水文科学的基本问题与发展趋势

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水文科学的基本问题与发展趋势

　　摘　　　　要：回顾了新中国 70 年来水文科学的发展历程。阐述了水文科学的基本问题及其

当代前沿：水圈及其与地球其他圈层的界面过程；水文循环及人类活动对水文循环的扰动；水

文学研究的特点及其方法论；水文知识的应用等。提出了划分水文科学分支学科的科学基础，

建议将水文科学划分为普通水文学，水文气象学，陆地水文学，生态水文学和应用水文学五个

分支学科。

　　 Abstract 　：In this article, we reviewed the history of the development of hydrological science

in People’s Republic of China for the past 70 years. We also discussed the basic scientific questions of

hydrology and its current frontier, which include the hydrosphere and its interface with other spheres

of the earth，the hydrological cycle system and the disturbance of human activities to it, the hydro-

observation and the methodology of hydrology research, the application of hydrological knowledge,

etc. Based on these studies, we suggest to divide the hydrological science into five sub-disciplines:

General hydrology, Hydro-meteorology, Land-hydrology, Eco-hydrology, and Applied hydrology.

Keyword： hydrology science; hydrosphere; hydrological cycle; sphere of the earth; effects of

human activities; methodology of hydrology;

1957 年秋，笔者背着行囊走进了华东水利学院水文系，开始了自己的水文人生。在这 60 多年

的光阴里，水文科学给了我人生的事业追求，自己也有幸见证了新中国水文科学的发展历程。

20 世纪 50—60 年代，新中国大兴水利，可是当时既没有系统的水文资料，也没有适合中国自

然环境的水文计算、水文预报方法。于是，关于水文站网布设与水文测验技术、设计洪水与设

计暴雨、河道洪水演进与预报方法等研究蓬勃兴起，到 60 年代末，已基本完成了工程水文学

在中国的奠基性工作。70—80 年代，中国已建成七大江河水文观测站网，研发了适合中国河流

水文特性的水文观测设备与技术，广泛吸收了当时国际先进的水文分析、水文计算和水文预报

方法，并根据中国自然地理特点进行改进，制定了中国水文观测、水文计算、水文预报等国家

规范，工程水文学在中国步入成熟时期。80—90 年代，国家面临水资源短缺的严峻挑战。水文

科学面对新的需求，开展了旨在摸清全国水资源禀赋的水资源调查，为水资源开发、利用与保

护提供水文学理论、方法与资料支撑。在这一进程中，丰富了水文科学的内涵，也催生了水资

源水文学逐渐兴起。同时，环境水文学、城市水文学、农业水文学、地下水文学等应用水文学

分支学科也雨后春笋般兴起。

进入 21 世纪，随着国家改革开放的推进，中国水文科学步入了与世界同步发展的进程。研究

的视野从流域尺度向全球尺度拓展，全球变化研究受到广泛关注，系统分析、熵、复杂性科

学、多尺度耦合等新概念、新理论、新技术不断引入水文科学研究中。最突出的进展是水文科

学进入了计算机时代，带动了水文模型的兴起和蓬勃发展。

当今，中国水文学者在为保障国家水安全做出贡献的同时，正积极关注全球资源、环境中的水

文科学问题，高屋建瓴地对水文科学的基本问题和未来的发展进行深入思考。

　 1 　、水文科学的基本问题

水文科学的基本问题，是指水文科学作为一门学科必须回答的，对学科发展具有基础性、引领

性的问题，主要包括本学科的研究对象、基本理论、方法论和应用技术等。立足水文科学的至

高点，俯视和梳理水文科学的主要内容。大致可以归纳为以下几个基本问题。

1.1 　、现代水圈及其形成与演变

地球水圈作为水文科学研究的客体，将其列为水文科学研究的基本问题，是再自然不过的了。

关于水圈的研究，大体包括：地球上水的起源，水圈的形成过程，第四纪以来水圈的演变，水

圈的未来。这些问题的时间尺度看似长达百万、千万甚至亿年，而人类文明史不足万年，但这

