ГІДРОЛОГІЯ: ІСТОРІЯ, ОБ’ЄКТ ВИВЧЕННЯ ТА ДОСЛІДЖЕННЯ - НАУКА - 2025

Гідрологія це наука , яка займається вивченням води у всіх його аспектах, включаючи її поширення на планеті і її кругообіг. Він також стосується відносин води з навколишнім середовищем і живими істотами.

Перші згадки про вивчення поведінки води датуються Стародавньою Грецією та Римською імперією. Вимірювання потоку Сени (Париж), здійснені П'єром Перро та Едме Маріоттом (1640), вважаються початком наукової гідрології.

Гідрометеорологічна станція в національному парку Серра-да-Бокейна, Бразилія. Джерело: Halley Pacheco de Oliveira, з Wikimedia Commons.

Згодом польові вимірювання тривали і все більш точні вимірювальні прилади були розроблені. В даний час гідрологія базується на застосуванні імітаційних моделей.

Серед останніх досліджень виділяється оцінка відступу льодовиків через глобальне потепління. У Чилі льодовикова поверхня басейну Майпо відступила на 25%. Що стосується Андських льодовиків, їх зменшення пов'язане з потеплінням Тихого океану.

Історія

Стародавні цивілізації

Завдяки важливості води для життя, вивчення її поведінки стало об’єктом спостереження з початку людства.

Гідрологічний цикл аналізували різні грецькі філософи, такі як Платон, Арістотель та Гомер. Перебуваючи в Римі, Сенека і Пліній були стурбовані розумінням поведінки води.

Однак гіпотези, висунуті цими древніми мудрецями, сьогодні вважаються неправильними. Римський Марко Вітрувій першим вказав, що вода, що проникла в землю, надходила від дощу та снігу.

Крім того, в цей час був розроблений великий обсяг практичних гідравлічних знань, що дозволило побудувати великі роботи, такі як акведуки в Римі або зрошувальні канали в Китаї.

Відродження

В епоху Відродження такі автори, як Леонардо да Вінчі та Бернар Паліссі, зробили важливий внесок у гідрологію; Вони змогли вивчити гідрологічний цикл щодо проникнення дощової води та її повернення через джерела.

XVII ст

Вважається, що в цей період народилася гідрологія як наука. Були розпочаті польові вимірювання, зокрема, проведені П'єром Перро та Едме Маріоти в річці Сена (Франція).

Едмонд Галлей. Джерело: Невідомо, через Wikimedia Commons

Також виділяється робота Едмонда Галлея в Середземному морі. Автору вдалося встановити зв’язок між випаровуванням, опадами та потоком.

Століття XVIII

Гідрологія зробила важливі досягнення в цьому столітті. Було проведено численні експерименти, які дали змогу встановити деякі гідрологічні принципи.

Можна виділити теорему Бернуллі, яка стверджує, що в потоці води тиск збільшується, коли швидкість зменшується. Інші дослідники внесли відповідний внесок стосовно фізичних властивостей води.

Усі ці експерименти становлять теоретичну основу для розвитку кількісних гідрологічних досліджень.

XIX століття

Гідрологія зміцнюється як експериментальна наука. Важливі досягнення були досягнуті у галузі геологічної гідрології та вимірювання поверхневих вод.

У цей період були розроблені важливі формули, застосовані до гідрологічних досліджень: виділяються рівняння Хагена-Пуазвейя капілярного потоку та формула свердловини Дюпюа-Тіема (1860).

Гідрометрія (дисципліна, яка вимірює потік, силу і швидкість рухомих рідин) закладає свої основи. Були розроблені формули для вимірювання потоку та розроблені різні прилади вимірювання поля.

З іншого боку, Міллер у 1849 р. Виявив, що існує пряма залежність між кількістю опадів та висотою.

20 та 21 століття

Протягом першої частини XX століття кількісна гідрологія залишалася емпіричною дисципліною. У середині століття почали розроблятися теоретичні моделі для точніших оцінок.

У 1922 р. Була створена Міжнародна асоціація з наукової гідрології (IAHS). IAHS групи гідрологів по всьому світу до наших днів.

Важливий внесок в теорії гідравліки свердловин та інфільтрації води. Так само статистику використовують у гідрологічних дослідженнях.

У 1944 році Бернар заклав основи гідрометеорології, виділивши роль метеорологічних явищ у водному кругообігу.

В даний час гідрологи в різних своїх галузях дослідження розробляють складні математичні моделі. За допомогою запропонованих симуляцій можна передбачити поведінку води за різних умов.

Ці імітаційні моделі дуже корисні при плануванні великих гідравлічних робіт. Крім того, можна зробити більш ефективним та раціональним використання водних ресурсів планети.

