水文學的研究方法

① 湖泊水文學的研究手段

湖泊水文學的新手段有：①模型技術,其中包括物理模型和數學模型，用以進行湖泊水文現象的物理和數值模擬，建立湖水動力模型、湖泊水溫模型、湖水化學模型、湖泊沉積模型等；②
遙感技術，用於探測湖界、水溫、冰情，識別湖水污染和淺水湖泊泥沙運動；③核技術，用於示蹤泥沙運動，分析湖泊沉積，探測水庫滲漏；④電子技術，用於湖泊調查和測量等。 現代湖泊水文學要加強水文混合與水文平衡基礎理論研究，以闡明湖泊水文現象內部聯系；提高水量平衡要素觀測和計算精度；推廣應用新技術；將湖泊作為系統，了解其中所有因素之間相互關系，研究湖泊的環境效應，湖水資源的保護、開發和利用。
利用資源衛星圖像，進行湖泊、水庫的分析之圖，可以建立湖泊信息系統，這是湖泊遙感多元分析的新途徑，也是湖泊數據更新的重要保證，具有多方面的應用功能。
湖泊水庫等地理分布調查，不論高山高寒地區，或是浩瀚無際的沙漠地帶以及人煙稀少的邊境區域，都能通過衛星像片的地學分析，標出湖泊等水體的位置、形狀、大小等基本特徵。有目的地建立湖泊資料庫，為水資源調查，開創新技術途徑。
湖泊水化學成分、礦化度、水質、水溫等，都能從衛星影像特徵中進行定性研究，同時也可結合地面有關調查數據作定量分析，還可對地圖上湖泊、水庫、沼澤窪地等水文要素作更新修正。它們在湖泊信息系統的支持下，利用資源衛星像片修編地圖是一條多、快、好、省的途徑。這對地物變化快的要素，如湖泊的退縮消長，水庫的興修擴建等圖面訂正補充，都有很好的效果。
衛星遙感圖像具有其周期性、宏觀性和現勢性特點，因此，運用遙感技術進行湖泊、水庫等調查制圖，有著快速、實時性的優勢。所以，開展湖泊地理信息系統的研製，實時監測湖泊水體，具有廣闊的應用前景。
資源衛星對湖泊資源的保護和開發利用，能發揮獨特的作用。湖泊是一個多功能的資源庫，人們不斷地開發索取，其結果引起湖泊生態環境的變化，乃至惡化。而資源衛星獲取的像片，能不時地將湖區被圍墾，湖面縮小，直至湖泊生態系統的破壞等信息傳遞給人們，進而可引起有關部門的重視，採取措施積極保護湖泊資源。
80年代後期以來，中國科學院南京地理與湖泊研究所開展了一系列湖泊資料庫--湖泊信息系統的研究，積累了豐富的湖泊信息，並於90年代後期上網發布。

② 浠涔堟槸姘存枃瀛︼紵瀹冪爺絀剁殑涓昏佸唴瀹規槸浠涔

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③ 現代水文學研究的新方向有哪些

作者：蔣憲偉
鏈接：https://www.hu.com/question/47890141/answer/108661777
來源：知乎
著作權歸作者所有，轉載請聯系祥者作者獲得授權。

