水力水文学

第一篇水力学基础：第一章液体的物理性质与作用力；第二章水静力学；第三章水动力学基础；第四章能量损失和管路水力计算；第五章明渠均匀流与非均匀流。第二篇桥涵水文学：第六章河川径流；第七章水文统计基本知识；第八章设计流量的推算；第九章大中桥孔计算；第十章桥梁墩台的冲刷；第十一章小桥涵孔计算。附录。2100433B

本书分为水力学基础及桥涵水文学两篇。主要叙述水力学和水文统计基础知识及桥涵水文计算的方法。内容有：水静力学、水每章都有复习思考题和习题。

本书是全国水利水电类高职高专统编教材，是根据全国水利水电高职教研会制定的《工程水力水文学》课程教学大纲编写完成的。

本书可作为水利工程专业、水利水电工程建筑专业、水利工程管理专业、港口与航道工程专业或其他相近专业的教材，也可供相关专业技术人员参考使用。

水文学水的出现

地球表层的水由地球内部逸出，经过约35亿年的积聚和演变，逐渐形成今天的水圈。水圈的形成不仅改变了岩石圈的面貌，使大气圈中的现象变得复杂多样，而且导致生物圈的出现。因此，水的出现和水圈的形成，是地球自然历史中最重大的事件。

水文学研究领域

水文学的研究领域十分宽广。从大气中的水到海洋中的水，从陆地表面的水到地下水，都是水文科学的研究对象；水圈同大气圈、岩石圈和生物圈等地球自然圈层的相互关系，也是水文学的研究领域；水文科学不仅研究水量，而且研究水质，不仅研究现时水情的瞬息动态，而且探求全球水的生命史，预测它未来的变化趋势。

陆地上的水量虽然只约占全球总水量的3.5%，但淡水几乎都分布在陆地。整个人类生活在陆地，最复杂的水文过程也发生在陆地，因此对陆地上的水的研究尤其受到人们的重视。陆地水文学是水文科学的主要组成部分。有关海洋和大气中的水文知识，现已分别归入海洋学和大气科学的范畴里了。

水文学学科内容

水文学与气象学、海洋学、地质学、自然地理学等学科关系密切。广义的水文学可分为水文气象学、海洋水文学和陆地水文学。水文气象学主要研究大气中水汽的变化规律，包括大气中的水循环和水量平衡，以蒸发、凝结、降水为主要方式的大气与下垫面的水分交换，是水文学与气象学的边缘学科。海洋水文学主要研究海洋的水文现象，包括波浪、潮汐和海流等，属海洋学的内容之一。陆地水文学主要研究陆地上各种水体的水文现象和运动规律。随着生产发展的需要和研究工作的深入，已形成河流水文学、湖泊水文学、冰川水文学、地下水水文学等分支。陆地水文学中直接为工业、农业、交通等生产部门服务的内容称为应用水文学。狭义的水文学通常指陆地水文学和应用水文学。

水文学研究方法

概括为：①成因分析法。即以收集水文站网的大量实测资料及室内试验资料为基础，研究水文现象的形成过程、物理机理和相互关系，建立水文现象与影响因素的定量关系或水文模型。②数理统计法。水文现象兼有确定性和随机性，可以把某些水文现象看作随机事件，用概率论和数理统计的原理和方法，对某些水文现象进行频率分析，推求各种频率(或重现期)的水文数据。③地区分析法。气候与自然地理条件具有地区性分布的特点，水文现象也有一定程度的地区相似性，因此可研究水文要素分类和分区的特征值或建立区域性经验公式，或绘制各种特征值等值线图和分区图。

生态水文学一词从上世纪90年代开始被广泛使用以致冲淡了人们对生态水文学内涵的思考。尽管有很多人在思考什么是生态水文学，但由于各人的研究领域和兴奋点不同，有关生态水文学的概念仍相当混乱。按时间顺序，我们列出一些关于生态水文学的定义：

1、生态水文学是研究所有生命及无生命组成的交互关系中的水文过程、现象及特性的科学( Timchenko，1994) 。

2、Hatton认为生态水文学是指在一系列环境条件下来探讨生态水文过程，它考虑了干旱地区、湿地、森林、河流和湖泊的生态水文过程（Hatton，1997）。

3、Post等则认为它是研究水文、气象及生态过程之间的关系，包括不同时间下水文过程如何影响到生态过程及生态系统及地貌又如何回馈或影响到水文过程两个核心问题（Post等，1998， EOS 79(43)）。

