应用水文学
应用水文学
运用水文学及有关学科的理论和方法，研究解决各种实际水文问题的途径和方法，为水利、电力、交通、城镇供水和排水、环境保护等工程建设．为农业、林业提供水文数据、水文参数和水文预报服务的一门应用科学．是水文学的一个分支。水资源开发利用和人类活动的水文效应也是应用水文学研究的领域。[1]
中文名:应用水文学
外文名:appliedhydrology
目录
简介
应用水文学是水文科学的一个分支学科，它运用水文学和有关学科的理论和方法，研究各种实际水文问题
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的解决途径和方法，为水利、电力、交通、城市发展和环境保护等工程建设提供水文设计数据和水文预报服务，为农业、林业和国土整治规划提供水文依据。随着生产力的发展．各种专业运用应用水文学研究的问题也日益广泛，除了共性的问题以外。还针对各个专业进行了重点研究，从而逐步形成水文测验学、工程水文学、城市水文学、农业水文学和林业水文学等分支学科。工程水文学发展最早，取得的成果也最大。水文测验学是应用水文学的基础，水文计算和水文预报等是工程水文学的主要内容。
发展历程
应用水文学的发展可以追溯到19世纪。1851年马尔瓦尼(T.J.Mulvaney)提出了计算小流域最大流量的推理公式，从此水文学由定性描述进入定量计算阶段。之后，赫谢尔(C.Herschel)和弗里曼(J.R.Freeman)在1880至1890年首先应用了历时曲线。1914年海森(A.Hazen)用正态概率格纸选配频率曲线。1924年福斯特(H.A.Foster)完整地提出了皮尔逊Ⅲ型频率曲线的分析方法， 从而将数理统计理论与方法引进了水文学， 为研究水文现象的随机特性奠定了基础。1932年谢尔曼(L.K.Sher-man)提出了单位过程线， 1934～1935年麦卡锡 (G.T.McCorthy)等人提出了马斯京根流量演算法，1939年霍顿(R.E.Horton)建立了下渗公式， 为流域降雨径流和河段洪水预报提供了方法。1938年斯奈德(F. F.Snyder)提出了综合单位线， 为无资料地区的水文计算开辟了途径。这些成就为水文学解决各类生产和生活中的实际问题在理论和方法上准备了条件; 至此， 应用水文学体系初步形成。
20世纪40年代中至50年代， 应用水文学进一步发展。1945年， 克拉(C. O. Clark)首先提出了瞬时单位线的概念，1957年，纳希(J. E. Nash)完成了瞬时单位线方法。1946年波莱柯夫(Б. В. Поляков)指出可用马尔科夫链来描述年径流系列，从而把随机过程理论与方法引入了水文学，丰富了水文统计的内容; 1949年，科勒(M.A. Kohler)和林斯利(R. K. Linsley)首创了暴雨径流多变数合轴相关图，使各水文要素之间复杂的非线性关系的分析大为简化。50年代后，电子计算机在应用水文学中得到日益广泛的应用，水文数学模型得到迅速发展，概率论与数理统计以及自动控制和优化理论的新成就，为随机模型、滤波技术和系统分析方法等相继引入应用水文学，而遥感、核技术等为水文探测提供了新的手段，应用水文学进入了一个新的发展时期。
二十世纪50年代后，应用水文学不断发展学科自身的理论和方法，紧密联系工程实际，开拓了如水资源利用、人类活动的水文效应等新的研究领域，形成了工程水文学、农业水文学、森林水文学、都市水文学和医疗水文学等分支学科。[2]
分支学科
简介
20世纪50年代后，应用水文学不断发展，已形成了下列分支学科：①工程水文学。主要研究内容有水文计算、水文预报和水利计算。②都市水文学。主要研究内容为水资源评价、都市地下水合理开发及城市地面沉降防治、都市化对城市暴雨和洪水径流形成过程的影响，为城市防洪和排水系统的规划设计提供数据。③农业水文学。主要研究土壤水分、土壤蒸发、植物散发同作物生态的关系，研究农业小气候的形成和特点，以协调水、土壤、作物和气象的综合作用；还研究各种农业措施的水文效应。④森林水文学。主要研究森林对降水的影响，林冠的截留，林地土壤水动态和林地下渗过程，林区蒸散发，林地对径流分配的改变状况，森林的保水作用等。
