中国水文地理研究的回顾与展望

作 者:

作者简介:
周成虎(1964- ),江苏南通人,中国科学院院士,主要从事遥感与地理信息系统应用基础研究,E-mail:zhouch@lreis.ac.cn,中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室(北京100101),中国科学院大学(北京 100049);于静洁,中国科学院地理科学与资源研究所中国科学院陆地水循环及地表过程重点实验室(北京 100101),中国科学院大学(北京 100049)。

原文出处:
地理学报

内容提要:

1949年以来中国水文地理研究经历了4个重要的发展阶段,分别为河流水文主导时期、区域水文与实验水文快速发展时期、水资源与水环境主导时期和水系统综合与学科交叉融合研究时期。中国水文地理研究在河流水文与水文区划、水文实验与水文分析、水循环机理与水文模型、水系统和社会经济综合研究等方面取得了系列原创性成果。本文梳理了水文地理学不同发展阶段的研究特点,以在学科发展和服务国家等方面起到重要作用的科研工作和系列成果为例,回顾中国水文地理研究的历程,希望以此启发当代水文地理学研究,促进水文地理青年学者的成长。


期刊代号:K9
分类名称:地理
复印期号:2023 年 06 期

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       水的存在是地球区别于其他星球的关键特征,更是关乎人类生存与发展的基础性、战略性自然资源。作为一门理解地球上水的起源、存在、分布、循环运动等变化规律和运用这些规律为人类服务的学科,水文学研究既包括了许多基础科学问题,也包括了一系列的应用与技术问题。复杂多样的水问题需要多学科协同方能得以解决[1],水问题一直是地理科学研究的重要领域,由此诞生出水文地理学等一系列相关的分支学科。根据研究空间尺度大小不同,水文地理学可分为全球水文学、陆地水文学、海洋水文学、区域水文学等学科方向;根据研究对象的不同,水文地理学可分为河流水文学、湖泊水文学、冰川水文学、城市水文学等学科方向;根据与其他学科交叉融合特点,水文地理学又包含了环境水文学、生态水文学、森林水文学、遥感水文学等交叉学科方向[2-3]。

       1949年以来,中国水文地理研究经历了4个发展阶段[2-6],分别为河流水文主导时期(20世纪50年代)、区域水文与实验水文快速发展时期(20世纪60-70年代)、水资源与水环境主导时期(20世纪80-90年代)和水生态、水环境、水资源、水灾害与水管理结合的水系统综合与学科交叉融合研究时期(21世纪以后)。支撑学科发展的重要机构——中国地理学会水文地理专业委员会于1962年成立,郭敬辉等老一辈水文地理学家在吉林省长春市主持召开了第一次全国地理部门的水文专业学术会议。1978年以后,水文地理专业委员会恢复了学术活动,1978年11月在重庆召开了第二次全国水文学术大会。自此以后,水文地理专业委员会每隔4年召开一次全国水文学术大会。鉴于水文地理学研究领域不断拓展,研究队伍不断扩大,2018年起水文地理专业委员会从4年一次的全国水文学术大会转变成一年一度的中国水文地理学术年会。

       在水文地理学发展的过程中,一批杰出的水文学家和水文地理学家为中国水文地理事业发展做出了巨大的贡献。施成熙(1910-1990年)是中国湖泊水文学的奠基者,刘光文(1910-1998年)创办了新中国第一个水文本科专业和水文系,谢家泽(1911-1993年)领导恢复和建立了全国水文站网,罗开富(1913-1992年)领导和完成了中国第一个水文区划方案的制定,郭敬辉(1916-1985年)编制出版了中国第一张年径流模数图(1955年),施雅风(1919-2011年)开创了中国冰川水文研究和编制了第一本《中国冰川目录》,陈家琦提出和建立了小流域暴雨洪水计算的“水科院推理公式”,陈志恺在小流域暴雨洪水、水资源评价、水资源规划等方面做出了系列开创性研究。在中国水文地理研究中,刘昌明起到承上启下的关键作用。本文试图梳理水文地理学不同发展阶段的研究特点,回顾老一代地理学家的水文地理研究工作和科研成果,以此启发当代水文地理学研究。

