现代水文学导论.ppt

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1、第一章现代水文学导论,水文学的概念及发展阶段,水文学面临的机遇与挑战,现代水文学的特点及框架,1.1,1.2,1.3,第一章 现代水文学导论,主要内容,1.1 水文学的概念及发展阶段,水文学的概念 水文学是一门研究地球上各种水体的形成、运动规律以及相关问题的学科体系。水文学的特点：一方面，具有自然属性，属于地球科学的范畴；另一方面，又具有社会属性，属于应用科学的范畴。,1.1 水文学的概念及发展阶段,萌芽阶段,形成阶段,兴起阶段,公元16世纪以前,公元17世纪初19世纪末,公元20世纪初20世纪60年代,公元20世纪60年代今,现代阶段,1.1.2 水文学的发展阶段,1.2 水文学面临的机遇与

2、挑战,1.2.1 水文学在理论和应用中面临的机遇和挑战,不断提出的新理论迫切需要在水文学中得到检验和应用推广。一方面，它们为水文学发展提供新的理论基础；一方面，又需要水文学家不断吸收和改进新理论，以完善水文学理论体系。这是现代水文学遇到的前所未有的机遇。新技术特别是高科技的不断涌现，为水文学理论研究、实验观测、应用实践提供了新的技术手段。,1.2 水文学面临的机遇与挑战,随着社会发展，人类活动日益加剧，引起的水问题越来越严重，受到全人类的关注程度也越来越强烈。由于解决这些水问题需要更深入的水文学知识，所以日益突出的水问题促进了水文学的发展，这是“机遇”。当然，由于面对的水问题越来越复杂，水文学

3、研究也面临更加严峻的“挑战”。,1.2 水文学面临的机遇与挑战,1.2.2 水文学发展面临挑战的原因及其前沿科学问题,1.2.2.1 水文不确定性问题 水文系统中广泛存在着不确定性因素。在许多水文事件（降水，融雪）特别是一些极端水文事件（洪水，干旱）的预测和定量分析中就广泛地存在着不确定性。由于这些不确定性因素的存在，常常引起预测结果的失真，从而对人类的生命和财产安全造成巨大的影响。由于水文系统中不确定性的广泛存在，再加上目前处理各 种不确定性问题的研究方法还处于探索阶段，使得水文不确定性问题研究成为当今水文科学研究的前沿课题之一。,1.2 水文学面临的机遇与挑战,1.2.2.2 水文非线性问

4、题 按照系统分析的观点，如果系统的输入与输出关系或者与内部状态变量的联系不满足线性叠加原理，这个系统就是一个非线性系统。对水循环而言，由于天然流域的下垫面十分复杂，坡面、沟道交错相间，加之降雨时空变化与流域上洪水非恒定流动的特性，使得水文过程的非线性现象比较普遍，促使人们去研究水文系统的非线性问题。,关于水文系统非线性问题的研究，不少国内外水文学者给予了高度的重视，并取得了一定程度的进展。然而，由于非线性系统固有的复杂性，使得它仍是目前水文学研究的前沿问题之一。,1.2 水文学面临的机遇与挑战,1.2.2.3 水文尺度问题 水文学的研究对象包括了地球水圈范围内所有尺度水文现象及过程。从这种意义

5、上讲，水文学研究具有不同尺度问题。尺度问题，是国际地圈生物圈计划（IGBP）核心项目之一“水循环的生物圈方面(BAHC)”中的第四个重点探讨内容，也是国际上关于水文学研究的前沿性课题。原因是水文学研究范围广泛，小到水质点，大到全球气候变化与水循环模拟。水文学的物理方法，主要应用在微观尺度，而随着向流域和全球的中或宏观尺度扩展，原来的“理论”模型需均化和再参数化，并产生新的机理。这导致相邻尺度间的水文联系太复杂。,1.2 水文学面临的机遇与挑战,空间尺度,时间尺度,尺度问题,大尺度,小尺度,尺度问题一直是水文学、地学、遥感学等领域的前沿科学问题，至今未能很好解决。,顺尺度,逆尺度,1.2 水文学

6、面临的机遇与挑战,1.2.3 水文学研究展望进一步开展水文不确定性、水文非线性和水文尺度问题的理论探索。不断吸收新理论，促进水文学理论基础的发展。及时采纳高新技术方法，提高水文学研究水平。强调水文学与其他学科的交叉研究，提高水文学理论服务于社会的水平。,1.3 现代水文学的特点及框架,1.3.1 现代水文学的特点 与传统水文学相比，现代水文学具有的特点为：现代水文学以新技术（计算机技术、3S技术等）应用为支撑，在宏观和微观方向上得到了深入发展。更加注重水文信息的挖掘。更加深入开展深层次的水文科学基础研究。更加注重人类活动对水循环影响的研究。对水文学上众多难点问题（如不确定性问题、非线性问题、水

7、文尺度问题等）开展力所能及的研究。针对如何解决实际问题中出现的与水有关的各种矛盾，如何实现经济社会的可持续发展等实际问题，重点开展水资源及人类活动水文效应的研究。,1.3 现代水文学的特点及框架,1.3.2 现代水文学的框架 根据作者对现代水文学的理解，提出以“基础理论技术方法应用实践”为框架的现代水文学体系。它包括相互联系、相互促进的三部分，即“基础理论”、“技术方法”和“应用实践”。基于这一框架，本书安排了3篇13章，如下图。,第三篇 应用实践第11章 水文学与水资源 第12章 水文学与生态环境 第13章 水文学与可持续发展,第1章 现代水文学导论,第一篇 基础理论 第2章 水循环过程与原理第3章 水文确定性理论第4章 水文不确定性理论,第二篇 技术方法第5章 3S技术在水文学中的应用第6章 同位素技术在水文学中的应用 第7章 数学技术方法在水文学中的应用第8章 水文系统识别技术第9章 分布式水文模拟技术第10章 水文生态耦合系统模拟技术,Thank You!,ZHENGZHOU UNIVERSITY,