模型的应用过程中,存在一些问题亟待解决。
首先,模型构建需要耗费大量的时间和精力。
分布式水文模型需要综合考虑地理、气象、水文等多种因素,进行复杂的参数估计和地形分析,模型构建过程需要大量的数据和专业知识。
其次,分布式模型的模拟精度仍有待提高。
目前的分布式水文模型在复杂地形或多肉眼道路网络的流域内,往往存在模拟精度不高的问题,需要进一步完善水文模型的算法和参数。
为解决以上问题,分布式水文模型的未来发展方向可以从以下几个方面展开。
首先,在模型构建方面,应加强对空间分辨率的研究。
当前分布式水文模型常用的分布式单元通常是以某一个网格(如DEM网格、图斑等)为基础,而未能充分考虑地势、土地利用和水文效应等因素的影响。
因此,未来的研究应针对不同流域的特点和需求,设计出更加合理的分布式单元,提高模型的空间精度和模拟效果。
其次,在模型参数估计方面,可以尝试引入机器学习和人工智能的方法。
通过对海量的历史水文数据进行分析和学习,结合分布式水文模型的特点,可以更加准确地估计模型参数,提高模型的预测能力。
此外,应加强分布式水文模型与其他模型的集成研究,提高模型的适用性和预测精度。
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水文学的现状及未来芮孝芳梁霄(河海大学水文与水资源学院,江苏南京210098 )摘要:水文学已发展成为具有众多分支学科的博大精深的学科体系。
分析了水文现象的复杂性及还原论的缺陷,探讨了水文学发展的动力,总结了现行水文学的理论基础及局限性,指出了流域水文模型的发展中可能的误区。
最后,对水文学必须从“线性”向“非线性”拓展作了初步讨论。
关键词:水文现象;水文学方法;还原论;非线性流域;水文模型1 水文现象的复杂性与还原论的缺陷水文现象是大气过程与下垫面条件共同作用的产物[1]。
相同时空分布的降雨降落在不同下垫面条件的流域,以及不同时空分布的降雨降落在相同下垫面条件的流域,都会形成不同的洪水过程和不同的时间序列。
根据现有的认识水平,水文现象的复杂性主要表现为:·水文现象的时空变化既有确定性表现,又有不确定性表现,而且许多水文现象不确定性方面的表现更为强烈。
·水文现象的确定性表现既有周期性表现,又有非周期性表现。
非周期性表现又有因果性和趋势性之分。
·水文现象的不确定性表现可能有随机性、灰性、模糊性、突变性、混沌性等不同形式。
随机性又有纯随机性、平稳随机性和非平稳随机性之分。
·水文现象时空跨度很大,时空变异性大多数表现十分强烈。
·不同尺度的水文现象之间非相似性表现十分强烈。
·水文现象与天气现象比较,更易受到人类活动的影响。
可见水文现象已经够复杂了!但由于受到人类认识自然能力的限制,我认为水文现象的复杂性可能还没有被充分揭示出来。
正因为水文现象如此复杂,所以当人们用“还原论”[2]讨论水文的规律时,有时就会碰壁。
还原论认为,通过将事物分解成越来越精细的组成部分就能最终对其做出彻底的理解。
将这种“还原论”用于分析河道中洪水波运动可以说相当成功,用于分析降雨径流形成也基本成功,而用于分析水文循环时空变化和径流长期演变就碰壁了。
因为水文循环是一个由多路径、多尺度构成的及其复杂的系统,企图用还原论对其做出彻底的理解几乎是不可能的,因此,有必要另辟蹊径来解决此类问题。
此时遇到的最大挑战就是,应该用什么样的数学物理工具来恰如其分、完整地描述如此复杂的系统呢?2水文学的分支及发展动力地球系统是由四大圈层构成的。
研究大气圈的是为大气科学,研究岩石圈的是为地质科学,研究生物圈的是为生物科学,研究水圈的是为由水文学和海洋学组成的水科学。
作为一种独立学科,水文学也许是一个后字辈,但在近半个世界里却得到了快速发展,已经与其他学科交叉形成了庞大的学科体系和众多的分支学科[3]。
按研究水体分(图1),有流域水文学、河流水文学、湖泊水库水文学、地下水水文学、河口水文学、湿地水文学、冰川水文学和全球水文学等。