       1 20世纪50年代河流水文研究主导时期

       20世纪50年代,水文资料稀缺,水文地理学者面向国家需求,开展了以水文资料观测和分析为基础的河流水文研究,这也是中国早期水文地理研究的主要工作。1955年和1958年郭敬辉发表了《中国的地表径流》[7]和《中国地表径流形成的自然地理因素》[8],发布了第一张中国径流深等值线图,较系统地阐述了中国地表径流的空间发布规律,成为河流水文研究的经典之作。1954年罗开富等编制了中国第一个水文区划草案;1959年,中国科学院地理研究所出版了《中国水文区划(初稿)》。在此时期,施成熙的中国河流分类[9]、叶永毅的黄河洪水基本特征与变化规律研究[10]、杨纫章的湘江流域水文地理研究[11]、郭敬辉的黑龙江流域水文地理著作[12]、汤奇成等的新疆水文地理研究[13]等,提升了对中国不同河流水文规律的认识。此外,中国水文学家在河川径流时序变化规律、枯水径流、沿海入海径流等方面持续开展研究,提出了定量评价河川径流变化分析的不均匀系数计算法、集中度与集中期法、二阶有序法等方法[14-15],计算了沿岸入海径流与输沙量[16]。中国引进了一批苏联水文地理著作,如达维多夫的《苏联水文地理》、阿波罗夫的《河流学》等,这些专著对中国当时的水文地理研究产生了较大的影响。

       2 20世纪60-70年代区域水文与实验水文快速发展时期

       水文过程受气候、下垫面和人类活动等诸多因素影响,仅依靠水文资料的观测和分析难以揭示水文过程的机理和水文要素的互馈关系,需要在室内试验室或野外试验站用特定装置和设备进行有控制的观测和试验。20世纪60年代,水文地理学者为了提升对水文机理的认识,开展了室内和野外水文试验研究。

       在室内水文试验方面,1965年中国科学院地理研究所刘昌明等建成了由人工降雨装置、坡面径流槽和测定装置三大部分构成的中国第一代室内降雨径流模拟实验室,明确了室内降雨径流实验室的三大任务和五大特点,开启了中国室内降雨径流模拟的先河,极大地提升了水文地理研究技术手段和科学水平。1975年铁道科学研究院在峨嵋建立大型室内水文试验系统,利用人工降雨和可变坡度进行暴雨径流试验,为铁道防洪设计做出了重大贡献。

       在野外水文试验方面,1958年长江流域规划办公室在唐河建成祁仪径流实验站,观测暴雨径流关系;同年,黄河水利委员会在陕西绥德建立子洲径流试验站,研究黄土高原水土保持工程的水文效应;1959年中国科学院地理研究所结合沙漠治理任务,在甘肃民勤建立了定位实验站,在陕西黄龙开展了小流域森林水文的实验研究,结合黄淮海旱涝碱治理,在山东德州开展了农田蒸发的实验研究,中国科学院地理研究所冰川冻土研究室在天山与祁连山建立了定位与半定位观测站进行冰川水文的实验,中国科学院南京地理研究所在太湖建立了宜兴湖泊水文实验站;1981年南京水文研究所顾慰祖等在安徽建立滁州水文实验基地。刘昌明结合黄土高原水土保持任务,在陕西黄龙开展了小流域森林水文研究工作,阐明了随着森林覆盖率的增加,年均地表径流减少与地下径流增加,这是国内较早的森林变化的水文效应成果[17];他基于野外试验提出了缺实测水文资料的中小河流暴雨洪峰流量计算方法,广泛应用于陕、甘、宁、青、藏等地铁路建设中,获得了1978年科学大会奖,相关试验成果于1980年发表在 Water Resource Research杂志[18],是该杂志发表的第一篇来自中国学者的文章。

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