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读史书有感- 《水文学史》值得一读 精选

已有 4191 次阅读 2022-1-17 11:16 |系统分类:博客资讯

                                                                          读史书有感

                                                               《水文学史》值得一读

                                             葛维亚                                 陈昌春

(长江水利委员会、武汉 430010)   (南京信息工程大学、南京 210044)

     撰写一本历史方面的书,因时空跨度大,涉及的人和事繁杂,查阅的参考资料浩如烟海,写准了,写全了,写好了绝非易事。

       好像是英国丘吉尔或是其他什么大人物说过,历史是胜利者写的,因为成王败寇,胜利的一方拥有了统治地位,自然拥有了话语权,可以组织力量按照自己的需求编写历史,反过来可以更好的维护自己的统治地位。对于在科技领域里打拼的我们来说,无法接受这一片面观点,它的荒唐在于历史不仅仅是对于争权夺力,改朝换代的追诉与评价,而是涵盖所能提及的各个方面,当然也包括水文水资源领域。

       真实,全面,公正, 客观为书写历史著作的四个基本要素,缺一不可。做到了几乎很难,可是有一些人做到了。关键在于天赋和修为。

       阅读一本佳作,实为对认知最好的补给,对心灵最大的激荡。读完了刘国纬翻译的《水文学史》就激发了我们的这种感觉。它以内容之顺畅,表述之细微,定性之深邃,定量之准确,令人震撼,令人称奇。

       水文科学就其原理和机制而言,属于理科。因为它是以数理逻辑,研究水循环、水平衡、水体运动动态规律和随机规律的科学;从实用角度观察,它又属于工科,水利工程枢纽的规划、设计、施工以及管理应用离不开它。遗憾的是,对千百年来水文科学如何从无到有,从实践到理论,从小到大,全面系统介绍这方面的著作,几乎难寻,少之又少。这次见到《水文学史》这本书,眼前一亮,如获至宝,便如饥似渴的读起来。

      由科学出版社发行的《水文学史》一书是我们在几十年读书生涯里,遇到的功能最多,开放性最大,规范化和标准化程度较高的一部历史巨著。它由纸质版和网上PDF刊印规格电子版两种,覆盖面很大。

        第一,阐述的历史长度跨越30多个世纪,收集的史料之多,令人惊奇和赞叹。

        第二,内容丰富,详实,涉及到治水,筑坝,气象,泉水,海水,水文循环,水量平衡、推理公式,洪水研究,流量计算,明渠流,观测仪器,地下水等诸多项目的水文机理,以及水文发展和实际应用。对于18世纪水文学以及19世纪水文学等作了全面系统介绍。

        第三,书中每一章末尾列出了小结与参考文献,又在全书最后登出了人名译名与地名译名对照表,有利于读者抓住重点,掌握要害,融会贯通。也便于读者更加详细的了解问题的来龙去脉和有关人物与地域的确切姓名,为读者后续的研究探讨,撰写书评或有关专著提供了丰富的参考资料。

        第四,从《水文学史》每章列出的参考文献数量来看,相当于其他著作一本书的容量,从质量方面来看均为古代珍品。作者从如此大量繁杂的资料中,加以整理,筛选和和提炼,单刀直入,手笔简洁,脉络清晰,花费不少时间与精力,史海淘金,顺理成章,才使用该书成为跨世纪不可多得的巨著。

        第五,《水文学史》采用的网上PDF刊印规格,跳出了不能对该书修改、复制、删除等常规,除了不能编辑修改书中内容外,具备了复制、搜索、定义、突出显示、添加注解、打印等功能,给读者提供更多的便利。

      仰观过往,俯察历史发展的轨迹 ,纵观《水文学史》一书,可见作者博览群书,见微知著,厚积薄发,为水文学的发展作了详尽的阐述,又特意增加许多功能,便于读者阅读。

       一本英文名著,能把它用汉语文字准确原样的翻译过来,目录编排层次分明,标题精炼醒目,段落如此清晰,用词如此得当,连接如此自然,语义如行云流水,通畅活络,图文并茂,言简意明,通俗易懂,喜闻乐见,让更多的读者受益,实在难得。翻译者一定是语言、文字的能手,外文编译的老手。如果翻译者不具备一定的文学修养,比较熟练的刀笔功夫,雅思6.5以上英语基础,多年经验获得的编译技艺,就无法使翻译出的著作达到高于“四星级” 的水平。这一切刘国纬先生做到了,天赋和勤奋所致,令人敬佩,令人折服。

