水文科学的历史悠久，中国、埃及等文明古国都可以追溯到数千年以前。水文科学的发展，经历了一个由萌芽到成熟，由定性到定量，由经验到理论的历史发展过程。水文科学发展的历史时期大体可划分成：以原始观测和定性描述为主要特征的萌芽时期、以定量观测和初步理性认识为主要特征的奠基时期、以广泛应用和迅速发展为主要特征的近代时期和以新技术的引入和开展水资源研究为主要特征的现代时期等4个时期。

人类在争取生存和改善生活的实践中，逐渐认识到水的重要性，开始观察和探索自然界水的运动规律，以便采取兴利避害的措施，达到治水和用水的目的。由于生产方式和科学水平所限，这一时期生活和生产促进了原始的水文观测，人们考察河流、湖泊和地下水等各种水体的水文现象，积累了早期的水文知识并应用于生活和生产的实际，取得了一些重要成果。中国古代的水利建设在世界上具有重要特色和贡献，促进了中国水文科学的发展。

古埃及在公元前3500～前3000年为灌溉引水开始观测尼罗河水位，至今还保存有公元前2200年时所刻水尺的崖壁。古希腊时期有许多人开始讨论水文循环问题。色诺芬尼^[注]（前560～前478）认为海洋蒸发产生了风和云，降雨产生了河流。阿那克西曼德则描述过蒸发的原因和过程，从而揭示了水循环的一个主要环节。对于一年一度的尼罗河泛滥，阿那克萨哥拉^[注]认为是河源地区冰山雪岭消融的结果，这是最早的合理解释。柏拉图（前428～前348）和亚里士多德（前384～前322）虽有一些不正确的观念，但都承认降雨的产流作用。达·芬奇在笔记中同时记录了两种截然相反的观点。由此可见，15世纪以前的水循环理论一直模糊不清。蒸发方面最早的实验记录，是药学之父——希波克拉底写下的。他在实验中发现“蒸发过程中有一部分水消耗掉了”。亚里士多德在《气象学》一书中已正式将雨、露、雹、雪统称为“降水”，并分析了降水的力学原因。大约公元前1000年，西亚就存在坎儿井。1000多年以前，伊朗人G.A.卡拉季著有地下水专著《潜水的开发》。他在牛顿以前就用重力理论解释水流现象，并指出地下水有3种生成方式，其中一种即雨水下渗。该书还对坎儿井施工做了仔细研究。古埃及的水位计，实质是用于测洪峰。约在公元前1050年，北非出现“水量计”，似只测体积，与流量有所差别。流量这一概念，自古就被认为是等于过水断面，至少是认为只取决于过水断面大小这唯一的因素。罗马时期，海洛认为流量同时取决于流速和断面两项因素。此后，S.J.弗龙蒂努斯^[注]（公元35～104）也对传统流量概念产生了怀疑，并从流速、水头、边界阻力、摩阻损失等方面做了些浅显的叙述。