按服务于经济社会分(图2),有工程水文学、桥涵水文学、城市水文学、农业水文学、森林水文学、水资源水文学、环境水文学等。
按交叉学科或研究方法分(图3),有物理水文学、动力水文学、系统水文学、随机水文学、确定性水文学、计算水文学、数字水文学、气象水文学、地理水文学、地貌水文学、生态水文学、水文测量学、水文信息学和同位素水文学等。
图1 水文学按照研究水体的分类①全球水文学②流域水文学③河流水文学④湖泊水库水文学⑤地下水水文学⑥冰川水文学⑦水文气象学⑧生态水文学⑨湿地水文学⑩河口海岸水文学图2 水文学按照服务于经济社会的分类①工程水文学②农业水文学③森林水文学④城市水文学⑤桥涵水文学⑥环境水文学⑦水资源水文学图3 水文学按照交叉学科或研究方法的分类①动力水文学②系统水文学③计算水文学④水文统计学⑤随机水文学⑥水文地理学⑦同位素水文学⑧实验水文学⑨水文测验学⑩数字水文学与任何一门学科发展一样,驱动水文学发展之力也来自三个方面:一是好奇心。
这是人类天生的潜质。
人们对水文现象的好奇心历来有之。
我国唐代柳宗元就对产汇流现象产生好奇心,他在《天对》一文就写道:“坟垆燥疏,渗渴而升。
充融有余,泄漏复行。
”这可能是对蓄满产流最早期的描述。
1674年,法国人Perreault[4]就对塞纳河流域的年降雨量与年径流量的定量关系产生了好奇心,并得出该流域年径流量等于1/6年降雨量的结论。
1961年英国人Penman[5]曾用“What happens to the rain?(降雨后将发生什么?)”这样一句设问表达了他对降雨径流产生的好奇心。
可以说,没有好奇心就没有科学的起源。
二是经济社会发展的需求。
为什么工程水文学在20世纪30~40年代发展很快,为什么水资源水文学和环境水文学到了20世纪70年代以后才开始大力发展起来,为什么近20年来有兴起了生态水文学的研究热潮,这都是因为经济社会发展的要求。
三是对科学真理的追求。
在科学研究过程中追求真理是源于科学研究中的学术讨论及科学批判精神。
因为科学讨论和批判的过程就是去伪存真、追求真理的过程。
Dunne[6]为什么在20世纪70年代提出新产流理论,就是基于他对原先的Horton产流理论的“批判”。
Cunge[7]为什么能在1969年发现Muskingum法的水力学基础,就是因为他深信洪水演算问题既然可用水文学和水力学两条途径去解决,那么这两条途径之间就可能有理论上的联系。
这些例子无不体现了人们在追求科学真理的过程中确实推动了科学的发展。
上述三种推动水文学发展的驱动力是客观存在的,相辅相成的。
目前在我国的水文学研究中经济社会发展的需求十分强劲,项目多得做不完,在这种情况下我们应当注意可能出现的负面影响,你如果能在保持强劲的经济社会发展需求之下,充分发挥另外两种驱动力的作用,那么你获得创新成果的可能性就会大大增加,也就是说,如果你能处理好“做课题”和“做学问”之间的辩证关系,那么你就会有更多的获得创新成果甚至是原创新成果的机会。
3水文学方法及现有理论的局限性学科的发展,除了要有驱动力外,有效、巧妙的方法也是不可缺少的,学科方法与学科繁荣发展相互促进,学科的繁荣发展在很大程度上得益于学科方法的创新,反过来又会有力地促进学科方法的深化和更奇妙的方法的涌现。
水文学发展到今天,水文学方法我认为可从思维方法和研究方法两个层面来进行总结。
所谓思维方法是指是指用什么样的思想来考察水文现象并揭示其规律性。
水文学的思维方法主要体现在宏观与微观、统计与成因、聚集与解集、线性与非线性、物理规律与本构关系、物理过程与应用数学过程、模拟与预测等辩证关系的应用上。
所谓研究方法是指用什么样的手段来表达所揭示的水文规律并达到使用的目的。
水文学的具体研究方法一般包括如何考察水文现象的观测方法,以及如何表达其规律的分析方法。
水文学中的“观察”一般包括野外设站观测、科学考察和科学实验。
