水文实验研究

在野外或室内采用系统的观测和试验方法，对天然的和模拟的水文现象或其测试技术进行的研究。现时水文学理论和应用中还有许多问题尚未完全被人们认识或解决。如：水文因素与自然地理特征的内在关系，人为活动的定量水文效应，地表水与地下水的转化关系，以及水文因素的准确测定等等。这些都需依据各自的特点，设计特定实验方法进行研究。一些新的水文学分支学科，在其形成和发展中，也必须经由实验途径探索其基本规律。在国民经济生产实践中，也常有一些水文学课题，需要通过实验研究来解决。

水文实验研究领域 其领域范围广泛，并各具特点，如流域水文（径流、泥沙、水质、蒸发等）实验研究，水体（河流、水库、湖泊、沼泽、冰川等）水文实验研究，人为活动（森林、都市、农业、污染等）水文实验研究，地区（干旱地区、岩溶区、牧区等）水文实验研究，水文测验技术实验研究等。具体研究内容更为广泛，例如在农业水文实验研究中有：综合性的技术理论研究，测试手段研究，农田水量和盐量平衡、农田水分调节、农田耕作和改造的水文过程、农田水盐和水土关系、作物需水、作物水分与生态、农田水利水文效应的实验研究等。

水文实验研究途径 主要通过实体和模拟体进行。前者如天然流域、水体、农田等，后者如人工流域、人工坡面、土体等。这两者是相辅相成的并随研究目的而异。例如在农田排水研究中，如果目的只是对某种标准的排水工程流域，提出其排水流量大小的过程，以供工程水文应用，则只需对具有此类条件的天然流域作系统的和一定时期的观测即可。如果要进一步研究不同排水沟密度和深度条件下，排水过程的变化规律，就要人为建立一些其他条件相同而只有排水条件不同的人工小流域作对比研究。如更进而要深入研究其物理过程，作出可以定量的数学模型，那将涉及到土壤水、地下水动态，作物生长与水分的关系，以及很多有关参数（如水力传导度）等，就要利用条件更概化和单一的场地和土体（如蒸渗仪）在野外或室内作试验，或要制作排水物理模型，作人工仿雨实验，或作特种试验。在农田蒸散发研究中，甚至使用控制温、湿、风、日射和降水的人工气候室。

水文实验研究程序 其程序有实验设计、测试手段和实验结果分析三部分。①实验设计，需从统计学原理出发并以*经济、有效为目标，对实验方案、场所，其组成的各试验项目，各轮试验的边界条件，输入输出变量的数量和必要的重复等，作出研究和判断，并初步设计求解方式。例如下渗实验研究，可设计均质和非均质土的积水下渗、降雨下渗等试验组合，小流域的、径流场的、土柱模型的试验场所，降水量、降水强度和历时，积水深度、土壤水分状况等各种试验变量，同一种条件（如雨强）有一定数量（如三次）的重复试验等。又如作物需水实验研究，可设计各种作物、各种供水方法、灌水条件的试验组合，农田集水区的、大田的、蒸渗仪的、土柱的试验场所，环境条件、产量等变量，对同一种作物的几种因素（如灌溉制度、产量）要作出多因素试验设计安排试区组合。②测试手段是水文实验的核心，有两个主要要求，即实时、实况观测并保证精度，这有两方面：一是观测方法，当常规的达不到目的时，往往需要作专门设计，所以近代新技术的发展和移用，使水文实验研究开拓了深度和广度，如上例中需要测定下渗进程中的锋面移动、土壤水分运动等，对此要用测定土壤水分数量和能量状况的各种近代方法，有时还要应用核技术；对特种观测要求，例如叶片散发及摩阻的直接测定。太阳辐射不同谱段的分配等，则要应用专门仪器；二是实验数据的记录。处理要有相应的精度，实地，远传或遥测记录，趋于将信息数字化，脱机或联机处理，或构成自动化系统。③实验结果分析有三种不同要求的方法，即数学物理方程求解，建立确定性水文数学模型作参数识别以及用黑箱分析方法等。有时还可同时用两三种方法进行分析以便于应用，并通过分析，检验实验设计，改进测试以使实验深入。

水文实验研究发展 于17世纪70年代开始法国对塞纳河测定降水、径流和蒸发等被认为是科学水文学的开端。此后，有很多**的实验结果，如1802年道尔顿蒸发公式，1856年达西地下水流公式，1855年弗朗西斯堰流公式，1933年霍顿下渗公式等。此后，世界上开始建立起一些水文实验站和基地，如1934年苏联的瓦尔达依和美国的科威达等。1943年依萨特等作了坡面水文模型，1952年玛密沙作了简单的农业流域水文模型。1953年起，中国开始了流域水文、河流泥沙、水库水文、人为活动影响、室内水文模型和农业水文等多方面的实验研究。到1983年，中国已建立各类实验站60处，有径流、蒸发、水土保持、河道泥沙、水库、河口、湖泊、测验技术等方面，其中水库、泥沙方面已达到先进水平，综合性的水文实验研究基地也正在建设中。

水文学的实验研究途径，已得到公认，通过实验得出的对水文过程的认识和推理，以及人为活动效应等，都不是其它方法所能代替的。