Ιστορία της υδρολογίας, αντικείμενο μελέτης και παραδείγματα ερευνών

Το υδρολογία Είναι η επιστήμη που είναι υπεύθυνη για τη μελέτη του νερού σε όλες τις πτυχές του, συμπεριλαμβανομένης της διανομής του στον πλανήτη και του υδρολογικού του κύκλου. Εξετάζει επίσης τη σχέση του νερού με το περιβάλλον και τα ζωντανά όντα.

Οι πρώτες αναφορές στη μελέτη της συμπεριφοράς των υδάτων χρονολογούνται από την Αρχαία Ελλάδα και τη Ρωμαϊκή Αυτοκρατορία. Οι μετρήσεις της ροής του Σηκουάνα (Παρίσι) από τους Pierre Perrault και Edme Mariotte (1640) θεωρούνται η αρχή της επιστημονικής υδρολογίας.

Ακολούθως συνεχίστηκαν οι μετρήσεις πεδίου και αναπτύχθηκαν όλο και πιο ακριβή όργανα μέτρησης. Επί του παρόντος, η υδρολογία βασίζει την έρευνά της κυρίως στην εφαρμογή μοντέλων προσομοίωσης.

Μεταξύ των πιο πρόσφατων μελετών, ξεχωρίζει η αξιολόγηση της υποχώρησης των παγετώνων λόγω της επίδρασης της υπερθέρμανσης του πλανήτη. Στη Χιλή, η παγετώδης επιφάνεια της λεκάνης Maipo υποχώρησε κατά 25%. Στην περίπτωση των παγετώνων των Άνδεων, η μείωσή του σχετίζεται με τη θέρμανση του Ειρηνικού Ωκεανού.

Ευρετήριο

• 1 Ιστορία
  • 1.1 Αρχαίοι πολιτισμοί
  • 1.2 Αναγέννηση
  • 1.3 XVII Αιώνα
  • 1.4 Century XVIII
  • 1.5 αιώνα XIX
  • 1.6 20ος και 21ος αιώνας
• 2 Τομέας σπουδών
• 3 Παραδείγματα πρόσφατης έρευνας
  • 3.1 Υδρολογία επιφανειακών υδάτων
  • 3.2 Υδρογεωλογία
  • 3.3 Κριλολογία
• 4 Αναφορές

Ιστορία

Αρχαίοι πολιτισμοί

Λόγω της σημασίας του νερού για τη ζωή, η μελέτη της συμπεριφοράς του έχει παρατηρηθεί από την αρχή της ανθρωπότητας.

Ο υδρολογικός κύκλος αναλύθηκε από διάφορους Έλληνες φιλόσοφους όπως ο Πλάτων, ο Αριστοτέλης και ο Όμηρος. Ενώ στη Ρώμη Seneca και Plinio ανησυχούν για την κατανόηση της συμπεριφοράς του νερού.

Ωστόσο, οι υποθέσεις που έθιξαν αυτοί οι αρχαίοι σοφοί θεωρούνται επί του παρόντος εσφαλμένοι. Ο Ρωμαίος Marco Vitruvio ήταν ο πρώτος που έδειξε ότι το νερό που διεισδύθηκε στο έδαφος προήλθε από βροχή και χιόνι.

Επιπλέον, κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου αναπτύχθηκε μια μεγάλη ποσότητα πρακτικής υδραυλικής γνώσης, η οποία επέτρεψε, μεταξύ άλλων, την κατασκευή μεγάλων έργων όπως τα υδραγωγεία της Ρώμης ή τα κανάλια άρδευσης στην Κίνα..

Αναγέννηση

Κατά τη διάρκεια της Αναγέννησης, συγγραφείς όπως ο Leonardo da Vinci και ο Bernard Palissy συνέβαλαν σημαντικά στην υδρολογία. Κατάφεραν να μελετήσουν τον υδρολογικό κύκλο σε σχέση με την διείσδυση του βρόχινου νερού και την επιστροφή του μέσα από τα ελατήρια.

