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水文学简史

来源:浏览:486 次添加时间:2017-02-28 13:41:53

人类的探索是“除水害、兴水利”的历史,犹如人类的文明史那样悠久。在生产实践中,特别在与水旱灾害的斗争中,人类不断观测各种水文现象,思考和研究它们的规律,积累起关于水的丰富知识,逐渐形成、并不断发展了水文科学。
水文学源远流长,经历了漫长的酝酿时期,而它的飞跃发展则是最近一个世纪的事。同自然科学的许多学科相似,人们还难以找出公认的里程碑,把水文科学的历史进程划分成若干明确的阶段。我们只是顺着它前进的足迹,大体划分以下。
1、萌芽时期(远古至约公元1400年):
在尼罗河、幼发拉底河、恒河和黄河这些古老文化发祥地的遗迹中,我们可以看到这一时期已经开始了原始的水文观测。最早的水位观测是在中国和埃及开始的。
约公元前22世纪,中国传说中的“大禹治水”,已“随山刊木”(立木于河中),观测河水涨落。此后,战国时李冰设于都江堰的“石人”,隋代的石刻水则,宋代的水则碑等,表明水位观测不断进步。
最早的雨量观测于公元前四世纪首先在印度出现,中国于公元前三世纪的秦代已开始有呈报雨量的制度,到了公元1247年,已有了较科学的雨量器和雨深计算方法,并开始用“竹笼验雪”以计算平地降雪深度。明代刘天和在治理黄河工作中,已采用手制“乘沙量水器”测定河水中泥沙的数量。
中国古籍《吕氏春秋》中写道:“云气西行云云然,冬夏不辍;水泉东流,日夜不休,上不竭,下不满,小为大,重为轻,国道也。”提出了朴素的水文循环概念。成书于公元约六世纪初的《水经注》中,记述了当时中国境内1252条河流的概况,成为水文地理考察的先驱。
诚然,这些原始的水文观测和水文知识是肤浅零星的,但已为当时生活和生产提供了重要的水文资料。例如,根据雨量多少决定税收的多少,根据上游的水位向下游传递水情等,标志着水文科学的萌芽。 2、奠基时期(约1400~1900):
欧洲文艺复兴带来的科学思想的解放和科学技术的进步,为水文科学发展成为独立的学科奠定了基础。这一时期,水文仪器的发明使水文观测进入了科学的定量观测阶段。
1663年雷恩和胡克创制了翻斗式自记雨量计,1687年哈雷创制测量水面蒸发量的蒸发器,1870年埃利斯发明旋桨式流速仪,1885年普赖斯发明旋杯式流速仪。这些近代水文仪器使流量、流速、蒸发、降水的观测达到了相当的精度,利用这些近代水文仪器进行水文观测的各种水文站陆续出现。
1746年,中国在黄河老坝口设立了全国第一个正规水位站,开始系统观测水位,并进行报汛。这些成就使水文现象的观测视野在深度和广度上空前扩大,为水文科学在理论上的发展创造了条件。
在这一时期,近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;1738年伯努利父子发表水流能量方程,1775年谢才发表明渠均匀流公式;1802年道尔顿建立了研究水面蒸发的道尔顿公式;1856年,达西发表了描述孔隙介质中地下水运动的达西定律;1851年莫万尼提出了汇流和径流系数的概念,并发表了计算最大流量的着名推理公式。
这些科学理论的创立,为水文科学在河道水流、蒸发、地下水运动、径流形成和水文循环等领域的发展奠定了理论基础,它表明人类对水文现象的认识已由萌芽时期那种肤浅零星的知识,发展到了比较深刻系统的知识。同时也表明,人类对地球上水的运动、变化规律的探索,已发展到以大量观测事实为基础,进行假说、演绎和推理,进而建立各理论体系的近代科学方法论。
19世纪末,专门水文研究机构开始出现,一些国家开始出版水文年鉴。弗里西着的《河流水文测验方法》、福雷尔着的《日内瓦湖湖泊志》、马略特着的《水的运动》等水文学专着陆续出版。这些着作总结了当时水文观测和理论研究的成就,标志着水文科学作为一门近代科学已奠定基础。
3、应用水文学兴起时期(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等方面继续取得新成就,但它最重要的进展是应用水文学的兴起。
进入20世纪,特别是第一次世界大战以后,大量兴起的防洪、灌溉、交通工程和农业、林业乃至城市建设向水文科学提出越来越多的新课题,解决这些课题的方法也由经验的、零碎的逐渐理论化和系统化,水文科学的应用特色逐渐表现出来。
首先,从1914年到1924年,经过黑曾、福斯特等人的工作,把概率论、数理统计的理论和方法系统地引入了水文科学,使水文变量(如洪峰和洪量)和它出现的机率联系起来,为预估工程未来运行时期内可能出现的水文情势开辟了道路。
接着,从1932年到1938年,谢尔曼、霍顿、麦卡锡、斯奈德等人在产流和汇流计算方面取得开拓性进展,为根据降雨推算洪水开辟了道路。随后,克拉克、林斯雷等人在单位线、多个水文变量联合分析和径流调节的理论、方法等方面发展并丰富了上述的内容。
在此期间,水文站在世界范围内发展成规模宏大的水文站网系统,这些成就为应用水文学的兴起在理论上、方法上和资料条件方面奠定了基础,并率先形成了它最重要的分支学科——工程水文学。接着,农业水文学、森林水文学、都市水文学也相继兴起。
1949年,林斯雷和柯勒、保罗赫斯合着《应用水文学》;同年,姜斯敦和克乐斯合着的《应用水文学原理、美国土木工程师学会编着的《水文学手册》等应用水文学专着陆续问世,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,以它直接为生产和生活提供多方面服务这一鲜明特征,获得迅速发展,成为近代水文科学体系中最富有生气的分支学科。