套用水文學

運用水文學及有關學科的理論和方法，研究解決各種實際水文問題的途徑和方法，為水利、電力、交通、城鎮供水和排水、環境保護等工程建設．為農業、林業提供水文數據、水文參數和水文預報服務的一門套用科學．是水文學的一個分支。水資源開發利用和人類活動的水文效應也是套用水文學研究的領域。

基本介紹

• 中文名：套用水文學
• 外文名：appliedhydrology

簡介

套用水文學是水文科學的一個分支學科，它運用水文學和有關學科的理論和方法，研究各種實際水文問題的解決途徑和方法，為水利、電力、交通、城市發展和環境保護等工程建設提供水文設計數據和水文預報服務，為農業、林業和國土整治規劃提供水文依據。隨著生產力的發展．各種專業運用套用水文學研究的問題也日益廣泛，除了共性的問題以外。還針對各個專業進行了重點研究，從而逐步形成水文測驗學、工程水文學、城市水文學、農業水文學和林業水文學等分支學科。工程水文學發展最早，取得的成果也最大。水文測驗學是套用水文學的基礎，水文計算和水文預報等是工程水文學的主要內容。

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發展歷程

農業水文學調節氣候

套用水文學的發展可以追溯到19世紀。1851年馬爾瓦尼(T.J.Mulvaney)提出了計算小流域最大流量的推理公式，從此水文學由定性描述進入定量計算階段。之後，赫謝爾(C.Herschel)和弗里曼(J.R.Freeman)在1880至1890年首先套用了歷時曲線。1914年海森(A.Hazen)用正態機率格紙選配頻率曲線。1924年福斯特(H.A.Foster)完整地提出了皮爾遜Ⅲ型頻率曲線的分析方法， 從而將數理統計理論與方法引進了水文學， 為研究水文現象的隨機特性奠定了基礎。1932年謝爾曼(L.K.Sher-man)提出了單位過程線， 1934～1935年麥卡錫 (G.T.McCorthy)等人提出了馬斯京根流量演算法，1939年霍頓(R.E.Horton)建立了下滲公式， 為流域降雨徑流和河段洪水預報提供了方法。1938年斯奈德(F. F.Snyder)提出了綜合單位線， 為無資料地區的水文計算開闢了途徑。這些成就為水文學解決各類生產和生活中的實際問題在理論和方法上準備了條件; 至此， 套用水文學體系初步形成。

20世紀40年代中至50年代， 套用水文學進一步發展。1945年， 克拉(C. O. Clark)首先提出了瞬時單位線的概念，1957年，納希(J. E. Nash)完成了瞬時單位線方法。1946年波萊柯夫(Б. В. Поляков)指出可用馬爾科夫鏈來描述年徑流系列，從而把隨機過程理論與方法引入了水文學，豐富了水文統計的內容; 1949年，科勒(M.A. Kohler)和林斯利(R. K. Linsley)首創了暴雨徑流多變數合軸相關圖，使各水文要素之間複雜的非線性關係的分析大為簡化。50年代後，電子計算機在套用水文學中得到日益廣泛的套用，水文數學模型得到迅速發展，機率論與數理統計以及自動控制和最佳化理論的新成就，為隨機模型、濾波技術和系統分析方法等相繼引入套用水文學，而遙感、核技術等為水文探測提供了新的手段，套用水文學進入了一個新的發展時期。

二十世紀50年代後，套用水文學不斷發展學科自身的理論和方法，緊密聯繫工程實際，開拓了如水資源利用、人類活動的水文效應等新的研究領域，形成了工程水文學、農業水文學、森林水文學、都市水文學和醫療水文學等分支學科。

分支學科

簡介

20世紀50年代後，套用水文學不斷發展，已形成了下列分支學科：①工程水文學。主要研究內容有水文計算、水文預報和水利計算。②都市水文學。主要研究內容為水資源評價、都市地下水合理開發及城市地面沉降防治、都市化對城市暴雨和洪水徑流形成過程的影響，為城市防洪和排水系統的規劃設計提供數據。③農業水文學。主要研究土壤水分、土壤蒸發、植物散發同作物生態的關係，研究農業小氣候的形成和特點，以協調水、土壤、作物和氣象的綜合作用；還研究各種農業措施的水文效應。④森林水文學。主要研究森林對降水的影響，林冠的截留，林地土壤水動態和林地下滲過程，林區蒸散發，林地對徑流分配的改變狀況，森林的保水作用等。

