概述
水文科學水文科學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。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。
水文科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，也是水文科學的研究領域；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。
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。
發展簡史
萌芽時期（遠古至約公元1400年）
約公元前22世紀，中國傳說中的大禹治水，已“隨山刊木”（立木於河中），觀測河水漲落。此後，戰國時李冰設於都江堰的“石人”，隋代的石刻水則，宋代的水則碑等，表明水位觀測不斷進步。
最早的雨量觀測於公元前四世紀首先在印度出現，中國於公元前三世紀的秦代已開始有呈報雨量的制度，到了公元1247年，已有了較科學的雨量器和雨深計算方法，並開始用“竹籠驗雪”以計算平地降雪深度。明代劉天和在治理黃河工作中，已採用手制“乘沙量水器”測定河水中泥沙的數量。
中國古籍《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，國道也。”提出了樸素的水文循環概念。成書於公元約六世紀初的《水經注》中，記述了當時中國境內1252條河流的概況，成為水文地理考察的先驅。
奠基時期（約1400～1900）
1663年雷恩和胡克創製了翻斗式自記雨量計，1687年哈雷創製測量水面蒸發量的蒸發器，1870年埃利斯發明鏇槳式流速儀，1885年普賴斯發明鏇杯式流速儀。這些近代水文儀器使流量、流速、蒸發、降水的觀測達到了相當的精度，利用這些近代水文儀器進行水文觀測的各種水文站陸續出現。
1746年，中國在黃河老壩口設立了全國第一個正規水位站，開始系統觀測水位，並進行報汛。這些成就使水文現象的觀測視野在深度和廣度上空前擴大，為水文科學在理論上的發展創造了條件。
在這一時期，近代水文科學理論開始逐漸形成。1674年佩羅提出了水量平衡的概念，成為水文科學最基本的原理之一；1738年伯努利父子發表水流能量方程，1775年謝才發表明渠均勻流公式；1802年道爾頓建立了研究水面蒸發的道爾頓公式；1856年，達西發表了描述孔隙介質中地下水運動的達西定律；1851年莫萬尼提出了匯流和徑流係數的概念，並發表了計算最大流量的著名推理公式。
19世紀末，專門水文研究機構開始出現，一些國家開始出版水文年鑑。弗里西著的《河流水文測驗方法》、福雷爾著的《日內瓦湖湖泊志》、馬略特著的《水的運動》等水文學專著陸續出版。這些著作總結了當時水文觀測和理論研究的成就，標誌著水文科學作為一門近代科學已奠定基礎。
套用水文學興起時期（約1900～1950）
從1914年到1924年，經過黑曾、福斯特等人的工作，把機率論、數理統計的理論和方法系統地引入了水文科學，使水文變數（如洪峰和洪量）和它出現的機率聯繫起來，為預估工程未來運行時期內可能出現的水文情勢開闢了道路。
從1932年到1938年，謝爾曼、霍頓、麥卡錫、斯奈德等人在產流和匯流計算方面取得開拓性進展，為根據降雨推算洪水開闢了道路。隨後，克拉克、林斯雷等人在單位線、多個水文變數聯合分析和徑流調節的理論、方法等方面發展並豐富了上述的內容。
在此期間，水文站在世界範圍內發展成規模宏大的水文站網系統，這些成就為套用水文學的興起在理論上、方法上和資料條件方面奠定了基礎，並率先形成了它最重要的分支學科工程水文學。接著，農業水文學、森林水文學、都市水文學也相繼興起。
1949年，林斯雷和柯勒、保羅赫斯合著《套用水文學》；同年，姜斯敦和克樂斯合著的《套用水文學原理、美國土木工程師學會編著的《水文學手冊》等套用水文學專著陸續問世，總結了這一時期的成就，標誌著套用水文學的誕生。套用水文學，以它直接為生產和生活提供多方面服務這一鮮明特徵，獲得迅速發展，成為近代水文科學體系中最富有生氣的分支學科。
現代水文學
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。
研究對象
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。
