进入20世纪以后，大量兴起的防洪、灌溉、水电、航运、环境、农业、林业及城市建设，向水文科学提出了许多新课题。解决这些新课题的方法由经验方法——零星的知识理论概化——系统化科学。为服务工程规划、建设和管理的需要，将水文学应用于工程而形成最重要的分支学科—工程水文学。
工程水文学涉及水资源开发利用、防洪排水、水环境、水生态等方面的问题。包括水文计算、水利计算和水文预报三方面内容。
（1） 水资源开发利用——工程水文学课程将揭示水的循环，径流形成、水资源再生能力等水文规律，预估当地未来水资源可能补充量的大小，为水利工程、水资源开发与利用、以及城乡建设提供合理的水情依据。
（2）防洪排水——工程水文学研究洪水形成原因和规律，通过各种途径预估未来可能出现的洪水情势。研讨城市与乡村防洪与排水的工程与非工程措施的合理性和可行性。
（3）水环境与水生态——水环境中水质的演变是与水体中水的运动和变化紧密联系的。工程水文学这门课程有助于理解和掌握这方面的理论和方法。也可就水利工程对环境的影响作出正确而深入评价与处理。
在涉水工程的兴建到运用过程中，一般都要经历规划设计、施工建设及管理运营三个阶段，每阶段都需要掌握水文情势的变化。
（1） 规划设计阶段—确定工程规模和设计方案，设计标准、工程投资、风险三者的关系。工程规模则主要取决于来水状况。工程水文学分析当地的水文规律，根据工程的特性和规划设计要求，预测未来工程使用期限的水文情势，提供用于确定工程规模的设计洪水。
（2）施工建设阶段——建筑物规模与施工进度，水利工程施工期一般较长，工程水文学的任务就是要：
1）为临时性建筑物如围堰、引水隧洞或渠道等，提供整个施工期的天然来水情势预报（水文计算）—确定规模；
2）为日常工作的安排提供近期（如几天内）确切的水情预报（水文预报）—施工进度。
（3）管理运营阶段——工程调度管理
通过水文预报，预报来水量大小和过程，以便进行合理的调度（如兴利调度图和防洪调度图）；进行径流洪水预报。
复核和修正原水文计算数据，改进调度方案或对工程实行扩建、改建。
二、水文学研究方法
1、系统分析方法
系统分析方法是现代水文的一个标志，它将流域视为一个系统，气象因子(降雨和气温等)是该系统的输人,而流域出口断面的流量则是该系统的输出，旨在建立系统外部输入和系统输出之间的数学关系。由于系统分析方法没有考虑流域水循环要素之间的相互作用，而将流域系统视为一个“黑箱”，由此构建的水文模型称为“黑箱模型”。采用这一方法得出的数学关系是经验性的，所以系统分析方法也称为经验性方法。
2、成因分析法（动态物理规律法）
从水文现象的成因出发，分析流域水文过程，通过成因推理提出估算河川径流量，洪峰大小等关键水文变量的公式，这一方法称为成因分析法。成因分析法来自于对水文过程的认识和实践经验的积累，将复杂的流域水文过程进行简化，抽象为一个“概念性的模型”，并构建流域输入与输出的响应函数，这种函数中的许多系数通常采用经验系数。例如：由上游的洪水通过洪水的演进规律推求下游洪水。
3、数理统计法（ 随机特征）
水利工程的使用寿命一般是数十乃至上百年,在工程规划和设计阶段需要对未来长期的水文情势进行合理预测。针对流域的历史气象和水文资料,采用数理统计方法分析其中的水文统计特征，由此可以预测未来较长时期内的流域水文情势。这种方法适用的前提是：流域过去的水文行为在未来可能重复，过去的水文统计特征可以代表流域未来的水文状况。
适用于具有水文站点的流域，水文数据时间序列较长，采用概率论与数理统计方法。数理统计方法仅适用于长期水文预测，不适用于短期或实时的水文预报。
4、地理综合法 （地学特征）
经验公式、等值线图、遥感水文等解决无资料地区的水文计算问题。
5、水文模型法
新安江模型、SWAT、VIC、SHE、WEP-L等。基于过程的分布式水文模型与GIS、RS等技术的结合，将水文科学推向了更广阔的应用领域，例如地下水与地表水补给关系的研究 。分布式水文模型使得描述时空变化的水文循环成为可能，并且能够方便的结合气象以及下垫面等空间分布数据研究人类活动、环境变化与水文循环之间的互动关系，更真实的描述水资源的演变规律。因此无论在理论研究还是在应用研究中，分布式水文模型都发挥着愈来愈重要的作用。
系统分析、成因分析和机理分析方法之间的界限其实并不十分清晰,它们本质上都是成因分析方法,只是对流域水文过程机理的解释程度不同而已。还有一点必须指出：水文分析是在一定的时间和空间尺度上进行的。虽然基本的守恒定律并不随尺度改变，但是为了使方程闭合以便求解而补充的其他方程,是在一定尺度给出的。因此,在研究水文现象的时候,重要的并不是选择机理分析方法、系统分析方法或是概念性方法,而是根据现有的观测数据以及需要解决的问题，决定在什么尺度上构建什么方程。
来源：杨大文，流域水文学，2014