工程水文學

工程水文學 主要研究有關控制水和使用水的工程設計與管理運行等方面的水文問題，包括水文分析與計算和水文預報等的基本理論和計算方法。水文預報又分短期和中長期預報。短期預報中以洪水預報為最重要，它根據河道內洪水波傳播及區問人流的實時信息。或是流域內暴雨的信息，用降雨徑流形成規律進行計算，發布洪水預報，為防洪調度提供決策依據。中國主要在東北、西北部分地區冬季有積雪。美國、原蘇聯等國的河川流域冬季積雪量大，融雪強度大的年份形成很大的融雪洪水，因而可以根據積雪量和影響融雪強度的因素。套用熱量平衡原理髮布融雪洪水預報。同樣，也可以對河流冰情包括流凌及封河日期、冰厚、開河及流凌終止日期等進行冰情預報；特殊的河段，如中國黃河的河套段及山東段，因河流自南向北流，上游先開河容易形成冰壩壅水及潰壩洪水等，需要發布河流各種冰情的預報。此外，為灌溉及抗旱需要，枯季河流水情及耕作區土壤水分(又稱墒情)也應根據需要作出預報。水文計算的套用範圍更廣。水工建築物的設計洪水、設計年徑流及徑流年內分配，流域各支流的洪水遭遇，入庫洪水的變化、河流中的泥沙輸送、河段沖淤變化規律及航道變遷，以及水庫回水末端淤積及下游的沖刷等也屬於水文計算的範圍。水利計算主要用於計算水庫正常蓄水位、防洪限制水位及年調節或多年調節水庫(或水電站)的最佳化調度，計算水電站的保證出力及裝機容量．並計算它在電網中該水電站應承擔的基本負荷及高峰負荷及多年平均年發電量等，這些都是水電站設計和運行的重要環節。

水文測驗學 主要內容是水文數據的蒐集、貯存和提供生產單位使用。它包括水文站網的布設、水文要素如雨量、水位、流量、冰情等項目的觀測和整理刊印。水文數據不僅為工程水文學各分支套用，也為套用水文學其他專業分支套用．還為國防、水資源開發、工農業布局和國土整治提供基本數據。

城市水文學 套用水文學的一個分支學科．研究可供城市的地表水、地下水年水量及年內分配，水質污染情況和處理方法，合理開採地下水和汛期地下水回灌的可能性，防止城市的地面沉降；研究城市化對暴雨洪水的影響，為城市防洪和排水等的規劃設計提供水文依據。通過對城市排放污水的監測，為污水處理廠規劃及引水稀釋污水等措施提供依據。

農業水文學 主要研究耕作區的土壤水分、土壤蒸發、植物散發和作物生態的關係；研究地下水埋深與作物根系發育及土壤次生鹽鹼化的關係；研究農業小氣候的形成和特點，以便更有效地協調水、土壤、作物和小氣候的綜合作用。從而為合理灌溉、保墒抗旱、防治漬澇和減少水土流失提供科學依據。農業水文學也研究各種農業措施的水文效應。

森林水文學 主要研究森林對降水徑流的影響，如林冠截留、林地降水入滲和壤中水的動態規律，林區蒸散發、森林及林地落葉層對地表徑流、壤中流和地下徑流分配的改變等，以揭示森林對水量平衡要素的影響；研究森林的保水作用及其對一次洪水和連續洪水、小洪水和特大洪水的影響程度；通過對比荒廢坡地與林地水土流失的情況研究水土保持的作用，為制定水土保持的各項措施提出科學依據。汛期利用溪流進行木材流放也是森林水文學研究的內容。

區別

套用水文學是水文科學的一個分支學科，它運用水文學和有關學科的理論和方法，研究各種實際水文問題的解決途徑和方法，為水利、電力、交通、城市發展和環境保護等工程建設提供水文設計數據和水文預報服務，為農業、林業和國土整治規劃提供水文依據。水資源利用和人類活動的水文效應是套用水文學研究的新領域。地下水水文學是運用水文循環和水量平衡原理研究地下水形成、運動、水情和地下水資源的水文學分支學科。它和主要研究地下水起源、類型、分布、運動、化學成分的形成和地質環境的水文地質學關係密切，但研究內容各有側重。由於地下水水文學是從水文循環的觀點來研究地下水的，因而它與氣候學、地表水水文學、土壤學有密切聯繫。地下水質評價，要運用水化學和水文地球化學知識。此外，系統分析理論在地下水的開發利用中已逐漸得到採用。地下水水文學中有些問題如降水、地表水和地下水三者的轉化關係，地下水資源及其員優開發及管理等研究較少，不少方面尚處於探索階段。湖泊水文學是研究湖泊水文現象和湖水資源利用的水文學分支學科。湖泊水文學要加強水文混合與水文平衡基礎理論研究，以闡明湖泊水文現象內部聯繫；提高水量平衡要素觀測和計算精度；推廣套用新技術；將湖泊作為系統，了解其中所有因素之間相互關係，研究湖泊的環境效應，湖水資源的保護、開發和利用。