HIDROLOĢIJA: VĒSTURE, IZPĒTES UN IZPĒTES OBJEKTS - ZINĀTNE - 2025

Hidroloģija ir zinātne, kas nodarbojas ar pētījumu par ūdens visos tās aspektos, ieskaitot tās sadalījumu uz planētas un tās hidroloģiskajā ciklā. Tajā apskatītas arī ūdens attiecības ar vidi un dzīvām būtnēm.

Pirmās atsauces uz pētījumiem par ūdens izturēšanos meklējamas Senajā Grieķijā un Romas impērijā. Pjēra Perrata un Edme Mariotte (1640) veiktie Sēnas (Parīze) plūsmas mērījumi tiek uzskatīti par zinātniskās hidroloģijas sākumu.

Hidrometeoroloģiskā stacija Serra da Bocaina nacionālajā parkā, Brazīlijā. Avots: Halley Pacheco de Oliveira, no Wikimedia Commons.

Pēc tam turpināja lauka mērījumus un tika izstrādāti arvien precīzāki mērīšanas instrumenti. Pašlaik hidroloģija savu pētījumu galvenokārt balstās uz simulācijas modeļu izmantošanu.

Starp jaunākajiem pētījumiem izceļas ledāju atkāpšanās vērtējums globālās sasilšanas dēļ. Čīlē Maipo baseina ledāja virsma ir samazinājusies par 25%. Andu ledāju gadījumā to samazinājums ir saistīts ar Klusā okeāna sasilšanu.

Vēsture

Senās civilizācijas

Sakarā ar ūdens nozīmi dzīvībai, tā uzvedības izpēte ir bijusi novērošanas objekts kopš cilvēces sākuma.

Hidroloģisko ciklu analizēja dažādi grieķu filozofi, piemēram, Platons, Aristotelis un Homērs. Atrodoties Romā, Seneka un Plīnijs bija noraizējušies, lai saprastu ūdens izturēšanos.

Tomēr šo seno gudro izvirzīto hipotēžu mūsdienās uzskata par nepareizu. Romiešu Marco Vitruvius bija pirmais, kas norādīja, ka zemē iefiltrētais ūdens nāk no lietus un sniega.

Turklāt šajā laikā tika izstrādāts liels daudzums praktisku hidraulisko zināšanu, kas cita starpā ļāva būvēt lielus darbus, piemēram, Romas akveduktus vai apūdeņošanas kanālus Ķīnā.

Renesanse

Renesanses laikā autori, piemēram, Leonardo da Vinci un Bernard Palissy, sniedza nozīmīgu ieguldījumu hidroloģijā; Viņi varēja izpētīt hidroloģisko ciklu saistībā ar lietus ūdens iesūkšanos un tā atgriešanos caur avotiem.

XVII gadsimts

Tiek uzskatīts, ka šajā periodā dzima hidroloģija kā zinātne. Tika sākti lauka mērījumi, īpaši tos, kurus veica Pjērs Perraults un Edme Mariotte Sēnas upē (Francija).

Edmond Halley. Avots: nezināms, izmantojot Wikimedia Commons

Izceļas arī Edmonda Halija ieguldītais darbs Vidusjūrā. Autorei izdevās noteikt sakarību starp iztvaikošanu, nokrišņiem un plūsmu.

XVIII gadsimts

Hidroloģija šajā gadsimtā guva nozīmīgus panākumus. Tika veikti daudzi eksperimenti, kas ļāva noteikt dažus hidroloģiskos principus.

Mēs varam izcelt Bernoulli teorēmu, kurā teikts, ka ūdens straumē spiediens palielinās, kad ātrums samazinās. Citi pētnieki deva būtisku ieguldījumu attiecībā uz ūdens fizikālajām īpašībām.

Visi šie eksperimenti veido teorētisko pamatu kvantitatīvo hidroloģisko pētījumu izstrādei.

