葛维亚

　　水文学是研究水的宏观运动规律及其数量和质量物理化学特性的水理科学。水文学物理特性当中，，包括河水位、流量、降雨量、流输沙率、含沙量、河床演变、泥沙淤积等项目的水沙特性，而水文学化学特性当中，包括水质、水源保护等项目的环境特性。 
　　水循环、水平衡、水文实验构成了它的基础理论核心。野外现场测验和调查所获得的水体特征项目资料又是检验理论研究和应用技术的唯一依据。在河流水文学研究中，径流成因及其洪枯水设计标准的估算与产、汇流规律，常常成为研究的重点。 
　　水文现象作为一种必然性的动态表征，它的研究常常采用水文气象学或水力学方法，揭示其成因机制，从而找出变化规律，这是水文研究中的重中之重。水文现象作为一种偶然性的随机表征与模糊的不确定性，它的研究常常采用不确定性数学方法，揭示其统计规律，这是水文研究中发展迅速，而又十分重要的研究方向。如俄国水文研究所、英国水文研究所、美国地质调查局、美国天氣局等国外机构的研究人员里，有众多数学和物理专业出身的博士承担第二种途径的研究探索，也有不少水文或水利专业博士从事第一种途径的研究开发，交叉研究者也大有人在。 
　　回忆近百年来水文研究所走过的道路，在第一种研究途径方面，一些研究者首先瞄准了全面描述水流的运动规律的圣维南方程，如果求解成功，对水文学发展，无疑是一大贡献。遗憾的是圣维南方程组是一个双曲面偏微分方程组，就目前认识而言，很难求得解析解，过去不少人的尝试均无功而返。只能采用近似求解方法。例如瞬态法、特征线法、有限差分法（显格式差分法、隐格式差分法）、有限單元法以及水文學方法（如“馬斯京根”法，水量平衡法，槽蓄曲线法，水面线法，水位流量关系单值化法）等。通过水文实验观察，研究降雨、蒸发、下渗与河川径流相互关系，探讨成因规律，这种方法在二十世纪三十年代至六十年代的苏联和我国达到鼎盛时期。在第二种研究途径方面，对于水文特征值（例如年径流量、洪峰流量、瞬时流量）及其时空分布，几十年来采用了一维概率统计、多维概率分布、随机过程、二项式分布、最小二乘法、自回归分析、拉普拉斯变换、不完全伽玛分布、蒙特卡洛统计检验、最优化方法、线性逐步回归、线性规划、数学物理方程及模型、随机模拟、拓扑关系分析、线性与非线性系统、随机模拟、分布式系统及模拟、灰色系统、决策支持系统、模糊识别和控制、风险信息系统、神经网络系统、GIS技术等等。上述这些方法和技术在水文范畴内的应用，全面反映了水文研究借鉴《应用数学》、《计算数学》、《概率论》、《统计数学》、《控制论》、《系统论》、《信息论》、《模糊集合》理论方法的深度、广度及其学术水平。
　　就研究成果的数量和深度而言，第一种研究途径取得的成果远远少于第二种研究途径, 而且差距越来越大。究其原因，一方面由于成因机理研究的难度太大，所能参考借鉴的文献资料相对较少，记得一位古典天文物理大师曾经说过：“我可以预知天体运行，但对一滴水运动规律的了解却无能为力”，可见难度之大，超出人们的想象。研究者很难为后来人的崛起忍受一生寂寞，甚至“无为”，这是原因之一； 水文学本来具有工科和理科两种属性，当年的苏联列宁格勒水文气象学院和中国华东水利学院水文专业培养工科人才，莫斯科大学和南京大水文专业学培养理科人才。但由于师资力量和水平的重大差异，更重要的是为了国家水利水电建设、防汛抗旱、水资源评价和利用的迫切需要，长期存在重工轻理，重技术轻理论的倾向，而学生在报考专业和院校时，急功近利，优先考虑就业问题，这是原因之二；根据本人四十年的观察, 从20世纪50年代开始, 在水文界就有一种“数学物理”情结, 水文研究不与数学物理“联姻”，就不能称其为科研成果，更不能列入高水平论文著作之列，于是出现重数理轻水文，重数学推演，轻成因分析的倾向。水文科技工作者生怕自己论文或成果数学太少，太浅，而被人瞧不起，这是原因之三；在科研中学习国外先进理论技术时，钟情于数理类、概念模型类成果，生搬硬套，缺少创新，总是跟着别人的后面跑，这是原因之四；纵观世界近几十年来水文科学的发展，也出现重数理模型轻成因机理的偏废现象，钟情“黑箱操作”，自然对我国有着很大影响，这是原因之五。
　　要真正振兴水文科研事业，就要加强水文基本理论研究和实用技术的普及推广工作，分层次造就不同的科研梯队，锁定以下不同的目标加以实施:

