学科体系、研究范围与任务简析

(1)水文学。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。水文学的研究领域十分宽广。从大气中的水到海洋中的水,从陆地表面的水到地下水,都是水文学的研究对象。水圈同大气圈、岩石圈和生物圈等地球自然圈层的相互关系,也是水文学的研究领域。水文学不仅研究水量,而且研究水质,不仅研究现时水情的瞬息动态,而且探求全球水的生命史,预测它未来的变化趋势。20世纪50年代以来,水资源的开发利用规模日益扩大,人类活动对自然环境产生了多方面的影响,因此,现代水文学也正以极大的兴趣研究水资源利用和人类活动对自然环境的反馈效应。特别应当指出的是,地球上各种水体的水通过水文循环紧密地联系在一起。所以,对地区和全球水文循环的研究,是水文学的核心内容。人们在长期观测和实验中逐渐认识了水文循环的基本规律,使水文学发展成为一门近代自然科学。

水文学是地球科学的组成部分,也是水利科学的一个领域。作为地球科学的一部分,水文学可分为陆地水文学与海洋水文学两大部分,陆地水文学是水文学的主要组成部分。因为水文循环使水圈、大气圈和岩石圈紧密联系,所以,水文学与地球科学体系中的大气科学、地质学和自然地理学等的关系密切。水文学和大气科学共同关心水圈与大气圈的相互联系,逐渐形成水文气象学;水文学和地质学共同研究地下水形成、埋藏和运动规律,形成了地下水水文学(水文地质学);而区域水文学、水文地理学则是水文学和自然地理学共同研究水在地理环境中的作用而发展起来的。

传统的水文学是按研究对象划分分支学科的,主要有:河流水文学、湖泊水文学、沼泽水文学、冰川水文学、雪水文学、水文气象学、地下水水文学、区域水文学和海洋水文学等。河流水文学也称河川水文学,研究河流的自然地理特征、河流的补给、径流形成和变化规律、河流的水温和冰情、河流泥沙运动和河床演变、河水的化学成分、河流与环境的关系等。湖泊水文学主要研究湖泊中的水量变化和运动,湖水的物理特性和化学成分、湖泊沉积、湖泊的利用等。沼泽水文学研究沼泽径流、沼泽水的物理化学性质、沼泽对河流和湖泊的补给、沼泽改良等。冰川水文学主要研究冰川的分布、形成和运动、冰川融水径流的形成过程及其时空分布、冰川突发性洪水的形成机制和预测、冰川水资源的利用。雪水文学主要研究积雪的数量和分布、融雪过程、融雪水对河流和湖泊的补给、融雪洪水的形成和预报,有时把雪水文学和冰川水文学合称为雪冰水文学。水文气象学研究水圈和大气圈的相互关系,包括大气中水文循环和水量平衡,以蒸发、凝结、降水为主要方式的大气与下垫面的水分交换,其中尤其着重研究暴雨和干旱发生和发展的规律。地下水水文学主要研究地下水的形成和运动,地下水与河流、湖泊的相互补给,地下水资源的评价和开发利用。区域水文学着重研究某些特定地区的水文现象,如河口水文、坡地水文、平原水文、岩溶地区水文、干旱地区水文现象等。海洋水文学着重研究海水的物理性质和化学成分,海洋中的波浪、潮汐、洋流、海岸带泥沙运动等。

作为水利科学的一部分,水文学的一个分支,应用水文学运用水文学及有关学科的理论和方法,研究解决各种实际水文问题的途径和方法,为水利、电力、交通、城镇供水和排水、环境保护等工程建设,为农业、林业提供水文数据、水文参数和水文预报服务的一门应用科学。水资源开发利用和人类活动的水文效应也是应用水文学研究的领域。直接为生产服务的应用水文学,是现代水文学中最富有生气的分支学科。水文学通常主要是指陆地水文学和应用水文学。

水文学主要通过定点观测、野外查勘和水文实验(主要是野外实验)等手段,获得水体时空分布和运动变化的信息,因而逐渐形成了水文测验学、水文调查、水文实验三个分支学科,属于应用水文学范畴。水文测验学研究如何正确、经济、迅速地测定各种水文要素的数量及其在时间和空间上的变化,主要包括站网布设、测验方法和资料整编方法的研究。还包括测量仪器的研制和资料存储、检索、传送系统的研究。水文调查是水文学的野外勘测和考察部分,旨在对水体形态和数量、集水面积内的自然地理条件等作出科学的分析和评价。在中国,历史大暴雨、历史大洪水和枯水的调查是水文调查的重要内容。水文实验旨在通过野外和室内实验,揭示水文循环过程各环节中水的运动、变化的某些规律,如水向土中下渗的规律、土壤水的运动规律、径流形成规律、土壤和水面蒸发的规律,以及人类活动的水文效应等。

应用水文学因服务对象的不同,建立了工程水文学、农业水文学、森林水文学、城市水文学等分支学科,其中以工程水文学发展最为迅速。工程水文学包括水文计算、水利计算、水文预报等组成部分,水文计算和水利计算为各类防洪工程、灌溉工程、水力发电、航运工程、道路和桥涵工程、军事工程等的规划、设计提供水文依据。水文预报为工程的施工和运行及国民经济各部门提供洪水、枯水、冰情等各种形式的水文预报。农业水文学主要研究水分-土壤-植物系统中与作物生长有关的水文问题,尤其着重研究植物散发和土壤水的运动规律,为农业规划和农作物增产提供水文依据。森林水文学着重研究森林在水文循环中的作用,即森林的水文效应,包括森林对降水、蒸发和径流形成的影响。都市水文学是应用水文学中较年轻的分支学科,着重研究城市发展中的水资源、城市排水的环境效应和城市对径流形成的影响等问题。

