作者：上海海事测绘中心徐汉兴

水文科学，是古老的科学，也是新兴的科学。水文科学博大精深，它涉及当代多门高端科学，用途也很广，在防灾减灾，重大水利工程等多方面，都有重要的作用。浅谈水文，是说个人对水文的认识，只是冰山一角，很肤浅。我一生学习水文，做水文工作，与水文结缘，情有独钟，寸步不离。不管风云多变幻，60多年来，从来未离开过水文一步。所以，今天我要说的心里话，有两点体会：水文的含义是什么？水文的应用又怎样？

一、水文的含义

我们每天都生活在水的世界里，有人并不知道水文是什么。我读大学的时候，很多同学不想读水文专业。他们说，有英文、法文之类，哪有什么水文呀！他们觉得专业不对，想调到河川、水港系去读。我与他们不同，却从河川系调到水文系，读了五年制陆地水文专业。因为我当时已经参加过6年治淮工作，知道一些水文数据在流域规划中的重要性，各项水利工程都要有水文数据为依据，而这些水文依据来之不易。要有许多人坚持观测，长期积累大量的水文资料，许多人从中分析研究大量工作，能得出结论性的有效数据，提供有关工程规划设计使用。由于知道水文的重要，所以我坚决要求读水文。但入学新生是不允许转系的，校方照顾我是调干生，我打报告就批准了。大学毕业以后，国家将我分配到上海航道局，一直从事潮汐水文工作。在这数十年的工作中，逐渐认识到，学校学的专业知识，尚不够用。陆地水文和海洋水文两大专业知识有相当大的区别。在工作和学习的工作中，不断加深了对水文的认识，认识到水文是一门物理学科。“水文物理”这个专业名字，现在国际上认可，在国内尚很少应用。其实，这类水文物理难题很多。回顾起来，如几年前，我国西南地区一次大面积冰凌灾害，十分严重，压倒供电线路，形成大面积停电，交通阻断，殃及名声，是由于雨雪天气遇上超低气温而引起的。这是一种与水文物理密切相关的科学难题。我国西北地区长期干旱，风沙灾难频发，是当地长期缺水所致，这是另一种不易解决的水文问题。长江年特大洪水灾害，大通水文站测得最大洪峰流量达，冲毁浦江码头。上海航道局也派人派船参加抢险，沿江两岸洪涝数月未退，居民苦不堪言。这是解放后最大的一次洪灾。沿海地区，常遭风暴潮袭击，渔业停产，冲垮提防，淹没农田，生命财产损失惨重，等等。这种防灾减灾重大问题，无一不是水文科学亟待研究的问题。水文是一门实用性很强的科学。除了要面对水灾的问题，更要研究水资源利用问题。所谓“水可载舟亦可覆舟”。水文应用在许多方面不可或缺。长江三峡水库，利用水能发电，生产无污染清洁能源，是水文科学的一种重要的应用。江河湖海水运物流，是利用水的浮力，船舶载运力大，经济又方便。其他方面，如工业与农业，生命与环境，军事与国防，等等。水文科学无论在哪一方面，都发挥着无可替代的重要作用。

水科学是一门自然科学。水从天上来，由雨水落到地上，汇成江河，流向大海。海面和陆地上水的蒸发，水又到天上，如此即完成一次水的大循环。其原动力是来自天空太阳的辐射能。人们每天看到，潮涨潮落，是与日月、星辰等天体有关，天体的周期性运动，吸引着地球上的水，跟着天体一起运动。因此说，水科学与许多科学有关，包括天文学、气象学、地质地理、数学物理，甚至有种种高端科学：流体动力学、数理统计、现代电子设备等。现在，我们之所以能够应用这些知识，服务于水文科学解决实际问题，创造人们的幸福生活，是靠前人的努力所打下的物质基础。我们这一代人，肩负着传承历史经验与科学发展的重任。为了人类明天的幸福，创造更多的物质财富，我们要更加努力，来体现人生的意义和价值。

