水文学的研究方法

① 湖泊水文学的研究手段

湖泊水文学的新手段有：①模型技术,其中包括物理模型和数学模型，用以进行湖泊水文现象的物理和数值模拟，建立湖水动力模型、湖泊水温模型、湖水化学模型、湖泊沉积模型等；②
遥感技术，用于探测湖界、水温、冰情，识别湖水污染和浅水湖泊泥沙运动；③核技术，用于示踪泥沙运动，分析湖泊沉积，探测水库渗漏；④电子技术，用于湖泊调查和测量等。 现代湖泊水文学要加强水文混合与水文平衡基础理论研究，以阐明湖泊水文现象内部联系；提高水量平衡要素观测和计算精度；推广应用新技术；将湖泊作为系统，了解其中所有因素之间相互关系，研究湖泊的环境效应，湖水资源的保护、开发和利用。
利用资源卫星图像，进行湖泊、水库的分析之图，可以建立湖泊信息系统，这是湖泊遥感多元分析的新途径，也是湖泊数据更新的重要保证，具有多方面的应用功能。
湖泊水库等地理分布调查，不论高山高寒地区，或是浩瀚无际的沙漠地带以及人烟稀少的边境区域，都能通过卫星像片的地学分析，标出湖泊等水体的位置、形状、大小等基本特征。有目的地建立湖泊数据库，为水资源调查，开创新技术途径。
湖泊水化学成分、矿化度、水质、水温等，都能从卫星影像特征中进行定性研究，同时也可结合地面有关调查数据作定量分析，还可对地图上湖泊、水库、沼泽洼地等水文要素作更新修正。它们在湖泊信息系统的支持下，利用资源卫星像片修编地图是一条多、快、好、省的途径。这对地物变化快的要素，如湖泊的退缩消长，水库的兴修扩建等图面订正补充，都有很好的效果。
卫星遥感图像具有其周期性、宏观性和现势性特点，因此，运用遥感技术进行湖泊、水库等调查制图，有着快速、实时性的优势。所以，开展湖泊地理信息系统的研制，实时监测湖泊水体，具有广阔的应用前景。
资源卫星对湖泊资源的保护和开发利用，能发挥独特的作用。湖泊是一个多功能的资源库，人们不断地开发索取，其结果引起湖泊生态环境的变化，乃至恶化。而资源卫星获取的像片，能不时地将湖区被围垦，湖面缩小，直至湖泊生态系统的破坏等信息传递给人们，进而可引起有关部门的重视，采取措施积极保护湖泊资源。
80年代后期以来，中国科学院南京地理与湖泊研究所开展了一系列湖泊数据库--湖泊信息系统的研究，积累了丰富的湖泊信息，并于90年代后期上网发布。

