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水文科學

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外文名 ：Hydrology Science 特點 ：自然規律的數理化處理 行業 ：自然，社會，經濟，工程

水文科學是一門自然學科，是指通過利用地球上水起源、存在、分布、循環、運動等變化規律的研究分析成果為人類服務的知識體系。

簡介

暴雨和洪水也給人類帶來嚴重的災害。水更是影響人類社會發展的重要因素。水文科學在認識自然、改造世界的鬥爭中，有着重要的意義和廣闊的前景。

水文科學研究領域十分寬廣。大氣水、海洋水、地表水、地下水，都是水文科學的研究對象。水循環研究是水文科學的核心內容。水文科學主要包括海洋水文學和陸地水文學。大氣水也是水文科學研究對象，但其還沒形成獨立學科。

水文科學體系前沿是在不斷擴大、多層次、綜合統一體。水文科學不僅是基礎科學，也是應用科學。水文科學主要通過定點觀測、野外查勘和水文實驗（主要是野外實驗）等手段，獲得水體時空分布和運動變化的信息，形成水文測驗學、水文調查、水文實驗三個分支學科。

水文科學作為應用科學主要包括工程水文學、農業水文學、森林水文學、都市水文學、醫療（衛生）水文學等分支學科，工程水文學發展最為迅速，包括水文計算、水利計算、水文預報等組成部分，水文計算和水利計算為各類防洪工程、灌溉工程、水力發電、航運工程、道路和橋涵工程、軍事工程等規劃、設計提供水文依據。

相關介紹

水文科學是地球上水的起源、存在、分布、循環、運動等變化規律和運用這些規律為人類服務的知識體系。地球表層的水由地球內部逸出，經過約35億年的積聚和演變，逐漸形成今天的水圈。水圈的形成不僅改變了岩石圈的面貌，使大氣圈中的現象變得複雜多樣，而且導致生物圈的出現。因此，水的出現和水圈的形成，被視為地球自然歷史中最重大的事件。水是人類存在最重要的物質基礎，同時，暴雨和洪水也給人類帶來嚴重的災害。在人類文明史中，水與人的關係占有極其重要的地位，而且這種關係還在不斷發展。在人類面臨糧食、能源和環境等重大挑戰的今天，水更是影響人類社會發展的重要因素。因此，水文科學在認識自然、改造世界的鬥爭中，有着重要的意義和廣闊的前景。

水文科學的研究領域十分寬廣。從大氣中的水到海洋中的水，從陸地表面的水到地下水，都是水文科學的研究對象。水圈同大氣圈、岩石圈和生物圈等地球自然圈層的相互關係，也是水文科學的研究領域。水文科學不僅研究水量，而且研究水質，不僅研究現時水情的瞬息動態，而且探求全球水的生命史，預測它未來的變化趨勢。20世紀50年代以來，水資源的開發利用規模日益擴大，人類活動對自然環境產生了多方面的影響，因此，現代水文科學也正以極大的興趣研究水資源利用和人類活動對自然環境的反饋效應。特別應當指出的是，地球上各種水體的水通過水文循環緊密地聯繫在一起，因此，對地區和全球水文循環的研究，是水文科學的核心內容。人們在長期觀測和實驗中逐漸認識了水文循環的基本規律，使水文科學發展成為一門近代自然科學。

水文科學是地球科學的組成部分，也是現代技術科學的一個領域。它主要包括海洋水文學和陸地水文學。海洋水文學以海洋中的水為研究對象，陸地水文學以陸地上的水為研究對象，大氣中的水雖然也是水文科學的研究對象，不過，有關這方面的知識還沒有形成完全獨立的學科。

陸地上的水量雖然只約占全球總水量的3.5%，但是，淡水幾乎都分布在陸地，整個人類生活在陸地，最複雜的水文過程也發生在陸地，因此，對陸地上的水的研究尤其受到人們的重視。陸地水文學是水文科學的主要組成部分。本文主要根據陸地水文學的研究成果，對水文科學的研究對象、研究方法、學科體系、發展簡史、現狀和趨勢作一概要的闡述。詳細內容由《水文科學》的其他條目介紹。有關海洋和大氣中的水文知識，由本卷的《海洋科學》和《大氣科學》分別概述。

水文循環

地球上現有約13.9億立方公里的水，它以液態、固態和氣態分布於地面、地下和大氣中，形成河流、湖泊、沼澤、海洋、冰川、積雪、地下水和大氣水等水體，構成一個浩瀚的水圈。水圈處於永不停息的運動狀態，水圈中各種水體通過蒸發、水汽輸送、降水、地面徑流和地下徑流等水文過程緊密聯繫，相互轉化，不斷更新，形成一個龐大的動態系統。在這個系統中，海水在太陽輻射下，蒸發成水汽升入大氣，被氣流帶至陸地上空，在一定的天氣條件下，形成降水落到地面。降落的水一部分重新蒸發返回大氣，另一部分在重力作用下，或沿地面形成地面徑流，或滲入地下，形成地下徑流，通過河流，匯入湖泊，或注入海洋。從海洋或陸地蒸發的水汽，上升凝結，在重力作用下直接降落在海洋或陸地上。水的這種周而復始不斷轉化、遷移和交替的現象稱水文循環。不過，上述只是全球水文循環輪廓的幾筆速寫，而水文循環的實際情況要複雜得多。在地面以上平均約11公里的大氣對流層頂至地面以下1～2公里深處的廣大空間，無處不存在水文循環的行蹤。不同緯度帶的大氣環流使一些地區成為水汽源地，那裡蒸發大於降水，而使另一些地區成為水汽輻合區，那裡降水大於蒸發；不同規模的跨流域調水工程能夠改變地面徑流的路徑，全球任何一個地區或水體都存在着各具特色的區域水文循環系統，各種時間尺度和空間尺度的水文循環系統彼此聯繫着、制約着，構成了全球水文循環系統。