光阴似箭，日月如梭。我年离休，至今二十多年过去了。我始终抱着“生命不息，努力不止”的信念，义无反顾，迎接挑战。时届耄耋之年，发表了多篇文章，出版了专门著作。其中，关于《长江感潮河段潮洪特性的研究》和《华东海岸风暴潮最大增水变化特性的研究》两篇文章，是关于陆地水文和海洋水文两大专业水文的边缘科学难题，长期被挂着的重要课题，前者提供了改变传统观念的依据，后者解决了长江洪水对长江口影响的大小这一实际问题；而关于年出版的潮汐专著《潮汐计算技术》一书，则依据国内及国外的英、德、法、俄、日等文献记载的历史经验资料，结合自己的实践创新成果，以60万字的篇幅及多幅珍贵插图与说明，全面阐述我对海洋潮汐的认知。这些文章和专著，是我一生学习水文，在实践中收获的部分成果的体现，需要时可以参考。水文科学的发展史无止境的，党的十八大提出了年要达到小康社会的目标，对于水文科学的发展是机遇更是挑战。这样的历史重任，就寄厚望于年轻一代身上，愿大家获得更大的成功。

二、水文的应用

水文科学涉及许多学科，其应用也是多方面的，但不外乎水灾与水利两个方面的应用。关于水灾方面的问题，前面已经讲了许多。而对于水利方面的应用，其例子也很多。例如，大家知道长江三峡水库蓄水高程为m，这个关系库容调节与装机容量的设计水位是怎样确定的？水库今年蓄水已达到m，考验了大坝发电稳定性与承载力，证明是安全的。这样储足了水能，为发电的安全性提供了保障，也为船闸通航及物流，有了安全保障。关键就在设计水位的确定上，而这个关键性数据，正是无数水文工作者努力的结果。是他们长期坚守岗位，调查观测流域水情，积累了大量的水文资料，为工程的规划设计，提供了重要的依据。我年有幸参加过长江三峡水象调查，带领三位年龄比我小十来岁的三位同班同学，一起战斗。在长江支流嘉陵江上游陕、甘、川三省交汇地区的崇山峻岭间，三个月徒步多公里，在那金秋收获季节，一路收集当地的水文、地质及植被等第一手资料。我们组胜利完成了这个艰苦的调查任务。在农业方面的应用也很重要，没有水就没有收获。年扬州农业灌区规划设计，我担任泰区一个4万余亩灌区的设计组长。只见一片荒沙地，完成了干、支、毛、斗渠灌排系统设计，利用江都大型泵站灌溉与排涝。现在那里下河地区大面积丰收，人民生活幸福。当年老师和同学们艰苦奋斗，其中有他们的一份贡献。在航运方面的水利应用，长江口航道整治这样的大工程，其规划设计同样也离不开水文资料为依据。原来航道水深7.5m可通航万吨级货轮，现在水深达12.5m可让十万吨级大型船舶进出上海港。关键也在于这个12.5m水深的确定，同样是由于许多水文工作者的忘我劳动，日夜观测水情积累水文资料，甚至高瞻远瞩的前辈们不惜提出“十年一手资料，十年分析研究”，以表示一定要把长江口航道整治好的决心，为国家经济发展创造条件。现在，经过几代人的不懈努力，他们的愿望终于实现了。这是许多水文工作者长期努力，艰苦奋斗的一项重要成果。从年到60年代初，长江口进行了多次大规模水文测验，他们在风口浪尖与风浪搏斗，日夜难眠，坚持半月或一月连续观测，边呕吐边战斗，呕心沥血，克服困难，夺取胜利。我也曾多次参加过这样难以忍受的现场测验摇绞车的苦力工作。测验后的大量资料整编工作也常由我组织完成，每个断面各条垂线逐点观测流速、泥沙资料，都要认真检查，整编成册，归档保存。根据这些资料，采用种种手段，或物理模型试验，或数学模型计算，研究分析，最后得出航道设计水深，提供规划设计使用。年上海市水利局组织《黄浦江潮分析》协作课题组，由华东水利学院（现河海大学）、交通部上海航道局、市气象局、水利部华东勘测设计院等5单位，50多位代表和成员历时数年，到年完成报告。其中，我负责分课题《长江洪水对吴淞潮位的影响》这一课题非同小可。当时有人用相关法计算，其影响达1m左右。我则第一次采用没有人用过的，明渠不稳定流数值模型法来计算，当时也不知道结果会怎样，计算复杂，工作量大，困难很多。根据大通至长江口全长km河段，所设计的25断面算出的潮位过程线，及其最高潮位沿程变化的趋势，确定出年特大洪水与年特大洪水，对吴淞口潮位的影响分别为13cm及18cm，再用调和分析方法算出的分别为17.0cm及17.5cm，两种方法的四种结果均在20cm以下。由于计算严谨，论据确凿，令人信服，因此就采用影响值为20cm作为设计依据。这样比相关法的数据减小了80cm左右，对黄浦江两岸防洪墙工程投资大为减少。目前的防洪墙顶高就是20cm加高潮位频率统计值确定的。由于长江感潮河段潮波遭遇洪水波相互作用，水流情况非常复杂的条件下算出的结果均在20cm以下，相互印证基本一致，是摒弃相关法计算结果的主要原因。而且大通洪峰流量年与年分别为和差别很大，对吴淞潮位的影响几乎没有差别，由于河床长距离调蓄作用，和江心沙以下河面很大放宽，得出对吴淞影响不大这样的结果，也是可以理解的。

