水文学研究的发展历程与主要历史阶段

水文学研究的发展历程与主要历史阶段

2016-12-19 作者: xuzhiping 浏览: 7732 次

摘要: 水文学的发展,就是随着社会经济发展和水利工程发展的需要,从萌芽到成熟、由经 验到理论逐步发展起来的,。今后的发展仍将遵循这一规律更快地向前发展,以满足社会继续发展的需求。水文学的发展,大体可分为以下几个阶段。 一、 萌芽时期(1400年以前) 在一些古文明国家...

水文学的发展,就是随着社会经济发展和水利工程发展的需要,从萌芽到成熟、由经 验到理论逐步发展起来的,。今后的发展仍将遵循这一规律更快地向前发展,以满足社会继续发展的需求。水文学的发展,大体可分为以下几个阶段。

一、 萌芽时期(1400年以前)

在一些古文明国家和地区,从历代古籍、文献、碑刻古迹和发掘的文物中,可以发现水 文科学萌发的一系列史实:古埃及在公元前3500 ~公元前300年因灌溉引水开始观测尼 罗河水位,至今还保存有公元前2200年所刻水尺的崖壁。中国古代的一些水利工程如都 江堰、灵渠等建成后能较长时期地发挥效益,都与运用水文知识有关,尤其是2 000年前 建成的都江堰,至今仍在发挥巨大的效益。中国元始四年(公元4年)张戎最先提出的 “以水攻沙”,对当时和后世治理黄河的影响甚大。

中国的测雨可追溯到公元前11世纪 以前的商代,甲骨文中有细雨、大雨和骤雨的分类。宋秦九韶在《数书九章》记有当时全 国都有天池盆测雨量及测雪量的方法。北魏郦道元的《水经注》(公元527年)记述干支 河流达1 252条之多,比欧洲同类水平的著作约早1 000年,是一部水文地理巨著。《吕氏 春秋》(公元前239年)最先提出水文循环,完整地提出了水循环概念“云气西行云云然, 冬夏不綴,水泉东流,日夜不休;上不竭,下不满,小为大,重为轻,圜道业”,至今尚为世界 学术界所称道。

总的来说,这一时期中国的水文知识居于世界领先地位。

二、 奠基时期(1400 ~ 1900年)

14 ~ 16世纪欧洲文艺复兴和18 ~ 19世纪工业革命给自然科学的发展带来很大影 响。此时期水文方面雨量器、蒸发器和流速仪等一系列观测仪器的发明,为水文现象的实 地观测、定量研究和科学实验提供了必要的条件。水文循环在观测和实验基础上得到验 证,水文现象由概念描述深人到定量表达,为水文科学的建立奠定了基础。这一时期,水 文学首先在西欧发展,后在北美兴起,并应用于实际。

1424年中国开始全国统一制作和使用标准测雨器。1610年意大利B.卡斯泰利提出了流量测量方法。英国雷恩发明了自记雨量计。1790年法国R.活尔特曼发明了转子式 流速仪。1870年美国T. G.埃利斯发明了旋桨式流速仪。1885年美国W. G.普赖斯发明 了旋杯式流速仪,为水文定量观测和水文科学提供了有力的工具。

在欧洲,由于实测水文资料积累和实验研究的深人,揭示了一系列水文基本规律。在 中国,徐霞客经过28年的野外考察,他的游记中关于岩溶地貌和水文地理的记述,早于国 外同类著作近300年。18〜19世纪西欧产业革命促进城市、交通和工业发展,大量的水 利建设要求解决各种设计中的水力计算问题,使水力学理论得到较大进步,由此又为一些 水文规律的理论研究提供了有力的工具。水文学基本理论和方法逐步完善,使水文计算 和水文预报水平得到提高,在工程建设中和防洪中的效果日益显著,从而形成以水文计算 和水文预报为主的新分支学科——应用水文学。总的来说,在这一时期中国水文科学进 展比较缓慢。

三、 应用水文学的兴起(1900 ~ 1950年)