       编译工作重大难点之一,就是词句语法和语意的变换。一个句子通常由主语、谓语、宾语、表语、定语、状语组成。相对中文而言,英语多为“倒装句”,而且多种含义的单词很多,必然存在把某些直译变为更加自然的意译问题,这就要求编译过程中必须进行修改与润色,刘国纬先生编译后,中文译本基本符合汉语书写规则,语意顺畅,读起来朗朗顺口,理解起来更加容易。我们认为,刘国纬先生翻译的准确度很高,编译成果应该肯定。

       工欲善其事必先利其器。《水文学史》也可以看成为特殊的“工具书“,它为我们真正打开了研究水文的新思路,让我认识到选择水文研究课题不仅仅为测(测验)、报(预报)、整(整编)、算(计算 ),还有更多的研究课题,这些课题完全可以从《水文学史》中去寻找,去发现,去命题。选择正确的研究课题,必须了解它的由来,发展与现状,了解它目前已达到的广度、深度和力度,以及长期历史探究中存在的问题。以史为鉴,不仅仅可以在政治上治国兴邦,还可以在经济上国富民强,在文化上百花齐放,在科技上推陈出新。可见,《水文学史》在推动水文水资源发展中,对研究课题的确立是多么的重要。

      由于该书原著作者存在历史、资料以及认识等方面的局限性,从史书的角度来看,原著存在一些尚待磋商的问题。

       首先《水文学史》在各章的标题方面,基本上是依时间顺序来命名的,但在文字表述上,有的以“国家”命名,有的以“人名”、“河名”、“世纪”命名,还有的以数字和“英文缩写”命名,例如“第一章 600 B c 前的水文学”、“第七章 从 200 A D 到 1500 A D”等等,五花八门,缺乏一致性,很不标准。

       其次,全书表现在时空涵盖面的长度和广度方面不够。在长度(历时)方面只写到19世纪,在广度(地区分布)方面,空缺也很多,主要写了欧美地区,亚非地区几乎“真空“,《水文学史》记载的我国古代水文成就也只有大禹治水与雨量观测器两项。

       第三,《水文学史》在阐述水文活动和实践方面,以及在发明和理论探讨与贡献方面     虽然提供了极为丰富的史料,但仍遗漏了部分重要内容,其中有:

1,在水位观测方面,古埃及在公元前3500至3000年,开始灌溉引水,并观测尼罗河水位,至今还保存有公元前2200年时所刻水尺的崖壁。

2,在雨量观测方面,印度在公元前 4世纪开始观测雨量,按雨量多少征收农业税。

3  14世纪到17世纪的欧洲文艺复兴和18-19世纪产业革命,给自然科学包括水文水资源科学的发展以很大影响。这一时期,一系列观测仪器的发明,为水文现象的实地观测、定量研究和科学实验提供了必要条件。水文循环和水平衡学说在观测和实验基础上得到验证,水文现象的研究由概念性描述深入到定量表达这一飞跃,为水文水资源科学的建立奠定了基础。水文水资源科学体系逐渐形成。这一时期,普通水文学首先在西欧发展,后期在北美兴起,并普遍应用于实际。

4  1762年,意大利的P.弗里西发表了《河流水文测验方法》一书,总结了水文测验的发展。1790年,德国人R.沃尔特曼发明转子式流速仪,其后1870年,美国的T.G.埃利斯发明了旋桨式流速仪。1885年,美国的W.G.普赖斯发明了旋杯式流速仪。1886年,美国的C.赫歇耳根据G.B.汾丘里的水流脉动理论,研制成新的流速仪──汾丘里测流仪 (venturimeter) 。这一系列仪器的发明和使用,为水文定量观测和水文科学实验提供了有力的工具。