水文学中的“分析”主要有演释推理和数学建模。
“假设”、“猜想”、“比拟”就是水文学研究中常用的一些分析手段。
在水文学的历史长河中,曾经出现过许多引人入胜、体现了研究方法对推动学科发展起着重要作用的研究事例[8],对其进行发掘和提炼,不仅可以启发人们的科学创新精神,而且也是对自然辩证法的弘扬。
回顾水文学的发展过程,人们不难发现,支撑现行水文学的一些理论主要是在近百年,尤其是20世纪30年代以来形成的,除了基本的物理定律,如质量守恒定律、能量守恒定律、动量守恒定律、热力学定律、扩散定律等以外,主要就是[9]:·假设全球水文循环是一个闭合系统;·假设水文要素在一定空间范围内分布均匀;·假设有限时段内水文要素变化均匀;·满足叠加性和均匀性;·认为存在“门槛”效应;·假设随机独立性;·假设为平稳时间序列;·假设存在重现性和相似性。
对于上述所列各项的合理性与适用性,不可一概而论。
有的可以获得一定实验或实测资料的近似验证,例如:叠加性、倍比性、“门槛”效应、时空分布均匀性等在一定条件下是可以近似得到满足的,但在另一些条件下则会造成较大的误差,甚至不可以使用,有的则主要来自推测,例如独立随机性、平稳随机性、重现性和相似性的假设等,应该说至今仍难以用实践来直接验证之。
现有水文学理论尽管存在上述问题,但基本上能满足当前经济社会发展对水文学的要求。
随着经济社会发展对水文学的要求越来越高,以及不断高涨的对科学真理的追求,人们对现有水文学理论的合理性,以及所能够达到的精度,提出了越来越多的质疑,要求改进水文学理论的呼声也越来越高。
4流域水文模型的发展趋势及可能的误区流域水文模型是水文学与计算机技术相结合的产物,在水文学发展历史中,流域水文模型的出现在水文学发展历史中是一件带有划时代意义的事件。
早在20世纪80年代,国际有一些水文学家就曾预言:21世纪将是“模型世纪”。
现在的事实证明,这个预言基本上已成为现实。
根据Singh[5]统计,目前全世界已有数以百计的流域水文模型,其中有较大实用价值的有70个,而比较流行的也有15个之多,我国赵人俊先生研制的新安江模型属于其中之一。
流域水文模型已逐步成为探索水文规律、解决经济社会可持续发展中遇到的水问题的重要工具。
对流域水文模型的研究始终是围绕着提高精度,更好地模拟和预测“降雨后发生了什么”这一水文学基本科学问题而展开的。
从近30年流域水文模型发展的事实看,其发展的总趋势大体上是:·从集总式、分散式向分布式发展;·从“黑箱子”、“概念性”向“具有物理基础”发展;·从仅考虑确定性或随机性向既能考虑确定性又能考虑随机性发展;·从仅模拟降雨径流形成向集成模拟产流、汇流、产沙、输沙和水质迁移转化发展;·从传统的研制方式向在数字流域平台上研制发展。
但在流域水文模型的研究和应用中,的确存在一些值得注意的问题,在此我愿意提出来与大家商榷:·将构建或使用流域水文模型看作是水文学研究的唯一追求,夸大其作用,不重视对水文物理过程机理的研究;·将在某种特定条件下研制出来的流域水文模型“万能化”。
只要国外有什么模型,就会有追随者生搬硬套的到处使用。
而不认真考虑它的具体使用条件。
·盲目使用最优化方法率定模型参数,迷信数学方法,而几乎不顾及模型结构和参数的物理意义,对“异参同效”现象有点熟视无睹。
·只注意拟合历史资料的效果,不注重模型的预测检验。
不少研究报告或学术论文仅对一次或少数几次洪水模拟合格就宣布成功,而对所采用的模型参数不愿公布模拟结果更不愿做任何合理性分析。
·人为地制造拟合效果好的假象。
例如有人竟不用顺时序过程而改成历时曲线来判断模型的模拟效果,甚至以经验公式的计算结果作为率定参数的判据!5水文学应从“线性”向“非线性”拓展在哲学上,思维方法可以分为线性思维和非线性思维两大类。
线性思维是建立在机械论世界观基础上的一种思维方法,而非线性思维是建立在复杂性世界观基础上的一种思维方法。