XIX gadsimts

Hidroloģija kļūst spēcīgāka kā eksperimentāla zinātne. Svarīgi panākumi tika gūti ģeoloģiskās hidroloģijas jomā un virszemes ūdeņu mērījumos.

Šajā laika posmā tika izstrādātas svarīgas hidroloģisko pētījumu formulas: izceļas Hāgena-Pouiseuille vienādojuma kapilāru plūsma un Dupuit-Thiem akas formula (1860).

Hidrometrija (disciplīna, kas mēra kustīgo šķidrumu plūsmu, spēku un ātrumu) nosaka tās pamatus. Tika izstrādātas plūsmas mērīšanas formulas un izstrādāti dažādi lauka mērīšanas instrumenti.

No otras puses, Millers 1849. gadā atklāja, ka pastāv tieša saistība starp nokrišņu daudzumu un augstumu.

20. un 21. gadsimts

20. gadsimta pirmajā pusē kvantitatīvā hidroloģija joprojām bija empīriska disciplīna. Gadsimta vidū sāka izstrādāt teorētiskos modeļus, lai veiktu precīzākas aplēses.

1922. gadā tika izveidota Starptautiskā zinātniskās hidroloģijas asociācija (IAHS). IAHS grupas hidrologi visā pasaulē darbojas līdz mūsdienām.

Svarīgs ieguldījums ir urbumu hidraulikas un ūdens infiltrācijas teorijās. Tāpat statistika tiek izmantota hidroloģiskos pētījumos.

1944. gadā Bernards lika pamatus hidometeoroloģijai, izceļot meteoroloģisko parādību lomu ūdens ciklā.

Pašlaik hidrologi dažādās mācību jomās izstrādā sarežģītus matemātiskos modeļus. Izmantojot piedāvātās simulācijas, ir iespējams paredzēt ūdens izturēšanos dažādos apstākļos.

Šie simulācijas modeļi ir ļoti noderīgi lielu hidraulisko darbu plānošanā. Turklāt ir iespējams efektīvāk un racionālāk izmantot planētas ūdens resursus.

Mācību nozare

Termins hidroloģija nāk no grieķu hydros (ūdens) un logo (zinātne), kas nozīmē zinātni par ūdeni. Tāpēc hidroloģija ir zinātne, kas ir atbildīga par ūdens izpēti, ieskaitot tā cirkulācijas un izplatības modeļus uz planētas.

Ūdens ir būtisks elements dzīvības attīstībā uz planētas. 70% Zemes ir klāta ar ūdeni, no kura 97% ir sāļš un veido pasaules okeānus. Atlikušie 3% ir saldūdens, un lielākā daļa no tā ir sasalusi pie pasaules stabiem un ledājiem, padarot to par ierobežotu resursu.

Hidroloģijas jomā tiek vērtētas ūdens ķīmiskās un fizikālās īpašības, tā saistība ar vidi un saistība ar dzīvām būtnēm.

Hidroloģijai kā zinātnei ir sarežģīts raksturs, tāpēc tās pētījums ir sadalīts dažādās jomās. Šajā dalījumā ir apskatīti dažādi aspekti, kas koncentrējas uz dažām hidroloģiskā cikla fāzēm: okeānu (okeanogrāfija), ezeru (limnoloģija) un upju (potamoloģija), virszemes ūdeņu, hidometeoroloģijas, hidroģeoloģijas ( gruntsūdeņi) un krioloģija (ciets ūdens).

Quelccaya Glacier (Peru). Avots: Edubucher, no Wikimedia Commons

Jaunāko pētījumu piemēri

Hidroloģijas pētījumi pēdējos gados galvenokārt ir vērsti uz simulācijas modeļu, 3D ģeoloģisko modeļu un mākslīgo neironu tīklu izmantošanu.

Virszemes ūdens hidroloģija

Virszemes ūdens hidroloģijas jomā hidrogrāfisko baseinu dinamikas izpētei tiek izmantoti mākslīgo neironu tīklu modeļi. Tādējādi SIATL (ūdensizturīga ūdens plūsmas simulators) projekts visā pasaulē tiek izmantots ūdensšķirtnes pārvaldībai.

