HYDROLOGIA: HISTORIA, PRZEDMIOT BADAŃ I BADAŃ - NAUKA - 2026

Hydrologia jest nauką, że oferty z badania wody we wszystkich jej aspektach, w tym jego dystrybucji na planecie i jej cyklu hydrologicznego. Dotyczy również związku wody ze środowiskiem i żywymi istotami.

Pierwsze wzmianki o badaniu zachowania wody sięgają starożytnej Grecji i Cesarstwa Rzymskiego. Pomiary przepływu Sekwany (Paryż) wykonane przez Pierre'a Perraulta i Edme Mariotte (1640) uważane są za początek naukowej hydrologii.

Stacja hydrometeorologiczna w Parku Narodowym Serra da Bocaina w Brazylii. Źródło: Halley Pacheco de Oliveira, źródło Wikimedia Commons.

Następnie kontynuowano pomiary terenowe i opracowano coraz dokładniejsze przyrządy pomiarowe. Obecnie hydrologia opiera swoje badania głównie na zastosowaniu modeli symulacyjnych.

Wśród najnowszych badań wyróżnia się ocena cofania się lodowców w wyniku globalnego ocieplenia. W Chile lodowata powierzchnia basenu Maipo cofnęła się o 25%. W przypadku lodowców andyjskich ich redukcja jest związana z ociepleniem Pacyfiku.

Historia

Starożytne cywilizacje

Ze względu na znaczenie wody dla życia, badanie jej zachowania było przedmiotem obserwacji od początku ludzkości.

Cykl hydrologiczny był analizowany przez różnych filozofów greckich, takich jak Platon, Arystoteles i Homer. Podczas pobytu w Rzymie Seneka i Pliniusz starali się zrozumieć zachowanie wody.

Jednak hipotezy wysuwane przez tych starożytnych mędrców są dziś uważane za błędne. Roman Marco Vitruvius jako pierwszy wskazał, że woda przenikająca do gruntu pochodziła z deszczu i śniegu.

Dodatkowo w tym czasie rozwinęła się duża ilość praktycznej wiedzy hydraulicznej, która pozwoliła na budowę między innymi dużych robót, takich jak akwedukty Rzymu czy kanały irygacyjne w Chinach.

renesans

W okresie renesansu autorzy tacy jak Leonardo da Vinci i Bernard Palissy wnieśli ważny wkład w hydrologię; Byli w stanie zbadać cykl hydrologiczny w odniesieniu do infiltracji wody deszczowej i jej powrotu przez źródła.

XVII wiek

Uważa się, że w tym okresie narodziła się hydrologia jako nauka. Rozpoczęto pomiary terenowe, zwłaszcza te, które przeprowadzili Pierre Perrault i Edmé Mariotte w Sekwanie (Francja).

Edmond Halley. Źródło: nieznane, za Wikimedia Commons

Wyróżnia się również praca wykonana przez Edmonda Halleya na Morzu Śródziemnym. Autorowi udało się ustalić zależność między parowaniem, opadami i przepływem.

Wiek XVIII

Hydrologia poczyniła ważne postępy w tym stuleciu. Przeprowadzono liczne eksperymenty, które pozwoliły ustalić pewne zasady hydrologiczne.

Możemy zwrócić uwagę na twierdzenie Bernoulliego, zgodnie z którym w strumieniu wody ciśnienie rośnie wraz ze spadkiem prędkości. Inni badacze wnieśli istotny wkład w odniesieniu do fizycznych właściwości wody.

Wszystkie te eksperymenty stanowią teoretyczną podstawę rozwoju ilościowych badań hydrologicznych.

XIX wiek

Hydrologia rośnie w siłę jako nauka eksperymentalna. Poczyniono ważne postępy w dziedzinie hydrologii geologicznej i pomiarów wód powierzchniowych.

W tym okresie opracowano ważne wzory stosowane w badaniach hydrologicznych, wyróżniając się równaniem przepływu kapilarnego Hagena-Pouiseuille'a oraz formułą Dupuit-Thiem well (1860).

Podstawę stanowi hydrometria (dyscyplina, która mierzy przepływ, siłę i prędkość poruszających się cieczy). Opracowano wzory do pomiaru przepływu i zaprojektowano różne przyrządy do pomiaru w terenie.

Z drugiej strony Miller w 1849 r. Stwierdził, że istnieje bezpośredni związek między ilością opadów a wysokością.

XX i XXI wiek

W pierwszej połowie XX wieku hydrologia ilościowa pozostawała dyscypliną empiryczną. W połowie wieku zaczęto opracowywać modele teoretyczne, aby dokonać dokładniejszych szacunków.

W 1922 roku powstało Międzynarodowe Stowarzyszenie Hydrologii Naukowej (IAHS). IAHS do dziś zrzesza hydrologów na całym świecie.

Istotny wkład wniesiono w teorię hydrauliki studni i infiltracji wody. Podobnie statystyki są wykorzystywane w badaniach hydrologicznych.

W 1944 roku Bernard położył podwaliny pod hydrometeorologię, podkreślając rolę zjawisk meteorologicznych w obiegu wody.

Obecnie hydrolodzy z różnych dziedzin nauki opracowują złożone modele matematyczne. Dzięki proponowanym symulacjom można przewidzieć zachowanie wody w różnych warunkach.

