水文科学发展简史
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绪论一、水文学简史英文Hydrology,来源于拉丁语,“水的知识”。
经历了四个发展时期:1. 萌芽期(公元1600年之前)2. 奠基时期(公元1600-1900年)3. 实践时期(1900-1950年)4. 现代化时期(1950年- )一、水文现象的基本特点1.时程变化上的周期性与随机性2.空间变化上的相似性与特殊性二、水文现象的研究方法成因分析法以质量守恒、能量(动量)守恒等定理为基础,揭示水文现象运动变化的机理、规律。
数理统计法水文现象具有随机性,从而以概率理论为基础,研究水文现象特征值的统计规律。
地理综合法水文现象具有地区性,从而通过建立地区经验公式、绘制各种特征值等值线图,揭示水文特征值的地区规律。
水文循环水文循环的原因(外因、内因)水的不断蒸发、输送、凝结、降落、产流、汇流的往复循环过程大循环和小循环大循环:海洋→大气→大陆→海洋(纵向+横向)小循环:海洋→大气→海洋(海洋小循环)大陆→大气→大陆(内陆小循环)水文循环的规律1)海洋的蒸发量多于降水量;2)大陆的降水量多于蒸发量;3)大陆外流区输入水汽量与输出水量基本平衡;4)大陆内流区降水量与蒸发量基本相等。
水文循环的作用和意义1、调节气候;2、塑造了地球表面;3、形成了巨大的水利资源;4、形成一切水文现象。
水资源问题➢原因1)水资源量时空分布不均匀;2)水资源分布与人口、耕地分布不相适应;3)水环境污染;4)水资源浪费。
➢对策1)时间和空间上的合理调配;2)积极开展水污染防治;3)节约用水。
9流域和水系分水线:使雨水分别汇集到两条不同的河流,起着分水作用的地形,是流域的边界线。
流域:汇集地面水和地下水由分水线所包围的区域。
河网密度流域单元面积内干支流长度流域的地形起伏特征1. 河流的落差和比降2. 流域平均坡度3. 流域面积~高程曲线流域自然地理及下垫面情况1. 流域地理位置2. 流域的土壤岩石性质和地质构造3. 流域植被率4. 流域湖泊率、沼泽率降水水分以各种形式从大气到达地面统称降水。
水文学发展简史:a自远古至14世纪末,为水文学现象定性描述阶段b15世纪初至19世纪末为水文科学体系形成阶段c自从20世纪50年代,进入应用水文学兴起阶段d20世纪50年代以来,进入现代水文阶段。
水文学:水文学是研究地球上水的性质、分布、循环、运动变化规律及其与地理环境、人类社会之间相互关系的科学。
水文现象的研究任务:水体的运动和分布规律。
水文的地理研究方向——地理水文学。
地理水文学具有宏观性,综合性及区域性三大特点水文现象:指地球上的水受外部作用而产生的永无休止的运动。
水文现象的特点:a谁循环永无止尽b水文现象在时间变化上既具有周期性,又存在随机性c水文现象在地区分布上既存在相似性又存在特殊性水资源的涵义:a按社会需求供给或有可能提供的水量b有可靠来源且可通过水循环得以更新补充c这个水量可由人工加以控制d水量水质适应人类用水需求广义水资源:指世界上一切水体,包括海洋,湖泊,沼泽,冰川,土壤水,地下水及空气中的水分,都是人类宝贵的财富,即水资源。
狭义水资源:不同于自然界水体,仅指在同一时期内,能被人类直接或间接开发利用的那一部分动态水体,主要是指,河流,湖泊,地下水,及土壤水等淡水,个别地方还包括微咸水。
水资源的特性:a水资源有循环再生性和其有限性b时空分布的不均匀性c广泛的利用性及其不可替性d利与害的两重性e社会性和经济性f开发利用上的整体性。
水资源的时空变化:a地区分布,因受海陆位置,水汽来源,地形条件等影响,我国水资源地区分布很不均匀,总趋势由东南沿海向西北内陆递减,水资源的条件与问题:a水资源总量不少,但人均亩均较少(合理利用和保护水资源)b水资源地区分布不均匀,与人口耕地分布不相适应(水量的地区调配)c在时间变化上不均衡,水旱灾害频繁(抗旱防洪涝)d水土流失和泥沙淤积日趋严重,严重破坏生态平衡,增加了河流防洪困难,降低了水利工程效益e地下水是我国重要的水资源要合理开发利用,防止过量开采f天然水质相当良好,水污染日趋严重,防止水质污染,保护水源,已是当务之急。
