用水文学的理论与方法为人类生产和生活提供工程建设水文数据和水文情况预报服务的科学，属水文学的分支学科。

应用水文学的发展可以追溯到19世纪。1851年马尔瓦尼（T.J.Mulvaney）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，赫谢尔（C.Herschel）和弗里曼（J.R.Freeman）在1880至1890年首先应用了历时曲线。1914年海森（A.Hazen）用正态概率格纸选配频率曲线。1924年福斯特（H.A.Foster）完整地提出了皮尔逊Ⅲ型频率曲线的分析方法，从而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年谢尔曼（L.K.Sher-man）提出了单位过程线，1934～1935年麦卡锡（G.T.McCorthy）等人提出了马斯京根流量演算法，1939年霍顿（R.E.Horton）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年斯奈德（F.F.Snyder）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准备了条件；至此，应用水文学体系初步形成。20世纪40年代中至50年代，应用水文学进一步发展。1945年，克拉克（C.O.Clark）首先提出了瞬时单位线的概念，1957年，纳希（J.E.Nash）完成了瞬时单位线方法。1946年波莱柯夫（Б.В.Поляков）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；1949年，科勒（M.A.Kohler）和林斯利（R.K.Linsley）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。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。

工程水文学 主要包括：①水文计算是应用数理统计的理论与方法对未来长期的水文情势作出概率预估，为各项水利工程的规划和设计提供设计所需的水位、流量、降水、蒸发、泥沙等的年正常值、最大值、最小值和某些特定要求的水文数据；②水文预报是根据径流形成理论和河道洪水波传播的分析方法为各有关部门发布洪水预报：根据水体热量平衡原理对河流、水库以及天然湖泊的水温和冰情变化作出预报；也根据流域内土壤水和地下水的运动、补给和消退规律为农业提供土壤墒情预报和水库枯季径流预报；根据河道的水文规律为航运、引水工程等提供水位、流速和径流量预报；③水利计算是研究水资源规划设计和管理运用的优化开发方案、论i正经济效益及评价环境影响的理论、原则和分析计算方法等。

都市水文学 对可供城市利用的地表和地下水资源的数量和质量进行评价，为城市供水规划提供依据；合理开采地下水资源以防止城市地面沉降；研究都市化对城市暴雨洪水形成过程的影响，为城市防洪及排水系统的规划设计提供依据；研究城市水质污染状况及河流自净能力，根据居民饮用水和工业用水水质标准，提出污水排放、河流自净能力及自其他水源引水稀释的措施和规划。

农业水文学 研究土壤水分、土壤蒸发、植物散发与作物生态的关系；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；为合理灌溉、保墒抗旱、防治涝渍和减少表土流失提供依据。

森林水文学 研究森林对降水的影响，林冠的截留作用，林地土壤的结构变化与下渗的关系，林区蒸散发，林区土壤的结构变化对地表径流、壤中流和地下径流分配的影响，从而揭示森林对水量平衡要素的影响。木材流放也是森林水文学研究的课题。

1949年以后，中国由于防洪的迫切需要，洪水预报工作得到迅速发展，并在1954年长江、淮河遭到罕见的洪水袭击时的防汛斗争中起到了十分显著的作用。50年代中期，开展了黄河、长江及淮河流域规划工作，加上大型水库的陆续兴建，中国的水文计算和水利计算有了很快的发展，并为流域的开发和工程建设的规划设计提供了重要的水文数据。