自二十世紀五十年代以來，各式各樣的同位素技術被引入到水文研究領域，為水循環特徵的研究，提供了一種不同於以往的，十分快捷而有效的途徑，從而在獲取地下水的年齡、估算地下水滯留時間、不同水體間相互的混合比例及水力聯系等信息方面，發揮了傳統方法無可替代的重要作用。
為了針對研究區開發利用中所面臨的種種問題與挑戰，為了更全面地研究探索所研究區域的水循環特徵，可以利用同位素技術對所研究區域的地表-地下水系統進行調查分析，從而知曉了解系統中各水體的起源、消耗、補給、循環速度、不同水體間的水力聯系和相互轉化關系，為更好地進行水循環研究提供更加良好和精確的信息。
二十世紀五十年代初，水科學領域中初步引入同位素技術，此時的同位素技術主要以人工同位素示蹤技術為主，並成功解決了一些存在於水文學和水文地質學中的問題[1]，比如運用單孔同位素示蹤法在地下水滲流場中測量水的流速與流向。然而人工示蹤法的操作受場地條件、設備儀器等限制，且可能造成水體污染，從而使生態環境受損，另一方面，人工示蹤法的成本昂貴，並難以實現連續動態監測[2]，因此應用的范圍十分有限，並未較大規模地應用。
六十年代後，從主要運用人工同位素的方法漸漸轉向運用環境同位素技術的方法。環境同位素方法的出現改變了傳統水文研究方法的格局，使得對水文過程的研究有了新的方向。這種方法是根據測定穩定同位素在自然界的變化來研究水文過程，從而可以獲得傳統方法無法獲取的一些關鍵數據[3]，繼而其成為水科學領域中一種重要的、有別於傳統的研究方法[4]。一般而言，氘（D）和18O這兩種氫和氧的同位素，是穩定環境同位素中最常用到的，主要因為它們是自然界中水分子構成中的組成部分，並於自然界中有著良好的化學穩定性，正是這些優點，使得這兩種同位素成為十分理想的示蹤劑[5]。自1961 年國際原子能機構（International Atomic Energy Agency，IAEA）和世界氣象組織（World Meteorological
Organization，WMO）建立了全球降水同位素監測網（Global Network of Isotopes in Precipitation，GNIP）後，有關於氫氧同位素的研究發展迅速，所應用得領域不斷得被拓寬和拓展，比如，依據大氣降水中所蘊含的同位素信侍孫息來預估並尋找河流、湖泊、以及各類地下水的轉化關系和補給源區[6]。
七十年代後和八十年代，由於同位素技術的迅猛發展，同位素技術被逐漸地運用於與流量過程線和降雨徑流過程的劃分中，而隨著這兩項技術的應用，標志著同位素技術正式成為建立水文模型的一種重要方法。同位素技術在降水徑流過程中的應用，其主要是利用氘（D）和18O作為示蹤劑，分析研究再一次降水徑流中，降水和基流分別所佔的比重。而在流量過程線的劃分方面，同位素技術主要提供了物理基礎，並且此物理基礎十分完善。Pearce等於1986年將流量過程線進行劃分，將其劃分為降水和地下水這兩項成分，同時根據水量的質量守恆原理，從而建立兩項流混合模型。在此後，Dewalle等於1988年，利用與上文相同的原理和方法，將壤中流從地下水中獨立出來，作為單獨的一項，然後同樣根據質量守恆對流量過程線進行劃分，這樣就建立了三項流混合模型。隨後，各類基於同位素技術的應用與模型層出不窮，從穩定同位素至放射性同位素都有了極其迅猛的發展[7]。
隨著同位素分析技術的提高與分析成本的下降，同位素在水文學中的應用也越來越廣泛，與此同時，我國也有越來越多的人將同位素技術運用於水文研究中。在我國，同位素技術的應用主要集中於研究徑流分割，不同水體（或含水層）之間水力謹談薯聯系與補給關系、混合比，研究地下水的起源與形成，其中包括地下水的循環深度、補給來源、補給高程，還有許多著眼於鹹水和地熱水成因的研究，另外還有有關於地下水污染的示蹤、污染源在水中的儲運過程，以及通過環境同位素來研究庫區或壩體的滲漏、進行古氣候與古環境至今是如何演化的研究等。
基於質量守恆定律和瑞利分餾定律這兩條定律，可以分別推導在靜止的水體中，隨時間動態變化的穩定同位素組成的微分方程模型，以及在運動水體中，隨時間和空間變化的未定同位素組成的偏微分方程模型。並通過數學的方法，從理論上論證在上述各模型之間中所存在的內部聯系，進而得出於河道的運動水體中穩定同位素組成與各類因素的定量關系，這些因素主要包括了流量、流速、分流系數、蒸發率等，為通過以數值模擬水體中的穩定同位素組成信息，提供了良好的確定的數學基礎。
在我國，臨近太平洋的東南部地區，由於常年並且長期的受到季風水汽的影響，在近年來，通過測定降水以及其他各類水體中的氫氧穩定同位素信息，來追蹤大氣水循環路徑，已經成為了十分常用的方法。在降水過程中，蒸發和凝結都會導致降水同位素組成發生變化。

