萌芽时期:
(远古至约公元1400年)在尼罗河、幼发拉底河、恒河和黄河这些古老文化发祥地的遗迹中,我们可以看到这一时期已经开始了原始的水文观测,最早的水位观测是在中国和埃及开始的。
约公元前22世纪,中国传说中的大禹治水,已“随山刊木”(立木于河中),观测河水涨落。此后,战国时李冰设于都江堰的“石人”,隋代的石刻水则,宋代的水则碑等,表明水位观测不断进步。
最早的雨量观测于公元前四世纪首先在印度出现,中国于公元前三世纪的秦代已开始有呈报雨量的制度,到了公元1247年,已有了较科学的雨量器和雨深计算方法,并开始用“竹笼验雪”以计算平均降雪深度。明代刘天和在治理黄河工作中,已采用手制“乘沙量水器”测定河水中泥沙的数量。
中国古籍《吕氏春秋》中写道:“云气西行云云然,冬夏不辍;水泉东流,日夜不休,上不竭,下不满,小为大,重为轻,国道也。”提出了朴素的水文循环概念。成书于公元约六世纪初的《水经注》中,记述了当时中国境内1252条河流的概况,成为水文地理考察的先驱。
诚然,这些原始的水文观测和水文知识是肤浅零星的,但已为当时生活和生产提供了重要的水文资料。例如,根据雨量多少决定税收的多少,根据上游的水位向下游传递水情等,标志着水文科学的萌芽。
奠基时期:
(约公元1400~1900年)欧洲文艺复兴带来的科学思想的解放和科学技术的进步,为水文科学发展成为独立的学科奠定了基础。这一时期,水文仪器的发明使水文观测进入了科学的定量观测阶段。
1663年雷恩和胡克创制了翻斗式自记雨量计,1687年哈雷创制测量水面蒸发量的蒸发器,1870年埃利斯发明旋桨式流速仪,1885年普赖斯发明旋杯式流速仪。这些近代水文仪器使流量、流速、蒸发、降水的观测达到了相当的精度,利用这些近代水文仪器进行水文观测的各种水文站陆续出现。
1746年,中国在黄河老坝口设立了全国第一个正规水位站,开始系统观测水位,并进行报汛。这些成就使水文现象的观测视野在深度和广度上空前扩大,为水文科学在理论上的发展创造了条件。
在这一时期,近代水文科学理论开始逐渐形成。1674年佩罗提出了水量平衡的概念,成为水文科学最基本的原理之一;1738年伯努利父子发表水流能量方程,1775年谢才发表明渠均匀流公式;1802年道尔顿建立了研究水面蒸发的道尔顿公式;1856年,达西发表了描述孔隙介质中地下水运动的达西定律;1851年莫万尼提出了汇流和径流系数的概念,并发表了计算最大流量的著名推理公式。
这些科学理论的创立,为水文科学在河道水流、蒸发、地下水运动、径流形成和水文循环等领域的发展奠定了理论基础,它表明人类对水文现象的认识已由萌芽时期那种肤浅零星的知识,发展到了比较深刻系统的知识。同时也表明,人类对地球上水的运动、变化规律的探索,已发展到以大量观测事实为基础,进行假说、演绎和推理,进而建立各理论体系的近代科学方法论。
19世纪末,专门水文研究机构开始出现,一些国家开始出版水文年鉴。弗里西著的《河流水文测验方法》、福雷尔著的《日内瓦湖湖泊志》、马略特著的《水的运动》等水文学专著陆续出版。这些著作总结了当时水文观测和理论研究的成就,标志着水文科学作为一门近代科学已奠定基础。
不同时期 水文地质 发展