这一时期中国水文科学也有发展：①开始了原始的水文观测。公元前2300年中国开始观测河水涨落，此后，秦代李冰设都江堰的“石人”，隋代设石刻“水则”，宋代设“水则碑”等，表明水位观测不断进步。在秦代（前841～前206）已开始有测报雨量的制度，到了公元1247年，已有较科学的雨量筒和雨深计算方法，并开始用“竹器验雪”计算平地降雪深度。5世纪，中国开始用“流浮竹”测量河道流速。古代关于流量的测算始自北宋。元丰元年（1078）已有记载用水流断面计量的过水量，并考虑到了流速的不同。元代以过水断面一方尺为一徼来计算水程（相当于流量）。清康熙年间，陈溃提出以每单位时间过水若干立方丈为过水量单位。康熙皇帝提出过闸水量的计算应“先量闸口阔狭，计一秒所流几何”，已与现代流量概念相同。乾隆年间，何梦瑶提出用木轮测水面流速的方法。②水旱规律的探索。战国治水名家白圭（前375～前290）预测农业收成随水旱12年为一个变化周期。③朴素的水循环思想。成书于公元前239年的《吕氏春秋·圜道》中写道：“云气西行云云然，冬夏不辍。水泉东流，日夜不休。上不竭，下不满，小为大，重为轻，圜道也。”“海水上升为云，西行；陆水东流入海”。书中提出了朴素的水文循环思想。后汉末高诱（150～220）注《吕氏春秋》更明确指出“云下降为雨。”他还在《淮南子》注中申明水循环的规律“地表水—云—雨—地表水”“地下水—泉—地表水—云—雨—地表水—地下水”两个小循环。④河道水流。古代单独入海的河称渎，《管子·度地》称为经水，又称从大河分出入另一河或海的河流为枝水，时有时无的山溪称谷水，汇入大河或海的较小河流称川水，出地不流的称渊水。在《尔雅》一书中，各级河流按所在地形、水源、水流情况各有专名。还描述了黄河为“百里一小曲，千里一曲一直”。《管子·度地》在分析水流现象时提出与坡度、冲淤、水跃、环流等相应的现象。《宋史·河渠志》详细描述一年中各季节的洪枯及一些水流动态。《河防通议》记述了18种河流波浪状况。明清河工文献中也有许多关于水势的描述。成书于6世纪初的《水经注》中，论述了当时中国版图内1252条河流的概况，是水文地理考察的先驱。⑤水质和泥沙。《管子·水地》提出了水质和人类生活的关系。《淮南子·地形训》提出中国主要河流水质适宜灌溉的农作物。古代北方多泥沙河流都利用泥沙淤灌。西汉张戎提出对黄河挟沙量的认识，“号为一石水而六斗泥”。《宋史·河渠志》把黄河各季节泥沙淤积分为4类。《河防通议》又把黄河泥沙分为7种土、5种色和7种沙，共19种。明代刘天和治理黄河，采用“手制乘沙采样等器”测定河水中泥沙的数量。明代潘季驯等已认识到河床断面与流速及挟沙能力的关系，提出“束水攻沙”的治黄战略。⑥地下水和泉。先秦时，人们已认识到地下有伏流，如认为黄河自昆仑山伏流至今河源，济水多次隐、现等。《尔雅》等书将泉水按出流形式分为七八种。《管子·地员》记载了各类土壤、各种地形的地下水埋深情况，并以“施”（七尺）为计算单位。明末，徐光启引进西方水法，提出探测泉脉的4种简易办法及饮用泉水水质与土质的关系。清乾隆皇帝曾用称量法测定了各地名泉泉水的比重（相对密度）。汉武帝时开龙首渠，凿隧道通水，施工时开多道竖井进行，由此发明了井渠。新疆等地历史悠久、数量众多的坎儿井，结构上与井渠类同，可以把地下水引至很远的地方。

14～16世纪欧洲的文艺复兴和18～19世纪产业革命给自然科学包括水文科学的发展带来很大影响。这一时期，雨量器、蒸发器和流速仪等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；水文循环学说在观测和实验基础上得到的验证，水文现象的研究由概念性描述深入到定量表达这一飞跃，为水文科学的建立奠定了基础。水文科学体系逐渐形成。这一时期，水文学首先在西欧发展，后期在北美兴起，并比较普遍应用于实际。但这一时期中国水文科学的进展比较缓慢。

中国于1424年、朝鲜于1442年开始全国统一制作和使用标准的测雨器。1610年，意大利的圣托里奥^[注]发明铰接叶片式的第一架流速仪。1628年，意大利的B.卡斯泰利^[注]提出测量河渠流量的方法，并于1639年创制了欧洲第一个雨量筒。1663年C.雷恩^[注]和R.胡克创制了翻斗式自记雨量计，1687年E.哈雷创制测量水面蒸发量的蒸发器。随之，各种水文站开始出现。法国H.皮托^[注]于1732年发明了皮托管测速仪，可测定不同深度的水流速度，使人们对河流断面上的流速分布有了新的认识。1762年，意大利的P.弗里西^[注]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，美国人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。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。