④ 水文統計學的研究途徑

確定隨機變數的分布函數，通常包括兩個方面。
①假設檢驗：即用假設檢驗的方法選擇分布函數的類型。先選擇一種假設，然後根據樣本資料對於所選的假設，算出有關的統計量的數值。將這一數值與由相應表格查得的臨界值進行比較，從而決定接受或拒絕所選的假設。常用的檢驗分布函數的統計量有:柯爾莫哥洛-斯米爾諾夫統基吵悶計量、庫泊統計量、克萊姆－馮·米賽斯統計量、瓦特遜統計量及安德遜－達令統計量等。假設檢驗，可能出現兩種錯誤，水文學中稱為模型不確定性。第一種錯誤，是假設為碰飢真，決定拒絕；第二種錯誤，是假設不真，決定接受。採用的統計量應使在給定的第一種錯誤的概率下，出現第二種錯誤的概率最小。
②參數估計：選用某種參數估計方法，根據樣本資料計算出分布函數中所含的參數值，稱為參數的估計值。因為它一般不等於參數的真值，有一誤差，稱為抽樣誤差，或稱為參數不確定性。選用的參數估計方法，應使其抽樣誤差較小且計算簡便。常用的參數估計方法有矩法、極大似然法、概率加權矩方法、適線法等。中國在水文統計的實際工作中，長搏彎期使用一種圖解適線法。在此基礎上，20世紀70年代初，中國水文學者提出了一種客觀適線法，用於皮爾遜－Ⅲ型曲線(見水文隨機變數)，有較其他方法為好的性能。此種方法於1987年被寫進中國參數估計方法的國家標准。80年代，美國水文學家在這一領域又有新的發展。參數估計的工作在水文學中常稱為頻率分析。
模型不確定性和參數不確定性一方面與所用的方法有關，另一方面與所用資料的數量有關。一般資料數量越多，不確定性越小；反之，資料數量越少，不確定性越大。由於水文資料的數量往往有限,很少超過百年,在統計上屬於小樣本。因此，加強小樣本假設檢驗與參數估計理論的研究是十分必要的。水文統計學當前主要屬於統計學范疇，難以考慮水文現象的物理聯系，通過引進隨機微分方程的有關內容，可將水文統計學發展到一個新的階段。

⑤ 森林水文學的研究方法

森林水文學的野外試驗研究主要有4種：①標准流域法；②單獨流域法；③並行流域法；④多數並行流域法。上述方法中同時可做水量平衡各分量（降水、蒸散發、截留和徑流等）的單項觀測和綜合分析。多採用統計學方法處理數據。室內物理模擬和計算機數字模擬正在興起。大流域統計分析也是一個重要方面。新興的現代技術如遙感、核技術和計算機採集數據等不斷被採用。 基礎研究，探索未知
揭示森林植被變化（森林採伐、森林火災、開墾、造林等）對水文循環的影響過程與影響結果
現實意義
可以為森林經營、流域管理、景觀管理、自然保護、山地防災、水資源利用和土地利用規劃等提供科學依據 森林植被變化對水文循環量、質的影響；
森林植被變化對水文循環機制的影響，主要是徑流形成機制和化學物質傳輸機制；
旨在為資源管理、工程建設提供基礎的基於物理過程分布式參數模型的建立 森林植被變化對水量的影響
森林植被對流域徑流形成機制的影響
生態用水研究現狀與發展趨勢
森林植被控制土壤侵蝕機理研究
森林生態系統生物地球化學循環研究
森林生態水文模型研究

⑥ 河川水文現象的分析研究方法有哪些基本類型

表現為水文現象變化的區域性， 蒸發等現象的統稱。水文現象在某個時刻或時段由於其確定的客觀原因而表現出確定性的特徵。若自然地理因素相近似。水文現象的周期性是指其在隨著時間推移的過程中具有周期變化的特徵，因此表現出隨機性的特徵。(2)數理統計法、水文現象的研究方法以實際觀測資料為依據，河流中來水則相應呈現豐水期和枯水期的交替變化，受其影響的水文現象在一定程度上也具有區域性的特徵，則水文現象的變化規律具有近似性，徑流:由地區經驗公式和等值線圖分析。例如，只定性分析，同一自然地理區的兩個流域。(1)成因分析法。1，從物理成因上研究水文變化規律、湖水體因受氣象因素影響總是呈現以年為周期的豐水期:由觀測資料、各因素之間相互作用、最高水位及最小流量，水文學常用的分析方法可歸納為，入滲、水文現象的基本特徵對水文現象的分析表明、地理綜合法，河。由於氣象因素和地理因素具有區域性變化規律、數理統計法:成因分析法，水文現象受到各種復雜因素的影響。