Поле дослідження

Термін гідрологія походить від грецького hydros (вода) та логотип (science), що означає наука про воду. Тому гідрологія - це наука, яка відповідає за вивчення води, включаючи її структури циркуляції та розповсюдження на планеті.

Вода є важливим елементом для розвитку життя на планеті. 70% Землі вкрите водою, з них 97% - солона і складає світовий океан. Решта 3% - це прісна вода, і більша частина її замерзла на полюсах і льодовиках світу, що робить її дефіцитним ресурсом.

У межах гідрології оцінюються хімічні та фізичні властивості води, її взаємозв'язок із довкіллям та взаємозв'язок із живими істотами.

Гідрологія як наука має складний характер, тому її вивчення було поділено на різні галузі. Цей поділ розглядає різні аспекти, що зосереджуються на деяких фазах гідрологічного циклу: динаміці Світового океану (океанографія), озер (лімнологія) та річок (потамологія), поверхневих вод, гідрометеорології, гідрогеології ( ґрунтові води) та кріологія (тверда вода).

Льодовик Quelccaya (Перу). Джерело: Edubucher, з Wikimedia Commons

Останні приклади досліджень

В останні роки дослідження гідрології були зосереджені переважно на застосуванні імітаційних моделей, 3D-геологічних моделей та штучних нейронних мереж.

Гідрологія поверхневих вод

У галузі гідрології поверхневих вод застосовуються моделі штучних нейронних мереж для вивчення динаміки гідрографічних басейнів. Таким чином, проект SIATL (симулятор потоку води) використовується в усьому світі для управління вододілами.

Також розроблені комп'ютерні програми, такі як WEAP (оцінка води та планування), розроблені у Швеції та пропонуються безкоштовно як комплексний інструмент планування управління водними ресурсами.

Гідрогеологія

У цій галузі були розроблені 3D-геологічні моделі, які дозволяють створювати тривимірні карти підземних запасів води.

У дослідженні, проведеному Гамесом та його співробітниками у дельті річки Льобрегат (Іспанія), можна було знайти присутні водоносні горизонти. Таким чином було зареєстровано джерела води цього важливого басейну, що постачає місто Барселону.

Кріологія

Кріологія - це поле, яке в останні роки набуло великого буму, головним чином завдяки вивченню льодовиків. У цьому сенсі було помічено, що льодовики світу серйозно потерпають від глобального потепління.

Тому імітаційні моделі розробляються для оцінки майбутньої поведінки збитків льодовиків.

Кастільо в 2015 році оцінив льодовики басейну Майпо, виявивши, що льодовикова поверхня відступила 127,9 км ² , відступ, який відбувся за останні 30 років і відповідає 25% початкової поверхні льодовика.

В Андах, Бієш-Кожикодан та ін. (2016) проводили оцінку поверхні льодовика протягом 1975 по 2015 роки. Вони виявили, що в цей період відбулося значне скорочення цих замерзлих водних мас.

Основне зменшення льодовикової поверхні Андів спостерігалося між 1975 та 1997 роками, що збігалося з потеплінням Тихого океану.

Список літератури

1. Завдання Комітету ASCE з питань застосування штучних нейронних мереж у гідрології (2000 р.) Штучні нейронні мережі в гідрології. I: Попередні концепції. Journal of Hydrologic Engineering 5: 115–123.
2. Campos DF (1998) Процеси гідрологічного циклу. Третя перевидання. Автономний університет Сан-Луїс Потосі, інженерний факультет. Редакція Universitaria Potosina. Сан-Луїс Потосі, Мексика. 540 с.
3. Бієш-Кожиккодан V, СФ Руїз-Перейра, Ш Шаньшань, П Тейшейра-Валенте, А. Е. Біка-Грондона, Бесерра Рондон, І. С. Рековський, С Флоренсіо де Суза, Н Біанчі, У Франц-Бремер, Ж Кардія-Сіміс. (2016). Порівняльний аналіз льодовикового відступу в Тропічних Анд з використанням дистанційного зондування Investig. Геогр. Чилі, 51: 3-36.
4. Castillo Y (2015) Характеристика льодовикової гідрології басейну річки Майпо через реалізацію фізично заснованої напіврозподіленої льодіогідрологічної моделі. Магістерська робота в галузі інженерних наук, згадування водних ресурсів та навколишнього середовища. Університет де Чилі, факультет фізико-математичних наук, кафедра цивільного будівництва.
5. Koren V, S Reed, M Smith, Z Zhang та DJ Seo (2004) Система моделювання лабораторних досліджень з гідрології (HL-RMS) Національної служби погоди США. Журнал гідрології 291: 297-318.
6. Підземна гідрологічна група (GHS), CSIC - Іспанія. https://h2ogeo.upc.edu/es/ Переглянуто 27 січня 2019 року.