水文学发展简史:a自远古至14世纪末,为水文学现象定性描述阶段b15世纪初至19世纪末为水文科学体系形成阶段c自从20世纪50年代,进入应用水文学兴起阶段d20世纪50年代以来,进入现代水文阶段。
水文学:水文学是研究地球上水的性质、分布、循环、运动变化规律及其与地理环境、人类社会之间相互关系的科学。
水文现象的研究任务:水体的运动和分布规律。
水文的地理研究方向——地理水文学。
地理水文学具有宏观性,综合性及区域性三大特点水文现象:指地球上的水受外部作用而产生的永无休止的运动。
水文现象的特点:a谁循环永无止尽b水文现象在时间变化上既具有周期性,又存在随机性c水文现象在地区分布上既存在相似性又存在特殊性水资源的涵义:a按社会需求供给或有可能提供的水量b有可靠来源且可通过水循环得以更新补充c这个水量可由人工加以控制d水量水质适应人类用水需求广义水资源:指世界上一切水体,包括海洋,湖泊,沼泽,冰川,土壤水,地下水及空气中的水分,都是人类宝贵的财富,即水资源。
狭义水资源:不同于自然界水体,仅指在同一时期内,能被人类直接或间接开发利用的那一部分动态水体,主要是指,河流,湖泊,地下水,及土壤水等淡水,个别地方还包括微咸水。
水资源的特性:a水资源有循环再生性和其有限性b时空分布的不均匀性c广泛的利用性及其不可替性d利与害的两重性e社会性和经济性f开发利用上的整体性。
水资源的时空变化:a地区分布,因受海陆位置,水汽来源,地形条件等影响,我国水资源地区分布很不均匀,总趋势由东南沿海向西北内陆递减,水资源的条件与问题:a水资源总量不少,但人均亩均较少(合理利用和保护水资源)b水资源地区分布不均匀,与人口耕地分布不相适应(水量的地区调配)c在时间变化上不均衡,水旱灾害频繁(抗旱防洪涝)d水土流失和泥沙淤积日趋严重,严重破坏生态平衡,增加了河流防洪困难,降低了水利工程效益e地下水是我国重要的水资源要合理开发利用,防止过量开采f天然水质相当良好,水污染日趋严重,防止水质污染,保护水源,已是当务之急。
水文学年谱约公元前3500~前3000年古埃及在尼罗河开始观测水位。
中国浙江余姚河姆渡有地下水井。
公元前1400年前后中国殷墟甲骨文记载雨、泉和洪水。
公元前7世纪中国的管仲提出河流分类法。
约公元前4世纪印度开始观测雨量。
约公元前5世纪~前3世纪中国编著《山海经》和《尚书·禹贡》,记载中国的河流及其水文地理。
公元前251年中国的李冰在都扛堰用石人水尺观测水位。
约公元前239中国在《吕氏春秋》中较完整地记述水文循环概念。
公元前221~前206年中国秦代在《田律》中规定全国各郡县呈报降水量的制度。
公元4年中国的张戎提出黄河泥沙的定量概念,指出黄河水浊,一石水六斗泥。
公元88年前后中国的王充提出水文循环和潮汐成因的科学解释。
公元1世纪古希腊的希罗(亚历山大城的)提出河流的流量取决于流速和过水断面面积。
公元223年中国在黄河支流伊问龙门崖壁石刻记录洪水。
约公元527年中国的郦道元著《水经注》,记录1252条河流水文地理。
公元764年中国在四川涪陵白鹊粱开始用石刻记录长江最枯水位。
公元805年前后中国的柳宗元著《天对》,阐明水文循环和海水不溢出的道理。
公元1247年中国的秦九韶著《数书九章》,记述全国州县用天池盆、圆罂测雨及竹笼测雪和雨雪深度计算方法。
公元1342年中国的李好文著《长安志图》,记有计算流量的单位名“徼”。
公元1424年中国全国采用测雨器观测雨量。
公元1442年朝鲜全国采用统一制作的“测雨器”观测雨量。
约公元1500年意大利的达·芬奇提出水流连续性原理,并提出用浮标法制流速。
公元1535年中国的刘天和创制“乘沙量水器”,取含沙水样。
公元1610年意大利的圣托里奥创制第一台流速仪。
公元1639年意大利的卡斯泰利创制欧洲第一个雨量筒,开始观测降水量。
公元1650年死海开始观测水位。
公元1663年英国的雷恩发明自记雨量计。
公元1674年法国的佩罗发表《泉水之源》一书,提出塞纳河流域年雨雪量为年径流量的6倍。
中国水文学发展历程一、水文学的起源与形成中国水文学作为一门独立的学科,起源于古代。
早在公元前2000年左右的商代,中国就有了水利工程的雏形,这与水文学的发展密不可分。
然而,正式的水文学理论和方法的形成要追溯到20世纪初。
