簡介
水文學水文學（hydrology）是地球物理學和自然地理學的分支學科。研究存在於大氣層中、地球表面和地殼內部各種形態水在水量和水質上的運動、變化、分布，以及與環境及人類活動之間相互的聯繫和作用。是關於地球上水的起源、存在、分布、循環、運動等變化規律，以及運用這些規律為人類服務的知識體系。水文學的研究領域十分寬廣。從大氣中的水到海洋中的水，從陸地表面的水到地下水，都是水文科學的研究對象；水圈同大氣圈、岩石圈和生物圈等地球自然圈層的相互關係，也是水文學的研究領域；水文科學不僅研究水量，而且研究水質，不僅研究現時水情的瞬息動態，而且探求全球水的生命史，預測它未來的變化趨勢。
學科內容
水文學既是地球科學中一門獨立的基礎科學,與氣象學、地質學、地理學、植物生態學等有著密切的聯繫； 又是一門套用科學，廣泛地為水利、農業、林業、城市、交通等部門服務。
地球表層大部分被海洋覆蓋地球表層的水由地球內部逸出，經過約35億年的積聚和演變，逐漸形成今天的水圈。水圈的形成不僅改變了岩石圈的面貌，使大氣圈中的現象變得複雜多樣，而且導致生物圈的出現。因此，水的出現和水圈的形成，是地球自然歷史中最重大的事件。
陸地上的水量雖然只約占全球總水量的3.5%，但淡水幾乎都分布在陸地。整個人類生活在陸地，最複雜的水文過程也發生在陸地，因此對陸地上的水的研究尤其受到人們的重視。陸地水文學是水文科學的主要組成部分。有關海洋和大氣中的水文知識，現已分別歸入海洋學和大氣科學的範疇里了。
廣義的水文學包括海洋水文學、水文氣象學，陸地水文學和套用水文學。海洋水文學著重研究海水的化學成分和物理特性、海洋中的波浪、潮汐和海流、海岸橫向泥沙運動等，習慣上把海洋水文學列為海洋學的內容之一。水文氣象學研究水圈和氣圈的相互關係，包括大氣中的水文循環和水量平衡，以蒸發、凝結、降水為主要方式的大氣與下墊面的水分交換，暴雨和乾旱的發生和發展規律，它是水文學和氣象學的邊緣學科。陸地水文學研究陸地水體的各個方面。直接為生產服務的套用水文學,是現代水文學中最富有生氣的分支學科，水文學通常主要指陸地水文學和套用水文學。
發展簡史
水文學的發展大體分為4個時期：
秦代李冰設都江堰的“石人”(1)萌芽時期(從遠古到15世紀)。這—時期的基本特點是：
1)開始了原始的水文觀測。公元前 2300年中國開始觀測河水漲落，此後，秦代李冰設都江堰的“石人”，隋代設石刻“水則”，宋代設“水則碑”等,表明水位觀測不斷進步。雨量觀測於公元前 400年前首先在印度出現。中國至遲在秦代(公元前 221～前207年)巳開始有測報雨量的制度，到了公元1247年,已有較科學的雨量筒和雨深計算方法，並開始用“竹器驗雪”計算平地降雪深度。5世紀，中國開始用“流浮竹”測量河道流速。明代劉天和治理黃河，採用“手制乘沙採樣等器”測定河水中泥沙的數量。
2)開始積累原始水文知識。成書於公元前239年的《呂氏春秋》中寫道：“雲氣西行云云然，冬夏不輟。水泉東流，日夜不休。上不竭，下不滿，小為大,重為輕,圜道也。”提出了樸素的水文循環思想。成書於6世紀初的《水經注》中，論述了當時中國版圖內1252條河流的概況，是水文地理考察的先驅。
(2)奠基時期(15世紀～19世紀)。這一時期的基本特點是：
1)近代水文儀器開始出現，使水文觀測進入科學定量階段。1663年C.雷恩和R.胡克創製了翻斗式自記雨量計，1687年E．哈雷創製測量水面蒸發量的蒸發器，1870年T.G.埃利斯創製鏇杯式流速儀，1885年W．G.普賴斯的鏇槳式流速儀問世。隨之，各種水文站開始出現。
2)近代水文科學理論逐步形成。 1674年P．佩羅對塞納河徑流量估算及降雨量、徑流量的對比分析,提出水量平衡概念，後來發展成水文科學最基本的原理之一。1738年D.I.伯努利發表水流能量方程。1775年A．de謝才發表明槽均勻流公式。1802年J．道爾頓建立計算水面蒸發的道爾頓公式。 1851年T．J．摩爾凡尼提出匯流和匯流係數概念，並提出計算最大流量的著名推理公式。1856年 H．-P．-G 達西發表了描述均勻介質中地下水運動的達西定律。隨之，水文學專門著作開始出現，為水文學作為一門近代科學奠定了基礎。
