水文地质学的历史发展
中期:地下水处于持续开发阶段,水源相互干扰明显增加,因此将区域大尺度地下水资源评价列为论证地下水合理开发的重要工作。
后期:地下水需求量接近其多年平均补给量,需求量仍在增长。地下水管理,包括技术管理、政策和法规制定,被列为支持地下水合理开发的重点工作。同时,还将研究地下水人工回灌和地表水地下水联合利用问题,注意加强地下水资源保护,实施地下水系统管理。3.水文学发展简史
人类消除水患、兴修水利的探索历史与人类文明史一样悠久。在生产实践中,特别是在与水旱灾害的斗争中,人类不断观察各种水文现象,思考和研究其规律,积累了丰富的关于水的知识,逐步形成并不断发展水文科学。
水文学历史悠久,经历了漫长的酝酿期,快速发展是一个世纪。与自然科学的许多学科相似,人们仍然很难找到公认的里程碑,将水文科学的历史进程划分为几个明确的阶段。我们只是跟随它的脚步,大致可以分为:(从古代到大约公元1400)
在尼罗河、幼发拉底河、恒河、黄河等古文化发源地的遗迹中,我们可以看到原始的水文观测已经在这一时期开始,最早的水位观测开始于中国和埃及。
公元前22世纪,中国传说中的治水大师大禹曾“刊树沿山”(立于河中的树木),以观察河水的涨落。此后的战国时期李冰的都江堰“石人”,隋代的水石刻,宋代的水碑等。,说明水位观测一直在不断完善。
最早的降雨观测最早出现在公元前4世纪的印度,中国在公元前3世纪的秦朝就开始有报雨制度。到了公元1247年,有了更科学的雨量计和降雨深度的计算方法,开始用“竹笼验雪”来计算平均降雪深度。明代刘天河用手工制作的“骑沙水表”测量黄河泥沙量。
中国古书《鲁春秋》中写道:“云气西行如此突然,冬夏不绝;水泉向东流,日夜不息,取之不尽,用之不满,以小为大,以重为轻,国道。”提出了水文循环的简单概念。该书写于公元6世纪初的《水镜笔记》,记述了当时中国65,438+0,252条河流的概况,成为水文地质调查的先驱。诚然,这些原始的水文观测和知识是肤浅的、零星的,但它们已经为当时的生活和生产提供了重要的水文资料。比如根据降雨量的多少来确定税额,根据上游的水位向下游传递水情信息,都预示着水文科学的萌芽。(约1400 ~ 1900)
欧洲文艺复兴带来的科学思想解放和科技进步,为水文学作为一门独立学科的发展奠定了基础。这一时期,水文仪器的发明使水文观测进入科学定量观测阶段。
1663年,雷恩和胡克发明了翻斗自记雨量计,1687年,哈雷发明了测量水面蒸发量的蒸发器,1870年,埃利斯发明了桨式海流计,1885年,普莱斯发明了转杯式海流计。这些现代化的水文仪器使流量、流速、蒸发量、降水量的观测达到了相当的精度,各种利用这些现代化水文仪器进行水文观测的水文站相继出现。
1746年,我国在黄河老坝口建立了我国第一个常规水位站,开始系统观测水位和报汛。这些成果在深度和广度上拓宽了水文现象的观测领域,为水文科学的理论发展创造了条件。
这一时期,现代水文科学理论开始逐渐形成。1674年,佩罗提出了水量平衡的概念,成为水文科学最基本的原理之一。伯努利父子在1738年发表了水流的能量方程,谢才在1775年发表了明渠均匀流公式;道尔顿研究水面蒸发的公式建立于1802年。1856年达西发表了描述地下水在多孔介质中运动的达西定律;1851年,莫瓦尼提出了汇流和径流系数的概念,并发表了著名的计算最大流量的推理公式。
这些科学理论的建立,为水文科学在河流流动、蒸发、地下水运动、径流形成、水文循环等领域的发展奠定了理论基础,表明人类对水文现象的认识已经从初级阶段的肤浅、零星的知识发展到更加深刻、系统的知识。同时也说明人类对地球上水的运动和变化规律的探索,已经发展到基于大量观测事实的假设、演绎和推理,进而建立起各种理论体系的现代科学方法论。19年底,专门的水文研究机构开始出现,一些国家开始出版水文年鉴。水文专著如弗里斯的《河流水文测验法》、福雷尔的《湖泊传》、埃德姆·马略特的《水的运动》等相继出版。这些著作总结了当时水文观测和理论研究的成果,标志着水文科学奠定了作为现代科学的基础。(约1900 ~ 1950)