② 浠涔堟槸姘存枃瀛︼纻瀹幂爷绌剁殑涓昏佸唴瀹规槸浠涔

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③ 现代水文学研究的新方向有哪些

作者：蒋宪伟
链接：https://www.hu.com/question/47890141/answer/108661777
来源：知乎
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自二十世纪五十年代以来，各式各样的同位素技术被引入到水文研究领域，为水循环特征的研究，提供了一种不同于以往的，十分快捷而有效的途径，从而在获取地下水的年龄、估算地下水滞留时间、不同水体间相互的混合比例及水力联系等信息方面，发挥了传统方法无可替代的重要作用。
为了针对研究区开发利用中所面临的种种问题与挑战，为了更全面地研究探索所研究区域的水循环特征，可以利用同位素技术对所研究区域的地表-地下水系统进行调查分析，从而知晓了解系统中各水体的起源、消耗、补给、循环速度、不同水体间的水力联系和相互转化关系，为更好地进行水循环研究提供更加良好和精确的信息。
二十世纪五十年代初，水科学领域中初步引入同位素技术，此时的同位素技术主要以人工同位素示踪技术为主，并成功解决了一些存在于水文学和水文地质学中的问题[1]，比如运用单孔同位素示踪法在地下水渗流场中测量水的流速与流向。然而人工示踪法的操作受场地条件、设备仪器等限制，且可能造成水体污染，从而使生态环境受损，另一方面，人工示踪法的成本昂贵，并难以实现连续动态监测[2]，因此应用的范围十分有限，并未较大规模地应用。
六十年代后，从主要运用人工同位素的方法渐渐转向运用环境同位素技术的方法。环境同位素方法的出现改变了传统水文研究方法的格局，使得对水文过程的研究有了新的方向。这种方法是根据测定稳定同位素在自然界的变化来研究水文过程，从而可以获得传统方法无法获取的一些关键数据[3]，继而其成为水科学领域中一种重要的、有别于传统的研究方法[4]。一般而言，氘（D）和18O这两种氢和氧的同位素，是稳定环境同位素中最常用到的，主要因为它们是自然界中水分子构成中的组成部分，并于自然界中有着良好的化学稳定性，正是这些优点，使得这两种同位素成为十分理想的示踪剂[5]。自1961 年国际原子能机构（International Atomic Energy Agency，IAEA）和世界气象组织（World Meteorological
Organization，WMO）建立了全球降水同位素监测网（Global Network of Isotopes in Precipitation，GNIP）后，有关于氢氧同位素的研究发展迅速，所应用得领域不断得被拓宽和拓展，比如，依据大气降水中所蕴含的同位素信侍孙息来预估并寻找河流、湖泊、以及各类地下水的转化关系和补给源区[6]。
七十年代后和八十年代，由于同位素技术的迅猛发展，同位素技术被逐渐地运用于与流量过程线和降雨径流过程的划分中，而随着这两项技术的应用，标志着同位素技术正式成为建立水文模型的一种重要方法。同位素技术在降水径流过程中的应用，其主要是利用氘（D）和18O作为示踪剂，分析研究再一次降水径流中，降水和基流分别所占的比重。而在流量过程线的划分方面，同位素技术主要提供了物理基础，并且此物理基础十分完善。Pearce等于1986年将流量过程线进行划分，将其划分为降水和地下水这两项成分，同时根据水量的质量守恒原理，从而建立两项流混合模型。在此后，Dewalle等于1988年，利用与上文相同的原理和方法，将壤中流从地下水中独立出来，作为单独的一项，然后同样根据质量守恒对流量过程线进行划分，这样就建立了三项流混合模型。随后，各类基于同位素技术的应用与模型层出不穷，从稳定同位素至放射性同位素都有了极其迅猛的发展[7]。
随着同位素分析技术的提高与分析成本的下降，同位素在水文学中的应用也越来越广泛，与此同时，我国也有越来越多的人将同位素技术运用于水文研究中。在我国，同位素技术的应用主要集中于研究径流分割，不同水体（或含水层）之间水力谨谈薯联系与补给关系、混合比，研究地下水的起源与形成，其中包括地下水的循环深度、补给来源、补给高程，还有许多着眼于咸水和地热水成因的研究，另外还有有关于地下水污染的示踪、污染源在水中的储运过程，以及通过环境同位素来研究库区或坝体的渗漏、进行古气候与古环境至今是如何演化的研究等。
基于质量守恒定律和瑞利分馏定律这两条定律，可以分别推导在静止的水体中，随时间动态变化的稳定同位素组成的微分方程模型，以及在运动水体中，随时间和空间变化的未定同位素组成的偏微分方程模型。并通过数学的方法，从理论上论证在上述各模型之间中所存在的内部联系，进而得出于河道的运动水体中稳定同位素组成与各类因素的定量关系，这些因素主要包括了流量、流速、分流系数、蒸发率等，为通过以数值模拟水体中的稳定同位素组成信息，提供了良好的确定的数学基础。
在我国，临近太平洋的东南部地区，由于常年并且长期的受到季风水汽的影响，在近年来，通过测定降水以及其他各类水体中的氢氧稳定同位素信息，来追踪大气水循环路径，已经成为了十分常用的方法。在降水过程中，蒸发和凝结都会导致降水同位素组成发生变化。