工程水文学 主要研究有关控制水和使用水的工程设计与管理运行等方面的水文问题，包括水文分析与计算和水文预报等的基本理论和计算方法。水文预报又分短期和中长期预报。短期预报中以洪水预报为最重要，它根据河道内洪水波传播及区问人流的实时信息。或是流域内暴雨的信息，用降雨径流形成规律进行计算，发布洪水预报，为防洪调度提供决策依据。中国主要在东北、西北部分地区冬季有积雪。美国、原苏联等国的河川流域冬季积雪量大，融雪强度大的年份形成很大的融雪洪水，因而可以根据积雪量和影响融雪强度的因素。应用热量平衡原理发布融雪洪水预报。同样，也可以对河流冰情包括流凌及封河日期、冰厚、开河及流凌终止日期等进行冰情预报；特殊的河段，如中国黄河的河套段及山东段，因河流自南向北流，上游先开河容易形成冰坝壅水及溃坝洪水等，需要发布河流各种冰情的预报。此外，为灌溉及抗旱需要，枯季河流水情及耕作区土壤水分(又称墒情)也应根据需要作出预报。水文计算的应用范围更广。水工建筑物的设计洪水、设计年径流及径流年内分配，流域各支流的洪水遭遇，入库洪水的变化、河流中的泥沙输送、河段冲淤变化规律及航道变迁，以及水库回水末端淤积及下游的冲刷等也属于水文计算的范围。水利计算主要用于计算水库正常蓄水位、防洪限制水位及年调节或多年调节水库(或水电站)的优化调度，计算水电站的保证出力及装机容量．并计算它在电网中该水电站应承担的基本负荷及高峰负荷及多年平均年发电量等，这些都是水电站设计和运行的重要环节。
水文测验学 主要内容是水文数据的搜集、贮存和提供生产单位使用。它包括水文站网的布设、水文要素如雨量、水位、流量、冰情等项目的观测和整理刊印。水文数据不仅为工程水文学各分支应用，也为应用水文学其他专业分支应用．还为国防、水资源开发、工农业布局和国土整治提供基本数据。
城市水文学 应用水文学的一个分支学科．研究可供城市的地表水、地下水年水量及年内分配，水质污染情况和处理方法，合理开采地下水和汛期地下水回灌的可能性，防止城市的地面沉降；研究城市化对暴雨洪水的影响，为城市防洪和排水等的规划设计提供水文依据。通过对城市排放污水的监测，为污水处理厂规划及引水稀释污水等措施提供依据。
农业水文学 主要研究耕作区的土壤水分、土壤蒸发、植物散发和作物生态的关系；研究地下水埋深与作物根系发育及土壤次生盐碱化的关系；研究农业小气候的形成和特点，以便更有效地协调水、土壤、作物和小气候的综合作用。从而为合理灌溉、保墒抗旱、防治渍涝和减少水土流失提供科学依据。农业水文学也研究各种农业措施的水文效应。
森林水文学 主要研究森林对降水径流的影响，如林冠截留、林地降水入渗和壤中水的动态规律，林区蒸散发、森林及林地落叶层对地表径流、壤中流和地下径流分配的改变等，以揭示森林对水量平衡要素的影响；研究森林的保水作用及其对一次洪水和连续洪水、小洪水和特大洪水的影响程度；通过对比荒废坡地与林地水土流失的情况研究水土保持的作用，为制定水土保持的各项措施提出科学依据。汛期利用溪流进行木材流放也是森林水文学研究的内容。
区别
应用水文学是水文科学的一个分支学科，它运用水文学和有关学科的理论和方法，研究各种实际水文问题的解决途径和方法，为水利、电力、交通、城市发展和环境保护等工程建设提供水文设计数据和水文预报服务，为农业、林业和国土整治规划提供水文依据。水资源利用和人类活动的水文效应是应用水文学研究的新领域。地下水水文学是运用水文循环和水量平衡原理研究地下水形成、运动、水情和地下水资源的水文学分支学科。它和主要研究地下水起源、类型、分布、运动、化学成分的形成和地质环境的水文地质学关系密切，但研究内容各有侧重。由于地下水水文学是从水文循环的观点来研究地下水的，因而它与气候学、地表水水文学、土壤学有密切联系。地下水质评价，要运用水化学和水文地球化学知识。此外，系统分析理论在地下水的开发利用中已逐渐得到采用。地下水水文学中有些问题如降水、地表水和地下水三者的转化关系，地下水资源及其员优开发及管理等研究较少，不少方面尚处于探索阶段。湖泊水文学是研究湖泊水文现象和湖水资源利用的水文学分支学科。湖泊水文学要加强水文混合与水文平衡基础理论研究，以阐明湖泊水文现象内部联系；提高水量平衡要素观测和计算精度；推广应用新技术；将湖泊作为系统，了解其中所有因素之间相互关系，研究湖泊的环境效应，湖水资源的保护、开发和利用。
视频
水文循环与径流形成（一）