17ος αιώνας

Θεωρείται ότι σε αυτή την περίοδο η υδρολογία γεννιέται ως επιστήμη. Ξεκίνησαν οι μετρήσεις πεδίου, ιδίως αυτές που πραγματοποίησαν οι Pierre Perrault και Edmé Mariotte στον ποταμό Seine (Γαλλία).

Υπογραμμίζουν επίσης την εργασία του Edmond Halley στη Μεσόγειο Θάλασσα. Ο συγγραφέας κατόρθωσε να καθορίσει τη σχέση μεταξύ της εξάτμισης, της καθίζησης και της ροής.

18ος αιώνας

Η Υδρολογία σημείωσε σημαντικές εξελίξεις σε αυτόν τον αιώνα. Υπήρξαν πολυάριθμα πειράματα που επέτρεψαν την καθιέρωση μερικών υδρολογικών αρχών.

Μπορούμε να τονίσουμε το θεώρημα του Bernoulli, το οποίο δηλώνει ότι σε μια ροή νερού η πίεση αυξάνεται όταν μειώνεται η ταχύτητα. Άλλοι ερευνητές έκαναν σχετικές συμβολές σχετικά με τις φυσικές ιδιότητες του νερού.

Όλα αυτά τα πειράματα αποτελούν τη θεωρητική βάση για την ανάπτυξη ποσοτικών υδρολογικών έργων.

19ος αιώνας

Η υδρολογία ενισχύεται ως πειραματική επιστήμη. Σημαντικές πρόοδοι σημειώθηκαν στον τομέα της γεωλογικής υδρολογίας και της μέτρησης των επιφανειακών υδάτων.

Σε αυτήν την περίοδο Τύπους εφαρμόζεται σε υδρολογικές μελέτες είχαν αναληφθεί τονίζει εξίσωση Hagen-Pouiseuille τριχοειδούς ροής και καλά τύπου Dupuit-Thiem (1860).

Η υδρομετρία (πειθαρχία που μετρά τη ροή, τη δύναμη και την ταχύτητα των κινούμενων υγρών) βασίζει τις βάσεις της. Διαμορφώθηκαν μέθοδοι μέτρησης ροής και σχεδιάστηκαν διάφορα όργανα μέτρησης πεδίου.

Από την άλλη πλευρά, ο Μίλερ, το 1849, διαπίστωσε ότι υπάρχει άμεση σχέση μεταξύ της ποσότητας των βροχοπτώσεων και του υψομέτρου.

20ο και 21ο αιώνα

Κατά το πρώτο μέρος του εικοστού αιώνα η ποσοτική υδρολογία παρέμεινε εμπειρική πειθαρχία. Μέχρι τα μέσα του αιώνα αναπτύσσονται θεωρητικά μοντέλα για ακριβέστερες εκτιμήσεις.

Το 1922 δημιουργήθηκε η Διεθνής Ένωση Επιστημονικής Υδρολογίας (IAHS). Το IAHS ομαδοποιεί τους υδρολόγους παγκοσμίως μέχρι σήμερα.

Σημαντικές συμβολές γίνονται στο υδραυλικό σύστημα των φρεατίων και στις θεωρίες της διήθησης του νερού. Επιπλέον, χρησιμοποιούνται στατιστικές σε υδρολογικές μελέτες.

Το 1944, ο Bernard έθεσε τα θεμέλια της υδρομετεωρολογίας, επισημαίνοντας τον ρόλο των μετεωρολογικών φαινομένων στον κύκλο του νερού.

Επί του παρόντος, οι υδρολόγοι στους διαφορετικούς τους τομείς σπουδών αναπτύσσουν πολύπλοκα μαθηματικά μοντέλα. Μέσα από τις προτεινόμενες προσομοιώσεις, είναι δυνατόν να προβλεφθεί η συμπεριφορά του νερού υπό διαφορετικές συνθήκες.

