郭樹賢

摘 要：隨著水文學(xué)研究的深入及其在生產(chǎn)實(shí)踐中的廣泛應(yīng)用，其形成了各種分支學(xué)科，如水文氣象學(xué)、河流水文學(xué)、湖泊水文學(xué)、沼澤水文學(xué)、冰川水文學(xué)及地下水文學(xué)等?；诖?，本文結(jié)合有關(guān)經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，首先闡述工程水文學(xué)，然后分析水文現(xiàn)象及其基本規(guī)律，最后探討水文學(xué)的研究方法和特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：水文學(xué)；工程水文學(xué)；水文現(xiàn)象

中圖分類號(hào)：P333 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）04-0081-02

Analysis of Engineering Hydrology Research Methods

GUO Shuxian

（Henan Province Xinxiang Hydrology and Water Resources Survey Bureau，Xinxiang Henan 453600）

Abstract： With the deepening of hydrology research and its wide application in production practice， it has formed various branches， such as hydrology and meteorology， river water literature， lake hydrology， swamp hydrology， glacial hydrology and underground water literature. Based on this， combined with relevant experience and data， the paper first expounded engineering hydrology， then analyzed the hydrological phenomena and their basic rules， and finally discussed the research methods and characteristics of hydrology.

Keywords： hydrology；engineering hydrology； hydrologic phenomenon

1 工程水文學(xué)概述

1.1 水文學(xué)

水文學(xué)就是研究陸地上江河、湖泊、沼澤、冰川、地下水和海洋等各種水體的存在、分布、循環(huán)、物理化學(xué)性質(zhì)等因素的變化規(guī)律的學(xué)科。隨著水文學(xué)研究的深入及其在生產(chǎn)實(shí)踐中的廣泛應(yīng)用，其形成了各種分支學(xué)科，如水文氣象學(xué)、河流水文學(xué)、湖泊水文學(xué)、沼澤水文學(xué)、冰川水文學(xué)及地下水文學(xué)等。

河流水文學(xué)是主要研究地表水的科學(xué)，包括水文測(cè)驗(yàn)與調(diào)查、水文實(shí)驗(yàn)、水文分析與計(jì)算、水文預(yù)報(bào)、水文地理及河流動(dòng)力學(xué)等內(nèi)容。

水文測(cè)驗(yàn)與調(diào)查，通過水文測(cè)驗(yàn)設(shè)施觀測(cè)和野外、史記等的調(diào)查，收集基礎(chǔ)水文資料信息；水文實(shí)驗(yàn)，通過室內(nèi)和野外實(shí)驗(yàn)，研究水量、水質(zhì)變化的機(jī)制，以及水文循環(huán)、徑流形成的基本規(guī)律；水文分析與計(jì)算，也稱為水文預(yù)測(cè)，根據(jù)水文要素變化的基本規(guī)律，預(yù)測(cè)水文現(xiàn)象在未來一定時(shí)期內(nèi)可能出現(xiàn)的概率；水文預(yù)報(bào)，根據(jù)水文要素及其影響因素的已知狀態(tài)，對(duì)其未來預(yù)見期內(nèi)的狀態(tài)作出回答；水文地理，研究水文要素與流域面積、地面坡降等地理因素間的關(guān)系；河流動(dòng)力學(xué)，通過水、沙運(yùn)動(dòng)的力學(xué)機(jī)制，研究水文要素與河流形態(tài)變化的關(guān)系，包括河床的沖刷與泥沙淤積等。

1.2 工程水文學(xué)

工程水文學(xué)是將水文科學(xué)應(yīng)用于工程建設(shè)，為工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)行管理提供水文依據(jù)的一門科學(xué)，屬于水文學(xué)的一個(gè)重要分支，主要研究工程中所需的水文分析計(jì)算和水文預(yù)報(bào)的基本理論和方法，預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)各水文現(xiàn)象，如降水、水位、流量、水質(zhì)等的變化情勢(shì)。