Te modele symulacyjne są bardzo przydatne w planowaniu dużych prac hydraulicznych. Ponadto możliwe jest bardziej wydajne i racjonalne wykorzystanie zasobów wodnych planety.

Kierunek studiów

Termin hydrologia pochodzi od greckiego hydros (woda) i logo (nauka), co oznacza naukę o wodzie. Dlatego hydrologia jest nauką odpowiedzialną za badanie wody, w tym jej wzorców krążenia i dystrybucji na planecie.

Woda jest podstawowym elementem rozwoju życia na naszej planecie. 70% powierzchni Ziemi jest pokryte wodą, z czego 97% jest słona i stanowi oceany. Pozostałe 3% to woda słodka, a większość z nich jest zamarznięta na biegunach i lodowcach świata, co czyni ją rzadkim zasobem.

W dziedzinie hydrologii ocenia się właściwości chemiczne i fizyczne wody, jej związek ze środowiskiem oraz związek z istotami żywymi.

Hydrologia jako nauka ma złożony charakter, dlatego jej badania podzielono na różne dziedziny. Podział ten uwzględnia różne aspekty, które koncentrują się na niektórych fazach cyklu hydrologicznego: dynamika oceanów (oceanografia), jezior (limnologia) i rzek (potamologia), wody powierzchniowe, hydrometeorologia, hydrogeologia ( wody gruntowe) i kriologia (woda stała).

Lodowiec Quelccaya (Peru). Źródło: Edubucher, źródło Wikimedia Commons

Najnowsze przykłady badań

Badania w dziedzinie hydrologii w ostatnich latach koncentrowały się głównie na zastosowaniu modeli symulacyjnych, trójwymiarowych modeli geologicznych oraz sztucznych sieci neuronowych.

Hydrologia wód powierzchniowych

W dziedzinie hydrologii wód powierzchniowych do badania dynamiki basenów hydrograficznych wykorzystuje się modele sztucznych sieci neuronowych. W związku z tym projekt SIATL (Symulator przepływu wody podmorskiej) jest wykorzystywany na całym świecie do zarządzania działami wodnymi.

Opracowano również programy komputerowe, takie jak WEAP (Water Evaluation and Planning), opracowane w Szwecji i oferowane bezpłatnie jako kompleksowe narzędzie do planowania zarządzania zasobami wodnymi.

Hydrogeologia

W tej dziedzinie zaprojektowano trójwymiarowe modele geologiczne, które pozwalają na tworzenie trójwymiarowych map podziemnych zasobów wód.

W badaniu przeprowadzonym przez Gámeza i współpracowników w delcie rzeki Llobregat (Hiszpania) można było zlokalizować obecne warstwy wodonośne. W ten sposób zarejestrowano źródła wody tego ważnego dorzecza, które zaopatruje Barcelonę.

Kriologia

Kriologia to dziedzina, która w ostatnich latach przeżywała wielki rozkwit, głównie za sprawą badań lodowców. W tym sensie zaobserwowano, że globalne ocieplenie poważnie wpływa na lodowce świata.

Dlatego opracowuje się modele symulacyjne, aby oszacować przyszłe zachowanie lodowców pod względem strat.

Castillo w 2015 roku ocenił lodowce w dorzeczu Maipo, stwierdzając, że powierzchnia lodowca cofnęła się o 127,9 km ² , cofnięcie się, które miało miejsce w ciągu ostatnich 30 lat i odpowiada 25% początkowej powierzchni lodowca.

Bijeesh-Kozhikkodan i in. (2016) przeprowadzili w Andach ocenę powierzchni lodowca w latach 1975–2015. Stwierdzili, że w tym okresie nastąpiła znaczna redukcja mas zamarzniętej wody.

Główną redukcję powierzchni lodowca andyjskiego zaobserwowano w latach 1975–1997, zbiegając się z ociepleniem Oceanu Spokojnego.

Bibliografia

1. ASCE Task Committee on Application of Artificial Neural Networks in Hydrology (2000) Artificial Neural Networks in Hydrology. I: Wstępne koncepcje. Journal of Hydrologic Engineering 5: 115–123.
2. Campos DF (1998). Procesy cyklu hydrologicznego. Trzeci przedruk. Autonomiczny Uniwersytet San Luis Potosí, Wydział Inżynierii. Od redakcji Universitaria Potosina. San Luis Potosí, Meksyk. 540 s.
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). Analiza porównawcza cofania się lodowca w tropikalnych Andach z wykorzystaniem teledetekcji. Hasło geograficzne Chile, 51: 3-36.
4. Castillo Y (2015) Charakterystyka hydrologii lodowcowej dorzecza rzeki Maipo poprzez wdrożenie fizycznego półrozproszonego modelu glacjohydrologicznego. Praca magisterska z nauk inżynieryjnych, wyróżnienie w zasobach wodnych i środowisku. Universidad de Chile, Wydział Nauk Fizycznych i Matematycznych, Wydział Inżynierii Lądowej.
5. Koren V, S Reed, M Smith, Z Zhang i DJ Seo (2004) System modelowania badań laboratoryjnych w laboratorium hydrologicznym (HL-RMS) amerykańskiego National Weather Service. Journal of Hydrology 291: 297-318.
6. Underground Hydrology Group (GHS), CSIC - Hiszpania. https://h2ogeo.upc.edu/es/ Zmieniono 27 stycznia 2019 r.