(3)套用水文學興起時期(20世紀初～20世紀50年代)。進入20世紀，大量興起的防洪、灌溉、水力發電、交通工程和農業、林業、城市建設向水文學提出越來越多的新課題，解決這些課題的方法由經驗的、零碎的逐漸理論化和系統化。首先從1914年到1924年，A.黑曾，H.A.福斯特等人把機率論、數理統計理論和方法系統地引入水文學。1932～1938年L.R.K.謝爾曼、 R．E.霍頓、G.T.麥卡錫、F.F．斯奈德以及隨後C．O．克拉克、R.K．Jr．林斯雷等人在單位線、河道洪水演進，多個水文變數聯合分析和徑流調節計算等方面取得了開拓性進展。在此期間，水文站在世界範圍內發展成國家規模的水文站網。這些成就為套用水文學的興起在資料條件、理淪基礎和方法論等方面奠定了基礎，並率先形成了它最重要的分支學科——工程水文學。接著，套用水文學其他分支學科，如農業水文學、森林水文學、城市水文學等也相繼興起。1949午，R．K.Jr.林斯雷、M．A .科勒和 J．L．H．保羅赫斯合著的《套用水文學》，D.姜斯敦和 W．P.克羅斯合著的《套用水文學原理》，美國土木工程師學會編著的《水文學手冊》等套用水文學專著問世，標誌著套用水文學的誕生。
地下水示意圖(4)現代水文學時期(20世紀50年代以來)。 20世紀50年代以來，科學技術進入了新的發展時期，人類改造自然的能力迅速增強，人與水的關係正由古代的趨利避害，近代較低水平的興利除害，發展到現代較高水平的興利除害新階段。這個新階段賦予水文學新的特色：
1）人類對水資源的需求愈來愈迫切，水文學的研究領域正在向著為水資源開發利用提供地表水，地下水、水文時序系列等基本資料，為水文模擬技術及其最佳化等方向發展。
2）大規模人類活動對水文循環，進而對地球環境正在產生多方面的影響。研究和評價這種影響，就是環境地學的範疇．它指導人們在水資源開發時注意到對水文循環的影響，儘可能使之有利於或至少保持人類生存空間的環境質量，也是水文科學發展中的新課題。水文學和環境科學的交叉學科——環境水文學正在孕育形成中。
3）現代科學技術，如核技術、遙感技術、計算技術，隨機過程的理淪與方法、系統分析的理論與方法等，正在滲入水文學的各個領域，使傳統的水文學方法出現突破性的進展。
4）水文學的研究領域不斷擴大，水文學和其他地球科學中各學科間的空隙逐漸得到填補，交叉學科正在蓬勃興起。由於水逐步商品化，在缺水地區已成為社會發展的制約因素，同時人類活動對水文循環及水環境的干預可能引起的各種影響愈來愈大，因而對此進行分析估算，也是今後水文學發展的一個重要方面。
研究對象
水地球上現有約13.9億立方公里的水，它以液態、固態和氣態分布於地面、地下和大氣中，形成河流、湖泊、沼澤、海洋、冰川、積雪、地下水和大氣水等水體，構成一個浩瀚的水圈。水圈處於永不停息的運動狀態，水圈中各種水體通過蒸發、水汽輸送、降水、地面徑流和地下徑流等水文過程緊密聯繫，相互轉化，不斷更新，形成一個龐大的動態系統。
在這個系統中，海水在太陽輻射下蒸發成水汽升入大氣，被氣流帶至陸地上空，在一定的天氣條件下，形成降水落到地面。降落的水一部分重新蒸發返回大氣，另一部分在重力作用下，或沿地面形成地面徑流，或滲入地下，形成地下徑流，通過河流匯入湖泊，或注入海洋。從海洋或陸地蒸發的水汽上升凝結，在重力作用下直接降落在海洋或陸地上。
水的這種周而復始不斷轉化、遷移和交替的現象稱水文循環。不過，上述只是全球水文循環輪廓的幾筆速寫，而水文循環的實際情況要複雜得多。在地面以上平均約11公里的大氣對流層頂至地面以下1～2公里深處的廣大空間，無處不存在水文循環的行蹤。