1.3 工程水文學(xué)的應(yīng)用

人類生存的基本環(huán)境空間由氣圈、水圈和地圈構(gòu)成，其中氣和水只是水分的不同存在形式，均屬于水文學(xué)的研究范疇。工程水文學(xué)應(yīng)用于工程建設(shè)主要有以下幾個(gè)階段。第一，工程規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，根據(jù)工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，需要通過水文分析與計(jì)算，預(yù)測(cè)工程運(yùn)用期河流或流域的來水量及其變化，以便確定工程的設(shè)計(jì)規(guī)模。若區(qū)域水量預(yù)計(jì)過大，則工程規(guī)模偏大，導(dǎo)致工程投資過大。反之，則工程規(guī)模偏小，致使建筑物達(dá)不到預(yù)期設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)降低。在這一階段，工程對(duì)環(huán)境的影響評(píng)估、水土保持方案編制等也需要水文學(xué)知識(shí)。第二，工程施工階段，需要預(yù)報(bào)或估算施工期的設(shè)計(jì)洪水，以便確定圍堰、導(dǎo)流建筑物的規(guī)模，同時(shí)水文預(yù)報(bào)還為科學(xué)安排施工進(jìn)度所用。例如，河流環(huán)境下的橋墩基礎(chǔ)施工常用圍堰、導(dǎo)流堤。第三，運(yùn)行管理階段。

2 水文現(xiàn)象及其基本規(guī)律

水文現(xiàn)象是指地球上的水受外部作用而產(chǎn)生的永無休止的運(yùn)動(dòng)形式，如降水、蒸發(fā)、滲流和徑流等。水文現(xiàn)象具有必然性和偶然性兩種規(guī)律。

2.1 水文現(xiàn)象的確定性規(guī)律

水文現(xiàn)象的確定性規(guī)律是指該現(xiàn)象必然出現(xiàn)的規(guī)律，這種確定性規(guī)律一般具有因果關(guān)系。例如，某河流的流域上降落一場(chǎng)暴雨，該河流就會(huì)漲水，出現(xiàn)一次洪水過程；如果暴雨強(qiáng)度大，降雨歷時(shí)長(zhǎng)，則會(huì)出現(xiàn)較大的洪峰。再如，河流年內(nèi)周期性地交替出現(xiàn)汛期。洪水期與非汛期（枯水期），是因地球的公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的，是確定性的，也具有因果關(guān)系。

2.2 水文現(xiàn)象的隨機(jī)性規(guī)律

某些水文現(xiàn)象的出現(xiàn)是不確定的，稱為隨機(jī)性規(guī)律。通過大量的觀測(cè)資料可以發(fā)現(xiàn)，特大和特小洪水流量出現(xiàn)機(jī)會(huì)少，中等洪水流量出現(xiàn)機(jī)會(huì)較多，洪水大小與其出現(xiàn)的機(jī)會(huì)形成一定的統(tǒng)計(jì)分布，即水文現(xiàn)象服從隨機(jī)性規(guī)律[1]。

水文現(xiàn)象是十分復(fù)雜的，往往既受到確定性因素的作用，又受到隨機(jī)性因素的作用。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)抓住起主要作用的因素。受氣候及地理?xiàng)l件的影響，水文現(xiàn)象在不同地區(qū)具有不同的特性，在有的水文學(xué)書中稱之為地區(qū)性規(guī)律。例如，我國東南沿海地區(qū)多年平均降雨量及河川年徑流量大，而西北內(nèi)陸地區(qū)小，形成不同地區(qū)的降雨徑流規(guī)律。

3 水文學(xué)的研究方法和特點(diǎn)

3.1 水文學(xué)的研究方法

河流水文學(xué)主要通過水文要素觀測(cè)和水文調(diào)查獲取水文信息，通過室內(nèi)或野外實(shí)驗(yàn)和合理的方法研究水文變化規(guī)律。相應(yīng)于水文現(xiàn)象的基本規(guī)律，水文學(xué)的研究方法有成因分析法、數(shù)理統(tǒng)計(jì)法和地區(qū)綜合法三種。