中国在18世纪以前的雨量观测均未留下实测资料。18世纪后，全国各州县测量降雨、降雪过程的起讫时间、降雨深度和雨水入土深度，称为“雨雪分寸”。清代北京观象台有逐日按时辰记录降水的制度，现存有自清雍正二年（1724）至光绪二十九年（1903）共180年的观测记录晴雨录。清道光二十一年（1841），北京已有雨量的定量观测。清同治七年（1868），长江在汉口设水位站。中国在1736年绘制了降水量等值线图，法国在1778年、日本在1783年也绘制了降水量等值线图。1841年，中国开始用现代雨量器观测和记录降水量。

直到16世纪，法国人B.帕里西和J.贝森才分别以严谨正确的方式证明了水流的最终来源只能是海水或大气中的水汽。此后的2个世纪中，约翰雷和J.克劳德等人对水循环理论又做过重要补充。16世纪，达·芬奇在水力模型试验基础上，对流量计算也有正确表述，并对质量连续原理、明渠流速分布和加速运动的有限性等问题有了深刻认识。1628年，罗马数学家B.卡斯泰利出版了一本流量计算的书，将新公式公之于世，使更精确的径流计算成为可能。1674年P.佩罗对塞纳河径流量估算及降雨量、径流量的对比分析，提出水量平衡概念，后来发展成水文科学最基本的原理之一。1738年D.伯努利发表水流-能量方程。1775年A.de 谢才发表明渠均匀流公式。1802年J.道尔顿建立计算水面蒸发的道尔顿公式。1827年，英国的W.史密斯把地质学知识引入地下水的研究，并提出拦蓄承压水水量的建议。法国的J.J.裘布依最早把数学方法引入地下水动力学，于1863年提出水井的平衡水力学方程式。1851年T.J.摩尔凡尼提出汇流和汇流系数概念，并提出计算最大流量的著名推理公式。1856年H.-P.-G.达西发表了描述均匀介质中地下水运动的达西定律。1879年，法国的P.迪布瓦提出河流泥沙推移质运动的拖曳力理论，成为河流泥沙运动研究的基础。随之，水文学专门著作开始出现，为水文学作为一门近代科学奠定了基础。明代徐霞客经过28年的野外实际考察，在考察所得成果《徐霞客游记》中，第一次正确指出金沙江为长江上源。他关于广西、云南、贵州、四川石灰岩地区的岩溶地貌和水文地理方面的记述，早于国外同类著作近300年，具有较高的科学价值。他还对岩溶地貌、流水作用以及气候等方面进行了一些规律性探讨，冲破了旧的地理传统，开辟了探索自然的新方向，在中国水文地理学的发展中占有突出的地位。

18～19世纪，西欧因产业革命促进的城市、交通和工农业发展，大量的水利工程建设等，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展，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。

1644年，意大利的E.托里拆利首先发现了射流定理，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。1779年，P.L.迪比亚推导出了复杂的堰流公式。其后不少人继续做了许多研究，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。19世纪初，人们在莱茵河、台伯河、加龙河、易北河、奥得河等地用实测或推算等综合方法建立流量资料系列，长的达107年，最短的也有13年。德国人H.伯格豪斯是最早整理分析这些资料的学者之一。在1850年、1862年相继出版的《水力学用表》及其修订本《水力学手册》中，包罗了当时世界各地使用的水文数据，作者还就水力比降与流速、降雨与流量及降雨与水源补给等关系做了探讨。爱尔兰人T.J.莫万尼于1851年提出的推理公式，用于计算小流域洪水和城市的排水流量。他认为最大流量的产生是降水和流域特性的组合结果。他最早提出汇流时间的概念，认为汇流时间与流域大小、地面情况和流域坡度等因素有关。莫万尼对径流形成的认识，为流域汇流理论和方法奠定了基础。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，成为河道水流演进计算的基本公式。为简化和改进这一方程组，许多学者做了很多研究，1877年法国的克莱茨提出的以瞬态法求解圣维南方程组就是一例。1850年，法国的M.F.E.贝尔格朗用相应水位法作出了洪水预报，是世界水文预报的先声。

