HYDROLOGIA: HISTORIA, TUTKIMUS- JA TUTKIMUSKOHDE - TIEDE - 2026

Hydrologian on tiede, joka käsittelee kanssa tutkimuksen vesi kaikissa muodoissaan, mukaan lukien sen jakautuminen planeetalla ja sen veden kiertoa. Se käsittelee myös veden suhdetta ympäristöön ja eläviin olentoihin.

Ensimmäiset viittaukset vedenkäyttäytymisen tutkimukseen ovat peräisin muinaisesta Kreikasta ja Rooman valtakunnasta. Pierre Perraultin ja Edme Mariotten (1640) tekemiä Seinen (Pariisi) virtauksen mittauksia pidetään tieteellisen hydrologian alkajana.

Hydrometeorologinen asema Serra da Bocainan kansallispuistossa, Brasilia. Lähde: Halley Pacheco de Oliveira, Wikimedia Commonsista.

Seuraavaksi kenttämittauksia jatkettiin ja yhä tarkempia mittauslaitteita kehitettiin. Hydrologia perustaa tutkimuksensa tällä hetkellä lähinnä simulaatiomallien soveltamiseen.

Viimeisimpien tutkimusten joukossa erottuu arvio jäätikköjen vetäytymisestä ilmaston lämpenemisestä. Chilessä Maipon altaan jäätikköpinta on vähentynyt 25%. Andien jäätiköiden tapauksessa niiden vähentyminen liittyy Tyynen valtameren lämpenemiseen.

Historia

Muinaiset sivilisaatiot

Koska vesi on tärkeä elämälle, sen käyttäytymistä on tutkittu ihmiskunnan alusta lähtien.

Hydrologista sykliä analysoivat eri kreikkalaiset filosofit, kuten Platon, Aristoteles ja Homer. Roomassa ollessaan Seneca ja Plinius olivat huolestuneita ymmärtämään veden käyttäytymistä.

Näiden muinaisten viisaiden esittämiä hypoteeseja pidetään kuitenkin tänään väärin. Roomalainen Marco Vitruvius osoitti ensimmäisenä, että maahan tunkeutunut vesi tuli sateesta ja lumesta.

Lisäksi tällä kertaa kehitettiin suuri määrä käytännön hydraulista tietämystä, joka mahdollisti suurten töiden, kuten Rooman vesijohteiden tai kasteluvesikanavien, rakentamisen Kiinassa.

renessanssi

Renessanssin aikana tekijät, kuten Leonardo da Vinci ja Bernard Palissy, antoivat merkittävän panoksen hydrologiaan; He pystyivät tutkimaan hydrologisen syklin suhteessa sadeveden tunkeutumiseen ja sen paluuseen jousien läpi.

XVII vuosisata

Katsotaan, että tänä aikana syntyi hydrologia tieteenä. Kenttämittaukset aloitettiin, etenkin Pierre Perraultin ja Edmé Mariotten suorittamat Seine-joessa (Ranska).

Edmond Halley. Lähde: Tuntematon, Wikimedia Commonsin kautta

Edmond Halleyn työ Välimerellä on myös erottuva. Kirjailija onnistui selvittämään haihtumisen, saostumisen ja virtauksen välisen suhteen.

Century XVIII

Hydrologia edistyi merkittävästi tällä vuosisadalla. Suoritettiin lukuisia kokeita, jotka mahdollistivat joidenkin hydrologisten periaatteiden määrittämisen.

Voimme korostaa Bernoullin lauseen, jonka mukaan vesivirrassa paine kasvaa nopeuden pienentyessä. Muut tutkijat antoivat merkittäviä panoksia veden fysikaalisiin ominaisuuksiin.

Kaikki nämä kokeet muodostavat teoreettisen perustan kvantitatiivisten hydrologisten tutkimusten kehittämiselle.

XIX luvulla

Hydrologia vahvistuu kokeellisena tieteenä. Tärkeitä edistysaskeleita on tapahtunut geologisen hydrologian ja pintavesien mittauksen alalla.

Tänä aikana kehitettiin hydrologisiin tutkimuksiin sovellettavia tärkeitä kaavoja: kapillaarivirtauksen Hagen-Pouiseuille-yhtälö ja Dupuit-Thiem-kaivokaava (1860) erottuvat.

Hydrometria (tiede, joka mittaa liikkuvien nesteiden virtausta, voimaa ja nopeutta) asettaa perustansa. Virtauksen mittaamiseksi kehitettiin kaavoja ja suunniteltiin erilaisia ​​kenttämittauslaitteita.

Toisaalta Miller totesi vuonna 1849, että sademäärän ja korkeuden välillä on suora yhteys.

20. ja 21. vuosisadat

1900-luvun alkupuolella kvantitatiivinen hydrologia pysyi empiirisenä tieteenalalla. Vuosisadan puolivälissä alettiin kehittää teoreettisia malleja tarkempien arvioiden tekemiseksi.

Vuonna 1922 perustettiin kansainvälinen tieteellisen hydrologian yhdistys (IAHS). IAHS ryhmittelee hydrologit maailmanlaajuisesti nykypäivään.

Tärkeitä panoksia on kaivohydrauliikassa ja veden tunkeutumisteorioissa. Samoin tilastoja käytetään hydrologisissa tutkimuksissa.

Vuonna 1944 Bernard loi perustan hydrometeorologialle korostamalla meteorologisten ilmiöiden roolia vesikierrossa.

Tällä hetkellä hydrologit ovat eri tutkimusalueillaan kehittäneet monimutkaisia ​​matemaattisia malleja. Ehdotettujen simulaatioiden avulla on mahdollista ennustaa veden käyttäytymistä eri olosuhteissa.

