水力水文學(xué)

第一篇水力學(xué)基礎(chǔ)：第一章液體的物理性質(zhì)與作用力；第二章水靜力學(xué)；第三章水動力學(xué)基礎(chǔ)；第四章能量損失和管路水力計算；第五章明渠均勻流與非均勻流。第二篇橋涵水文學(xué)：第六章河川徑流；第七章水文統(tǒng)計基本知識；第八章設(shè)計流量的推算；第九章大中橋孔計算；第十章橋梁墩臺的沖刷；第十一章小橋涵孔計算。附錄。2100433B

本書分為水力學(xué)基礎(chǔ)及橋涵水文學(xué)兩篇。主要敘述水力學(xué)和水文統(tǒng)計基礎(chǔ)知識及橋涵水文計算的方法。內(nèi)容有：水靜力學(xué)、水每章都有復(fù)習(xí)思考題和習(xí)題。

本書是全國水利水電類高職高專統(tǒng)編教材，是根據(jù)全國水利水電高職教研會制定的《工程水力水文學(xué)》課程教學(xué)大綱編寫完成的。

本書可作為水利工程專業(yè)、水利水電工程建筑專業(yè)、水利工程管理專業(yè)、港口與航道工程專業(yè)或其他相近專業(yè)的教材，也可供相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員參考使用。

水文學(xué)水的出現(xiàn)

地球表層的水由地球內(nèi)部逸出，經(jīng)過約35億年的積聚和演變，逐漸形成今天的水圈。水圈的形成不僅改變了巖石圈的面貌，使大氣圈中的現(xiàn)象變得復(fù)雜多樣，而且導(dǎo)致生物圈的出現(xiàn)。因此，水的出現(xiàn)和水圈的形成，是地球自然歷史中最重大的事件。

水文學(xué)研究領(lǐng)域

水文學(xué)的研究領(lǐng)域十分寬廣。從大氣中的水到海洋中的水，從陸地表面的水到地下水，都是水文科學(xué)的研究對象；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，也是水文學(xué)的研究領(lǐng)域；水文科學(xué)不僅研究水量，而且研究水質(zhì)，不僅研究現(xiàn)時水情的瞬息動態(tài)，而且探求全球水的生命史，預(yù)測它未來的變化趨勢。

陸地上的水量雖然只約占全球總水量的3.5%，但淡水幾乎都分布在陸地。整個人類生活在陸地，最復(fù)雜的水文過程也發(fā)生在陸地，因此對陸地上的水的研究尤其受到人們的重視。陸地水文學(xué)是水文科學(xué)的主要組成部分。有關(guān)海洋和大氣中的水文知識，現(xiàn)已分別歸入海洋學(xué)和大氣科學(xué)的范疇里了。

水文學(xué)學(xué)科內(nèi)容

水文學(xué)與氣象學(xué)、海洋學(xué)、地質(zhì)學(xué)、自然地理學(xué)等學(xué)科關(guān)系密切。廣義的水文學(xué)可分為水文氣象學(xué)、海洋水文學(xué)和陸地水文學(xué)。水文氣象學(xué)主要研究大氣中水汽的變化規(guī)律，包括大氣中的水循環(huán)和水量平衡，以蒸發(fā)、凝結(jié)、降水為主要方式的大氣與下墊面的水分交換，是水文學(xué)與氣象學(xué)的邊緣學(xué)科。海洋水文學(xué)主要研究海洋的水文現(xiàn)象，包括波浪、潮汐和海流等，屬海洋學(xué)的內(nèi)容之一。陸地水文學(xué)主要研究陸地上各種水體的水文現(xiàn)象和運動規(guī)律。隨著生產(chǎn)發(fā)展的需要和研究工作的深入，已形成河流水文學(xué)、湖泊水文學(xué)、冰川水文學(xué)、地下水水文學(xué)等分支。陸地水文學(xué)中直接為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通等生產(chǎn)部門服務(wù)的內(nèi)容稱為應(yīng)用水文學(xué)。狹義的水文學(xué)通常指陸地水文學(xué)和應(yīng)用水文學(xué)。