进入20世纪,特别是经过两次世界大战的破坏后,各国都致力于经济恢复和发展,迫 切需要解决城市建设、动力开发、交通运输、工农业用水和防洪等水利工程中的一系列水 文问题,促进了水文科学的迅速发展。此时期水文站网扩大,实测资料积累丰富,为水文 分析研究提供了前所未有的条件,应用水文学取得了许多新进展。美国在这一时期取得 的成果较多,处于领先地位。1900年美国J. A.塞登提出了著名的塞登定律,为天然河道 洪水演进提供了理论。1935年美国G. T.麦卡锡提出的马斯京根法简化了河道的洪水演 进计算。为适应工程设计和防洪要求,水文计算和水文预报方面提出了许多新的概念和 方法:1914年黑曾首先用正态概率格纸选配流量频率曲线。1924年H. A.福斯特完整地 提出了 P-IE频率曲线的分析方法。W.韦伯尔提出了经验频率计算公式。这些学者把 概率论和数理统计引进了水文学。

1932年美国L. R. K.谢尔曼提出的单位过程线被誉为 水文学进展的里程碑。1937年美国M.贝纳德和R. K. Jr.林斯雷等提出可能最大降水/洪 水方法。这些水文计算方法在实际应用中得到迅速推广,丰富了应用水文学。1936年美 国的W. G.霍伊特提出将随机过程引入水文计算,形成了随机水文学。此外,许多应用水 文学著作的出版,标志着水文学进入了成熟阶段。

这一时期中国在停滞了数个世纪之后,开始从西方引进了新的水文科学,从事于中国 江河水文学的研究。

四、 水文学的现代特色与发展(1950年以后)

20世纪后期水文科学的发展出现了新的形势:首先,由于新技术特别是计算机的应 用,使水文信息(实时资料)的获取、传递和处理大为方便迅速,节省了大量人力和时间。 其次,由于工农业和城市建设的需要,应用水文学发展迅速。最后,由于生产和生活用水 的增长,环境污染日趋严重,出现了水资源紧张局面,迫使水文学特别侧重于水资源研究, 不仅注重水量还要注重水质;不仅注重洪水,还要注重枯水;不仅研究一条河流、一个流域 的水文特性,还要研究跨流域、跨地区的水资源联合调度问题;不仅要研究短期、近期的水 文预报,还要研究长期的水文趋势预估。从此,水文科学进人了一个现代化的新时代。

美国于1971年建立了水文资料库,能够在各州终端上获得全美任一地点的资料。20 世纪80年代前期先后发射4颗陆地卫星,取得了许多水文研究成果,并为国际服务。美 国、英国和挪威等采用测深仪直接绘制断面图。这一时期,中国水文站网发展迅速,全国 基本站达21600处,可以基本掌握全国各主要河流的水文情势;在长江、黄河等流域开始 应用卫星图片和遥感技术研究水文及水资源问题。

20世纪50年代,随着电子计算技术的发展,出现了许多水文数学模型,为水文科学 的进一步发展开创了新途径。

1966年美国R. K. Jr•林斯雷和N. H•克劳福法提出的斯坦福流域模型和美籍华人周文德在20世纪60 ~70年代提出的流域水文模型以及一系列的水文随机模型、水系统模 型等,推动了水文预报和水资源系统分析的发展。自20世纪50年代初开始,中国也提出 了具有中国特色的洪水预报方法。

调查、考证和分析历史洪水资料,以弥补实测资料的不足。除广泛调查历史洪水外, 20世纪90年代又发展了古洪水研究,利用放射性同位素14C获得全新世(约距今10 000 年)以来的古洪水资料,在长江三峡、黄河小浪底等水利枢纽工程的洪水计算中取得了具 有巨大意义的成果。20世纪70年代以来,中国还相继编绘出版了《全国可能最大降水等 值线图》和《全国暴雨参数等值线图》等,为中国的暴雨洪水研究和计算作出了贡献。

20世纪70年代中期开展的国际水文合作,兴起了全球性的水文科学研究和国际水 文十年计划(IHD)、世界气象组织(WMO)的业务水文计划(OHP)、联合国教科文组织国际水文计划(IHP)等。广泛的国际合作,促进了全球水文、水资源知识的交流,推动了水文科学的发展。

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