5  18-19世纪,西欧的产业革命促进了城市交通和工农业发展,促进了大量的水利工程建设,迫切要求解决各种设计中的许多水力学计算问题,使水力学理论得到较大进步,而水力学的发展,又为一些水文规律的理论研究和解释提供了有力工具。水文基本理论和具体方法的逐步完善,使水文计算和水文预报的技术方法得到提高,在工程建设和防洪中它们的效果日益显著,从而逐渐形成以水文计算和水文预报为主要内容的新的分支学科──应用水文学。

6  1738年,瑞士的伯努利父子各自用不同数学方法论证了这一公式,称为伯努利水流能量方程,成为水力学的主要计算公式。法国的A.de谢才研究了明渠流速与水面比降的关系,于1775年发表了著名的谢才公式。其后不少人继续作了许多研究,提出了各种公式,其中最著名的有:1865年法国的巴赞公式;1869年瑞士的冈吉耶-库特尔公式和 1889年爱尔兰的曼宁公式等。它们都为谢才公式的实际应用提供了方便。《水文学史》虽已谈到伯努利水流能量方程,但很少谈到它的发展和应用。

7  1871年,法国的A.J.C.B.de圣维南提出描述水道和其他具有自由表面的浅水体中渐变不恒定水流运动规律的偏微分方程组,即圣维南方程组,成为最权威,最得力,最持久的河道水流演进计算的基本公式。

       第四,《水文学史》的各章标题,基本上按时序确定。但叙述的水文发明实践有些拖后写入下一章里,例如意大利科学家贝内代托·卡斯特利,他在16世纪约 1639 年进行了一些孤立的,而且没有雨量记录装置的实验一事,写进了“第十一章 17 和18 世纪雨的测”中;提出波 勒尼公式的意大利人马奎斯·格罗瓦尼·波 勒尼 未16-17世纪生人,“十二章 18世纪的水文学“里出现;18世纪提出的谢才公式,在“第三章 19 世纪的水文学”里出现。

       第五,《水文学史》在标题、内容等编排上,略存欠缺,甚至缺乏严格的一致性。

       把亚里士多德排除在“希腊文明”标题之外,缺乏依据;译本目录第V页,将诸多历史人物的成就仅放在第六章“尼罗河”名下,嫌得有点狭窄;“75 英国对水文学的贡献”也与其他小标题不一致。

       第六,《水文学史》译著第 259 页里提到,“许多福希哈默尔的著作被查尔斯·苏姆纳尔·斯利克特(Charles Sumner Slichter, 1864~1946) 在英国再版”。译著此处在理解上有误,误将Slichter当成英国人,导致此处及以下的理解与翻译都有连带错误。此句的正确理解应是“福希哈默尔的许多工作被斯利克特独立地进行了相同的研究”(原著的内容是:“Much of Forehheimer'work was duplicated in the United States by Charles Sumner Slichter.”)。斯利克特只是在美国重复了(duplicate)福希哈默尔的研究,而不是“出版了福希哈默尔的著作”。

       《水文学史》基本上只介绍了欧美地区的水文实践与发展,其实中国历史成就也不能小视。据史料记载,我国古代从大禹时起,就开始重视对水文情势的观测和分析。而随着社会的发展,历代各朝更是注重在各河流险要处建站监测水文。我国有着世界第一的古代水文站“白鹤梁”,它是我国古代一处珍贵的罕世遗迹。白鹤梁石鱼题刻保存最好,价值也很高。它记下了自公元764年后断续72个年份的枯水记录,共镌刻163则古代石刻题记。此外,我国长江、黄河等七大水系,历代都很重视防汛抗洪和汛情通报工作。

       我国都江堰位于成都平原西部的眠江上。这是秦昭襄王五十一年(公元前256年)李冰任蜀郡守后,带领群众修筑的水利工程。都江堰由“鱼嘴”、“飞沙堰”和“宝瓶口”三项主要工程组成。 “鱼嘴” 分水,中流作堰,把岷扛一分为二:东边是内江;西边是外江(眠江正流)。“宝瓶口”是劈开玉垒山建成的渠首工程。“飞沙堰”是调节人渠水量的溢洪道,溢洪、饮水、排沙中,体现了成熟的水文技术。都江堰引水进入成都平原,通过密布的农田灌渠,灌溉了成都平原的156万余亩农田,使成都平原成为“旱涝保收”的大粮仓。

