应用水文学的发展可以追溯到19世纪。1851年T.J.莫万尼^[注]提出了计算小流域最大流量的推理公式，从此水文学由定性描述进入定量计算阶段。之后，C.赫谢尔^[注]和J.R.弗里曼在1880～1890年首先应用了历时曲线。1914年A.黑曾^[注]用正态概率格纸选配频率曲线。1924年H.A.福斯特^[注]完整地提出了皮尔逊Ⅲ型频率曲线的分析方法，将数理统计理论与方法引进了水文学，为研究水文现象的随机特性奠定了基础。1932年L.R.K.谢尔曼提出了单位线（单位过程线），1934～1935年G.T.麦卡锡（G.T.McCorthy）等人提出了马斯金格姆（曾译“马斯京根”）流量演算法，1939年R.E.霍顿建立了下渗公式，为流域降雨径流和河段洪水预报提供了方法。1938年F.F.斯奈德^[注]提出了综合单位线，为无资料地区的水文计算开辟了途径。这些成就为水文学解决各类生产和生活中的实际问题在理论和方法上奠定了基础。至此，应用水文学体系初步形成。

20世纪40～50年代，应用水文学进一步发展。1945年，C.O.克拉克^[注]首先提出了瞬时单位线的概念，1957年，J.E.纳什^[注]完成了瞬时单位线方法。1946年B.V.波利亚科夫^[注]指出可用马尔科夫链来描述年径流系列，从而把随机过程理论与方法引入了水文学，丰富了水文统计的内容；1951年，M.A.柯勒^[注]和R.K.Jr.林斯雷^[注]首创了暴雨径流多变数合轴相关图，使各水文要素之间复杂的非线性关系的分析大为简化。1949年，D.姜斯敦、W.P.克乐斯、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》等专著陆续出版，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。50年代后，电子计算机在应用水文学中得到日益广泛的应用，水文数学模型得到迅速发展，概率论与数理统计，以及自动控制和优化理论的新成就，为随机模型、滤波技术和系统分析方法等相继引入应用水文学，而遥感、核技术等为水文探测提供了新的手段，应用水文学进入了一个新的发展时期。

20世纪50年代后，应用水文学不断发展学科自身的理论和方法，紧密联系工程实际，开拓了如水资源利用、人类活动的水文效应等新的研究领域，形成了工程水文学、农业水文学、森林水文学、城市水文学、环境水文学和生态水文学等分支学科。同时，水文学研究过程中，吸收现代科学技术的新成就，发展了数字水文、遥感水文、同位素水文等技术，拓展了应用水文学的研究范围和研究手段。

应用水文学的一个分支，采用水文学的有关理论和方法，分析河流、海域或其他水体的水文要素的变化和分布规律，主要包括水文计算、水文预报和水利计算三个组成部分。

水文计算的应用范围较广，水工建筑物的设计洪水、设计年径流量及径流年内分配，流域各支流的洪水遭遇，入库洪水的变化、河流中的泥沙输送、河段冲淤变化及航道变迁，以及水库回水末端淤积及下游的冲刷等也属于水文计算的范围。

水文预报中以洪水预报为最重要，根据河道内洪水波传播及区间入流的实时信息，或是流域内暴雨的信息，用降雨径流形成规律进行计算，发布洪水预报，为防洪调度提供决策依据。同样，也可以对河流冰情包括流凌及封河日期、冰厚、开河及流凌终止日期等进行冰情预报；为灌溉及抗旱需要，枯季河流水情及耕作区土壤水分（又称墒情）也应根据需要做出预报。

水利计算主要用于计算水库正常蓄水位、防洪限制水位及年调节或多年调节水库（或水电站）的优化调度，计算水电站的保证出力及水电站装机容量，并计算它在电网中该水电站应承担的基本负荷、高峰负荷及多年平均年发电量等，这些都是水电站设计和运行的重要环节。

应用水文学的一个分支，主要研究土壤水分、土壤蒸发、植物散发和作物生态的关系；研究地下水埋深与作物根系发育及土壤次生盐碱化的关系；研究农业小气候的形成和特点，以便更有效地协调水、土壤、作物和小气候的综合作用，从而为合理灌溉、保墒抗旱、防治渍涝和减少水土流失提供科学依据。农业水文学也研究各种农业措施的水文效应。

应用水文学的一个分支。主要研究森林对降水径流的影响，如林冠截留、林地降水入渗和壤中水的动态规律，林区蒸散发、森林及林地落叶层对地表径流、壤中流和地下径流分配的改变等，以揭示森林对水量平衡要素的影响；研究森林的保水作用及其对一次洪水和连续洪水、小洪水和特大洪水的影响程度；通过对比荒废坡地与林地水土流失的情况研究水土保持的作用，为制定水土保持的各项措施提出科学依据。

应用水文学的一个分支，又称都市水文学。研究的基本问题有城市水文气象，城市暴雨径流及防洪、排水，城市水资源供需平衡，城市水质评价及水污染控制。主要研究内容和目的是：可供城市利用的地表和地下水资源的数量和质量评价，为城市供水规划提供依据；城市地下水资源的合理开采，以防止城市地面沉降；城市化对城市暴雨、洪水径流形成过程的影响，为城市防洪和排水系统的规划设计提供数据。

研究人类活动引起的水文情势变化及其与环境之间相互关系的学科，是随着水文研究的深化与环境科学的兴起而发展起来的。主要研究流域、区域水文情势变化对环境的影响，环境的变迁对水文情势的影响，水利工程对环境的影响，特殊地区如城市、矿区、土壤改良区、森林区等的水文变化规律及其对环境的影响。

主要研究水文过程对生态系统结构、分布、格局、生长状况的影响，同时研究生态系统（生态系统中植被类型、格局、配置等）变化对水文循环的影响，是生态学和水文学的交叉学科。

基于数字化平台采集水文要素、描述水文现象时空变化、揭示水文规律和机理，是地球空间多源水文信息的数字整合，将传统的站点观测水文数据与数字地球中的各种源数据，经过同化系统的加工处理，产生数字化的、覆盖整个流域或区域空间的、多重时间和空间尺度的、多种要素的、有用的数字产品。

利用稳定性同位素或放射性同位素研究水文学中若干基本问题，主要依据同位素的示踪作用。由于放射性同位素或富集稳定性同位素与水文学研究对象中的元素组成在物理或化学行为上完全相似，但其核性质不同，从而使常规水文学方法难以研究的问题，可用同位素方法解决，推进和扩大了水文学的研究范围和能力。

遥感技术在水文学中的应用。在空中或远处利用传感器收集水体和周围环境的电磁波辐射，经过加工处理，使这种信息成为可识别的数据或影像，通过分析，显示水体分布，反映水文现象的时空变化。主要应用于监测洪水；改善水文预报；调查地表水体及其变化；测定冰雪覆盖范围和厚度；利用卫星数据收集系统，传递地面水文观测资料和估算无资料地区的径流；测量大面积土壤含水量分布；寻找地下水源；研究河口、湖泊泥沙淤积和河道变迁；进行水体污染监测。