岩石圈、大气圈、水圈和生物圈是组成地球外圈的四个基本圈层，四个圈层之间没有明显的界线，它们相互作用，相互影响。由液态、气态和固态三态水体所覆盖的空间称为水圈，其范围从深层地下水的底层直到大气对流层顶部，水圈中的各态水体同岩石圈、大气圈和生物圈不断存在水量和热量交换，由此形成各种不同尺度的水文循环。水在循环过程中，参与各圈层中的各种物理和化学过程，调节各圈层的能量，塑造各种地表形态，使得大气圈呈现出复杂多变的天气现象，并参与生物圈中的生物过程[1]。水圈内的总储水量约为1.386×1010 亿m3，其中海洋水储量约为1.338×1010 亿m3，占总水量的96.53%，余下的3.47%的水量中，地表水储量占1.78%，地下水储量占1.69%。而人类可利用的淡水储量约为3.5×108 亿m3，仅占总储水量的2.53％，并且大部分以冰川、多年冻土和永久积雪的形式存在，小部分分布在湖泊、河流、土壤和地下水中，其中冰川储水量约2.4×108 亿m3，占淡水储量的68.6%[2]。水文学是研究地球上水的性质、分布、循环、运动变化规律以及水与地理环境和人类社会之间相互关系的科学[3]。因此，水文学是一门研究领域十分广阔的学科，不仅包括大气、海洋、地表和地下水的研究，还包括水圈同岩石圈、大气圈和生物圈之间相互关系的研究。水文学还涉及溶解态营养物质、能量、泥沙及污染物的输移研究，因为水的运动规律是这些研究的基础。