在这个时期,中国的水文学家开始研究水文学的基本概念、原理和方法,为后来的水文学发展奠定了基础。
二、水文学的初步发展20世纪20年代,中国的水文学家开始系统地研究水文学的理论和方法,并开始应用于实际工程。
他们通过对江河流域的水文数据进行收集和分析,建立了中国的第一个水文观测站网络,并开展了流域水文特征、洪水预报和水资源评价等方面的研究工作。
这一时期的成果为中国水文学的发展奠定了基础。
三、水文学理论的完善20世纪50年代至70年代,中国的水文学理论得到了进一步的完善。
在这一时期,中国的水文学家开始研究水文学的动态理论和模型,提出了一系列重要的理论和方法。
他们通过对水文数据的统计分析和模拟计算,深入研究了降水、蒸发、径流等水文要素的变化规律,为水文学的应用提供了科学依据。
四、水文学应用的发展20世纪80年代至今,中国的水文学应用得到了长足的发展。
随着水资源的日益紧张和水灾的频发,水文学的应用变得越来越重要。
中国的水文学家开始研究水文学在水资源调控、洪水预警、水环境保护等方面的应用,提出了一系列解决方案和措施。
他们通过建立水文模型和信息系统,为相关部门和决策者提供了科学的决策支持。
五、水文学的国际合作与交流中国水文学的发展离不开国际合作与交流。
自上世纪80年代以来,中国的水文学家积极参与国际水文学组织的活动,与世界各国的水文学家建立了广泛的联系和合作。
他们参加国际会议,交流学术成果,学习国外的先进经验和技术,推动了中国水文学的国际化进程。
六、水文学的未来发展趋势随着社会经济的发展和水资源的日益紧张,中国水文学面临着新的挑战和机遇。
未来,中国的水文学将继续深入研究水文学的理论和方法,推动水文学的应用创新,提高水文学的科学性和实用性。
水文学简史人类探索除水害、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。
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。
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。
第一章绪论水文学是研究地球上水的性质、分布、循环、运动变化规律及其与地理环境、人类社会之间相互关系的科学。
其核心研究内容:水循环。
其主要研究对象包括自然界的各种水体形态如江河、湖泊、海洋、地下水、冰川等。
水文学的发展经历了从萌芽到成熟、定性到定量、经验到理论的发展过程。
大体分为以下4个阶段:(1)14世纪以前:水文学现象的定性描述阶段。
其特点是原始的观测和水文现象的定性描述。
(2)从15世纪初到约19世纪末:水文学体系形成阶段。
其特点是水文现象由概念性描述进入定量表达,水文理论逐渐形成。
(3)从20世纪初到50年代:应用水文学兴起阶段。
这一阶段的特点是水文观测理论体系进一步成熟,应用水文学进一步发展。
(4)从20世纪50年代至今:现代水文学阶段。
其特点是引进遥感、计算机等技术;重点开展水资源及人类活动水文效应的研究;分支学科不断派生。
水文现象(水循环过程中,水的存在与运动的各种形态)及其特点。
传统的水文学研究方法。
河流水文学地理水文学第二章地球上水的性质及分布水的潜热水的比热海水热量直接来源的主要部分是太阳的短波辐射和大气的长波辐射。
海水热量支出中海面辐射和蒸发最为重要。
世界大洋表面水温总体分布趋势。
海水温度的垂直分布正温层/逆温层。
地下水水温变化特点。
海水密度是盐度、温度和压力的函数。
在垂直方向上,海水的结构总是稳定的,密度向下递增。
50~100m深度上密度垂直梯度最大,出现密度的突变层,它对声波有折射作用。
海水密度垂直分布水色是水体对光的选择吸收和散射作用的结果。
但自然界水体的水色,是由水体的光学性质以及水中悬浮物质、浮游生物的颜色所决定的。
透明度是表示各种水体能见程度的一个量度,也是各种水体浑浊程度的一种标志。
天然水中的各种盐类主要包括四种阳离子(K+、Na+、Ca2+、Mg2+ )和四种阴离子(Cl-、HCO3-、SO42-、CO32- )。
合称天然水中的八大离子(95~99%以上)。
天然水中各种元素的离子、分子与化合物的总量称为矿化度。