不同緯度帶的大氣環流使一些地區成為蒸發大於降水的水汽源地，而使另一些地區成為降水大於蒸發的水汽富集區；不同規模的跨流域調水工程能夠改變地面徑流的路徑，全球任何一個地區或水體都存在著各具特色的區域水文循環系統，各種時間尺度和空間尺度的水文循環系統彼此聯繫著、制約著，構成了全球水文循環系統。
全球每年約有577000立方公里的水參加水文循環。水文循環的內因，是水在自然條件下能進行液態、氣態和固態三相轉換的物理特性，而推動如此巨大水文循環系統的能量，是太陽的輻射能和水在地球引力場所具有的勢能。
水文循環是自然界最重要的物質循環，它成雲致雨，影響著一個地區的氣候和生態，塑造地貌和實現地球化學物質的遷移，像鏈條一樣連結著全球的生命，為人類提供不斷再生的淡水資源和水能資源。水文循環使我們生活的星球變得生機勃勃。倘若沒有水和水文循環，我們的星球會像月球一樣，是一幅沒有生命，寂靜荒漠的圖景。
水在循環過程中的存在和運動的各種形態，如蒸發、降水、河流和湖泊中的水位漲落、冰情變化、冰川進退、地下水的運動和水質變化等，統稱水文現象。水文現象在各種自然因素和人類活動影響下，在空間分布或時間變化上都顯得十分複雜。
水文現象的時間變化過程存在著有周期而又不重複的性質，一般稱為“準周期”性質。例如，潮汐河口的水位存在以半個或一個太陰日為周期的日變化；河流每年出現水量豐沛的汛期和水量較少的枯季；通過長期觀測可以看到，河流、湖泊的水量存在著連續豐水年與連續枯水年的交替，表現出多年變化。
形成這種周期變化的基本原因，是地球的公轉和自轉、地球和月球的相對運動，還包括太陽活動，如太陽黑子的周期性運動的影響。它們導致太陽輻射的變化和季節的交替，使水文現象也出現相應的周期變化。當然，水文現象還客群多其他因素的影響，這些因素自身在時間上也不斷地變化，並且相互作用和相互影響著。
研究特點
水文循環是自然界各種水體的存在條件和相互聯繫的紐帶，是水的各種運動、變化形式的總和，是水文科學研究的主要對象和核心內容；而在水文循環過程中，水文現象所表現出的特點，決定了水文科學研究的特點。
首先， 水文科學把各種水文現象作為一個整體，並把它們同大氣圈、岩石圈、生物圈和人類活動對它們的影響結合起來進行研究。例如，在藉助水量平衡方法研究某個流域的水量變化時，既要考慮流域周圍大氣中水汽輸送，也要考慮流域上空大氣中水分含量的變化；既要考慮降水，也要考慮蒸發；既要考慮流域的地面徑流，也要考慮流域土壤含水量和流域內外地下水的交換，而且還要考慮流域內水利工程，以及其他人類活動的影響。
其次，水文科學主要根據已有的水文資料，預測或預估水文情勢未來狀況，直接為人類的生活和生產服務。例如，提供洪水預報和各種水情預報，對旱澇災害的發生作出中長期預測，為水利工程在未來運轉時期中可能遇到的特大洪水作出機率預估等。
水文科學主要靠建立從局部到全球的水文觀測站網，通過對自然界業已發生的水文現象的觀測進行分析和研究。各種水文實驗，除少數在實驗室內進行以外，主要是在自然界中，例如在實驗流域中進行。
在水文科學研究中廣泛採用成因分析和統計分析的方法，並使二者儘量結合起來。成因分析主要以物理學原理為基礎，通常建立某種形式的確定性模型，以研究水文現象發展演變過程中的確定性規律。統計分析法以機率論為基礎，通常建立某種機率模型(純隨機模型)，探討水文現象的統計規律。
分支學科
由於水在人類生存和社會發展中的重要作用，所以水文科學不單純是一門基礎科學，也是一門廣泛為生產和生活服務的套用科學。
水文科學不斷從數學、物理學、化學等基礎科學中汲取養料。它運用數學力學定律和方法描述水的運動；運用物理學中的熱學、聲學和光學原理，研究水體的熱狀態和解釋水體中的聲學和光學現象；根據化學鍵和分子締合的理論，闡明水的液態、氣態和固態的轉化原因和方式等等。
因為水文循環使水圈、大氣圈和岩石圈緊密聯繫，所以，水文科學又與地球科學體系中的大氣科學、地質學和自然地理學等的關係密切。