④ 水文统计学的研究途径

确定随机变量的分布函数，通常包括两个方面。
①假设检验：即用假设检验的方法选择分布函数的类型。先选择一种假设，然后根据样本资料对于所选的假设，算出有关的统计量的数值。将这一数值与由相应表格查得的临界值进行比较，从而决定接受或拒绝所选的假设。常用的检验分布函数的统计量有:柯尔莫哥洛-斯米尔诺夫统基吵闷计量、库泊统计量、克莱姆－冯·米赛斯统计量、瓦特逊统计量及安德逊－达令统计量等。假设检验，可能出现两种错误，水文学中称为模型不确定性。第一种错误，是假设为碰饥真，决定拒绝；第二种错误，是假设不真，决定接受。采用的统计量应使在给定的第一种错误的概率下，出现第二种错误的概率最小。
②参数估计：选用某种参数估计方法，根据样本资料计算出分布函数中所含的参数值，称为参数的估计值。因为它一般不等于参数的真值，有一误差，称为抽样误差，或称为参数不确定性。选用的参数估计方法，应使其抽样误差较小且计算简便。常用的参数估计方法有矩法、极大似然法、概率加权矩方法、适线法等。中国在水文统计的实际工作中，长搏弯期使用一种图解适线法。在此基础上，20世纪70年代初，中国水文学者提出了一种客观适线法，用于皮尔逊－Ⅲ型曲线(见水文随机变量)，有较其他方法为好的性能。此种方法于1987年被写进中国参数估计方法的国家标准。80年代，美国水文学家在这一领域又有新的发展。参数估计的工作在水文学中常称为频率分析。
模型不确定性和参数不确定性一方面与所用的方法有关，另一方面与所用资料的数量有关。一般资料数量越多，不确定性越小；反之，资料数量越少，不确定性越大。由于水文资料的数量往往有限,很少超过百年,在统计上属于小样本。因此，加强小样本假设检验与参数估计理论的研究是十分必要的。水文统计学当前主要属于统计学范畴，难以考虑水文现象的物理联系，通过引进随机微分方程的有关内容，可将水文统计学发展到一个新的阶段。

⑤ 森林水文学的研究方法

森林水文学的野外试验研究主要有4种：①标准流域法；②单独流域法；③并行流域法；④多数并行流域法。上述方法中同时可做水量平衡各分量（降水、蒸散发、截留和径流等）的单项观测和综合分析。多采用统计学方法处理数据。室内物理模拟和计算机数字模拟正在兴起。大流域统计分析也是一个重要方面。新兴的现代技术如遥感、核技术和计算机采集数据等不断被采用。 基础研究，探索未知
揭示森林植被变化（森林采伐、森林火灾、开垦、造林等）对水文循环的影响过程与影响结果
现实意义
可以为森林经营、流域管理、景观管理、自然保护、山地防灾、水资源利用和土地利用规划等提供科学依据 森林植被变化对水文循环量、质的影响；
森林植被变化对水文循环机制的影响，主要是径流形成机制和化学物质传输机制；
旨在为资源管理、工程建设提供基础的基于物理过程分布式参数模型的建立 森林植被变化对水量的影响
森林植被对流域径流形成机制的影响
生态用水研究现状与发展趋势
森林植被控制土壤侵蚀机理研究
森林生态系统生物地球化学循环研究
森林生态水文模型研究

⑥ 河川水文现象的分析研究方法有哪些基本类型

表现为水文现象变化的区域性， 蒸发等现象的统称。水文现象在某个时刻或时段由于其确定的客观原因而表现出确定性的特征。若自然地理因素相近似。水文现象的周期性是指其在随着时间推移的过程中具有周期变化的特征，因此表现出随机性的特征。(2)数理统计法、水文现象的研究方法以实际观测资料为依据，河流中来水则相应呈现丰水期和枯水期的交替变化，受其影响的水文现象在一定程度上也具有区域性的特征，则水文现象的变化规律具有近似性，径流:由地区经验公式和等值线图分析。例如，只定性分析，同一自然地理区的两个流域。(1)成因分析法。1，从物理成因上研究水文变化规律、湖水体因受气象因素影响总是呈现以年为周期的丰水期:由观测资料、各因素之间相互作用、最高水位及最小流量，水文学常用的分析方法可归纳为，入渗、水文现象的基本特征对水文现象的分析表明、地理综合法，河。由于气象因素和地理因素具有区域性变化规律、数理统计法:成因分析法，水文现象受到各种复杂因素的影响。