Αυτά τα μοντέλα προσομοίωσης είναι πολύ χρήσιμα στο σχεδιασμό μεγάλων υδραυλικών έργων. Επιπλέον, είναι δυνατόν να γίνει πιο αποτελεσματική και ορθολογική χρήση των υδάτινων πόρων του πλανήτη.

Τομέας σπουδών

Ο όρος υδρολογία προέρχεται από την ελληνική υδραγωγούς (νερό) και λογότυπο (επιστήμη), που σημαίνει την επιστήμη του νερού. Ως εκ τούτου, η υδρολογία είναι η επιστήμη που είναι υπεύθυνη για τη μελέτη του ύδατος, συμπεριλαμβανομένων των προτύπων κυκλοφορίας και διανομής του στον πλανήτη.

Το νερό είναι ένα βασικό στοιχείο για την ανάπτυξη της ζωής στον πλανήτη. Το 70% της Γης καλύπτεται με νερό, εκ των οποίων το 97% είναι αλμυρό και αποτελεί τον κόσμο των ωκεανών. Το υπόλοιπο 3% είναι φρέσκο ​​νερό και το μεγαλύτερο μέρος του είναι κατεψυγμένο στους πόλους και στους παγετώνες του κόσμου, επομένως είναι ένας σπάνιος πόρος.

Στο πεδίο της υδρολογίας, αξιολογούνται οι χημικές και φυσικές ιδιότητες του νερού, η σχέση του με το περιβάλλον και η σχέση του με τα ζωντανά όντα.

Η υδρολογία ως επιστήμη έχει πολύπλοκο χαρακτήρα, οπότε η μελέτη της χωρίζεται σε διάφορους τομείς. Η διαίρεση αυτή παρέχει διάφορες πτυχές εστιάζοντας σε οποιαδήποτε φάση του υδρολογικού κύκλου: η δυναμική των ωκεανών (ωκεανογραφία), λίμνες (limnología) και ποτάμια (potamology), τα επιφανειακά ύδατα, το Υδρομετεωρολογία, υδρογεωλογική ( υπόγεια ύδατα) και κρυολογία (στερεό νερό).

Παραδείγματα πρόσφατης έρευνας

Η έρευνα στην υδρολογία κατά τα τελευταία χρόνια έχει επικεντρωθεί κυρίως στην εφαρμογή μοντέλων προσομοίωσης, 3D γεωλογικών μοντέλων και τεχνητών νευρωνικών δικτύων. 

Υδρολογία επιφανειακών υδάτων

Στον τομέα της υδρολογίας των επιφανειακών υδάτων, χρησιμοποιούνται μοντέλα τεχνητών νευρωνικών δικτύων για τη μελέτη της δυναμικής των λεκανών απορροής. Έτσι, το έργο SIATL (Watershed Flow Simulator) χρησιμοποιείται παγκοσμίως για τη διαχείριση των λεκανών απορροής.

Έχουν αναπτυχθεί επίσης προγράμματα υπολογιστών, όπως το WEAP (Αξιολόγηση και σχεδιασμός νερού), που αναπτύχθηκε στη Σουηδία και προσφέρεται δωρεάν ως ολοκληρωμένο εργαλείο για τον σχεδιασμό της διαχείρισης των υδάτινων πόρων.

Υδρογεωλογία

Στον τομέα αυτό, 3D γεωλογικά μοντέλα έχουν σχεδιαστεί για να δημιουργήσουν τρισδιάστατους χάρτες υπογείων αποθεμάτων νερού.

Σε μια μελέτη που πραγματοποίησε ο Gámez και συνεργάτες του στο δέλτα του ποταμού Llobregat (Ισπανία), θα μπορούσαν να εντοπιστούν οι υπάρχοντες υδροφόροι ορίζοντες. Με αυτόν τον τρόπο, ήταν δυνατή η καταγραφή των πηγών ύδατος αυτής της σημαντικής λεκάνης που προμηθεύει την πόλη της Βαρκελώνης.

