说说水文

发布者:admin发布时间:2013-05-29浏览次数:9990

    早就打算写点什么,以总结一下自己选择水文专业以来的所感所想。无奈没有时间。现在闲了,我也终于能够安稳地坐下来写一些东西,算是对过去一年半时间的一个交待,如果对看到这些文字的后来者能够有一点点的启示的话,那自然是更好。
 
 
一、水文专业是做什么的
    说句老实话,自己当初选择这门专业的时候,也不太清楚它到底是做什么的。“水文”二字的确易使人产生误解。许多人的第一反应就是这应该是需要大量记忆的文科,甚至于认为是“水文化”这种相对而言虚无缥缈的东西。记得教水环境化学的老师说过,她到新疆喀纳斯湖水文站调研考察,碰到了一个河海水文校友。当二人聊起当年的报考时,那个校友说他那时以为这是一个搞水文化的学科。结果到了真正学习的时候,才发现现实与想象差得太多。现在看来,这些理解都是错误的。
    水文,依我现在的知识水平来给个定义,应该是一门研究水的赋存、转化、迁移运动等一切与水相关的科学。说简单点就是研究水在自然背景下的循环,只不过我们常常把主要的注意力集中在从降水到达地面开始直至进入海洋的过程,这就是所谓的“地表水文学”,我们河海水文的传统强势所在。
    水文不同于水工、港航之类的传统硬工程,它是属于地球科学的一个分支。它更多地关注自然界的规律而不是那些冰冷生硬的钢筋混凝土。它更加强调了解自然与顺应自然而非改变,依靠探索并应用那些既存的客观规律来为人类谋福祉。水文的这一性质,决定了那些想要学习并最终渴望掌握它的人应该是上知天文,下晓地理的通才。因为水文循环是复杂的且各个组分是严密不可分割的,只有了解大气的运动变化规律与地理地质环境的变迁,才能更好地掌握水,这个自然界精灵的来龙去脉。
    水文是一个偏重理论的科学,它的诞生是人们在生产生活中对自然规律的长期观察认识,从感性上升到理性,从经验描述到定量解释的结晶。重视理论与经验,使得水文在国外有时被称作“技术(technology)”,而非“科学(science)”。一个研究领域能否被称之为“科学”,关键在于它是否脱离了语言文字定性描述而采用定量描述,那么依这个观点来说,建立在物质守恒与能量守恒之上的水文应该是一门地地道道的科学。
    以上是从基础研究领域说了对水文的认识,下面说说从实际应用的角度出发如何认识水文。
    水文一个重要的应用领域,就是在工程领域。这一水文学的分支被称作“工程水文学”。首先,水文对水工建筑物的各项参数的定级有决定性作用。我国的现行的水工建筑物设计标准师承前苏联,采用频率设计的办法。即以某一频率发生的洪水量或枯水量来设计相应水工建筑物的各项参数,认为只要建筑物能够在这样的环境中安全运行就算是到达了设计标准,例如坝高、库容、堤防高度、死水位等等。在这其中,根据设计标准推求对应的水文事件就是工程水文学所承担的任务。其次,水文可以提供水情预报服务。这项职能可以参考天气预报。简单地说就是根据一次降水过程,来提前预知本次降水所造成的洪水过程,如洪峰流量、峰现时间等这些对于政府防洪决策部门极为重要的数据。这项工作对于防汛指挥、抗洪抢险意义重大。最后,水文可以为水利工程的调度运行提供科学的参考依据。水利工程修建完毕,只能说完成了预设目标的第一步。最重要的还是如何让这些建筑物发挥作用。这其中,就需要水文工作者根据当地情况,制定出实际有效的调度方案,保证运行安全与最大收益。
    目前,我国的大型水利水电工程项目已经基本实施完毕,大江大河的治理已经形成规模。水利工程终究会有修完的一天(可以参考欧美发达国家)。而且,我们必须直视的一个事实是,水利工程的修建对当地的生态环境具有不小的影响。国家也意识到这一点,对于大型工程上马的审批变得慎重起来。大量的既建水利工程正是水文施展拳脚的地方。水文是水利先锋,也是水利工作开展的基础。
 