⑦ 研究河流的方法

表现为水文现象变化的区域性， 蒸发等现象的统称。水文现象在某个时刻或时段由于其确定的客观原因而表现出确定性的特征。若自然地理因素相近似。水文现象的周期性是指其在随着时间推移的过程中具有周期变化的特征，因此表现出随机性的特征。(2)数理统计法、水文现象的研究方法以实际观测资料为依据，河流中来水则相应呈现丰水期和枯水期的交替变化，受其影响的水文现象在一定程度上也具有区域性的特征，则水文现象的变化规律具有近似性，径流:由地区经验公式和等值线图分析。例如，只定性分析，同一自然地理区的两个流域。(1)成因分析法。1，从物理成因上研究水文变化规律、湖水体因受气象因素影响总是呈现以年为周期的丰水期:由观测资料、各因素之间相互作用、最高水位及最小流量，水文学常用的分析方法可归纳为，入渗、水文现象的基本特征对水文现象的分析表明、地理综合法，河。由于气象因素和地理因素具有区域性变化规律、数理统计法:成因分析法，水文现象受到各种复杂因素的影响。

⑧ 生态水文的生态水文学研究内容及研究方法

生态建设与水文水资源有着非常密切的关系，生态建设中的水科学问题及其研究已成为生产实践中急需解决的问题之一。然而由于问题的复杂性、资料的有限性、方法的不成熟性，其研究有待进一步科学化、系统化。生态水文学一词的英文为Eco—hydrology，是由ecology（生态学）和hydrology(水文学)两词组合而成，它大约在20世纪80年代开始出现。在我国，刘昌明等1997年主编的《中国水文问题研究》一书中使用了“生态水文”一词。近几年，生态水文一词频频出现，特别是已成为我国一些大学或研究所的研究领域和方向。英国学者，R.L.wilby等于1997年出版了《Eco-hydrology》专着，该书重点讨论湿地生态系统中植物与水分的关系。Zalewski在1997年的一份水文学技术报告中指出，生态水文学概念是关于水生资源可持续利用的一个新转变，他把生态水文学主界定在水生物学方面。
尽管“生态水文学”已在国内外各种报告中频繁出现，但还没有一个明确的定义，鉴于它的研究仍处于新发展状态，可以这样认为 ：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。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。
长期以来，尽管人们一直在研究生态过程与水文过程的相互作用，但分属不同的学科领域，而未形成统一的学科体系。按照不同的空间尺度，生态水文的研究内容可分为三个方面。以 SPAC 为基础的植物与水分关系的研究，形成生态水文的微观机理研究。伴随土壤水动学发展及SPAC概念的提出，特别是20世纪80年代以来，在国际地圈生物圈计划 （IGBP）的推动下，这方面研究非常活跃，并取得了较大进展。以SVAT（Soil——Vegetation—— Atmosphere——Transfer）为基础的中尺度植被与水文研究，早期的研究 ，主要研究不同植被类型及结构内的水文规律形成如农田水文学、森林水文学和草地水文学等，重点研究不同植被群落中水量平衡、水分循环、水质及其变化等的规律，研究不同植被类型对水文系统、水行为的作用和影响。自20世纪80年代，SVAT概念的提出，特别是1991年国际大气土壤植被关系委员会（ICASCR）成立以来，则更加重视植被（而非植物）、大气与土壤界面之间水文过程，并把三者作为一个系统开展更加深入的、较大尺度的研究。第三，中大尺度地表覆盖变化的水文系统研究，现代社会中，大尺度流域或区域内单纯的一种植被是不存在的，实际存在的是由林、草、农田等不同植被复合而成，由于植被类型、土壤及气候（特别是降水）的空间变异特征，不同组合条件下流域或区域，产流和汇流过程不同，其水量平衡、水质及水循环模式也有很大的差异。因此，如何把小尺度、特高植被的水文行为放大到大尺度，研究不同植被覆盖下大尺度水文系统变化是当前国内外研究热点。
