沈燦燊　葉錦昭

　　1　世界水文科學的形成、現狀和發展趨勢

　　1.1　世界水文科學體系的形成

　　古代，人們早已注意河流水情變化，並不斷加深對水情的認識，修建水利工程進行防洪、防旱和儲備水量。古埃及人很早便利用尼羅河泛濫帶來的大量肥沃泥沙、增産農業，並作出防禦洪水灾害措施，提出了水分循環的初始概念。雙子河流域，中國黄河和印度等地的人們在與水作鬥争中，加深了對水情的認識，經科學家延續和發展，形成了今天的水文學。

　　18世紀工業革命以前，水文觀測主要爲灌溉防洪和航運服務，隨着工業興起、社會經濟發展，人口增多，需水量日多，進而提出了對自然界水的控制、管理和儲蓄，需要修建許多水利工程，並提出建立工程的水文數據和計算方法，便逐漸形成一門學科工程水文學。隨着生産的發展，修築大型水利工程更需要大量精度高的數據，推進了工程水文學中的測、報、算體系的建立，利用遥控、衛星遥感、核等測驗手段、自動測算系統，即時報出準確所需數據，計算方法中隨機理論，風險度方法，不斷提高；用各種模型進行長、中、短期預報，達到要求。工程水文學是應用學科，已有雄厚的應用基礎理論，目前應用很廣，有廣闊的前景[1]。

　　60年代後，全球各地缺水現象有增無减，從水量和水質角度來看，水已經不再是用之不盡，取之不竭之物，於是提出了要加强合理開發利用水，進行科學的管理和分配。並提出了水資源的概念，即水是一種有經濟價值的自然資源，是人類生活中不可缺少的資源，必須進行合理開發、節約和保護的研究。70年代初，成爲一門新的學科——水資源學[2、3]。這門學科發展很快，其主要研究内容是：①水資源的開發利用，必須使經濟效益、環境效益和社會效應三方面都優化。②人類活動，如大規模城市化、大面積砍伐森林等，對水分循環和水量平衡的影響，特别是對其某一環節的影響，如何使之不受到嚴重破壞。③保護水資源，使水量不至大量减少，水質不被污染。④開發利用水資源時，既要考慮微觀問題，也要考慮對宏觀的影響，即是説必須使經濟開發和水資源保護相互適應。從學科屬性來看，水資源屬於應用學科範疇，其基礎理論絶大部分源於水文學，許多計算方法則利用工程水文學的方法，加上經濟學、環境學及其它有關學科内容，開拓成一門内容豐富綜合性强的邊緣學科[4]。

　　進行水資源調查和管理所用方法和手段比較先進，如：利用空間信息系統，區域水資源管理系統（RWRWS）和地理信息系統(GIS)等。

　　水文學，是基礎理論研究，屬於理科性質。主要是研究地球上的水分循環和水量平衡理論，包括各個循環環節，研究在不同地理環境中的不同變化規律，人類活動對其影響，近世水力學、數學、系統論等學科的高尖發展，以及計算機、遥感等手段技術不斷提高，促進了水文學理論的提高和擴展。改變了水文學中某些舊概念，使理論研究走上了新的臺階，如下滲的濕峰和表層流現象，喀斯特區地表水和地下水流域的兩重性的外流，補給現象，使下滲理論和喀斯特區三水轉换模型都有所突破，大大推動了對水循環機制的進一步認識，給地球上4個圈層的水量轉换和交替現象帶來了新的論據。一般來説，基礎理論研究的新成就會帶動了應用學科的發展，如新的工程水文學計算方法和水文預報方法，水資源學科中新的流域供水優化職能的措施，都得益於水文學基礎理論的新成就，但目前基礎理論研究，進展得還比較慢。而應用水文則因生産需要，發展得比較快，這種不符合科學發展進程的現象，妨礙了水文科學的整體發展。

　　由於生産或其他方面的需要，水文科學又派生出許多分支學科，如河流學、陸地水文學、森林水文學、城市水文學等等，這些學科屬於水文的邊緣小學科，在豐富科學起了積極作用，但水文科學領域中，不是主導的。主要的學科還是：水文學（基礎理論研究）、工程水文學和水資源（俱是應用學科範疇）3門。形成了目前水文科學的體系[5]。