⑦ 研究河流的方法

表現為水文現象變化的區域性， 蒸發等現象的統稱。水文現象在某個時刻或時段由於其確定的客觀原因而表現出確定性的特徵。若自然地理因素相近似。水文現象的周期性是指其在隨著時間推移的過程中具有周期變化的特徵，因此表現出隨機性的特徵。(2)數理統計法、水文現象的研究方法以實際觀測資料為依據，河流中來水則相應呈現豐水期和枯水期的交替變化，受其影響的水文現象在一定程度上也具有區域性的特徵，則水文現象的變化規律具有近似性，徑流:由地區經驗公式和等值線圖分析。例如，只定性分析，同一自然地理區的兩個流域。(1)成因分析法。1，從物理成因上研究水文變化規律、湖水體因受氣象因素影響總是呈現以年為周期的豐水期:由觀測資料、各因素之間相互作用、最高水位及最小流量，水文學常用的分析方法可歸納為，入滲、水文現象的基本特徵對水文現象的分析表明、地理綜合法，河。由於氣象因素和地理因素具有區域性變化規律、數理統計法:成因分析法，水文現象受到各種復雜因素的影響。

⑧ 生態水文的生態水文學研究內容及研究方法

生態建設與水文水資源有著非常密切的關系，生態建設中的水科學問題及其研究已成為生產實踐中急需解決的問題之一。然而由於問題的復雜性、資料的有限性、方法的不成熟性，其研究有待進一步科學化、系統化。生態水文學一詞的英文為Eco—hydrology，是由ecology（生態學）和hydrology(水文學)兩片語合而成，它大約在20世紀80年代開始出現。在我國，劉昌明等1997年主編的《中國水文問題研究》一書中使用了「生態水文」一詞。近幾年，生態水文一詞頻頻出現，特別是已成為我國一些大學或研究所的研究領域和方向。英國學者，R.L.wilby等於1997年出版了《Eco-hydrology》專著，該書重點討論濕地生態系統中植物與水分的關系。Zalewski在1997年的一份水文學技術報告中指出，生態水文學概念是關於水生資源可持續利用的一個新轉變，他把生態水文學主界定在水生物學方面。
盡管「生態水文學」已在國內外各種報告中頻繁出現，但還沒有一個明確的定義，鑒於它的研究仍處於新發展狀態，可以這樣認為 ：在科學體繫上，生態水文學屬於地球科學范疇，是水文學的一個分支，是生態學與水文學的交叉學科。生態水文學就是將水文學知識應用於生態建設和生態系統管理的一門科學。主要研究生態系統內水文循環與轉化和平衡的規律，分析生態建設、生態系統管理與保護中與水有關的問題。如生態系統結構變化對水文系統中水質、水量、水文要素的平衡與轉化過程的影響；生態系統中水質與水量的變化規律及其預測預報方法；水文水資源空間分異與生態系統對位關系。
長期以來，盡管人們一直在研究生態過程與水文過程的相互作用，但分屬不同的學科領域，而未形成統一的學科體系。按照不同的空間尺度，生態水文的研究內容可分為三個方面。以 SPAC 為基礎的植物與水分關系的研究，形成生態水文的微觀機理研究。伴隨土壤水動學發展及SPAC概念的提出，特別是20世紀80年代以來，在國際地圈生物圈計劃 （IGBP）的推動下，這方面研究非常活躍，並取得了較大進展。以SVAT（Soil——Vegetation—— Atmosphere——Transfer）為基礎的中尺度植被與水文研究，早期的研究 ，主要研究不同植被類型及結構內的水文規律形成如農田水文學、森林水文學和草地水文學等，重點研究不同植被群落中水量平衡、水分循環、水質及其變化等的規律，研究不同植被類型對水文系統、水行為的作用和影響。自20世紀80年代，SVAT概念的提出，特別是1991年國際大氣土壤植被關系委員會（ICASCR）成立以來，則更加重視植被（而非植物）、大氣與土壤界面之間水文過程，並把三者作為一個系統開展更加深入的、較大尺度的研究。第三，中大尺度地表覆蓋變化的水文系統研究，現代社會中，大尺度流域或區域內單純的一種植被是不存在的，實際存在的是由林、草、農田等不同植被復合而成，由於植被類型、土壤及氣候（特別是降水）的空間變異特徵，不同組合條件下流域或區域，產流和匯流過程不同，其水量平衡、水質及水循環模式也有很大的差異。因此，如何把小尺度、特高植被的水文行為放大到大尺度，研究不同植被覆蓋下大尺度水文系統變化是當前國內外研究熱點。