并非表明上述问题的研究是不必要的。这就如同地质科学研究 6000 万年前的燕山运动和 340

万年以来的新构造运动，对于今天的地震预测预报是不可或缺的那样。其实，关于地球水圈的

研究，对于人类探索其它星球上水的存在及其环境，也是很有价值的。在这个意义上，地球水

圈的研究也可列为天文学中行星研究的一个课题。

1.2 　、水文循环及其环境意义。

地球由于处在太阳系中的独特位置，使其地表平均温度为 15℃，正是这一温度环境，使地球上

的水具有了在自然条件下进行液态、气态和固态三相转换的可能。太阳热能和地球势能驱动着

水的三相转换的实现，形成了地球上的水文循环。

关于水文循环的探索，几乎贯穿人类文明史。在 17 世纪以前的 4000 多年里，东西方先哲们为

了探索河流的起源和海为何不满之谜，提出过多种思辨意义上的水文循环概念[1]。17 世纪后

半叶，法国人佩罗特（Pierre.Perraut）和马里奥特（Mariott）通过对塞纳河降水与径流的观测

分析，英国人哈雷（Ednmond.Halley）通过对地中海蒸发进行的估算，并与降雨和流入地中海

的河流水量相联系，才在科学意义上确立了水文循环的概念。1798 年，英国人道尔顿

（John.Dalton）通过对英格兰和威尔士地区降雨、径流、蒸发和区域蓄水量变化的分析，提出

了水量平衡方程，由此开始了对水文循环的定量研究。然而，自那时以来直到20 世纪末，关

于水文循环的研究多局限于对水文循环各别要素，如降水、径流、蒸发、入渗等进行孤立的观

测、实验和给出某些计算公式，而缺少对水文循环系统进行完整、统一的理论描述。在进入了

21 世纪的今天，这一使命理所当然地落在当代水文学者们的肩上。

水文循环作为联系地球水圈诸水体的纽带和地球能量与化学物质输移的机制，其研究内容十分

丰富，大致可以概括为以下两个主要方面。

（1）水文循环系统的结构与动态研究。该项研究的目的，旨在揭示全球水文循环系统中，不

同时空尺度的子系统是如何形成、演变及彼此耦合的动态过程和机制，以期作为对水文情势预

测、预报的依据。这显然是一个十分棘手的课题。其中，尺度转换与耦合机制是关键与难点之

所在。复杂性科学的理论和方法，或许是进行这方面探索的途径。

（2）水文循环动力学研究。水文循环是一个以水为介质的动力学系统。对该系统进行完整的

数学力学描述，创建水文循环动力学，建立全球与区域水文循环动力学模型，是水文循环研究

的理论追求，也是水文科学摆脱其半经验半理论状态，成长为具有坚实理论基础的学科的关

键。现代水文学知识表明：水从海洋和陆地蒸发，其过程可以由热力学描述；水汽进入大气层

后的分布、输移、辐合和辐散可以由动力气象学描述；水汽成云致雨的过程可以由云物理学描

述；水文循环的陆面过程可以由水动力学描述。可见，对于水文循环全过程中的不同阶段或环

节的数学力学描述，已具有较成熟的理论与方法，现在是在已有研究成果的基础上，创建水文

循环动力学的时候了。

　 1.3 　、水圈与地球其它圈层界面过程及全球问题

环顾我们面临的全球问题，几乎无不发生在水圈与地球其它圈层的界面上。例如：洪涝、干旱

和极端水文气象事件，发生在水圈与大气圈的界面上；山洪、泥石流、地震引起的水文地质灾

害发生在水圈与岩石圈的界面上；大范围热带雨林消失、草原荒漠化、一些水生和陆生生物灭

绝等生态环境问题，发生在水圈与生物圈的界面上；而当今面临的水资源短缺、水环境恶化等

问题，则是人类对水圈（主要是陆地水体）无度无序扰动引起的，也可称其为发生在水圈

“ ”与人类圈的界面上。把人类面临的全球问题统一归纳在水圈与地球其它圈层的界面上，并通

过对界面过程异常变化的分析，揭示各种全球问题发生的机制，是水文科学研究一个全新的思

路与领域。

　 1.4 　、水文学知识之应用

所有的科学与技术，都是为了满足人类与时俱进的各种需求。满足需求的方式，就是把从科学

实验和生产实践中获得的经验凝练成为知识，并将知识应用于满足人类的需求中。正是基于这

样的认识，水文科学的终极目的，就是提供充分的水文科学知识，并将其应用于满足人类对于

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摘要：

水文科学的基本问题与发展趋势　　摘　　　　要：回顾了新中国70年来水文科学的发展历程。阐述了水文科学的基本问题及其当代前沿：水圈及其与地球其他圈层的界面过程；水文循环及人类活动对水文循环的扰动；水文学研究的特点及其方法论；水文知识的应用等。提出了划分水文科学分支学科的科学基础，建议将水文科学划分为普通水文学，水文气象学，陆地水文学，生态水文学和应用水文学五个分支学科。　　Abstract　：Inthisarticle,wereviewedthehistoryofthedevelopmentofhydrologicalscienceinPeople’sRepublicofChinaforthep...

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