水文实验研究

水文实验研究是随着水资源开发利用和水文工作的深入发展而开始的。20世纪30年代起，苏联和美国相继建立了一些综合性的水文实验站或基地。现在世界上广泛设立综合性的水文实验流域用于水文实验研究。在“国际水文十年”期间（1965~1974年）又提出代表流域的概念。拟作为具有相似水文特性地区众多流域的代表，在较长观测系列资料的基础上，通过分析其水文要素与其气候气象之间的关系变异，来鉴别和研究人类活动影响效应等水文问题。中国在50年代初开始进行水文实验研究。研究的领域包括径流、蒸发、地表水与地下水关系、水土保持、河道泥沙、水库、湖泊、河口和测验技术等各方面，其中水库、泥沙方面已达到较高水平，综合性的水文实验基地在建设中。

水文实验研究在不断发展的进程中，面临一些迫切需要解决的重要问题，如实验成果如何移用外延，水文循环中的水质以及与此有关的环境生态等，都是比较突出的问题。实验研究的途径也有待改进完善。如用简单对比方法研究森林水文问题曾得出过相互矛盾的结果，必须深入进行物理机制的实验研究，才有可能探索其本质，发现其一般规律。电子技术、空间技术和核技术对采集处理水文实验数据，揭示水文现象的物理规律等方面具有重要意义，要研究推广应用 。

1.1 研究内容

水文实验研究一般可划分为4种类型：（1）水文循环要素（降水、蒸发、径流、土壤水、地下水、水质、泥沙、冰清等）实验研究；（2）自然区域（以山区、平原区、河网区划分或以湿润区、干旱区划分，或喀斯特区、牧区等）水文实验研究；（3）人类活动的水文效应（森林、城市、农业、水利工程等）实验研究；（4）水文测试技术（实验途径、测试仪器和方法、新技术应用等）实验研究。

水文实验研究1.2 研究途径

可概括为基于水量平衡原理和对比实验两种途径。前者要求对一个流域系统，除观测降雨和径流外，主要研究径流形成的中间环节，如蒸发、土壤水、地下水等，以深入探索径流形成的物理过程。早期的坡面水平衡试验场和近期发展起来的实验流域就是这种途径的典型代表。利用条件更概化和单一的场地或土柱体（如蒸渗仪）进行蒸发和土壤水动态物理模拟实验，也属于此类途径。对比实验研究的方法，广泛应用于探索自然的或人为因素在径流过程中的作用。这种方法要求有意思地寻求流域下垫面特性，突出所要对比实验的因素，对同一流域进行前后对比，或一组流域进行平行对比。对于山区流域，由于其特性差异很大，一般缺乏可对比的条件。同时，对于有些人类活动措施，如城市化、水利水保工程措施等，也很少具有平行对比的条件。因而较多地采取前后对比实验的途径。

水文实验研究1.3 研究程序

基本上可分为3个阶段：根据任务要求进行实验设计：完善测试技术手段，保证资料的精度和完整性；及时分析研究实验结果。与一般水文站闸观测要求不同，水文实验研究不是为了积累资料，而是依据所提任务具有明确求解目的的研究工作。因此首先需要进行实验设计，即针对课题任务在制定初步求解方式的前提下，对实验场所的选定、实验的方式和途径、观测试验项目的数量及其组合等实验方案，作出尽可能周密和科学的安排。在实验进程中，要阶段性地检验和修正方案设计，使研究不断深化，以达到求解和近似求解的目的。正确的测试技术和方法是保证水文实验研究取得成果的核心，比常规水文测验要求更加严格。这不仅指某个要素的实时观测试验要求有一定的精度，更重要的是，对课题内容有关要素观测试验的精度（包括时程和数值）和实验数据的记录处理要求相应配套，具有对比性。有些实验，尤其是室内的模拟装置，可应用计算机技术控制实验过程，在观测试验作业、数据采集、信息处理等方面构成一个自动化或半自动化的系统。实验结果的分析，有数学物理方程求解，建立确定性水文数学模型作参数识别及统计分析等两三种方法进行分析研究。

根据服务目的和内容，水文实验研究可分为：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，对各别水文因素作进一步的实验和分析。

水文实验是为探求、研究水文现象和过程并对其作出成因分析的科学实验。实验研究可分为：径流形成过程的研究，包括降水、蒸发、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试验研究；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。

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。水文实验研究的任务主要有：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。