进入20世纪，大量兴起的防洪、灌溉、水力发电、交通工程和农业、林业、城市建设向水文学提出越来越多的新课题，解决这些课题的方法由经验的、零碎的逐渐理论化和系统化，促进水文科学迅速发展。这一时期，水文站网扩大，实测水文资料积累丰富，为分析研究水文规律提供了前所未有的条件，在应用水文学方面取得了许多新的进展。美国在这一时期取得的成果较多，处于领先地位。中国在停滞了数世纪之后，开始从西方引进一些新的水文科学技术，从事本国江河流域水文规律的探索，取得了成果。

1900年，美国的J.A.塞登用密西西比河的实测水文资料研究了洪水波运动中的波速方程，提出了著名的塞登定律，为天然河道洪水演进计算提供了理论根据。1911年，荷兰气候学家A.H.泰森提出用多边形求算面平均雨量，称泰森多边形法，得到广泛应用。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年导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。1914～1924年，A.黑曾、H.A.福斯特等人把概率论、数理统计理论和方法系统地引入水文学。1932～1938年L.R.K.谢尔曼、霍顿、G.T.麦卡锡、F.F.斯奈德以及随后的C.O.克拉克、R.K.Jr 林斯雷等人在单位线、河道洪水演进、多个水文变量联合分析和径流调节计算等方面取得了开拓性进展。1935年，美国的麦卡锡提出的马斯京根法简化了河道洪水演进计算方法。1926年，美国的I.S.鲍恩阐明了对流热量损失与蒸发热量损失之间的关系（称为鲍恩比率），导出了由能量平衡推求水面蒸发量的计算公式。1948年英国的H.L.彭曼用联解空气动力学方程和能量平衡方程，导出了推求水面蒸发的彭曼公式。由于他们的工作，使蒸发研究成为水文气象学的重要组成部分。中国的顾世楫于1931年提出“水面蒸发量之测验法”，倡导统一使用直径为80厘米、高为40厘米带套盆的蒸发器，测得的结果接近于大水体的实际蒸发值。

1925年中国的徐世大最早为永定河治理做了水文泥沙计算。此后朱延平对黄河含泥量、张含英对黄河流域的土壤及其冲积、方宗岱对流沙淤积、许宝农和沈晋对黄河含沙量的分布和变化、张瑞瑾对黄河泥沙冲积量及三门峡水库冲淤过程等的研究，都对中国各河流的泥沙运动规律的认识作出了贡献。中国李仪祉于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思想。20世纪30年代，中国的水文站网得到发展，整理和刊布了中国早期的水文和雨量资料。中国最早的《水文测验规范》是由顾世楫于1928～1929年主持制定，他还发表了许多有关水文测验和水文资料整理方法等文章，对推动中国的水文测验作出了贡献。

在此期间，水文站在世界范围内发展成国家规模的水文站网。这些成就为应用水文学的兴起在资料条件、理论基础和方法论等方面奠定了基础，并率先形成了它最重要的分支学科——工程水文学。接着，应用水文学其他分支学科，如农业水文学、森林水文学、城市水文学等也相继兴起。1949年，美国的林斯雷、科勒和L.L.H.保罗赫斯合著的《应用水文学》，D.姜斯敦和W.P.克罗斯合著的《应用水文学原理》，美国土木工程师学会编著的《水文学手册》等应用水文学专著问世，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。

由于一些新技术，特别是计算机技术的应用，使水文信息（实时资料）的获取、传递和处理大为迅速、简便，节省了大量人力和时间；由于工农业和城市建设的大规模发展需要，应用水文学和其他分支学科发展迅速；由于生产和生活用水量不断增长，环境污染日趋严重，出现了世界性的水资源紧张局面，迫使水文科学特别侧重于水资源的研究。水文科学进入了一个崭新的现代化的发展时期。中国在吸取国际先进经验的基础上，开拓了适合中国国情的水文科学发展的道路，也取得了显著的成效。