4、Baird等则认为它是研究植物与水的相互作用以及与植物生长相关的水文过程（Baird and Wilby，1999）。

5、Rodriguez-Iturbe (2000)(Water Resources 36(1))则定义生态水文学为研究不同生态形式及过程中的水文机制的科学。Rodriguez-Iturbe 认为它是在气候－土壤－植被动态过程中研究水文机制，以便预测生物对全球变化的响应 (Rodriguez-Iturbe，2000)。

6、1997年俄罗斯彼德堡国立水文气象学院出版教材《水资源(陆地水)利用和保护的生态观》中提出“生态水文学(水利生态学)”、“水利生态系统”等概念，提出新的学科方向要研究具体“水对象”(河、湖、水库等)群体态势的定性定量的评价，研究不同层次和尺度的水体生态系统。

7、Nuttle认为它是关于水文过程对生态系统分布结构功能影响以及生物过程对水循环要素影响的交叉学科（Nuttle 2002）；

8、生态水文学整合了生态及水文知识，以了解生态系如何改变水文特性，而这些水文特性又如何影响生态系功能，虽仍为研究生态与水文之关系，但较偏向水文特性之探讨。认为（黄土高原生态水文研究，林业出版社，2000），在科学体系上，生态水文学属于地球科学范畴，是水文学的一个分支，是生态学与水文学的交叉学科。

9、生态水文学就是将水文学知识应用于生态建设和生态系统管理的一门科学。主要研究生态系统内水文循环与转化和平衡的规律，分析生态建设、生态系统管理与保护中与水有关的问题。如生态系统结构变化对水文系统中水质、水量、水文要素的平衡与转化过程的影响；生态系统中水质与水量的变化规律及其预测预报方法；水文水资源空间分异与生态系统对位关系。因此，我们认为：生态水文学是基于生态学与水文学的一门交叉学科。通过生态学及水文学知识的整合以进一步了解水与生态系统的相互作用过程与规律，把稳定生态系统特性作为水资源可持续利用的管理目标。

生态水文学的发展与中国生态需水问题

中国是一个降水时间空间分布非常不均匀、人口压力大的发展中国家。人口、资源与环境的矛盾比较突出。人均淡水资源仅为世界人均量的1/4，居世界第109位，已被列入全世界人均水资源13个贫水国家之一。全国600多座城市中，已有400多个城市存在供水不足问题，其中比较严重的缺水城市达110个。

对于生态水文学这一新的边缘性交叉学科的完整、定义仍然存在诸多争议，综合各位学者对于生态水文学的理解和理论阐述，相对比较一致的观点认为该学科是揭示生态系统中生态格局和生态过程水文学机制的科学，探讨生态系统中植物对于水文过程的影响以及水文过程对于植物生长和分布作用，以植物与水分关系为学科研究基础，以土壤水分及植被蒸散为核心研究内容，以生态过程和水文过程耦合机制的尺度效应为学科关键点，以水资源可持续利用和维持生态系统健康和可持续发展目标的实现为学科研究目标。研究对象包括湿地生态系统、干旱区生态系统、森林生态系统、河流生态系统和湖泊生态系统等不同生态系统类型。所以，生态水文问题被我国许多学者认为是中国寒区旱区环境建设和社会经济可持续发展的关键问题之一。

生态水文学是一种对环境有利、经济可行和社会可接受的有效方式。由于生态退化等问题的出现，生态水文学成为中国西部生态需水问题研究的热点问题之一。西部地区特别是青藏高原，是我国许多江河的发源地，素有中国“水塔”之称。也分布着大量的湿地和湖泊，保护这些地区的湿地和湖泊，不仅对保护局地生态环境，而且对保护江河源的生态环境都具有重要意义。

此外，西北干旱区内陆河流域开发利用和生态环境的保护、北方地区人工植被的土壤干化、植物固沙中流沙斑块的面积和格局对沙地水分平衡的影响等问题，都需要对生态水文学机制进行深入了解。干旱区生产用水和生态用水的关系以及维持干旱内陆河流域持续发展的生态需水，特别是维持内陆河下游天然绿洲稳定的生态需水等问题，也需要应用生态水文学的方法去深入研究。2100433B