3.1.1 成因分析法。當(dāng)某種水文現(xiàn)象與其影響因素之間存在明確的因果關(guān)系時(shí)，可通過觀測(cè)資料或?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)分析，建立水文要素與其影響因素之間的定量關(guān)系。這種從水文現(xiàn)象的成因即確定性規(guī)律出發(fā)解決水文問題的方法，稱為成因分析法，其在水文預(yù)報(bào)、降雨徑流分析中應(yīng)用較為廣泛。

3.1.2 數(shù)理統(tǒng)計(jì)法。水文學(xué)的數(shù)理統(tǒng)計(jì)法就是以概率論為基礎(chǔ)，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)于具有隨機(jī)性的水文現(xiàn)象，分析得到其統(tǒng)計(jì)規(guī)律。對(duì)于年最大洪峰流量等隨機(jī)性水文要素，難以用確定性方法實(shí)現(xiàn)預(yù)估，只能依據(jù)以往長(zhǎng)期觀測(cè)的資料，探求其統(tǒng)計(jì)規(guī)律[2]。

3.1.3 地區(qū)綜合法。某些水文現(xiàn)象具有地區(qū)性變化規(guī)律，在水文分析計(jì)算過程中，可建立地區(qū)水文等值線圖或經(jīng)驗(yàn)公式，此即地理綜合法。例如，不同河段流量與河槽形態(tài)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系、不同流域河川徑流量與地形參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系等。我國各地均有地區(qū)水文圖冊(cè)等資料，可用于推求觀測(cè)資料短缺地區(qū)的水文特征值，尤其在小流域地區(qū)應(yīng)較多。

以上三種研究方法，在解決工程水文學(xué)實(shí)際問題時(shí)，需要根據(jù)不同的水文特點(diǎn)靈活運(yùn)用，或同時(shí)并用。

3.2 水文學(xué)的研究特點(diǎn)

水文學(xué)主要具有以下三方面的研究特點(diǎn)。

3.2.1 由于水文循環(huán)，水文科學(xué)把大氣圈、巖石圈、生物圈等水的載體和人類活動(dòng)影響的各種水文現(xiàn)象作為一個(gè)整體進(jìn)行研究。例如，研究某個(gè)流域的水量變化時(shí)，根據(jù)水量平衡，既要考慮流域上空大氣中水汽輸送、水分含量的變化、降水和蒸發(fā)，也要考慮流域的地面徑流、土壤含水量和流域內(nèi)外地下水的交換，而且還要考慮流域內(nèi)植被蒸發(fā)、散發(fā)及人類活動(dòng)的影響[3]。

3.2.2 涉及的學(xué)科面廣。相關(guān)學(xué)科主要包括自然地理學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)、土壤學(xué)、大氣科學(xué)、工程流體力學(xué)和泥沙運(yùn)動(dòng)力學(xué)等。水文學(xué)還力圖用數(shù)學(xué)、物理學(xué)和化學(xué)的基本原理解釋各種水文現(xiàn)象及其規(guī)律。

3.2.3 實(shí)踐性強(qiáng)。水文學(xué)以野外和實(shí)驗(yàn)室觀測(cè)為主要研究手段，獲取自然界已發(fā)生的水文現(xiàn)象變化信息，進(jìn)行資料分析，預(yù)測(cè)或預(yù)估水文情勢(shì)未來狀況，直接為人類的生活和生產(chǎn)服務(wù)。例如，提供洪水預(yù)報(bào)。

4 結(jié)語

在人類更好生活的前提下，要不斷發(fā)展和研究水文資源知識(shí)。當(dāng)然，在這個(gè)發(fā)展過程中，有好的一方面，也有壞的一面。只有去掉那些不好的方面，找到水資源利用的更加合理的方法，才能更好地服務(wù)于社會(huì)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[l]劉聞，曹明明，邱海軍.氣候變化和人類活動(dòng)的水文水資源效應(yīng)研究進(jìn)展[J].水土保持通報(bào)，2012（5）：215-219.

[2]劉昌明.21世紀(jì)中國水資源若干問題的討論[J].水利規(guī)劃設(shè)計(jì)，2002（1）：15-19.

[3]楊飛.氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)水資源的影響研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2011.