这一时期,水文科学在观测方法、理论体系和研究领域不断取得新的成就,但其最重要的进步是应用水文学的兴起。
20世纪,特别是第一次世界大战后,大量涌现的防洪、灌溉、交通工程、农业、林业乃至城市建设,给水文科学提出了越来越多的新课题,解决这些课题的方法也由经验和零碎逐渐理论化、系统化,水文科学的应用特色逐渐显现。
首先,从1914到1924,通过黑增和福斯特的工作,将概率论和数理统计的理论和方法系统地引入水文科学,使水文变量(如洪峰、洪量)与其概率相关联,为预测工程未来运行期可能发生的水文情况开辟了道路。
然后从1932到1938,Sherman、Horton、McCarthy、Snyder等人在产流汇流计算方面取得了开创性的进展,开辟了按降雨量计算洪水的道路。随后,克拉克、林斯利等人在单位线、多水文变量联合分析和径流调控的理论和方法上发展和丰富了上述内容。
在此期间,水文站发展成为世界范围内的大型水文站网系统。这些成果在理论、方法和资料条件上为应用水文学的兴起奠定了基础,并率先形成了其最重要的分支学科——工程水文学。接着,农业水文学、森林水文学、城市水文学也相继兴起。65438-0949,林·斯莱与科勒、保罗·赫斯合著《应用水文学》;同年,约翰斯顿和克里斯合著的《应用水文学原理》和美国土木工程师学会编写的《应用水文学手册》相继问世,总结了这一时期的成就,标志着应用水文学的诞生。应用水文学以直接为生产和生活提供各种服务为显著特征,发展迅速,成为现代水文科学体系中最具活力的分支。(1950 ~今日)
20世纪50年代以来,社会生产规模空前扩大,科学技术进入新的发展时期,新的技术革命正在兴起。人类改造自然的能力迅速增强,人与水的关系从古代的较低水平到近代的较高水平。这一新阶段赋予水文科学新的动力和新的特征。
首先,由于人类对水资源的突出需求,水文科学的研究领域正朝着水资源优化开发利用的方向发展,为客观评价、合理开发、充分利用和保护水资源提供科学依据。
第二,大规模的人类活动正在对自然水体和自然环境产生许多影响。研究和评价人类活动的水文效应以及这种效应的环境意义,揭示人类活动影响下水文现象的规律,进而探索水文分析的新方法和新途径,防止人类活动对水文循环的影响向不利于人类生存环境的方向发展,这些都正在成为水文科学面临的新课题。
此外,现代科学技术在获取水文信息的手段和分析水文信息的方法上也有了很大的进步。比如遥感技术的应用,使得同时观测大范围的宏观水文现象成为可能;核技术的应用使人们能够获得微观的水文信息;水文模拟方法、水文随机分析方法、水文系统分析方法,使人们研究水文现象的能力发展到一个新的水平;特别是计算机的应用,使水文科学从水文观测发展到基本规律的研究,从手工和机械操作发展到以计算机为核心的自动化。
水文科学与其他科学之间的边缘科学不断崛起,学科之间的鸿沟逐渐被填补。与此同时,人们开始看到水已经成为影响社会发展的重要因素。水在展现其自然属性的同时,其社会属性也日益彰显,逐渐被人们所认识。因此,水文科学将有可能发展成为一门具有自然科学和社会科学双重性质的综合科学。
总的来说,水文学作为地球物理科学的一个分支,主要研究地球系统中水的存在、分布、运动和循环变化,水的物理化学性质,以及水圈与大气圈、岩石圈与生物圈的关系。作为水利学科的重要组成部分,主要研究水资源的形成、时空分布、开发利用和保护,水旱灾害的形成、预测和预防,水利工程和其他工程的规划、设计、建设和管理中的水文水力计算技术。