美国自20世纪50年代开始研究水文资料整编自动化，至1971年建立全国集中式水文资料贮存、检索系统(WATSTORE)即水文资料库。80年代前期，美国资源部门先后发射了4颗陆地卫星，结合航空遥感，收集了大量卫星图片。英国、加拿大、日本、苏联、比利时和意大利等国也都建立了水文资料库和流域或地区性的水文自动测报和联机网络系统，也都相继采用卫星技术研究水文问题。1958年，美国H.W.海泽等人开始研究用雷达观测降雨量。这些新技术的应用，推进了水文、水资源的研究。1972年，美国开始利用卫星传送水文资料。80年代初，美国、英国和挪威等国采用了改制的测深仪，可直接剖析河床底层、绘制断面图、完成彩色图像显示。把这种技术与雷达定位和动船测速相结合，可以大为提高大江大河洪水特别是高速洪水的测流精度和缩短测流时间。

这一时期，中国境内的水文站网发展迅速。1949年中国基本水文站148处，截至2015年底，全国共有各类水文测站99575处，已建成布局比较合理、项目比较齐全的水文站网，可以基本掌握全国各主要河流的水文情势。同时，编制和完善了《水文测验规范》，统一了全国水文测验技术标准。20世纪50年代，已全部整编刊印完成1949年以前积存的历年实测资料；从1950年起每年刊印水文年鉴，到1984年止已刊印2100册，共约12亿组数据。1976年，中国开始用电子计算机整编水文资料。70年代中期起，相继制成了同位素测沙仪、放射性同位素示踪法测流仪和超声波测流仪等，于1978年开始研制水文自动测报系统，并已实际应用和推广。自70年代末至80年代初，在黄河、长江等流域和地区开始应用卫星图片和遥感技术研究水文、水资源问题。

20世纪50年代，随着电子计算技术的发展，出现了许多水文数学模型，为水文科学的进一步发展开创了新途径。

1951年，美国的M.A.柯勒和R.K.林斯雷根据非线性多元回归的图解分析法原理，提出暴雨径流多变数合轴相关图，后来称为API模型，在水文预报方面得到广泛运用。1957年，爱尔兰的J.E.纳什提出瞬时单位线，苏联的G.P.加里宁提出时段单位线；1956年，日本的菅原正巳提出的水箱（TANK）模型；1958年，美国提出了SSARR模型；1966年，美国的林斯雷和N.H.克劳福德提出斯坦福第4号流域模型，美籍华人周文德于60～70年代发展的实验室流域水文模型。一系列的水文随机模型、水资源系统模型等，都不同程度地推动了水文预报发展。中国的水文预报自50年代初开始，进展很快。1955年，由华士乾编写的《洪水预报方法》一书，总结了长江、淮河特大洪水实际预报中的经验，吸收了国际上多种方法，系统地用中国的实际资料做了大量的分析应用算例，提出了具有中国特色的一整套洪水预报方法，推动了中国的洪水预报工作，并在实际防汛中起到了重要作用。赵人俊等人于60年代至70年代，提出了蓄满产流模型和适合于中国湿润地区应用的流域水文模型——新安江模型。50年代末，叶永毅提出了适合中国具体情况的、用实测和调查的洪水资料相结合的计算设计洪水的方法。林平一较早提出了小汇水面积暴雨径流的计算方法。水利水电科学研究院在全国有关单位协作下，于1963年编制出版了中国第一部《中国水文图集》。70年代以来，中国还相继编绘出版了《全国可能最大降水量等值线图》《中国短历时暴雨参数图集》和《暴雨时面深关系》等，为推动中国的暴雨洪水研究和计算作出了贡献。

