水文研究的另一种方法

葛维亚

     水文现象作为江河一种必然性的动态表征，它的研究常常采用水文气象学、水象地理学、水力学、数理模型等途径中的地理水文，工程水文，随机水文，系统水文，模糊水文等方法加以研究，而实验水文也是其中一种重要的研究方法。它的平台就是水文实验站。

      实验站的设立是为了深入研究区域水文规律，探求水文现象的物理机制，为水利工程规划、设计、施工和管理运用服务。它是水文、水资源领域研究中的不可或缺的组成部分。

      水文现象受许多自然因素制约和人类活动影响，一般的水文观测和分析难以清楚地揭示其物理过程和相互关系，需要在野外或实验室内用特定的程序、装置和设备进行系统的、有控制的观测和试验。因此，水文实验这个专门学科应运而生。

     水文实验研究的任务主要是研究天然条件下和人类活动影响下水文现象的物理机制以及各种水文要素之间的相互联系；研究现时水文学理论和应用中有待认识和解决的问题；检验已有的理论和方法。水文实验研究内容可分为径流形成过程的研究，包括降水、蒸散发、降雨径流关系、径流过程、土壤水及地下水动态的研究；为环境 保护服务的水化学平衡和植物生态实验研究；为水资源评价，为农田、森林、草原、都市建设和为水土保持服务，对不同自然地理条件和人类活动影响下的水文规律的实验研究；干旱半干旱地区、灌溉地区、内陆河地区以及某些特殊地区（如岩溶、冰川、冻土地区）和特殊径流形式（如泥石流）的水文实验研究等。各种水文要 素的测验方法和仪器设备研究也是重要内容。以上各种类型的水文实验研究，主要通过自然实体和人工模拟体进行，前者如代表性流域、实验流域、各种试验场等；后者如人造的集水区、人工坡面和土体等。这两者是相辅相成的。例如在径流实验中，一方面由代表流域作长期、系统观测，又由实验流域作有控制的对比、重复试 验，有时仍难以达到目的，还必须利用条件更概化和单一的径流场、称重土体、人工模型等在野外或实验室内用进一步控制的人工仿雨或人工气候条件，对个别水文因素作进一步的实验和分析。

     20世纪30年代，开始了有系统的流域水文实验研究。1933年苏联建立瓦尔达依水文科学研究实验站，美国设立了科威塔水文实验站。从 20世纪40年代开始，室内水文实验研究开始发展起来。1943年美国人C.F.伊泽德等进行了室内模拟降雨条件下的坡面汇流实验，1952年J.P.马米绍作了简单的农业流域水文模型，继而匈牙利、苏联也相继进行了各类室内水文模型实验。在我国，1924—1925年南京金陵大学森林系在陕西、山东林场设置径流泥沙实验小区，观测不同森林植被下水土流失的变化。

     新中国的水文实验研究始于20世纪50年代，首先从径流试验开始。1953年治淮委员会和安徽水利厅为了研究淮北排涝标准和排涝计算方法，在安徽北淝河建立了青沟排水实验站。之后又在安徽明光建立瓦屋流径流试验站，在安徽淮北阜阳建立河网化水文试验站（双沟、单桥等）， 顾慰祖教授级高工在这些工作里以及后来建立滁州水文实验基地，发挥了不可替代的作用。同一年官厅水库开始了水库水文实验；黄河水利委员会开始进行河流泥沙实验。1957年治淮委员会和江苏省水利厅开始进行人类活动水文效应的实验研究，1958年中国科学院、水利电力部水利水电科学研究院水文研究所建立了室内比尺模型并用于检验单位线的基本假定。1958年， 长办（长江流域规划办公室简称）在唐河建成祁仪径流实验站，站长为扬自珍。建站目的和任务包括暴雨径流关系的观测研究；降雨径流形成的物理过程的实验研究；人类活动对降雨径流影响的观测研究；小河、溪沟测验方法及设备研究，为大规模发展小河观测积累经验。为了探讨人类活动对三峡工程的影响，1959 2月，长办成立凯江水利化观测队，队部设于四川绵阳专区农水局内，由重庆水文总站领导。观测站点在长办主持下，由水科院水文所、华东水利学院、四川省水文总站先后多次共同查勘选定。实验区采取“大区套小区、小区套单项”的布站原则，在1000平方公里以上的总控制面积上，建有5个径流场，23个测流堰槽，46处水尺，68处地下水观测点，12处测流断面，60处雨量点，2处气象场和1个 水面蒸发池等。当时为中国规模最大的径流实验基地，后改称凯江径流试验站。该站站长为谢世和，副站长为童显光，主要技术骨干有袁承凯、王敏夫、陈新尧、杨世才、邓馨尧、黄光华等。长办水文处金栋梁、卜策等工程师常下站进行指导，金栋梁（后来为水文局教授级高工）等并亲自参加分析研究工作，在蒸发、产流、塘坝效应、水利化指标分析方法等很多方面提出了高水平的研究报告和论文。建站十几年来，凯江径流试验站取得大量观测和研究成果，其中包括土壤蒸发计算方法、树木枝叶截留、灌溉、小水库群拦蓄与垮坝对径流影响的计算方法、1960年前后提出了“长江三峡以上地区水利化对队径流影响的研究”。1966年 长办水文部门委任葛维亚与童显光、李新铭担任直属水利化专题组正副组长，金栋梁担任重要骨干，统领凯江径流试验站和内业几十名技术人员，在全面分析径流试验资料和对云贵川典型流域和地区进行大规模调查基础上，采用同一典型流域先后对比，各个相似流域平行对比等方法，对水利化计算的各项指标加以率定，合理选 用。最终提出了“长江三峡以上地区水利化对对径流影响分析报告”（总报告）和许多调查及分析的专题报告，到此，为这项研究划上圆满句号。1958年黄委在陕西绥德建立子洲径流试验站，重点研究黄土高原水利和水土保持的水文效应等共21个项目，长达11年 的系统观测分析工作。中央和一些省区也先后建立了水文或径流试验站，其中包括浙江江湾径流试验站，它为研制新安江模型提供了重要资料。铁道科学研究院先后在四川北碚和峨嵋建立径流试验站，为小流域及桥涵暴雨洪水设计以及产流、汇流方面的观测和研究，取得重大进展。南京水文研究所1981年在安徽建立滁州水文实验基地，设有5个代表流域，3个实验流域，4项蒸发、渗漏设备试验，1个中子土壤水实验室，还设有陆面蒸发试验场和气象观测场等，取得了高水平的观测和研究成果。为解决南方湿润地区中小河流雨量站布设密度问题，上个世纪70年代末，在江西建立了降雨实验区，也取得很多资料和成果。

      在室内水文实验方面，1958年北京水科院水文所建成核桃树沟室内流域模型，检验水文单位线取得成功。1965年中科院地理所建立室内流域物理模型，研究径流形成过程。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，为铁道防洪作出重大贡献。      

      纵观我国水文实验走过的道路，成绩显著，硕果累累，但也困难重重，面临设备落伍，资金不足，生活和交通不便，子女就学就业困难，在水文水资源界不受重视，人心不稳等问题，有待解决。正由于这些原因，加上当年“文革”冲击，原来在五十年代建立的祁仪、凯江、瓦屋流等一大批径流试验站先后关闭。尽管如此，半个多 世纪以来，水文实验仍在发展，目前已有61个水文实验站。这些试验站在人员素质、设备质量、观测手段、资料分析、信息交流等诸多方面，已经不能同日而语。水文实验研究在未来一定会发挥更重要的作用！