百尺竿头更上一层楼——《水文》创刊65周年时至2021年,《水文》杂志喜迎创刊65周年。
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水文学复习资料整理绪论&第一章地球上水的性质与分布1·水文学:是研究地球上水的性质、分布、循环、运动变化规律及其与地理环境、人类社会之间相互关系的科学。
2·地理水文:研究侧重于弄清地球上水体运动变化的自然规律、总体演化趋势;注意开展与其它自然地理因素之间相互影响的综合研究;区域因素决定了各水体的区域差异性。
地理水文研究具有宏观性、综合性及区域性三大特点。
3·水文学的发展阶段及其特征(一)萌芽时期(1400年以前)——定性描述阶段特点:开始了原始观测,水文现象的定性描述及经验积累(二)奠基时期(1400~1900年)——水文科学体系形成阶段特点:水文现象由概念性描述进入定量的表达,水文理论逐渐形成(三)应用水文学的兴起阶段(1900~1950年)特点:水文观测理论体系进一步成熟,应用水文学兴起。
(四)现代水文学时期(1950年后)特点:引进遥感、电算等新技术、新方法,重点开展水资源及人类活动水文效应的研究,分支学科不断派生,研究方法趋向综合。
4·水文现象的特点:(1)时间变化上的周期性和随机性;(2)地区分布上的相似性和特殊性。
5·随着水温的升降,水分子的变化一随着水温的升高,水分子聚合体不断减少,而单水分子不断增多,当水温高于100摄氏度呈气态时,水主要由单水分子组成二随着水温的降低,水分子聚合体不断增多,而单水分子不断减少,当水温到达0摄氏度结冰时,单水分子为零,而强力缔合结构的三水分子增多,因三水分子结构特性,使液态水变成固态冰时,体积膨胀10%若冰变成液态水时,体积减小10%。
三水温在3.98,摄氏度时,结合紧密的二水分子最多,所以此时水的密度最大,比重为1。
6·液态水“闪动簇团“理论的优点能更好地概括液态水的特异结构性能7·海水的热量收支受何因素的影响8·海水温度分布的特点1)三大洋海水温度的水平分布三大洋表面年平均水温约为17.4℃,其中太平洋最高,达19.1℃;印度洋17.0℃;大西洋16.9℃。
中国水文大事记二、外来影响时期(1841~1948年)(一)清代后期(1841~1911年)1840年鸦片战争以后,帝国主义列强相继入侵中国,从此中国逐步沦为一个半封建半殖民地国家。
外国侵略者在中国设海关、开商埠,疯狂掠夺中国资源。
为了确保外国船只在中国沿海和内河航行安全,由其控制的海关在海港、河港码头设置水尺,观测潮水位和江河水位,并利用在华传教的特权,由教会私自设立测候所或观象台,以搜集雨量等气象情报。
这些水文气象观测资料全用外文记录,并掌握在外人手中。
这是中国在水文气象领域受外来影响的开始。
20世纪20年代以后,中国的一些有识之向西方学习了先进的水利科学,开始在国内几座大学的土木、水利、地理等学系讲授水文学课程,培养了中国最早的一批水文工作者,开始有了中国人自己设立的一批水文测站。
在当时水文专业名词、术语尚无统一译名的初始阶段,水文观测资料仍用外文记录,甚至聘用外人为技术指导。
随着水文资料的逐渐积累,国人又着手对一些主要江河的水文情势进行初步分析与研究,并在国内的《水利》杂志上陆续发表论文,用分析计算的成果对一些水利工程规划(如《导淮工程计划》、《永定河治理计划》等)进行论证。
由于水文测站相继增建、测验方法与仪器设备相继引进,“水文”之名开始在中国传开,在政府机构中开始正式设置水文管理单位,水文事业在中国逐渐占有一席之地。
但由于连年战乱不休,当政者又不关注水文建设这一基础工作的发展,以致中国的水文事业长期处于举步维艰、动荡薄弱的状态。
