1674年至21世纪：水文学的发展与挑战

为了生活的需要，人类很早以前就开始了雨量、河流水位与流速的观测，并不断试图给水文现象以科学解释。例如，公元前3500—前3000年古埃及人即开始观测尼罗河的水位；中华民族的祖先为了防御黄河洪水，在公元前2000多年起注意水位涨落与天气状况。公元前1200年的安阳甲骨文记载了水文循环的朦胧概念；公元前450—前350年希腊哲学家Plato和Aristotle也提出了水文循环的猜想；1452—1519年意大利科学家da Vinci进一步完善了水文循环的概念，并发明了浮标测定流量的方法。这些早期的水文现象观测和研究为水文科学的构成奠定了基础。

1674年法国科学家Perrault在巴黎出版了《喷泉的起源》一书，阐述了他在塞纳河进行的3年雨量观测，分析计算出塞纳河伯格底以上流域的年径流量为年降水量的1／6。鉴于这本专著将人们对水文循环的认识从定性描述提升到定量计算的水平，联合国教科文组织（UNESCO）和世界气象组织（WMO）确认1674年为现代水文科学的开端，并于1974年在巴黎举行了纪念水文科学300周年活动[1]。此后，涌现了一批水文测验仪器，如翻斗式雨量计和流速仪；在水力学的Bernouli定理和Chezy水流阻力公式基础上[2]，水文领域也提出了若干基础理论和公式。例如，1802年Dalton的蒸发原理[3]，1850年Mulvaney的估算洪峰推理公式[4]，1856年Darcy的多孔介质流定律[5]，1891年Manning的明渠流公式[6]等；标志着水文研究逐步加快了前进步伐。

进入20世纪，随着社会生产力的提高，各国经济迅速发展，而洪水、干旱等造成的经济损失也与日俱增。为了减小洪旱灾害的经济损失，全球掀起了水利工程建设的高潮。适应这一形势的需要，1911年Green和Ampt建立了具有物理基础的入渗方程[7]，Hazen于1914年将频率分析用于洪峰流量及其所需滞蓄水量的估算[8]，1931年Richards推导出土壤非饱和流基本方程[9]，1932年Sherman提出将净雨换算为地表径流的单位线[10]，1933年Horton建立入渗理论[11]，1945年Gumbel提出水文极值定律[12]等，水文领域的这些研究成果为水利工程建设顺利实施提供了基础理论与技术的支撑。(www.xing528.com)

20世纪中期，这一时期，随着工业经济的发展，世界人口快速增长，致使若干国家和地区先后发生资源、环境问题，特别是水资源短缺和环境污染的危机[13-15]。同时，电子计算机的发明和应用带来现代科学技术的飞速发展，也为水文分析创造了有利条件。由于社会经济的需求和技术条件的成熟，先后提出大尺度水文模拟的基本概念[16]，研制出基于遥感（RS）、数字高程（DEM）和地理信息系统（GIS）的分布式流域水文模型[13]，实时洪水预报专家系统[14]，决策支持系统[15]等，以满足社会经济发展中所遇到的生态环境保护，水资源评价等大尺度模拟的需要，以及水资源配置、调度的实际需要。

我国在21世纪进入发展的黄金时期，社会经济对水文学科提出了更进一步的要求与挑战，同时也是发展水文科学的机遇。首先，从全球范围看气候变暖更为明显，这使得水循环变化加剧。在这种条件下，水资源短缺与洪水灾将同时存在并影响社会经济的发展。据中国工程院统计，1997年我国人均水资源量为2220m3，属于用水紧张国家[22]。如何依据区域实际情况，合理配置有限的水资源，是水文水资源工作者面临的艰巨任务；同时，也必须在基础理论方面探索自然和人类活动影响下的水文情势变化[23]，促进人类活动的有序化[24]；以便为我国这样一个人口众多，人类活动影响极其显著的国家实现可持续发展。