水文科学的应用有悠久的历史。古埃及人早在年前，开通尼罗河与红河的运河，那是就有了潮汐观测并用作开通运河的依据。我国早在多年前，大禹治平了洪水，《禹贡》是我国最早由潮汐记载的珍贵文献之一。英国海岸到公元八世纪才有系统的潮汐观测，十三世纪初，最早试编了泰晤士河伦敦桥附近的潮汐表。我国从《山海经》到（唐）徐坚等编著的《初学论》，对潮汐的成因逐渐作出了科学的解释。上海港是我国近百年来最早有精确潮汐预报的港口之一。据《长江口与黄浦江水文报告（英文版）》记载，吴淞水位站始建于年，年设自记站，采用第一台自记式水位仪。当时利用江阴、吴淞、铜沙、绿华山潮位资料，分析23个分潮作出了精确的潮汐预报，计算是到伦敦完成的。黄埔水文测验始于年8月14日，年那个测验方案，是我国第一个完整的测验方案。采用6杯旋转式流速定点测流速的方法（欧拉法），采用浮标法测定河段平均流速（拉格朗日法），欧拉法与拉格朗日法是国际通用的两种测流方法。长江口年从江阴到河口同步水文测验是第一次最大规模的水文测验。60年代初，我也多次参加这样的大测验。我在70年代崇明施翘河地区长江河段的一次水文测验中担任技术指导，布设了13条垂线，用6点法同步连续观测2昼夜，崇明水利局、上海航道局、农业局、华东师大和海军等五个单位合作，多人参加。分析报告指出，由于涨落潮流顶冲大坝，掏空坝基，形成深达50多米的深潭，是大坝逐渐坍塌的原因。为防汛提供了依据，保住了危在旦夕的崇明电厂。测流设备的改进，资料表明，70年代国外有了直续式测流仪，按电磁原理及多普勒效应设计，目前国内也使用这样的仪器，可方便测定任意深度上的流速。水位观测仪器也大有改进，由遥测遥报水位计取代过去人工观测或电传水位计，比我60年代在岸边或海岛，日夜守候水尺观测水位先进多了。在潮汐预报方面，我在60年代初，系统整理出一套年以来的黄浦公园潮汐月度预报表。50年代海军部出版的潮汐表，载有主、副港潮汐系数和潮时差，可用差比法做长江下游一些站的预报。当时吴淞、中浚、佘山、大戢山和横沙站的预报，是按前苏联11分潮调和法“镂孔格”表格手算预报的。我在年11月提出第一个用电子计算机来预报的方法，与华东计算技术研究所合作，由电子计算机取代人工手算获得成功。随后十年，我经过不断学习与探索，从国外一些资料中得到启发，自己努力创新，相继提出19个电算方案，在同志们一起努力下，一一获得成功，终于建立了一套从分析到预报全部由数字计算机来完成的，高精度、高速度预报方法，一直使用至今。其按个分潮潮高模式的预报精度，一般为cm左右，比原来预报精度cm左右，精度提高了一倍以上，上机时间原来需要5-6小时，而且常常发生停机事故后得从头计算，而这套新方法完成同样的工作量只需要几分钟时间，缩短上机时间达98%以上，大大提高了预报的计算速度与效率。预报站从原来5个增加到20多个（现在已增加到30多个），潮汐表发行量从年册直线上升到年册，大大改善了地区航行条件。黄浦公园潮流预报用同样的方法，根据年5月年6月，0.2H（水深）处逐时正点流速资料，作出精确预报，与年施测正点流速作验证，其年均方误差仅为10.6，这样的预报精度是前所未有的。

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