水文學(xué)研究方法

概括為：①成因分析法。即以收集水文站網(wǎng)的大量實測資料及室內(nèi)試驗資料為基礎(chǔ)，研究水文現(xiàn)象的形成過程、物理機(jī)理和相互關(guān)系，建立水文現(xiàn)象與影響因素的定量關(guān)系或水文模型。②數(shù)理統(tǒng)計法。水文現(xiàn)象兼有確定性和隨機(jī)性，可以把某些水文現(xiàn)象看作隨機(jī)事件，用概率論和數(shù)理統(tǒng)計的原理和方法，對某些水文現(xiàn)象進(jìn)行頻率分析，推求各種頻率(或重現(xiàn)期)的水文數(shù)據(jù)。③地區(qū)分析法。氣候與自然地理條件具有地區(qū)性分布的特點，水文現(xiàn)象也有一定程度的地區(qū)相似性，因此可研究水文要素分類和分區(qū)的特征值或建立區(qū)域性經(jīng)驗公式，或繪制各種特征值等值線圖和分區(qū)圖。

生態(tài)水文學(xué)一詞從上世紀(jì)90年代開始被廣泛使用以致沖淡了人們對生態(tài)水文學(xué)內(nèi)涵的思考。盡管有很多人在思考什么是生態(tài)水文學(xué)，但由于各人的研究領(lǐng)域和興奮點不同，有關(guān)生態(tài)水文學(xué)的概念仍相當(dāng)混亂。按時間順序，我們列出一些關(guān)于生態(tài)水文學(xué)的定義：

1、生態(tài)水文學(xué)是研究所有生命及無生命組成的交互關(guān)系中的水文過程、現(xiàn)象及特性的科學(xué)( Timchenko，1994) 。

2、Hatton認(rèn)為生態(tài)水文學(xué)是指在一系列環(huán)境條件下來探討生態(tài)水文過程，它考慮了干旱地區(qū)、濕地、森林、河流和湖泊的生態(tài)水文過程（Hatton，1997）。

3、Post等則認(rèn)為它是研究水文、氣象及生態(tài)過程之間的關(guān)系，包括不同時間下水文過程如何影響到生態(tài)過程及生態(tài)系統(tǒng)及地貌又如何回饋或影響到水文過程兩個核心問題（Post等，1998， EOS 79(43)）。

4、Baird等則認(rèn)為它是研究植物與水的相互作用以及與植物生長相關(guān)的水文過程（Baird and Wilby，1999）。

5、Rodriguez-Iturbe (2000)(Water Resources 36(1))則定義生態(tài)水文學(xué)為研究不同生態(tài)形式及過程中的水文機(jī)制的科學(xué)。Rodriguez-Iturbe 認(rèn)為它是在氣候－土壤－植被動態(tài)過程中研究水文機(jī)制，以便預(yù)測生物對全球變化的響應(yīng) (Rodriguez-Iturbe，2000)。

6、1997年俄羅斯彼德堡國立水文氣象學(xué)院出版教材《水資源(陸地水)利用和保護(hù)的生態(tài)觀》中提出“生態(tài)水文學(xué)(水利生態(tài)學(xué))”、“水利生態(tài)系統(tǒng)”等概念，提出新的學(xué)科方向要研究具體“水對象”(河、湖、水庫等)群體態(tài)勢的定性定量的評價，研究不同層次和尺度的水體生態(tài)系統(tǒng)。

7、Nuttle認(rèn)為它是關(guān)于水文過程對生態(tài)系統(tǒng)分布結(jié)構(gòu)功能影響以及生物過程對水循環(huán)要素影響的交叉學(xué)科（Nuttle 2002）；

8、生態(tài)水文學(xué)整合了生態(tài)及水文知識，以了解生態(tài)系如何改變水文特性，而這些水文特性又如何影響生態(tài)系功能，雖仍為研究生態(tài)與水文之關(guān)系，但較偏向水文特性之探討。認(rèn)為（黃土高原生態(tài)水文研究，林業(yè)出版社，2000），在科學(xué)體系上，生態(tài)水文學(xué)屬于地球科學(xué)范疇，是水文學(xué)的一個分支，是生態(tài)學(xué)與水文學(xué)的交叉學(xué)科。