目录清道光二十一年(1841年)(2-1) 北京开始连续观测降水量清道光二十三年(1843年)(2-2) 黄河中游洪水(2-3) 麟魁论三门峡的控制作用清道光二十八年、二十九年(1848、(2-4) 长江中下游连年大水1849年)清咸丰五年(1855年)(2-5) 黄河决口改道清咸丰六年(1856年)(2-6) 吉林中部洪水清咸丰年间(1860年前后)(2-7) 设置“罗星塔零点”清咸丰十年(1860年)(2-8) 上海黄浦江设置水尺(2-9) 长江洪水清咸丰十一年(1861年)(2-10) 长江沿线等各地港口海关设置水尺清同治元年(1862年)(2-11) 珠江三角洲台风暴期清同治六年(1867年)(2-12) 设立导淮测量局(2-13) 汉江洪水清同治七年(1868年)(2-14) 英人艾略斯考察黄河清同治九年(1870年)(2-15) 长江上游洪水清光绪元年(1875年)(2-16) 晋西洪水清光绪二年(1876年)(2-17) 苏州立水则碑清光绪三年(1877年)(2-18) 沿黄各省发生罕见旱灾清光绪四年(1878年)(2-19) 黄河首用公制拔海高程清光绪八年(1882年)(2-20) 皖、浙地区洪水(2-21) 印度潘底特率队测量黄河河源清光绪十一年(1885年)(2-22) 珠江流域洪水清光绪十二年(1886年)(2-23) 滦河洪水清光绪十三年(1887年)(2-24) 昆明设量水石柱报汛清光绪十四年(1888年)(2-25) 辽宁东部洪水清光绪十五年(1889年)(2-26) 荷兰单百克等在考察黄河中测验泥沙清光绪十六年(1890年)(2-27) 黄河下游河道图测成清光绪十八年(1892年)(2-28) 山西北部洪水清光绪二十一年(1895年)(2-29) 山西南部洪水(2-30) 汉江设报水钟光绪二十五年(1899年)(2-31) 李鸿章建议山东黄和河大堤安装电话(2-32) 比利时卢法尔建议加强水文测验清光绪二十六年(1900年)(2-33) 闽江洪水清光绪二十八年(1902年)(2-34) 成立海河测水机构(2-35) 设置“大沽零点”清光绪三十年(1904年)(2-36) 黄河上游及川西北洪水清光绪三十二年(1906年)(2-37) 设置“吴淞零点”(2-38) 俄国人科兹洛夫探黄河河源清光绪三十三年(1907年)(2-39) 德人台飞探黄河河源清光绪三十四年(1908年)(2-40) 徐世昌勘查松花、图们、鸭绿三江江源(2-41) 设置“珠江基面”清宣统元年(1909年)(2-42) 松花江上游洪水清宣统三年(1911年)(2-43) 淮河开始水文、河道测量(2-44) 呼兰河、汤旺河洪水清道光二十一年(1841年)(2-1) 北京开始连续观测降水量俄国教会在北京进行连续降水量观测及其他气象观测。
水文学发展回顾与展望水文学是关于地球上水的起源、存在、分布、循环、运动等变化规律和运用这些规律为人类服务的知识体系,是地球科学的组成部分,是技术科学的一个领域。
水文学到今天为止,仍然是一门具有十分活力的、并沿着自己特有的发展道路继续前进的独立学科。
水文学已经历了不同的历史时期和发展阶段。
远古时代,人类为了生存,开始观察水的习性,开始了原始的水文观测。
最早的水文观测是在中国和古埃及开始的,并形成和积累原始水文知识礴在中国《吕氏春秋》中,最早提出了水文循环的朴素思想。
诚然,这些原始的水文观测和水文知识是极其粗糙的、零星的,但它为当时的生活和生产提供了重要的水文依据,标志着水文学的萌芽。
欧洲文艺复兴带来的科学思想的解放和技术进步请极大地推动了人类对水的研究和认识,促进了近代水文仪器的发明以及近代水文学理论的逐渐形成。
例如,水流能量方程、达西定律等,这些成就表明,人类对水的粗动变化规律的认识,已由萌芽时期那种以古代自然哲学为依据的纯粹思辩性猜测;发展到了以科学事实为依据,以科学观测与试验为依据,进行假设、演绎和推理进而建立各种水文理论体系的新阶段,标志水文学作为一门近代自然科学已莫定基础。
水文学最早是地理学的一个分支。
水文学从研究陆地上水体的水情变化规律,到建立起水分循环和水量平衡概念,是它的一个重要进展。
18世纪以前},观察研究水文现象的学者,主要是为认识和解释自然现象,其中少量的水文观侧活动也只是为探索自然奥秘提供信息备这是“地理水文学”的形成和工程水文学脱胎于地理水文学,二者相互促进并发展,是水文学发展史中的重要时期。
随着经济的发展,社会的进步,人类社会经济活动对水分循环的干扰逐渐增强,出现了人类社会引水、用水、耗水和排水的水分侧支循环。
因此,水文学的任务就不能满足于只为水资源工程规划设计提供水文数据,而更要为管好、用好并保护好有限的地球水资源,并将其作为一个整体系统进行研究,从而突破原有地理水文学和工程水文学的内容,开始进入一个新的阶段,即水资源水文学阶段。