Κριολογία

Η cryología είναι ένα πεδίο που έχει λάβει μεγάλο ύψος τα τελευταία χρόνια, κυρίως λόγω της μελέτης των παγετώνων. Με αυτή την έννοια, έχει παρατηρηθεί ότι οι παγετώνες του πλανήτη πλήττονται σοβαρά από την υπερθέρμανση του πλανήτη.

Επομένως, τα μοντέλα προσομοίωσης σχεδιάζονται για να εκτιμήσουν τη μελλοντική συμπεριφορά απώλειας των παγετώνων.

Το Castillo, το 2015, αξιολόγησε τους παγετώνες της λεκάνης Maipo, διαπιστώνοντας ότι η επιφάνεια των παγετώνων έχει υποχωρήσει 127,9 χλμ.², την ανάκρουση που έχει συμβεί τα τελευταία 30 χρόνια και αντιστοιχεί στο 25% της αρχικής επιφάνειας του παγετώνα.

Στις Άνδεις, Bijeesh-Kozhikkodan et al (2016) διεξήγαγε μια αξιολόγηση της εξωτερικής επιφάνειας των παγετώνων κατά τα έτη 1975 έως 2015. Βρήκαν ότι υπήρχε σημαντική μείωση αυτών των μαζών του πάγου νερού κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου.

Η κύρια μείωση της επιφάνειας των παγετώνων των Άνδεων παρατηρήθηκε μεταξύ του 1975 και του 1997 που συμπίπτει με τη θέρμανση του Ειρηνικού Ωκεανού.

Αναφορές

1. Επιτροπή Εργασίας ASCE για την Εφαρμογή Τεχνητών Νευρωνικών Δικτύων στην Υδρολογία (2000) Τεχνητά Νευρωνικά Δίκτυα Υδρολογίας. I: Προκαταρκτικές έννοιες. Journal of Hydrologic Engineering 5: 115-123.
2. Campos DF (1998) Διαδικασίες του υδρολογικού κύκλου. Τρίτη εκτύπωση. Αυτόνομο Πανεπιστήμιο του San Luis Potosí, Τμήμα Μηχανικών. Πανεπιστημιακή εκδοτική Ποτοσίνη. San Luis Potosí, Μεξικό. 540 σελ.
3. Bijeesh-Kozhikkodan V, S F Ruiz-Pereira, W Shanshan, Ρ Teixeira-Valente, Α Ε Bica-Grondona, Α Γ Becerra Rondon, Ι C Rekowsky, S Florêncio de Souza, Ν Bianchini, U Franz-Bremer, J Cardia-Simoes. (2016). Μια συγκριτική ανάλυση της παγετώδους υποχώρησης στις τροπικές Άνδεις χρησιμοποιώντας την τηλεανίχνευση. Γεωγραφικά. Χιλή, 51: 3-36.
4. Castillo Y (2015) Χαρακτηρισμός της παγετώδους υδρολογίας της λεκάνης του ποταμού Maipo με την εφαρμογή ενός φυσικώς ημι-κατανεμημένου παγετώδους-υδρολογικού μοντέλου. Διδακτορικό Δίπλωμα στις Τεχνικές Επιστήμες, Αναφορά Πόρων και Περιβάλλοντος Νερού. Πανεπιστήμιο Χιλής, Τμήμα Φυσικών και Μαθηματικών Επιστημών, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών.
5. Koren V, S Reed, M Smith, Ζ Ζανγκ και D-J Seo (2004) Υδρολογικό εργαστηριακό σύστημα μοντέλου έρευνας (HL-RMS) της Αμερικανικής Εθνικής Μετεωρολογικής Υπηρεσίας. Journal of Hydrology 291: 297-318.
6. .