按照研究目的，生态水文的研究可分为两类，即良性生态系统中水文规律的认知研究和生态建设中的水问题研究。前者以探索生态与水文过程相互作用的规律，研究二者相互作用机理，同时能为生态建设提供参照和参考，属认识世界的范畴。生态建设中的水问题研究具有明确的应用目的，是生态水文学研究热点之一。一方面要研究和认识生态建设中生态水分条件和生态水资源背景，如何开发和利用有利的水分条件，促进和加速生态恢复。在黄土高原干旱缺水，气候和植被的过渡特征、丘陵地貌使水热局地分异特征，决定了生态恢复生态水文背景的复杂性，植被类型结构和布局确立的困难性。因此，只有在“拉网式”水分背景的地理分布规律的基础上，才能明确回答黄土高原能不能造林？栽什么树和造什么林以及种什么草等生态建设中长期悬而未决的实际问题。另一方面，就是生态建设的水文效应研究，如同土壤水力曲线，其吸湿过程和退水过程并不一致，相同的水势，吸湿过程与退水过程中土壤持水量并不一致。因此，流域或区域的生态建设与恢复的水文效应也是一个值得研究的问题。研究重点是评价流域或区域生态建设对水文系统的单项或综合影响；预测不同建议模工对水文系统的可能影响，确定和选择好的模式。
生态水文学研究方法
目前，国内外生态水文研究中普遍采用的研究方法有对比分析法、水文模型模拟法、水量平衡法。 对比分析法又可分为流域对比分析法和时间序列对比分析法。按研究尺度划分，对比分析法可分为以下几种类型：
（1）径流小区对比法 通过有控制措施与实验措施的一对径流实验场或径流沟的同时对比观测，来研究各个单项措施对于水环境的影响。在进行这样的对比观测时，一般应先进行空白的对比观测，来观测它们的基础是否一致，然后再将其中的一个径流场或径流沟加上单项的人工措施，如植被种草等。这个方法的优点是可以把影响水环境的某些因素固定起来，单独研究其中某一个因素对于水环境的影响。但这个方法是在小面积上所得的资料，不能随便应用到大面积上去，主要原因是由于地下水层的深度与河床切割深度的相互关系在小面积上与大面积上有很大的不同；并且，大面积上各个不同部分的情况错综复杂，因此要确定小面积的代表性实际上是有困难的。总的来说，这种方法有利于确定人类活动中的某一单项措施对于水环境的影响，而应用到大面积的定量计算上还存在一定的困难。
（2）小流域对比观测法 这种方法原理与上一种方法是相同的，不同的研究尺度和综合程度不同。这种方法的优点是可以人工控制各项单项措施的组合，从而研究综合生态建设的水文效应。同时它要求参证流域的资料具有一致性，即未进行水土流失治理，并且参证流域下垫面地形、地貌条件与本站相似。另一类方法是研究同一流域不同时间段的水文变化，分析生态与水文关系。如研究生态建设前后的资料，进行对比分析。一般采用趋势法和相关分析法两种方法。
（3）中、大流域的时段对比法 这种方法是根据有较长期记载的中、大流域控制站，按各流域内下垫面情况有显着改变的各个不同历史时期来研究人类活动对于水环境的影响。这种方法的优点是控制面积大，可以直接得出人类活动对于中、大流域所起的综合影响。但它受到历史资料的限制，并且难以排除气候变化对水环境的影响。
以上这几种方法归纳起来可以分为两类：一类是小面积的典型试验研究，一类是大面积的对天然流域的分析研究。由于流域内各部分的自然地理条件各不相同，而影响水环境的因素又复杂多样，因此在计算一个大流域的人类活动对于水环境的影响时，不能机械的将小面积上所得的资料应用到大流域上。因此在不同尺度研究成果的互相借鉴应用中，应运用地理学区域性原则分析，它促进了区域生态水文的研究。 水量平衡法的基本原理是利用水量平衡方程，分析各要素受水土流失治理影响后的差异及其变化。多年平均情况下的流域水量平衡方程为：
R=P-E （1）
式中：R是径流；P是降水；E是蒸发。受水土流失治理影响后的降水P'、径流R'和流域蒸发E'仍然满足方程（1），即：
R'= P'- E' （2）
根据研究流域水土保持的性质与主要变量，对（2）式中受影响很小的要素忽略其变化量。该法概念清晰，可逐项评价水土保持对水环境的影响，但该法所需资料多，工作量大。