　　1.2　水文學科目前的研究現狀

　　1965年聯合國教科文組織（UNESCO）提出了水文10年（IHD，1965～1974）計劃，有100多個國家參加。估計由於世界人口增長和生活用水量增加，工農業持續發展，相對的可用水量漸缺，到本世紀末，人類生活福利情况和可供水資源豐竭有密切關系，因此，必須對水資源合理開發和保護進行研究。另一方面，水資源的豐竭和變化與當地自然地理環境有關，也和人類活動情况有關。如喀斯特區地表水貧乏，而地下水豐富，沙漠邊緣區蒸發大，導致乾旱，特别是人類活動，對水資源影響很大，如大量砍伐森林，引起水土流失，使洪水加重，枯季乾旱，水量季節極度集中，增加用水困難。大水庫群的興建，都市化出現，耕作制度的改變，都會引起水資源某些變化，因此，提出了要重視“地理環境（包括人類活動）對水資源影響”的研究[6]。國際水文10年，完成了許多課題，取得了較好成績。繼國際水文10年，成立了國際水文計劃（IHP1975～1980），第一階段提出的兩項重大課題，牽涉面廣，很有研究價值，值得重視。

　　（1）水量平衡與水資源估算。包括每個國家，地域和全球，水分循環和水量平衡及其每一個重要環節（降水、蒸發、水汽輸送，逕流、地下水和水的貯存方式）及其隨時空變化的研究。

　　（2）人類活動對水環境及水文因素的影響。研究内容比較廣泛，主要是探討人類活動導致水文及水資源的變化，包括排灌系統的發展，城市化、土地利用方式改變，以及河流湖泊、地下水、水庫中污染的擴散、稀釋、自净過程，及廢熱方面的研究。

　　在國際水文計劃第2和第3階段中（1980～1990年） [7]提出了對水土流失，特殊水文區，人類活動對水文過程的預測，氣候變化和水文過程相互影響等方面研究。如：①氣候多樣性變化與水文過程的相互關系。②推廣在科研中已取得的水土流失和泥沙輸送、遷移的研究成果和方法。③特殊地區（潮濕地區、積水地區、海岸帶、河口和三角洲地區、喀斯特區、小島區、平原地區、山區等）的水文研究。④由於人類影響所引起水文過程變化的估價方法。⑤水循環各個因素的調查研究水平估價，等等。

　　在國際水文計劃第4個階段中（1990～1995年）[8]在巴黎批準的研究總方向是：“揭開水文學與水資源管理的發展，在環境不斷變化中所受的影響”。目標爲：①在水資源可能承載力下進行水資源不被破壞的開發；②研究環境不斷變化中的水文；③水文科學爲水資源合理開發和管理服務。其具體課題，包括：地、氣、水系統之間的界面過程；氣候變遷與水文系統間的關系；水循環過程中水質的變化；冰、雪在全球水分循環中的作用；特殊地區水文（濕熱帶、濕温帶、乾旱、半乾旱帶、大平原區、不同景觀區對比等等）；水資源評價和水文計算方法；建立國家水文情報、文件和信息；水文生態模型、水文生態觀測、淡水水體的水生態；水資源綜合開發利用和决策風險度考慮；國際水文系統的水文及水管理問題；以及高級水文人才的培養等。

　　近年來，美國、英國、原蘇聯和日本等國家，對水文及水資源的研究，大致可分爲下列幾方面[9~11]:①水資源的儲量計算及未來供需方面的估算，並進行合理開發和妥善管理水的研究，研究多目標水利系統最優開發方式。②從水量平衡角度進行水資源形成過程的理論研究，及各個環節水的計算方法。③地理環境（包括人類活動）對水資源系統影響研究，並應用水分循環方法對比。④大流域調水，對所在區地理環境所生的效應研究。⑤政治、經濟政策對水資源合理開發利用及管理的影響。⑥水質污染研究。⑦開發新水源，如鹹水淡化，南極冰山開發，冰川開發，深層地下水開發等。