Nämä simulaatiomallit ovat erittäin hyödyllisiä suurten hydraulisten töiden suunnittelussa. Lisäksi maapallon vesivaroja voidaan käyttää tehokkaammin ja järkevämmin.

Opintolinja

Termi hydrologia tulee kreikkalaisista hydroista (vesi) ja logosta (tiede), mikä tarkoittaa vesitiedettä. Siksi hydrologia on tiede, joka vastaa veden tutkimuksesta, mukaan lukien sen kierto- ja jakautumismallit planeetalla.

Vesi on olennainen osa elämän kehitystä planeetalla. 70% maapallosta on peitetty vedellä, josta 97% on suolaista ja muodostaa maailman valtameret. Jäljelle jäävä 3% on makeaa vettä, ja suurin osa siitä on jäätynyt maailman pylväisiin ja jäätiköihin, mikä tekee siitä niukan luonnonvarojen.

Hydrologialla arvioidaan veden kemiallisia ja fysikaalisia ominaisuuksia, sen suhdetta ympäristöön ja suhdetta eläviin olentoihin.

Hydrologia tieteenä on monimutkainen, joten sen tutkimus on jaettu eri aloihin. Tässä jaksossa tarkastellaan erilaisia ​​näkökohtia, joissa keskitytään joihinkin hydrologisen syklin vaiheisiin: valtamerten (valtameri), järvien (limnologia) ja jokien (potamologia), pintavesien, hydrometeorologian, hydrogeologian (pohjavesi) ja kryologia (kiinteä vesi).

Quelccayan jäätikkö (Peru). Lähde: Edubucher, Wikimedia Commonsista

Viimeaikaiset tutkimusesimerkit

Viime vuosien hydrologiatutkimus on keskittynyt lähinnä simulaatiomallien, 3D-geologisten mallien ja keinotekoisten hermoverkkojen soveltamiseen.

Pintavesien hydrologia

Pintavesien hydrologian alalla käytetään keinotekoisia hermostoverkkomalleja hydrografisten vesistöalueiden dynamiikan tutkimiseksi. Siten SIATL-hanketta (Watershed Water Flow Simulator) käytetään maailmanlaajuisesti vesistöalueiden hallintaan.

Lisäksi on kehitetty tietokoneohjelmia, kuten WEAP (Water Assessment and Planning), joka on kehitetty Ruotsissa ja jota tarjotaan ilmaiseksi kattavana työkaluna vesivarojen hoidon suunnittelulle.

hydrogeologia

Tällä alalla on suunniteltu 3D-geologisia malleja, joiden avulla voidaan luoda kolmiulotteisia karttoja maanalaisista vesivarannoista.

Gámezin ja yhteistyökumppaneiden suorittamassa tutkimuksessa Llobregat-joen suistossa (Espanja) läsnä olevat pohjavesialueet voivat sijaita. Tällä tavalla rekisteröitiin tämän tärkeän altaan, joka toimittaa Barcelonan kaupunkia, vesilähteet.

Cryology

Kriologia on kenttä, joka on ottanut viime vuosina suuren kasvun, lähinnä jäätiköiden tutkimuksen takia. Tässä mielessä on havaittu, että ilmaston lämpeneminen vaikuttaa vakavasti maailman jäätiköihin.

Siksi simulaatiomalleja suunnitellaan arvioimaan jäätiköiden tulevaa häviökäyttäytymistä.

Castillo arvioi vuonna 2015 Maipon altaan jäätiköitä havaitsemalla, että jäätikön pinta on perääntynyt 127,9 km ^{2: n} verran, joka on tapahtunut viimeisen 30 vuoden aikana ja vastaa 25 prosenttia jäätikön alkuperäisestä pinta-alasta.

Andien alueella Bijeesh-Kozhikkodan ym. (2016) arvioivat jäätikön pinnan vuosina 1975–2015. He havaitsivat, että tänä aikana nämä jäätyneet vesimassat olivat vähentyneet merkittävästi.

Andien jäätikköpinnan pääasiallinen vähentyminen havaittiin vuosina 1975-1997 samaan aikaan Tyynen valtameren lämpenemisen kanssa.

Viitteet

1. ASCE-työryhmä keinotekoisten hermostoverkkojen soveltamisesta hydrologiassa (2000) Keinotekoiset hermostoverkot hydrologiassa. I: Alustavat käsitteet. Journal of Hydrologic Engineering 5: 115–123.
2. Campos DF (1998) Hydrologisen syklin prosessit. Kolmas uusintapainos. San Luis Potosín autonominen yliopisto, teknillinen tiedekunta. Toimituksellinen Universitaria Potosina. San Luis Potosí, Meksiko. 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). Vertaileva analyysi jäätiköiden perääntymisestä trooppisilla andeilla käyttämällä kaukokartoitusta Investig. Geogr. Chile, 51: 3-36.
4. Castillo Y (2015) Maipojoen vesistöalueen jäätikköhydrologian karakterisointi fyysisesti perustuvan puolijakautuneen glaciohydrologisen mallin avulla. Insinööritieteiden pro gradu -tutkielma, maininta vesivaroista ja ympäristöstä. Universidad de Chile, fysikaalisten ja matemaattisten tieteiden tiedekunta, rakennustekniikan laitos.
5. Koren V, S Reed, M Smith, Z Zhang ja DJ Seo (2004) Yhdysvaltain kansallisen sääpalvelun hydrologisen laboratorion tutkimuksen mallinnusjärjestelmä (HL-RMS). Journal of Hydrology 291: 297-318.
6. Maanalainen hydrologiryhmä (GHS), CSIC - Espanja. https://h2ogeo.upc.edu/es/ Tarkistettu 27. tammikuuta 2019.