分支學科—地下水水文學水文科學開始主要研究河流、湖泊、沼澤、冰川和積雪，以後擴展到地下水、大氣中的水和海洋中的水。傳統的水文科學是按研究對象劃分分支學科的，主要有：河流水文學、湖泊水文學、沼澤水文學、冰川水文學、雪水文學、水文氣象學、地下水水文學、區域水文學和海洋水文學等。
河流水文學也稱河川水文學，研究河流的自然地理特徵、河流的補給、徑流形成和變化規律、河流的水溫和冰情、河流泥沙運動和河床演變、河水的化學成分、河流與環境的關係等。
湖泊水文學主要研究湖泊中的水量變化和運動，湖水的物理特性和化學成分、湖泊沉積湖泊的利用等。
沼澤水文學研究沼澤徑流、沼澤水的物理化學性質、沼澤對河流和湖泊的補給、沼澤改良等。
冰川水文學主要研究冰川的分布、形成和運動、冰川融水徑流的形成過程及其時空分布、冰川突發性洪水的形成機制和預測、冰川水資源的利用。
雪水文學主要研究積雪的數量和分布、融雪過程、融雪水對河流和湖泊的補給、融雪洪水的形成和預報，有時把雪水文學和冰川水文學合稱為雪冰水文學。
水文氣象學研究水圈和大氣圈的相互關係，包括大氣中水文循環和水量平衡，以蒸發、凝結、降水為主要方式的大氣與下墊面的水分交換，其中尤其著重研究暴雨和乾旱發生和發展的規律。
地下水水文學主要研究地下水的形成和運動，地下水與河流，湖泊的相互補給，地下水資源的評價和開發利用。
區域水文學著重研究某些特定地區的水文現象，如河口水文，坡地水文、平原水文、岩溶地區水文、乾旱地區水文現象等。
海洋水文學著重研究海水的物理性質和化學成分，海洋中的波浪、潮汐、洋流、海岸帶泥沙運動等。上述諸學科通常也統稱為普通水文學或水文學。
水文科學主要通過定點觀測、野外查勘和水文實驗 (主要是野外實驗)等手段，獲得水體時空分布和運動變化的信息，因而逐漸形成了水文測驗學、水文調查、水文實驗三個分支學科。
水文測驗學研究如何正確、經濟、迅速地測定各種水文要素的數量及其在時間和空間上的變化，主要包括站網布設、測驗方法和資料整編方法的研究。還包括測量儀器的研製和資料存儲、檢索、傳送系統的研究。
水文調查是水文科學的野外勘測和考察部分，旨在對水體形態和數量、集水面積內的自然地理條件等作出科學的分析和訐價。在中國，歷史大暴雨、歷史大洪水和枯水的調查是水文調查的重要內容。
水文實驗旨在通過野外和室內實驗，揭示水文循環過程各環節中水的運動、變化的某些規律，如水向土中下滲的規律，土壤水的運動規律、徑流形成規律、土壤和水面蒸發的規律，以及人類活動的水文效應等。
水文科學作為一門套用科學主要包括工程水文學、農業水文學、森林水文學、都市水文學、醫療(衛生)水文學等分支學科，其中以工程水文學發展最為迅速。
工程水文學包括水文計算、水利計算、水文預報等組成部分，水文計算和水利計算為各類防洪工程、灌溉工程、水力發電、航運工程、道路和橋捅工程、軍事工程等的規劃、設計提供水文依據。
水文預報為工程的施工和運轉及國民經濟各部門提供洪水、枯水、冰情等各種形式的水文預報。
農業水文學主要研究水分—土壤—植物系統中與作物生長有關的水文問題，尤其著重研究植物散發和土壤水的運動規律，為農業規劃和農作物增產提供水文依據。
森林水文學著重研究森林在水文循環中的作用即森林的水文效應，包括森林對降水、蒸發和徑流形成的影響。
都市水文學是套用水文學中較年輕的分支學科著重研究城市發展中的水資源、墟市排水的環境效應和城市對徑流形成的影響等問題。
20世紀50年代以來，隨著科學技術的迅速發展，水文科學不斷引入許多其他學科的新成就，出現了一些新的分支學科，例如，在水文調查和水文預報中，研究遙感技術的套用，逐漸形成遙感水文學；在水文實驗、地下水運動研究中套用核技術，逐漸形成同位素水文學；隨機過程的理論和方法的引入，逐漸形成隨機水文學。
這些新的分支學科雖然在成熟程度上都還不能與水文科學體系中原有學科相提並論，但它們表明，水文科學在繼續分櫱、不斷萌發新的分支。