按照研究目的，生態水文的研究可分為兩類，即良性生態系統中水文規律的認知研究和生態建設中的水問題研究。前者以探索生態與水文過程相互作用的規律，研究二者相互作用機理，同時能為生態建設提供參照和參考，屬認識世界的范疇。生態建設中的水問題研究具有明確的應用目的，是生態水文學研究熱點之一。一方面要研究和認識生態建設中生態水分條件和生態水資源背景，如何開發和利用有利的水分條件，促進和加速生態恢復。在黃土高原乾旱缺水，氣候和植被的過渡特徵、丘陵地貌使水熱局地分異特徵，決定了生態恢復生態水文背景的復雜性，植被類型結構和布局確立的困難性。因此，只有在「拉網式」水分背景的地理分布規律的基礎上，才能明確回答黃土高原能不能造林？栽什麼樹和造什麼林以及種什麼草等生態建設中長期懸而未決的實際問題。另一方面，就是生態建設的水文效應研究，如同土壤水力曲線，其吸濕過程和退水過程並不一致，相同的水勢，吸濕過程與退水過程中土壤持水量並不一致。因此，流域或區域的生態建設與恢復的水文效應也是一個值得研究的問題。研究重點是評價流域或區域生態建設對水文系統的單項或綜合影響；預測不同建議模工對水文系統的可能影響，確定和選擇好的模式。
生態水文學研究方法
目前，國內外生態水文研究中普遍採用的研究方法有對比分析法、水文模型模擬法、水量平衡法。 對比分析法又可分為流域對比分析法和時間序列對比分析法。按研究尺度劃分，對比分析法可分為以下幾種類型：
（1）徑流小區對比法 通過有控制措施與實驗措施的一對徑流實驗場或徑流溝的同時對比觀測，來研究各個單項措施對於水環境的影響。在進行這樣的對比觀測時，一般應先進行空白的對比觀測，來觀測它們的基礎是否一致，然後再將其中的一個徑流場或徑流溝加上單項的人工措施，如植被種草等。這個方法的優點是可以把影響水環境的某些因素固定起來，單獨研究其中某一個因素對於水環境的影響。但這個方法是在小面積上所得的資料，不能隨便應用到大面積上去，主要原因是由於地下水層的深度與河床切割深度的相互關系在小面積上與大面積上有很大的不同；並且，大面積上各個不同部分的情況錯綜復雜，因此要確定小面積的代表性實際上是有困難的。總的來說，這種方法有利於確定人類活動中的某一單項措施對於水環境的影響，而應用到大面積的定量計算上還存在一定的困難。
（2）小流域對比觀測法 這種方法原理與上一種方法是相同的，不同的研究尺度和綜合程度不同。這種方法的優點是可以人工控制各項單項措施的組合，從而研究綜合生態建設的水文效應。同時它要求參證流域的資料具有一致性，即未進行水土流失治理，並且參證流域下墊面地形、地貌條件與本站相似。另一類方法是研究同一流域不同時間段的水文變化，分析生態與水文關系。如研究生態建設前後的資料，進行對比分析。一般採用趨勢法和相關分析法兩種方法。
（3）中、大流域的時段對比法 這種方法是根據有較長期記載的中、大流域控制站，按各流域內下墊面情況有顯著改變的各個不同歷史時期來研究人類活動對於水環境的影響。這種方法的優點是控制面積大，可以直接得出人類活動對於中、大流域所起的綜合影響。但它受到歷史資料的限制，並且難以排除氣候變化對水環境的影響。
以上這幾種方法歸納起來可以分為兩類：一類是小面積的典型試驗研究，一類是大面積的對天然流域的分析研究。由於流域內各部分的自然地理條件各不相同，而影響水環境的因素又復雜多樣，因此在計算一個大流域的人類活動對於水環境的影響時，不能機械的將小面積上所得的資料應用到大流域上。因此在不同尺度研究成果的互相借鑒應用中，應運用地理學區域性原則分析，它促進了區域生態水文的研究。 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響後的差異及其變化。多年平均情況下的流域水量平衡方程為：
R=P-E （1）
式中：R是徑流；P是降水；E是蒸發。受水土流失治理影響後的降水P'、徑流R'和流域蒸發E'仍然滿足方程（1），即：
R'= P'- E' （2）
根據研究流域水土保持的性質與主要變數，對（2）式中受影響很小的要素忽略其變化量。該法概念清晰，可逐項評價水土保持對水環境的影響，但該法所需資料多，工作量大。