水文的主體是水,簡單地說,水文是指自然界中水的變化、運動等的各種現(xiàn)象?,F(xiàn)在一般指研究自然界水的時空分布、變化規(guī)律的一門學(xué)科。水文研究的領(lǐng)域十分寬廣,它不僅研究大氣水、海洋水、陸地水、地下水等構(gòu)成的水圈,還研究水圈同大氣圈、巖石圈和生物圈等地球自然圈層的相互關(guān)系,當(dāng)然也包括與人類活動之間的相互關(guān)系。水文是水利的重要基礎(chǔ),同時也是水資源、水環(huán)境、水土保持等學(xué)科的重要基礎(chǔ)。
根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn),水文學(xué)科有多種分類方法和分類結(jié)果。根據(jù)研究對象的不同,水文學(xué)科可以分為河流水文學(xué)、湖泊水文學(xué)、沼澤水文學(xué)、冰川水文學(xué)、雪水文學(xué)、水文氣象學(xué)、地下水水文學(xué)、區(qū)域水文學(xué)和海洋水文學(xué)等;根據(jù)水文應(yīng)用的領(lǐng)域,水文學(xué)科可以分為工程水文學(xué)、農(nóng)業(yè)水文學(xué)、森林水文學(xué)、都市水文學(xué)、醫(yī)療(衛(wèi)生)水文學(xué)等分支學(xué)科。
水文工作大體可以分為測、報、算三大塊。測,就是水文測驗,即通過水文站網(wǎng)獲取水位、流量、流速、降雨量、蒸發(fā)量、含沙量等水文參數(shù)。報,就是水文預(yù)報,水文預(yù)報與氣象預(yù)報的區(qū)別在于,氣象管天,水文管地,下雨之后,河流、水庫或者湖泊的水位會漲多高?會有多大的水量?這些就是水文預(yù)報需要回答的問題。算,就是水文分析計算,例如要建一個水庫,首先必須根據(jù)河流的來水情況和入庫水量的大小,來確定水庫最多能裝多少水,以及在各種情況下如何應(yīng)對,這些問題就要靠水文分析計算來解決了。
自有人類文明史以來,人們就不斷與水旱災(zāi)害作斗爭,在這個過程中,不斷積累關(guān)于水的知識和經(jīng)驗,逐漸就形成了水文這個學(xué)科。
一般認為,水文的歷史發(fā)展可以分為四個階段。
第一個階段是萌芽時期。這個階段可以追溯到遠古時期,人們根據(jù)生產(chǎn)生活的需要,開始進行最早期的水文觀測。如在古代的埃及和中國,就開展了水位觀測;公元前4世紀,首先在印度出現(xiàn)了最早的雨量觀測。但是這些水文觀測都是比較膚淺的,也是很零星的。
第二個階段是奠基時期。在歐洲文藝復(fù)興之后,科學(xué)技術(shù)的進步也帶動了水文學(xué)科的發(fā)展,在這個時期,逐漸形成了一些近代水文的基礎(chǔ)理論,發(fā)明了一些簡單的水文儀器。到19世紀末,專門的水文研究機構(gòu)開始出現(xiàn),一些國家開始出版水文年鑒,并陸續(xù)出版了一些水文專著,標(biāo)志著水文科學(xué)作為一門近代科學(xué)已奠定基礎(chǔ)。
第三個階段是應(yīng)用水文學(xué)的興起時期。第一次世界大戰(zhàn)之后,在大量的工程和城市建設(shè)背景下,水文體現(xiàn)了其作為一門應(yīng)用學(xué)科的作用,同時,水文站在世界范圍內(nèi)發(fā)展成規(guī)模宏大的水文站網(wǎng)系統(tǒng)。1949年,《應(yīng)用水文學(xué)》等專著陸續(xù)問世,總結(jié)了這一時期的成就,標(biāo)志著應(yīng)用水文學(xué)的誕生。
第四個階段是現(xiàn)代水文時期。自20世紀50年代以來,隨著社會生產(chǎn)規(guī)??涨皵U大、科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展,水文的進步也日新月異。水文信息獲取和分析的手段、方法有了長足進步,水文科學(xué)與其他科學(xué)之間的邊緣科學(xué)正在不斷興起,水文的研究領(lǐng)域也不斷拓展,更加關(guān)注人類活動對水文的影響,更加關(guān)注水資源的開發(fā)利用,等等。
我國古代水文有著輝煌的歷史和確鑿的記載,以至于國內(nèi)外專家談到水文測驗史,言必稱埃及、中國。
在水文觀測方面,在傳說中的大禹治水時期,我們的先人就已經(jīng)知道利用“水性就下”的規(guī)律,“隨山刊木”(立木于河中)觀測河水漲落。戰(zhàn)國時期,李冰在都江堰工程上開始用“石人”觀測水位。四川涪陵 “白鶴梁”題刻(石魚),記載了唐代至本世紀初共1200余年間72個枯水年份的長江水位資料,享有“世界第一古代水文站”之稱。
在水文理論方面,《呂氏春秋·圜道》有“云氣西行,云云然,冬夏不輟;水泉東流,日夜不休……”之言,這是對水循環(huán)理論的原始總結(jié)。
在降雨觀測方面,秦代就建立了各地向中央報雨的制度;清代故宮有《晴雨錄》,依照十二時辰記載1724—1903年北京地區(qū)的降水情況,其間資料共有174年,晝夜不斷。