 
二、水文专业的学科特点
    水文的研究方法主要有两个即确定性建模和不确定建模,这是由所研究的水文现象性质决定。
    一方面来说,水文现象具有随机性。这个比较好理解。比如说,今年南京发洪水了,那么明年南京是不是也一定发洪水呢?答案应该是不一定。本时段发生的事情,与下一段发生的事情并没有机理上的联系,谁也说不好以后能发生什么。对于这种现象应如何研究呢?这就要从统计的观点出发,从大量的实验中找到总体的特性。既然总体具有这样的性质,就可以推测从这个总体中抽取到的样本也应该具有这样的性质。举个例子,假如说南京地区有78年的降雨观测资料,从这些资料中我们发现年降雨量在1020毫米上下波动。那么我们就可以推知,2014年南京的年降雨量也应该在1020毫米左右。当然这个例子很简单,具体的问题要比这个复杂得多,处理的方法也较复杂,但是思想内涵应该是一样的。
    从另一方面来说,水文现象又具有确定性。例如一次洪水过程,它的起因是一场具有一定规模的降雨,经过植物截留、地面填洼、蒸散发等耗损而形成的径流过程。我们暂且不谈具体的测量手段和测量值精度如何,不论是降雨量还是蒸发等其他量值是客观存在的,是有一个明确的值的。既然存在上述的物理基础,我们就可以建立数学模型,对一个完整的洪水过程进行人工模拟。复杂的水文过程是有其形成的原因的,而且这些原因是可以被梳理出来并用简洁的数学语言表达。这一性质,说明了现实世界是可以被具体感知的。
 
 
三、对于学习者的要求
    要想成为一个优秀的水文学习者,仅仅从我自己的认知角度出发,应该具备两项重要的技能:数学和计算机。前面已述,水文是一个重视理论的学科。数学对于基础理论的研究,其意义是不言而喻的。对于从事具体水文工作的人员,处理庞杂的水文数据是开展工作的重要一环,掌握计算机能够减少工作量,提高工作效率。
 
 
四、主要课程内容
    水资源系统规划与分析:较为重要。这是开展水资源规划和评价、水库(群)调度运行等相关内容的知识基础。
    水文学原理:极为重要。这是整个水文学的基础,是从确定性的道路研究水文现象的基石,与其他课程联系极为紧密。
    水文统计:非常重要。这是从不确定性研究水文现象的基础,与其他课程联系极为紧密。
    气象学:重要。开拓视野,一切水文现象都离不开大气运动,从根源上了解水文现象。
    遥感与GIS:重要。这是一门工具性质的课程,运用遥感和地理信息系统研究水文,是未来的大趋势。
    水文计算:很重要。这是一个重要的应用领域,对于设计水工建筑物的各项指标十分重要。
    水利计算:很重要。直接为生产实际服务,关系到水库的安全和收益,实践性很强。
    水文预报:很重要。对洪水、枯水、冰凌等进行预报,是决策者的重要的参考技术数据。
    水文测验:很重要。采集基础水文数据,是一切后续工作的基础。(以上四项俗称“测算报”,是水文专业毕业生的看家本领,是很重要的。)
    地下水水文学:很重要。地下水是水在自然界的一个重要的赋存形式,了解地下水可以更好掌握地表水的属性。
 
 
五、杂感杂想
    现在说点题外话。水文这两个字应该怎么拆呢?我认为是“水德宇内,文化天下”。先说“水德宇内”。水文事业是一个社会公益性事业。政府出资,公众受益是其重要的特点。所以水文事业既是一个国家繁荣文明的标志,同时也是促进一个国家走向繁荣文明的重要因素之一。一个积贫积弱的国家是不可能建立一整套完整的水文系统的。1949年以前,全国仅有一百余处水文站。当时的政治动荡,时局混乱,这样的基础民生工程根本没有存在的条件和必要。而近三年来,全国新建立的水文站数目,是1949年以来60年的建站总和。这是我国取得重大建设成就的有力见证。水文的公益性,说明它不是为某一个特定的个人或小团体服务的,它是面向大众的,是面向最广大的人民群众的。私有资本的逐利性使其不可能涉足这样一个基础投资大、回收资金周期长(更准确的说这个行业所取得利益已经不是能用金钱来衡量的了)的行业。只有代表国家的政府拥有这样的权力与义务来建设水文行业。所以从事水文行业的人理应具有职业自豪感,这是一个为国家长治久安和民众幸福安康服务却又默默无闻的行业。
    再说“文化天下”。这里说的“文”是广义上的“文”。学习一门学科不仅仅是掌握其中的知识,更为重要的是这门学科所蕴含的深刻的思维方法以及它对于世界与社会的认知所作出的解释,这些对于塑造一个人的人格与基本的世界观、认知论具有重要意义,这才是教育的最终目的,否则我们只能称之为教学。水文学科认识世界的基础是随机性与确定性。当一个事件足够的简单以至于我们能用精确的数学物理公式去描述时,这就是确定性。当一个事件十分复杂以至于我们根本无法从基础机理的角度去解释时,这就是随机性。自然是复杂的,自然的规律是连续的,非线性的,难以预测的。人类只能用离散的,线性的,概化细节的方法去逼近自然的真相。这样的理论对于人生也是具有指导意义的。
    以上只是我的一家之言,而且我的水平实属有限,所以所写的东西一定有疏漏或错误,还请各位不吝赐教。