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水文学,水力学,水利学怎么区分?

发布时间: 2018-05-22 来源: 网站群管理

总有人会问水文、水利、水务、水保都有什么区别。得到的回答也是千差万别。作为学院派出身,不如趁此机会在这里简单解释一下:水文学,水力学,水利学这3个经常出现的名词。

水文学(Hydrology中最关注的河道里水的流量,是降雨量的函数。但在降雨到

流量过程里,决定因素很多,每种因素怎么表达,就成了水文学考虑的事情。水文学关注的每种元素又和其他学科交叉在一起,这让水文学经常和农学、地理学等学科联系在一起。所以有时候农学家,地理学家也自然而然成了水文学家,反之亦然。水文学关注的水循环中的各种元素如下图。




水力学(Hydraulics)中最关注的河道里面水形成的空间几何(淹没高度和淹没面积),是流量流速的函数。除了河流环境里的水,水力学其实大部分时候都在考虑压力管中的水——水的压力,是水的流量和管径的函数。感兴趣的可以搜索“伯努利方程”,这个流体力学的经典公式和它的变形。但是压力管径应用场景相比其他空间物理学应用场景又太过“脚踏实地”,所以对流体力学等物理学感兴趣的“硬”科学家大概更加有志于做风洞实验,造飞行器——可以成为水利学家的人作了航空航天学家……典型的水力学应用场景如下图,一只蓄势待发的消防水管。




水利学( Water Research / Water conservation)中最关注的是用水文和水力知识解决实际的环境问题,包括用水文和水力知识设计工程项目并施工。似乎我们国家的水利总是和水电“勾搭”在一起,对水利的理解大概是筑坝发电,就特别实惠。但其实水利不一定要和水电联系。比如古老的都江堰水利灌溉工程——至今仍是福泽整个四川盆地的宝贵遗产。


再举几个小例子。比如说,气候决定未来要下大雨了,那河里面会有多少水呀,这些水是乌泱泱一小时雷霆经过还是要几天甚至上月才能排净,洪峰和峰谷怎么分布,这是水文学重点关心的事情。再比如说,根据消防泵的设计,消防水管升到几层楼时,消防水龙管里面水可以滋出多少来,这是水力学关心的事情。再比如,某市要建一个可防100年一遇洪水的堤坝,需要计算设计坝高,计算坝身需要承担多少水的压力,这是水文学、水力学和水利学共同关心的事情。




曾经误打误撞读到《进山东》一书,贾平凹的“通渭人家”精妙地白描了甘肃的缺水。惊讶于他对蓄水塘、引水渠等水利设施生动又精致的描写——文学家这个时候成了科学家。美国著名记者Marc Reisner,马克莱斯纳的书《Cadillac Desert:The American West and Its Disappearing Water 凯迪拉克沙漠:美国西部和它正在消失的水》从新闻工作者的角度报道了美国西部的水危机。水成了新闻报道的主体,而水科学和水工程在这里成了文字清楚描述的景象。作为一名研究水的工作者,我看到文字表达的真实景象与现实无异,感到读作家的文字比读科学论文更具幸福感。


再往前回溯,古代的文学瑰宝《易经》中也有类似阐述。释易中讲“以人才论,圣贤通生在西北一边,以山高耸秀,出于天外故也。以财赋论,通在东南,以水聚湖海故也。以炎凉论,天地严凝之气,始于西南,感于西北;天地温厚之气,始于东北,而盛于东南。严凝之气,其气凉,故多生圣贤。温厚之气,其气炎,故多生富贵。" 文字中用自然类比人的性情:西北人多直实,多刚多蠢,下得死心,所以圣贤多。东南人多尖秀,多柔多巧,下不得死心,圣贤少但是会做生意。这和后来西方建立的环境决定论的学科内容,环境会决定人的生产能力和社会发展潜力,多少有异曲同工之妙。

所以,谁说对水与环境科学的描述,一定要依赖公式呢?



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