由于水文现象具备确定性规律、地理分布规律和统计规律，研究方法相应地分为成因分析法、地理综合法和数理统计法。
成因分析法根据水文过程形成的机理，定量分析水文现象与其影响因素之间的成因关系，并建立相应的数学物理方程。例如，根据实测降雨、蒸发、河道流量资料，建立降雨量和径流量之间的定量关系；在水文资料整编中，建立的水位——流量关系；在河流洪水短期预报中，根据降雨过程预报某一地点河流断面出现的洪水过程等。应该说明的是，由于水文现象的复杂性，成因分析法需要在对天然的水文过程进行概化的基础上，建立概念性或经验性的水文分析方法和计算模式，与实际结果相比，计算成果是存在一定误差的，只要误差在允许范围内，计算成果就是合理和可行的。
地理综合法依据水文现象所具有的地区性和地带性分布特征，综合气候、地质、地貌、土壤、植被等自然地理要素，分析水文要素的地理分布规律，利用已有的水文资料建立地区性经验公式，绘制水文特征等值线图。地理综合法应用较为简易，主要用于无资料中小流域的水文特征值的分析计算。地理综合法具有明显的经验性，计算误差相对较大，对成果的可靠性和合理性需作更深入分析。
数理统计法以概率论和统计学为基础，通过分析大量历史资料，揭示水文现象的统计规律，从概率的角度定量预估设计地点未来可能的水文情势。例如，运用频率分析方法，求得水文要素的概率分布，从而得出工程规划设计所需要的水文设计值；针对两个或多个变量之间的统计关系，采用相关分析途径，建立设计变量与参证变量之间的相关关系，以插补展延水文系列。数理统计法得出的结果总是存在抽样误差的，其大小主要取决于所采用水文系列样本的长度。然而，大部分地区人类进行水文观测的时间很短，造成水文统计结果抽样误差相对较大，对规划设计的涉水工程安全性构成影响。因此，工程水文学很重视各种降低水文统计参数抽样误差的研究，并对工程安全影响进行分析和补偿。
在工程水文学中，由于影响水文过程的因素是非常复杂的，成因分析法和数理统计法往往不能截然分开，需结合使用才能较好地描述水文过程，有效地减少计算成果的误差。在实际情况下，即使是认识到水文现象的成因规律，往往也是定性的认识，不能从确定性途径建立相应的数学物理方程，需要根据实测资料，借助于统计学途径建立相关关系。同样，要采用数理统计法建立设计变量与参证变量之间的相关关系，必须采用成因分析方法选择合适的参证变量，才能使得建立的相关关系具备可靠性和有效性。因此，认真地学习、了解和掌握水文过程的成因规律、地理分布规律和统计规律，掌握工程水文学的研究方法的特性，才能较好地解决工程实际问题。
《工程水文学》课程教学改革探讨
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