现代水文学的国内外发展综述

'现代水文学的国内外发展综述姓名：刘伍根学号：C2010245专业：水利工程摘要：现代水文学的基本方法也必须相应进行创新，在思维方法要强化整体论的指导，在逻辑方法上实现归纳与演绎推理的综合与突破、在描述方法上实现集总式与分布式的统一、在分析方法上实现物理认知与数学描述的协同。关键词：水文学；基本方法；创新水文学发展的内在驱动力包括人们对于水文规律探知的欲望和经济社会发展对于水文调控的支撑需求，与以往相比，目前这两方面均发生了深刻演变，成为现代水文学发展进化的基础。 1  研究对象演变 流域水循环是水文学的研究对象，现代环境下流域水循环（图1）发生了三方面演变。一是温室效应对流域水循环的影响。愈来愈多的观测和研究证明，全球尺度的气候变化影响流域水循环系统的输入与输出，在系统的输入方面，增加温室效应对于流域降水的雨量、雨型及其时空分布等都有一定影响。输出方面，气温升高引起流域蒸散发能力的加大，导致垂向输出和水平向的输出 均发生变化。二是人工取用水对水循环结构影响。人工取用水在天然的“河道－坡面”主循环内，形成了与之嵌套的以“取水-输水-用水-排水-回归” 为基本过程的人工侧支循环圈，使得流域水循环具有了明显的二元结构。人工侧支循环通量与主循环通量之间存在此消彼涨的动态依存关系，不仅给天然四水转化过程的蒸发渗漏带来了附加项，同时还对水环境与水生态状况产生一系列次生效应。三是下垫面变化对流域水循环参数和特性影响。于下垫面影响是全面的，城镇化、淤地坝、坡改梯与土地平整等微观地貌、地表覆被变化的变化深刻改变了地表产汇流特性，农田耕作和地下建筑物的修建，切断了壤中流的汇集路径，从而加大了包气带的持水能力。下垫面的变化不仅改变了地表径流、壤中流和地下径流等各径流成份比例，从而减少了水平向产流，增加了垂向入渗与蒸发，同时也使流域水循环的产流、汇流、蒸散发，甚至局地降雨的特性发生变。图1  水循环基本过程与环节2  服务对象演变  随着社会的发展，不仅水循环过程发生一系列深刻演化，同时经济社会对于水文学专业服务需求也在不断拓展，使得应用水文学得到长足的发展。在应用水文学发展前期，经济社会对于水文学的专业服务需求主要集中在对水的控制方面，主要是对洪水的控制和规避，包括防洪工程规划与设计、洪泛区的划定与管理以及水流侵蚀和泥沙防治等方面。随着经济社会用水需求的增加，水的利用也必须建立在水文信息和水文知识掌握的基础上，包括正常和干旱条件下的径流过程和水质特性，实现供需平衡的有效调控措施，不同取水和用水政策对于河川径流的影响等。随着用水量和排水量的进一步增加，对于水污染的控制和基本生态用水的保障也需要水文学的支持，在水污染控制方面，须要确定污染源和污染范围、污染物的扩散迁移和衰减规律、实际水文过程下的水体纳污能力以及污染控制方案的制定等；在水生态系统保护和修复方面，须要确定生态系统保护目标下的径流量、水量分布和径流过程。经济社会发展带来的水文学实践需求，是水文学发展的核心驱动力。 3. 现代水文学发展方向和基础方法思考 3.1  现代水文学发展方向  上世纪50年代以来，国际上设立了一系列重大的水文学研究计划或项目，如国际水文计划（IHP）、世界气候研究计划（WCRP）、国际地圈生物圈计划（IGBP）等，关注的焦点包括气候变化的水文响应问题、无资料区的水文预报（PUB）问题、参数的不确定性问题、尺度问题、水文信息获取技术问题、生态-水文反馈问题等等，基于水文学发展基础演变分析，未来一个时期现代水文学发展的重点主要集中在五方面。 （1）现代水文基础理论研究。现有的水文学基础理论建立在自然水循环动力学机理的基础上，随着人类活动影响的加剧，水循环的二元化特性日益突出，迫切需要在原有的水文学的基础上，将社会水循环和人类活动的影响在基础层面显式地考虑进去，形成符合现代水循环实际的二元认知模式及其基础理论，当前首要重点就是要建立社会水循环物理范式及其与自然水循环耦合本构关系的系统描述。 （2）现代环境下的水文响应及其规律研究。重点包括三个方面内容，一是全球变化和人类活动影响的水文响应，如温室效应的水文学响应、土地利用变化的水文学响应和人工取用水的水文学响应；二是水循环分过程的耦合模拟，主要是流域尺度水循环的地表过程、土壤过程、地下过程的整体模拟及其与大气过程的耦合模拟；三是现代环境下的水文规律认知，包括水文过程的量质演变、时空分布特性以及特征值变化等。 （3）水文循环系统边界问题研究。由于水问题通常是两大系统相互作用的表现，如洪水和缺水问题是社会圈和水圈通量不匹配的体现，生态问题则是水圈和生物圈，因此水文学今后在重视水循环规律及其演变机理研究的同时，要更加注重系统边界问题的研究，包括交互系统之间的反馈与响应机理，如水圈与生物圈之间的生态水文学机理以及水循环演变条件下生态演化的突变临界点等，此外还要深入研究系统界面交互过程与通量问题。  （4）水文预测和预报研究。由于水文过程固有的随机特性，以及变化环境下的现代水文过程所具有非重复特性，基于统计和随机的水文学方法往往不能有效指导未来水文调控实践需求，因此在一定的预见期内进行科学的水文预测预报是现代水文学发展的基础内容之一，具体包括长期预测和短期预报两方面内容，长期预测要求我们能够构建有物理机制的预测模型，短期预报则要求将水文预报与气象预报紧密结合起来。 （5）现代水文观测和实验技术研究。一是水热通量观测技术，包括新型的降水、蒸散发和径流观测技术；二是示踪剂和同位素观测技术；三是卫星遥感遥测技术，包括基于GIS平台的水文空间信息的处理和挖掘技术。'