　　世界各國水資源豐竭不同，水資源研究重點也相异，如前蘇聯農田面積大，1985年統計已達21× ，耗水量大而水源不足，研究重點放在灌溉節約用水方面；美國水資源豐富，且法制比較健全，研究偏重於如何利用經濟、法律、政治等手段對水資源合理利用和保護。而總的來説各國水資源研究課題爲：①水能利用。多目的綜合利用。②水資源的開發。包括地表水、地下水、潮汐發電、海水淡化等。如“利比亞撒哈拉的水資源開發”等。③水資源管理。主要是尋求水資源最佳利用方案、節約用水提高經濟效益。④研究先進的灌溉措施，提高效率，節約水量。⑤水質保護。包括回收成的再生水資源，如“作爲一種未來資源的污水回收”等。⑥水資源生態學研究。由於人類利用水資源不當，或大規模破壞自然岸邊活動，導致水資源生態嚴重破壞和失調，這是新的研究方向。⑦政治經濟政策對水資源的影響。水資源開發與所采用的政治經濟政策有密切關系[12、13]。

　　世界在研究水資源和水文時，采用了大量先進科技手段，如①遥感與空間技術的應用。如航片、衛片、衛星、雷達等。②在地下水文學中應用類推式計算機，模擬難以觀測的地下水情况。③核和放射性技術應用。④隨機水文學。⑤確定的綫性水文數學模式，確定的非綫性水文數學模式。⑥確定的綫性水文系統，確定的非綫性水文系統。⑦水文學與水資源學的系統方法。

　　1.3　世界水文科學研究内容的發展趨勢

　　由於目前許多地區都感到水資源不足，如何合理開發利用水資源和保護水資源，尋求解决辦法，故水文科學領域中的三門學科，都有着廣闊的前景[14]。

　　今後，水文科學研究内容的發展趨勢，除目前正在開展的有關課題外，將增加:①對精確估算水的儲量。目前許多國家和地區對水的儲量是十分粗略的，故國際上普遍提出這項研究。②加深對水分循環水量平衡進行研究，尤其是各個環節的研究和提高其方法和手段。③洪水和枯水的研究，包括其出現週期和規律、並能作出較準確的中期和較長期的預報。④都市水資源的研究。城市化後，城市範圍内水文過程變化，爲城市防洪、供水及排污等一系列城市建設服務，國際上立項研究。⑤繼續大力進行地理環境對水文水資源的相互效應研究，特别是人類活動導致水資源質量的變化，是一項有價值的項目。⑥地下水研究，特别是特殊地區地下水的研究[15]。⑦政治經濟政策對水資源合理開發利用及管理的影響。⑧水資源區劃，這是宏觀的水資源地理分佈的綜合研究，對進行微觀的水資源開發利用，有很大參考價值。

　　另外衛星和高速數學計算機的發展使水文科學增加新内容：①模擬與模型。主要是各種水文過程的復雜模擬和參數多的模型。②系統方法。將水文和水資源看成一個系統進行研究，是模型化理論的基礎，使系統方法可將水文和水資源系統各要素統一進行研究，探討它們的變化對系統的影響。

　　2　我國地理範疇水文科學研究現狀

　　建國後，由於生産建設的需要，大型水利工程不斷興建，形成了爲水利工程服務的水文測、報、算系統、模擬模型、隨機理論、綫性和非綫性數學模型以及水文系統理論等，建立了工程水文方向的學科，取得了顯著成就，很多學者作出了突出貢獻[16、17]。

　　我國幅員廣闊，地帶性和地區性水文過程差异明顯，形成了着重研究地理環境對水文過程影響的學科——地理水文學。成立了中國地理學會水文專業委員會，發表了許多如[16][18]等有價值的論文。成立3個全國性水文學術組織：①中國水利學會水文專業委員會，以探討工程水文學爲主，並涉及水文學的基礎理論和工科水文數學的學術機構。初由謝家澤、陳家琦、陳志凱等人負責。②中國地理學會水文專業委員會，以研究地理範疇水文科學基礎理論，水文地理和區域水文爲主，並涉及應用水文和理科水文教學的學術機構。初由郭敬輝、鄧綬林等人主持，繼由劉昌明、沈燦燊、楊戊等人負責。③全國高等院校地理系水文數學與科研研究會，以研討地理系水文數學、教材爲主，並涉及水文學基礎理論和應用水文學内容，初由鄧綬林等主持，後由沈燦燊、黄錫荃等負責。後兩個科研組織是地理範疇水文學的學術機構。

　　近40年來，我國地理範疇水文學的研究進展如下[19~23]:

　　（1）地理環境對水文（包括水資源）系統相互效應的研究。我國幅員廣闊，南北跨温熱兩氣候帶，東西從濕潤，半濕潤區到乾旱區，且地形復雜，降雨、蒸發的地帶性的地區性變化大，下墊面的差异也大，要合理開發利用和保護每個區域的水資源，必須進行“地理環境對水文及水資源系統相互效應”的研究。這方面較深入研究的有：沼澤地區和亞熱帶低塱血吸蟲區水文特點與開發利用研究；南水北調的調水地區的水文和環境變化；不同類型湖泊水文特徵 。新疆乾旱區[26,27]，黄河半濕潤區、長江濕潤區，珠江亞熱帶濕潤區水文研究 。喀斯特地區三水轉换研究[15]；以及熱帶亞熱帶不同下墊面和地理環境的暴雨逕流區産流理論研究等。

　　1985年國家教委頒發了1986～2000年地理系各學科重點研究方面指導性專題報告，委托中山大學撰寫水文學科的《地理環境對水資源系統的效應》[29]，這方面的研究中山大學在國内佔有一定地位。

　　（2）水文地理與區域水文的研究[16]。我國河流衆多，所處的地理位置和氣候條件差异甚大，四大江河流域面積大，流經的地區不論地形、地質、森林覆蓋、土地利用、農耕方式都不同，導致其水情的差异。因而，不但不同流域水文情况各有特點，即使同一大流域，上、中、下游水文也不相同，進行水文地理研究，對水資源的開發利用，防灾、修建水利工程都十分重要。水文地理研究有較强的綜合性，需要有廣泛的地理知識和較好的水文科學基礎。

　　（3）水分循環和水量平衡研究。中國水分循環和水量平衡受不同强度的行星風系和復雜地形所影響，南北以秦嶺淮河爲界，有不同的水分循環過程和輸送水量，而在沿海、中部、西北地區、青藏高原、湖沼地區和沙漠等地區，都有特殊的小循環和水量平衡模式[21,22]。

　　此外，人類活動對局部水分循環和水量平衡影響研究，也在開展，主要是研究森林被破壞或重植後，局部地區水分循環和水量破壞的變化。

　　（4）河口水文研究。中國幾個大河口，如長江、黄河、珠江河口，都是對外交通方便，土壤肥沃和主要糧區，加上每年由江河帶入的泥沙在河口沉積，形成大片灘涂，被圍墾成新的土地。另一方面，河水與潮汐、波浪作用形成了河口區河海交雜的水文系統，餘流挾帶大量泥沙形成了復雜的泥沙流，而鹽水楔、异重流、會潮點、臺風暴潮和潮間帶的特殊水文作用，對河口發育演變和綜合開發利用都有密切關系，故研究河口水文，具有較大的實用意義。

　　1982～1987年全國開展海岸帶地理綜合調查。對全國沿岸淺海水文和河口水文作了詳細調查，寫出幾百萬字的報告和出版了許多圖集，成爲我國最完整和詳細的海岸帶綜合調查文獻，對我國海岸帶今後建設起了巨大作用。

　　（5）水資源與水環境研究。80年代中期後，全國地理水文工作者，針對我國經濟蓬勃高速度發展，對水資源大量開發利用後，對當地水環境的影響如何，進行研究。特别以中小流域爲單位，開展如何開發利用水資源，管理好水資源，政策和法律調控水資源的不合理濫用，以及保護水質不被污染等方面的綜合研究，以達到經濟效益、環境效益、生態效應三優，既能增大和資源開發的經濟效益，又保護了水環境。80年代末期，廣州地理所組織較多高職稱專家及大批有關科技人員和地方人員，對廣東東江流域的水資源如何綜合開發利用達到三優，並估算2010年的情况，進行了爲期3年的研究，被認爲有較高水平。此外，有關大學都對所在地區，開展了水資源和水環境研究，要求經濟開發與水環境保護相互適應。今後，這方面研究會被日益重視。

　　總的來説，建國40多年來，我國地理範疇的水文科學研究取得了很大成績，論文專著充棟，對生産建設起了積極作用。今後研究從發展來看，除了上述幾方面研究仍繼續深入外，水資源與水環境，是未來10年的研究重點，具有廣闊前景。

　　（原載：中山大學學報，自然科學版，1996。本文曾在長沙召開的“全國高等院校水文教研會”12届會議上介紹）