Ir izstrādātas arī tādas datorprogrammas kā WEAP (ūdens novērtēšana un plānošana), kas izstrādātas Zviedrijā un tiek piedāvātas bez maksas kā visaptverošs rīks ūdens resursu pārvaldības plānošanai.

Hidroģeoloģija

Šajā laukā ir izstrādāti 3D ģeoloģiskie modeļi, kas ļauj izveidot pazemes ūdens rezervju trīsdimensiju kartes.

Pētījumā, ko veica Gámez un līdzstrādnieki Llobregatas upes deltā (Spānijā), varēja atrasties esošie ūdens nesējslāņi. Tādā veidā tika reģistrēti šī nozīmīgā baseina, kas piegādā Barselonas pilsētu, ūdens avoti.

Krioloģija

Krioloģija ir joma, kurā pēdējos gados ir bijis liels uzplaukums, galvenokārt ledāju pētījumu dēļ. Šajā ziņā ir novērots, ka globālā sasilšana nopietni ietekmē pasaules ledājus.

Tāpēc tiek izstrādāti simulācijas modeļi, lai novērtētu ledāju zaudējumu izturēšanos nākotnē.

Kastīlija 2015. gadā novērtēja Maipo baseina ledājus, secinot, ka ledāja virsma ir atkāpusies 127,9 km ² , kas ir atkāpe pēdējos 30 gados un atbilst 25% no ledāja sākotnējās virsmas.

Andos Bijeesh-Kozhikkodan et al. (2016) veica ledāja virsmas novērtējumu laikposmā no 1975. līdz 2015. gadam. Viņi atklāja, ka šajā laika posmā ir ievērojami samazinājies šo sasalušo ūdens masu daudzums.

Galvenais Andu ledāja virsmas samazinājums tika novērots no 1975. līdz 1997. gadam, sakrītot ar Klusā okeāna sasilšanu.

Atsauces

1. ASCE Mākslīgo neironu tīklu pielietošanas hidroloģijā darba komiteja (2000) Mākslīgie neironu tīkli hidroloģijā. Es: Iepriekšējie jēdzieni. Journal of Hydrologic Engineering 5: 115–123.
2. Campos DF (1998) Hidroloģiskā cikla procesi. Trešais atkārtotais izdevums. San Luis Potosí autonomā universitāte, Inženierzinātņu fakultāte. Redakcija Universitaria Potosina. San Luis Potosí, Meksika. 540 lpp.
3. Bijeesh-Kozhikkodan V, SF Ruiz-Pereira, W Shanshan, P Teixeira-Valente, AE Bica-Grondona, AC Becerra Rondón, IC Rekowsky, S Florêncio de Souza, N Bianchini, U Franz-Bremer, J Cardia-Simões. (2016). Ledus atkāpšanās tropu Andos salīdzinošā analīze, izmantojot attālās izpētes pētījumu Investig. Ģeogrāfisks atslēgas vārds Čīle, 51: 3-36.
4. Castillo Y (2015) Maipo upes baseina ledāja hidroloģijas raksturojums, izmantojot fiziski pamatotu daļēji sadalītu glacio-hidroloģisko modeli. Maģistra darbs inženierzinātnēs, pieminēšana ūdens resursos un vidē. Čīles Universidad, Fizikālo un matemātisko zinātņu fakultāte, Būvniecības fakultāte.
5. Korens V, S Rīds, M Smits, Z Džans un DJ Seo (2004) ASV Nacionālā laika dienesta hidroloģijas laboratorijas pētījumu modelēšanas sistēma (HL-RMS). Journal of Hydrology 291: 297-318.
6. Pazemes hidroloģijas grupa (GHS), CSIC - Spānija. https://h2ogeo.upc.edu/es/ Pārskatīts 2019. gada 27. janvārī.