        我国郑国渠是秦始皇元年(公元前246年)由一个名叫郑国的人设计和修筑的。郑国渠从现今陕西泾阳境里起,引泾水向冻注入洛水,全长三百多里,灌溉关中平原。

       我国京杭大运河始建于春秋时期,是世界上里程最长、工程最大的古代运河,全长约1797公里。途经浙江、江苏、山东、河北四省及天津、北京两市,贯通海河、黄河、淮河、长江、钱塘江五大水系,主要水源为微山湖,运河对中国南北地区之间的经济、文化发展与交流,特别是对沿线地区工农业经济的发展起到了巨大作用。

        这些著名的水利工程,蕴含着“深淘滩,低作堰”,“因势利导”,“疏通导流”,“低灌水,高放水的闸控”等水文机理,起到了顺势而为的作用,一直处于一种合适、合理的动态平衡之中。

       在近代水利史中,我国著名水利专家李仪祉于1934年首次提出黄河流域布设水文站网的规划,并提出了至今仍有重要参考价值的布设水文站网的指导思想。1933年,中国的须恺利用淮河蚌埠等站的实测洪水资料进行了频率计算,这是中国对国内河流作洪水频率分析的开始。此后,李仪祉、张含英、唐季友、张书农、谢家泽、陈椿庭等都利用中国实测资料进行过各种水文计算。期间程学敏提出了洪水演算新的方法,受到国内外的好评。这些研究为认识中国河流的水文规律,特别是中国河流洪水的特点作出了贡献。上世纪七十年代中期,长江委水文局在我国第一代电子计算机DJS-6(电子管计算机)上,使用ALGOL60语言编写整编水文资料程序,对历年水文资料进行整编和刊印,并在全国水文系统推广,成为全国水文资料电算整编的开拓者。1976年在汇流研究工作中,长江委通过数学解析证明,当时的一些汇流方法, 包括在我国使用的谢尔曼单位线、纳希瞬时单位线、马斯京根洪流演进、长办汇流曲线、华水汇流曲线以及水文计算中频率计算的皮尔逊3型曲线,在数学上均属于不完全伽玛函数, 即属于同一类数学模型, 相容相包。另外,为了精简水文测验的次数,改变测流传统模式,同时使资料整编自动化,1979年长江委提出了单值化技术方法取得成功,由此在水文测验方面,可以把每年测流次数从200次减少到30次,并且可以扩展巡测的覆盖率,大大节省了测流的人力、物力和经费。这一技术曾经向来华的美国水文代表团、俄国水文代表团、朝鲜水利水代表团以及美国水文、水力学权威,华裔科学家周文德等进行交流,受到欢迎,美国水文代表团表示,将在美国介绍推广。1982年在英国召开的第一次国际水文科学大会上,我国代表团宣读了水文单值化论文,反应强烈,其论文刊登在国际水文科学协会IAHS权威刊物上,其后不少国家水文团体邀请水文单值化研制者前去交流。1980年我国开始探索水资源调查、评价等有关技术,并在全国展开水资源调查、计算与评价工作,取得重要成果。1986年长江水利委员会提出了滞后汇流模型的概念及其计算方法,提高了汇流计算精度。2019年武汉大学与中国科学院揭示了径流形成与转化的水文非线性机理,在解决变化环境下径流模拟与调控的非线性,在时空变异与不确定性研究方面,取得了重要突破,提出了水文非线性系统识别的理论与方法,推动了水文科学的基础研究,又在2004年提出了《时变增益水文模型与水系统》,其中的《流域径流形成与转化的非线性机理》获得了国家自然科学奖,以及由国际水文科学协会(IAHS)、联合国教科文组织(UNESCO)和世界气象组织(WMO)联合颁发的“2014年国际水文科学奖。     

       时至今日,我国在系统水文、随机水文、模糊水文、模型水文、模拟水文、实验水文以及水文单值化、流域产流汇流、大型数据库逻辑结构、物理结构、表结构的研制及数据库海量数据装载、应用程序设计、站点联网等取得的众多辉煌成果,达到了国际先进水平,其中有一些成果世界领先。而且在水文大数据综合库及大数据平台建设、流域非线性水文模型研究、人类活动对水循环的影响的研究、治涝区划及治涝水文技术研究等方面也取得了飞速发展。