在流量方面,元代文獻把以徼計算的水量叫“水程”或“水直”;清代康熙皇帝描述:“先量閘口闊狹,計一秒所流幾何?!边@與現(xiàn)代流量概念完全一致。
在江河漲落方面,秦漢已有“桃花水”“秋水”的稱謂。北宋時每個月的水漲水落均有專名,并認為河道漲水有定期出現(xiàn)的規(guī)律,所以起名叫“信水”(守信用的水)。到明清,信水的說法被“水汛”取代,相沿至今。
但是由于我國古代水文重定性分析不重視定量分析,因此水文科學(xué)研究在近代一直落后于西方,直到新中國成立以后,才得到了很大的發(fā)展。
水是人類生存的第一要素,可以說,沒有水,就沒有人類的文明和發(fā)展。而有了水文,我們才知道生活生產(chǎn)中需要多少水;有了水文,我們才能有效防治水旱災(zāi)害;有了水文,我們才了解到水質(zhì)狀況如何,才知道水文與我們的生活息息相關(guān)。
水文首先是防汛抗旱的耳目和參謀。我國地域廣大,旱澇災(zāi)害年年發(fā)生,從大江大河到湖泊小溪,一旦發(fā)生汛情,將給我們帶來生命和財產(chǎn)的巨大損失。在防汛過程中,水文部門通過開展水情、雨情方面的監(jiān)測,開展水文預(yù)報和分析工作,為決策提供了重要的科學(xué)支撐和依據(jù)。例如,在1998年長江特大洪水過程中,中央根據(jù)水文部門的準(zhǔn)確分析和預(yù)測,做出荊江保堤不分洪的重要決策,避免了國家財產(chǎn)的巨大損失。在抗旱方面,由于我國人均水資源缺乏,降雨時空分布不均,一些地方屢遭旱情,水文部門加強監(jiān)測和分析,為水量分配以及應(yīng)急調(diào)水等提供重要依據(jù),保障了人民生活用水和工業(yè)用水。
其次,水文是生態(tài)文明建設(shè)不可或缺的部分。水是生態(tài)之基,在維系優(yōu)良生態(tài)方面有著得天獨厚的優(yōu)勢,天藍水清離不開水,生態(tài)平衡也離不開水。水文部門通過開展水質(zhì)、藻類等方面的監(jiān)測、預(yù)警和分析評價,為保護和修復(fù)水生態(tài)系統(tǒng)、保障水生態(tài)安全做了大量的基礎(chǔ)工作。例如,在黑河、石羊河等河流下游的生態(tài)調(diào)水,在白洋淀等水域的應(yīng)急補水,在引江濟漢工作中的防霧調(diào)度,在桂林、武漢等城市的水生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)中,水文部門都功不可沒。離開水文部門的工作,甚至連我們?nèi)粘o嬘盟陌踩嫉貌坏奖U稀?/p>
水文還給大量水利工程的建設(shè)和運行奠定了基礎(chǔ)。這些水利工程,有些是為防汛服務(wù)的,有些是為航運服務(wù)的,有些是為發(fā)電服務(wù)的,關(guān)系到我們?nèi)粘I畹姆椒矫婷?。在水利工程的建設(shè)和運行過程中,始終都需要水文工作部門的參與。例如,三峽大壩的截流,需要水文部門實時監(jiān)測數(shù)據(jù);在水庫發(fā)電期間,水文部門要根據(jù)水文資料和預(yù)報情況,提出蓄水的建議,盡量發(fā)揮水庫的發(fā)電效益;在汛期,水文部門還要根據(jù)上游來水情況,提供水庫水位的預(yù)判分析,既要確保防汛安全,又要保障通航。
除此之外,在很多突發(fā)事件和重大活動中,也離不開水文的身影。近幾年,一些極端氣候和地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā),而水文部門總是出現(xiàn)在救災(zāi)第一線。例如,在汶川、玉樹地震,以及舟曲泥石流搶險過程中,水文部門利用其技術(shù)優(yōu)勢,通過實地監(jiān)測和分析計算,為堰塞湖成功排險決策提供了重要的依據(jù)。在一些水污染事件中,水文同環(huán)保部門一起,及時監(jiān)測,提供了準(zhǔn)確的水質(zhì)數(shù)據(jù)。在世博會、青奧會等一些大型活動中,由于人口集中,對供水的水量水質(zhì)都是較大的考驗,為了保障城市的飲水安全,水文部門也在幕后默默地發(fā)揮著作用。
進入21世紀,特別是近幾年來,隨著各種高新技術(shù)的應(yīng)用、各類尖端儀器的使用、各項先進理論的提出,我國的水文行業(yè)得到了極大的發(fā)展。水文工作自身也跳出了傳統(tǒng)水利的局限,面對社會眾多需求,積極為國民經(jīng)濟建設(shè)和社會發(fā)展提供越來越多的服務(wù)。可以說,當(dāng)今的水文,不僅是水利建設(shè)的尖兵、防汛抗旱的耳目,還成為水資源管理與保護的哨兵、經(jīng)濟社會發(fā)展的基礎(chǔ)。我們相信,在全面落實經(jīng)濟建設(shè)、政治建設(shè)、文化建設(shè)、社會建設(shè)、生態(tài)文明建設(shè)五位一體總體布局的戰(zhàn)略背景下,水文必將發(fā)揮日益重要的作用。