1. 独树一帜，形成学派。纵观世界科学发展历史，以需要带动学科发展极为重要。有人说: “业务”為发明之父，“数学”為发现之母，也不无道理，对理、工甚至哲学、经济、金融、生物、信息等等专业一语中地，确实如此。17到18世纪的伽利略、刻卜勒、欧拉、牛顿、拉格朗日、高斯、拉普拉斯等置身于天文学的观察和研究之中，由于“天文”这个“业务”的需要，使他们创造出新的数学体系，成为《微积分》、《应用数学》、《数理方程》、《概率论》、《数论》、《天体力学》、的创始人和奠基人。他们让现成的数学体系走进来，再让崭新的数学体系走出去。他们堪称为独树一帜，形成一个崭新学派的典范。

2. 推陈出新，有所发明。在水文学某一部分或某一个理论或方法上，找出问题，提出新的见解，有所创新。我们已知的“馬斯京根法”、加里宁汇流曲线、华水汇流曲线、长办汇流曲线、纳希瞬时单位线、推理公式、水位流量关系单值化处理等属于此类。

3. 别人成果，使用检验。对某一类理论方法学习消化后，结合具体河流或实际资料加以使用检验，从中“悟道”，熟中生巧，应用自如。使其成为经验丰富，技术精湛的业务骨干，在诸如如何客观准确选用典型资料率定模型参数；在众多方法或模型中，如何针对实际情况加以优选；在实际操作中, 他们知道关键和问题所在，能得出比一般人更接近实际的成果来。凡此种种，表现出他们的才干。

4. 博览群书，综合提炼。广泛收集和阅读有关文献资料是科技人员基本操手，这是踏入科研殿堂的开端。只有如此才能成功走上学习-消化-类比-实验（试用）-改进-创新的科研之路。在经过一段“磨练”后，他们会写出综合性论文或教材、专著等。

　　然而，阻碍水文研究的现象还很多，除上述的重工科轻理科，重技术轻理论、重数理轻水文的倾向外，还存在两种不良“效应”：

1. 习题“效应”：这种“效应”简言之就是“书本加资料”。在国外大量数学方法和模型引入之后，不去在数学方面刻苦钻研，打下坚实基础，而是通过专家文献资料和计算实例指引，使用我国某一河流实测或整编资料做“习题”，甚至做一两个“习题”，写一篇文章，如此炮制，可以接二连三的写出一大堆文章来，省时省力，出名得利。

2. 裁剪“效应“：这种“效应”简言之就是“剪刀加浆糊”。把别人论文拿过来，保留其中的精华，在文章段落、次序、文字方面进行剪裁，也有人把几篇同类论文综合剪裁，再给文章按上一个高深莫测的题目。

   以上两种不良“效应”的最大特点在于生搬硬套，急功近利，缺乏主体意识，更缺乏新内容，更谈不上理论或技术上的创新了。初入水文的人，如此还可以理解，哪些专家教授乐此不疲，就应另当别论了。

　　我国水文科研要想走上发展创新道路，必须理工科并重，成因方法和数学方法并重，培养既是数学家又是水文学家的跨世纪人才，要像当年的精英从解决物理学中的微分方程创造出《数学物理方程》；从机械自动化需要发展出《控制论》；从电脑应用诞生了更完整更系统的《信息论》和《模糊论》一样，也能从水文学中孕育出一种全新的数学体系，形成一个在水文和数学上具有独创性的学派，诞生出像牛吨、拉普拉斯一样的跨学科的里程碑式杰出人物，使中国水文在世界上扬名立万。这条路虽然相当艰苦，相当遥远，有了一种企许和坚持不懈的努力，就有可能实现。美好的梦寄希望于未来！