全球每年約有577000立方公里的水參加水文循環。水文循環的內因，是水在自然條件下能進行液態、氣態和固態三相轉換的物理特性，而推動如此巨大水文循環系統的能量是太陽的輻射能和水在地球引力場所具有的勢能。

水文循環是自然界最重要的物質循環之一。它成雲致雨，影響着一個地區的氣候和生態，塑造地貌和實現地球化學物質的遷移，像鏈條一樣連結着全球的生命，為人類提供不斷再生的淡水資源和水能資源。水文循環使我們生活的星球變得生機勃勃。不難想象，倘若沒有水和水文循環，我們的星球會像月球一樣，是一幅沒有生命，寂靜荒漠的圖景。

在一定的氣候條件下，從長時期（數十年乃至數百年）考察全球水文循環，可以看到，水文循環的各個要素的水量基本是恆定的。就多年平均而言，全球陸地的年入海水量基本不變，全球的年蒸發量與年降水量大體相等；而在任一局部地區和時段內，收入的水量恆等於支出的水量與蓄水變量之和。水文循環過程中，蒸發、降水、徑流等要素間的這種數量關係叫做水量平衡，它是物質不滅定律在水文循環過程中的體現，也是水文科學最基本的原理之一。

水在循環過程中的存在和運動的各種形態，例如蒸發、降水、河流和湖泊中的水位漲落、冰情變化、冰川進退、地下水的運動和水質變化等，統稱水文現象。水文現象在各種自然因素和人類活動影響下，在空間分布或時間變化上都顯得十分複雜。儘管如此，人們經過長期研究，認識到水文現象具有下列特點。

第一，在全球水文循環過程中，發生在不同地點不同時間的水文現象並不是各自孤立的，而是在空間上和時間上存在着一定聯繫的。例如，在空間上，一個地區發生洪水或乾旱往往與另一些地區水文現象的異常變化有聯繫；在時間上，今天的水文現象是昨天的水文現象的延續，而明天的水文現象則是在今天的基礎上向前發展的結果。在永無休止的全球水文循環過程中，任何地方任何時候出現的水文現象，都是全球水文現象整體中的一部分和在時間長河中的一幕。

第二，水文現象的時間變化過程存在着有周期而又不重複的性質，一般稱為「准周期」性質。例如，潮汐河口的水位存在以半個或一個太陰日（24小時50分）為周期的日變化；河流每年出現水量豐沛的汛期和水量較少的枯季，表現出一年內的季變化；通過長期觀測可以看到，河流、湖泊的水量存在着連續豐水年與連續枯水年的交替，表現出多年變化。形成這種周期變化的基本原因，是地球的公轉和自轉，地球和月球的相對運動，還包括太陽活動如太陽黑子的周期性運動的影響。它們導致太陽輻射的變化和季節的交替，使水文現象也出現相應的周期變化。周期變化反映了水文現象的時間變化過程有確定性的一面。然而，水文現象還受眾多其他因素的影響。這些因素自身在時間上也不斷地變化，並且相互作用和相互影響着。因此，水文現象的周期變化規律並不是十分嚴格的，表現出既有周期又不重複的特點。例如，河流汛期的水量及其變化過程每年並非一樣，河流、湖泊的豐枯水的多年變化周期可以有很大的差異。這種不重複性表明水文現象在時程變化方面存在不確定性的一面。

第三，水文現象在地理分布上既存在地帶性，又具有局部變化的特點。例如，東亞地區的年雨量和年徑流量都存在着隨緯度和離海洋距離的增大而自東南向西北逐漸減小的趨勢，形成這種趨勢的原因是各地的氣候條件隨地理位置呈有規律的變化。地帶性反映水文現象在空間變化方面存在確定性的一面。然而，當某些地區下墊面因素呈現出十分明顯的局地性時，水文現象的地帶性規律在這些地區會變得模糊甚至被掩蓋，而表現出局地變化的特徵。例如，岩溶地區的徑流特徵與它周圍地區的徑流特徵往往迥然不同，這種局地變化反映水文現象在空間變化方面也存在不確定性的一面。

值得指出的是，無論在時間上或空間上，水文現象的確定性和不確定性並不是互相排斥的，任何水文現象都同時存在這兩方面的性質。只是當某種情況下，更多地表現出確定性規律，而在另一種情況下，更多地表現不確定性的特點。