9、生態(tài)水文學(xué)就是將水文學(xué)知識應(yīng)用于生態(tài)建設(shè)和生態(tài)系統(tǒng)管理的一門科學(xué)。主要研究生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)水文循環(huán)與轉(zhuǎn)化和平衡的規(guī)律，分析生態(tài)建設(shè)、生態(tài)系統(tǒng)管理與保護(hù)中與水有關(guān)的問題。如生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變化對水文系統(tǒng)中水質(zhì)、水量、水文要素的平衡與轉(zhuǎn)化過程的影響；生態(tài)系統(tǒng)中水質(zhì)與水量的變化規(guī)律及其預(yù)測預(yù)報方法；水文水資源空間分異與生態(tài)系統(tǒng)對位關(guān)系。因此，我們認(rèn)為：生態(tài)水文學(xué)是基于生態(tài)學(xué)與水文學(xué)的一門交叉學(xué)科。通過生態(tài)學(xué)及水文學(xué)知識的整合以進(jìn)一步了解水與生態(tài)系統(tǒng)的相互作用過程與規(guī)律，把穩(wěn)定生態(tài)系統(tǒng)特性作為水資源可持續(xù)利用的管理目標(biāo)。

生態(tài)水文學(xué)的發(fā)展與中國生態(tài)需水問題

中國是一個降水時間空間分布非常不均勻、人口壓力大的發(fā)展中國家。人口、資源與環(huán)境的矛盾比較突出。人均淡水資源僅為世界人均量的1/4，居世界第109位，已被列入全世界人均水資源13個貧水國家之一。全國600多座城市中，已有400多個城市存在供水不足問題，其中比較嚴(yán)重的缺水城市達(dá)110個。

對于生態(tài)水文學(xué)這一新的邊緣性交叉學(xué)科的完整、定義仍然存在諸多爭議，綜合各位學(xué)者對于生態(tài)水文學(xué)的理解和理論闡述，相對比較一致的觀點認(rèn)為該學(xué)科是揭示生態(tài)系統(tǒng)中生態(tài)格局和生態(tài)過程水文學(xué)機(jī)制的科學(xué)，探討生態(tài)系統(tǒng)中植物對于水文過程的影響以及水文過程對于植物生長和分布作用，以植物與水分關(guān)系為學(xué)科研究基礎(chǔ)，以土壤水分及植被蒸散為核心研究內(nèi)容，以生態(tài)過程和水文過程耦合機(jī)制的尺度效應(yīng)為學(xué)科關(guān)鍵點，以水資源可持續(xù)利用和維持生態(tài)系統(tǒng)健康和可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的實現(xiàn)為學(xué)科研究目標(biāo)。研究對象包括濕地生態(tài)系統(tǒng)、干旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)、森林生態(tài)系統(tǒng)、河流生態(tài)系統(tǒng)和湖泊生態(tài)系統(tǒng)等不同生態(tài)系統(tǒng)類型。所以，生態(tài)水文問題被我國許多學(xué)者認(rèn)為是中國寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境建設(shè)和社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵問題之一。

生態(tài)水文學(xué)是一種對環(huán)境有利、經(jīng)濟(jì)可行和社會可接受的有效方式。由于生態(tài)退化等問題的出現(xiàn)，生態(tài)水文學(xué)成為中國西部生態(tài)需水問題研究的熱點問題之一。西部地區(qū)特別是青藏高原，是我國許多江河的發(fā)源地，素有中國“水塔”之稱。也分布著大量的濕地和湖泊，保護(hù)這些地區(qū)的濕地和湖泊，不僅對保護(hù)局地生態(tài)環(huán)境，而且對保護(hù)江河源的生態(tài)環(huán)境都具有重要意義。

此外，西北干旱區(qū)內(nèi)陸河流域開發(fā)利用和生態(tài)環(huán)境的保護(hù)、北方地區(qū)人工植被的土壤干化、植物固沙中流沙斑塊的面積和格局對沙地水分平衡的影響等問題，都需要對生態(tài)水文學(xué)機(jī)制進(jìn)行深入了解。干旱區(qū)生產(chǎn)用水和生態(tài)用水的關(guān)系以及維持干旱內(nèi)陸河流域持續(xù)發(fā)展的生態(tài)需水，特別是維持內(nèi)陸河下游天然綠洲穩(wěn)定的生態(tài)需水等問題，也需要應(yīng)用生態(tài)水文學(xué)的方法去深入研究。2100433B