       在《水文学史》没有记载的20世纪和21世纪水文学成就,其发展更为迅猛,电脑、芯片、智能手机和互联网的数字时代,早已在更新换代中,标新立异,宏图大展。计算机网络不仅提供了丰富的信息资源,也使人类交流的空间缩短,沟通速度加快,为人们及时有效掌握信息提供了便捷的条件。

       进入20世纪,世界在流域产流、汇流计算方面,美国的R.E.霍顿于1917年推导出计算逐次暴雨径流的经验公式,1919年得出估算植物截留量的经验公式,1933年提出下渗曲线的经验公式即霍顿下渗公式。这一公式至今仍有理论和实用意义。

       1931年 苏联的М.А.韦利卡诺夫提出的等流时线概念。1932年,美国的L.R.K.谢尔曼提出的单位过程线法,被认为是流域汇流计算的一大突破。在这段时间,直到上世纪60年代,汇流领域分别提出了马斯京根法汇流计算、加里宁汇流曲线、长办汇流曲线、华水汇流曲线、长江委流域分区汇流曲线。

       1949年,美国的 D.姜斯敦和 W.P.克乐斯合著出版《应用水文学原理》,美国土木工程师学会编著了《水文学手册》,系统地阐述了应用水文学的理论和方法,标志着应用水文学进入了成熟阶段。美国自上世纪50年代开始研究水文资料整编自动化,建立了全国集中式水文资料贮存、检索系统(WATSTORE)即水文资料库,通过电子计算机网络控制,在各州的终端机上可获得全美任一地点的资料。1972年,美国开始利用卫星传送水文资料。1957-1960年期间,爱尔兰水文学者纳什发表了《瞬时单位线方法》。纳什瞬时单位线通过拉普拉斯卷积变换,利用物理学矩法算出净雨过程、表流过程和瞬时单位线的一阶原点矩,二阶中心矩,继而计算出纳什瞬时单位线的参数n、k ,再由n、k获得的S曲线,最后依此推求时段单位线。这一方法获得全世界的欢迎和广泛应用。该方法采用了n级串联水库,以及脉冲响应函数、矩法计算参数等作为数学物理模型,明显提高了河流汇流计算的水平。最近在国际水文方面,无资料流域水文预测,水文变化的不确定性,水文非线性和尺度问题,生态水文学,非线性水文模型、水文参数的获取与识别,气候变化的水文响应,水资源可持续利用,城市水文水资源、同位素技术和遥感技术在水文中应用,无资料流域水文预测等研究方面取得了重大的进展。  

       纵观《水文学史》一书的诸多方面,以及对未来水文科学的影响,它确实是一部不可多得的经典杰作。它必将推动水文科学的发展。 

              

                《水文学史》读后                   

机理寻求出异章,湖河探索各方香。

水文变换知多少,史记事成时序长。 

放眼佳作终得手,悬梁夜读在偏堂。 

胸中一见广如海,书市难逢求购忙。

参考文献

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2姚汉源、中国水利发展史、上海人民出版社, 2005年

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4郭涛、中国古代水利科学技术史、中国建筑工业出版社,  2013年

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6张思聪、水文科学发展简史、工程科技,2020

7边金鸾、水文学发展回顾及展望、《武汉大学》,2004年

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9芮孝芳、工程水文学在中国发展、水利学报,  2019

10  From Unit Hydrograph to Instantaneous Unit Hydrograph: W.-L. Huang’s Contribution to Watershed Hydrology   Proceedings of 2013 IAHR Congress © 2013 Tsinghua University Press, Beijing

11History of hydrology  TABOR COLLEGE LIBRARY Hillsboro, Kansas 67063 NORTH-HOLLAND PUBLISHING COMPANY AMSTERDAM - LONDON 'Z x ilL Lf     TABOR COLLEGE LIBRARY Hillsboro, Kansas 67063 NORTH-HOLLAND PUBLISHING COMPANY AMSTERDAM - LONDON 'Z x ilL Lf

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12 檀成龙 张晓良 张学文 陈昌春 周忠浩 尤明庆 宁利中 史晓雷 黄河宁 吴融广 孙颉 杜占池

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