1950年，美国的H.A.爱因斯坦提出了从含沙量分布求悬移质输沙率的公式，他还根据统计法则建立了推移质输沙率公式。20世纪50年代苏联的B.H.贡恰罗夫等人提出了以流速为主要参变数的推移质输沙率公式。中国的张瑞瑾于50～60年代提出泥沙沉速、起动公式和推移质输沙率、含沙量垂线分布、水流挟沙力公式，论述了蜿蜒型河段演变规律。沙玉清于60年代提出了泥沙扬动和扬动流速的概念。钱宁于1958年提出泥沙沉降速度公式，60年代提出了冲积河流的河型分类及稳定性、游荡性河流演变特性等方面的新见解，并提出河道综合性游荡指标。70～80年代，钱宁等提出中性悬浮质、层移质等泥沙运动的新概念，在高含沙水流的研究中取得进展。窦国仁于1959年证实了压力水头对黏结力的影响，导出了泥沙起动流速公式；1963年提出了河床最小活动性假说，导出了河床形态方程；1973年提出了全沙模型律，1980年提出了紊流随机理论，导出了适用于层流、层流向紊流过渡和紊流光滑区、过渡区和粗糙区的流速分布和阻力总公式。

为研究水文循环中各种水文现象的运动规律，20世纪50年代开始，开展了一系列的水文实验研究。1952年，J .P.马米绍开始做全流域比尺物理模型试验。其后周文德于60年代在美国伊利诺伊大学进行的室内模型试验，模拟各种时空分布的暴雨所产生的洪水，验证了二元流域水动力学模型。1974年，日本对暴雨洪水理论研究、泥石流及人类活动对径流的影响等项的实验研究。到1970年，全世界共有代表性流域500余处，实验流域200余处，进行着各种不同目标和项目的实验研究，取得了资料和经验。

中国从1953年起在永定河官厅水库，其后在黄河三门峡水库及其他水库开展的水库水文实验，提高了对水库泥沙运动规律的认识。20世纪60～80年代，南京水利科学研究所（今南京水利科学研究院）在潮汐河口研究方面取得了成绩，提出了细颗粒泥沙在咸水中的沉降速度公式。郭敬辉于1957年提出中国的地表径流估算成果，绘制了第一幅中国地表径流等值线图，并主持了《中国水文区划》的研究和编制工作，对推动中国水文地理的研究作出了重要贡献。施成熙于50年代进行湖泊调查研究时发现温带湖泊一天之内湖水出现两次循环的现象。60～70年代，中国科学院地理研究所、中国铁道科学研究院、水利水电科学研究院和各地的研究单位，进行了各种试验研究，取得了有价值的成果。

美国早在20世纪30年代即开始了全国水资源的综合评价的研究，于1978年完成了第二次全国水资源评价，并在大型水利枢纽和水库群地区，在跨流域调水地区开展水利、水电的优化调度和环境与生态的保护等方面的科学管理。在苏联、德国、英国、日本和加拿大等国也都开展了类似的工作。中国于80年代初开始对全国主要河流进行了大规模的水与环境关系的调查和评价工作，于1985年提出了《中国水资源评价》正式成果。

20世纪70年代中期，国际上许多政府间组织和非政府间组织联合起来开展国际水文合作，兴起了全球性的水文科学研究。1965～1974年，开展了国际水文十年(IHD)的科学活动。联合国教科文组织继续举办长期水文国际合作计划即“国际水文计划”(IHP)，分阶段研究水文过程与物理环境之间的关系、水文过程与人类活动的相互关系，水资源的规划管理及与环境和社会的关系等重大课题。世界气象组织(WMO)于1971年开始执行“业务水文计划”（OHP），并和联合国教科文组织合作，从1984年开始执行“水资源水文计划”。中国自1974年起参加了上述国际合作，开展了各项合作活动。广泛的国际合作，促进人们对全球水文和水资源知识的交流，增长和加深人类对全球水文循环和水量平衡的认识，推动水文科学历史加速前进。