20世纪50年代以来,随着科学技术的迅速发展,水文学不断引入许多其他学科的新成就,出现了一些新的分支学科,例如,在水文调查和水文预报中,研究遥感技术的应用,逐渐形成遥感水文学;在水文实验、地下水运动研究中应用核技术,逐渐形成同位素水文学;随机过程的理论和方法的引入,逐渐形成随机水文学。这些新的分支学科虽然在成熟程度上都还不能与水文学体系中原有学科相提并论,但它们表明,水文学在继续分蘖、不断萌发新的分支。

(2)水资源学。人类长期以来在和水资源问题打交道的过程中,逐渐形成有关水资源的专业知识和经验。但在相当长的一段时间里,有关水资源的知识和经验常融会在其他已建立的学科如水文学、水利学中,没有形成水资源的专门学科。从20世纪中期以来,在工农业高速发展和人类物质文明不断提高的背景下,水资源问题日益突出,人们从不断出现的水问题中逐渐认识到需要从资源的观点重新认识自然界的水。通过在实践中成功的与失败的经验和教训,人们开始认识到自然界的水资源并不是取之不尽、用之不竭的无限资源,需要认真进行研究并采取合理步骤开发利用,并在使用中保护资源,以达到对自然界水资源可持续开发利用的长远目的。正是如此,把水资源作为主体进行研究并被提到全球的议事日程上,世界各国竞相开展对水资源进行系统调查和评价活动,以作为实现合理开发利用水资源的根据。专门以水资源为对象的研究和实践在很大范围内有了发展和提高,并逐渐形成了与原有的有关水的学科内容有差别并自成体系的水资源学。(www.xing528.com)

水资源学在其成长过程中,其研究对象主要可以归结为三个部分:首先是研究作为自然资源一员的水资源的形成、演化、运动的机理,及其在地球上的空间分布及时程变化的规律,以及在不同区域上的数量;其次是研究在人类社会及其经济发展中为适应用水的需要而开发利用水资源的科学途径;第三则是研究在人类开发利用水资源过程中引起的环境变化,以及这种变化对水资源自然规律的影响,探求在变化的环境中如何保持水资源的可持续开发利用的科学途径等。

第一部分的对象主要是地球水资源本身。地球上包括大气层、地表和地下一切形态的水,总储量约13.86×107 km3,但其中与人类生存和发展关系密切的淡水储量不过是水总储量的2.53%,且其中约有70%以上是难以利用的两极和高山冰川以及永冻土中的冰,而和人类关系最密切的是每年通过全球水文循环不断更新补充的地表水(主要是河川径流)和地下淡水,这些水是水资源学的主要研究对象,对这些水的研究基本上是水文学的范畴,也是水资源的基础部分,因此,水文学是水资源学的基础。这部分的研究内容主要是水资源的基础评价,包括评价的理论和方法。需要解决的科学问题有大气水、降水、地表水、土壤水、地下水的相互转化机理以及在人类活动影响下这些转化机理如何变化等问题。目标是弄清不同流域上的水资源及其开发潜力,为开发利用水资源提供条件。

第二部分的研究对象主要是如何合理开发利用水资源,核心是水资源的合理配置理论与方法,包括水资源利用评价和区域水资源规划的原则和基础。由于人类社会在发展中对水的需求不断增长,合理解决好水的供需平衡问题是其中的关键。需解决的科学问题有正确认识并处理好水资源与社会经济间的关系,处理好减轻水旱灾害和水资源开发利用间的关系,正确认识水资源的价值及处理好当前与未来的利益问题等。目标是使水资源的开发利用能适应社会和经济可持续发展的要求。

第三部分的研究对象主要是开发利用水资源要和环境、生态系统协调好,努力发扬水资源在改善环境和生态系统方面的作用,尽量减少其副作用和负面影响。需要解决的科学问题有正确认识并处理好水资源与环境和生态系统间的关系,有效地减轻水污染和污水处理途径,变化环境中水资源的变化规律及其对策等。

综上所述,水资源学是对水资源进行评价、合理配置、综合开发和合理利用和保护,为社会和经济的可持续发展提供水的保证,处理好水资源和社会经济发展及环境、生态系统间关系,以及对水资源实行科学管理和保护经验的系统总结所形成的知识体系,是指导水资源业务的理论基础。其目标是探求水资源在地球自然资源体系中的位置、作用以及和其他自然资源间的相互关系;揭示水资源形成和演化机理及其在地球空间和时程上的变化规律,探索在经济和社会发展中水资源供求关系及其解决的科学途径;研究在人类各项经济活动特别是人类开发利用水资源过程中引起的环境变化,以及这种变化对水资源自然规律的影响;探求在变化的环境中如何保持对水资源的可持续开发利用的科学途径等。因此,水资源学是一门人类认识水资源、开发利用水资源、保护水资源及水环境的知识体系,主要属于技术科学的范畴。

人类在面临水问题的严峻挑战中,已经意识到不能再毫无节制地去浪费地球上有限的淡水资源。为了能维持人类的生存环境并持续发展,对待水的策略上应寻找一条能使水资源的开发利用得以持续不断发展的道路。这就是说,在水资源的开发、利用、保护和管理方面,都要打破传统的、习惯的研究途径和技术方法,重新探讨一些新的思路和策略,以达到使水资源得以持续开发并永续利用的目的。因此,水资源学将把对自然界水的控制、改造、利用与保护的各个方面的经验、理论和技术知识不断进行理论概括和系统总结,这就是未来水资源学的主要内容,并为水资源学的发展提供了持续的需求刺激,构成了水资源学发展的推动力。