הידרולוגיה: היסטוריה, מושא המחקר והמחקר - מַדָע

הידרולוגיה הוא שהמדע עוסק בחקר המים על כל היבטיו, לרבות הפצתו על פני כדור הארץ ואת המחזור ההידרולוגי שלה. זה מטפל גם בקשר של מים עם הסביבה ועם יצורים חיים.

ההתייחסויות הראשונות לחקר התנהגות המים מתוארכות ליוון העתיקה ולאימפריה הרומית. המדידות של זרימת הסן (פריז) שנעשו על ידי פייר פרו ואדאם מריונטה (1640) נחשבות לתחילתה של הידרולוגיה מדעית.

תחנה הידרומטורולוגית בפארק הלאומי סרה דה בוקאינה, ברזיל. מקור: האלי פאצ'קו דה אוליביירה, מ- Wikimedia Commons.

בהמשך המשיכו מדידות השדה והתפתחו מכשירי מדידה מדויקים יותר ויותר. ההידרולוגיה מבססת את המחקר שלה כיום בעיקר על יישום מודלים להדמיה.

בין המחקרים האחרונים בולטת הערכת נסיגת הקרחונים כתוצאה מהתחממות כדור הארץ. בצ'ילה, השטח הקרחוני של אגן מייפו נסוג ב- 25%. במקרה של קרחונים האנדים, צמצום שלהם קשור להתחממות האוקיאנוס השקט.

הִיסטוֹרִיָה

תרבויות קדומות

בשל חשיבותם של מים לחיים, חקר התנהגותם היה מושא התבוננות מאז ראשית האנושות.

המחזור ההידרולוגי נותח על ידי פילוסופים יוונים שונים כמו אפלטון, אריסטו והומרוס. בזמן שברומא דאגו סנקה ופליני להבין את התנהגות המים.

עם זאת, ההשערות שהועלו על ידי חכמים קדומים אלה נחשבות כיום לא נכונות. הרומן מרקו ויטרוביוס היה הראשון שהצביע על כך שהמים שחדרו לאדמה הגיעו מגשם ושלג.

בנוסף, בשלב זה פותחה כמות גדולה של ידע הידראולי מעשי, שאיפשר הקמת עבודות גדולות כמו אמות מים של רומא או תעלות ההשקיה בסין, בין היתר.

רֵנֵסַנס

בתקופת הרנסנס, סופרים כמו לאונרדו דה-וינצ'י וברנרד פאליסי תרמו תרומות חשובות להידרולוגיה; הם הצליחו לחקור את המחזור ההידרולוגי ביחס להסתננות מי גשמים וחזרתם דרך המעיינות.

המאה ה- XVII

זה נחשב שבתקופה זו נולדו הידרולוגיה כמדע. התחילו מדידות שדה, במיוחד אלה שבוצעו על ידי פייר פרו ואדמה מריונטה בנהר הסיין (צרפת).

אדמונד האלי. מקור: לא ידוע, באמצעות Wikimedia Commons

העבודה שבוצעה על ידי אדמונד האלי בים התיכון בולטת גם היא. הכותב הצליח לבסס את הקשר בין אידוי, משקעים וזרימה.

מאה XVIII

ההידרולוגיה התקדמה חשובה במאה זו. נערכו ניסויים רבים המאפשרים לקבוע כמה עקרונות הידרולוגיים.

אנו יכולים להדגיש את משפט ברנולי, הקובע כי בזרם מים הלחץ עולה כאשר המהירות יורדת. חוקרים אחרים תרמו תרומות רלוונטיות ביחס לתכונות הפיזיקליות של מים.

כל הניסויים הללו מהווים את הבסיס התיאורטי להתפתחות מחקרים הידרולוגיים כמותיים.

המאה ה- XIX

ההידרולוגיה מתחזקת כמדע ניסיוני. התקדמות חשובה נעשתה בתחום ההידרולוגיה הגיאולוגית ובמדידת מי השטח.

במהלך תקופה זו פותחו נוסחאות חשובות המוחלות על מחקרים הידרולוגיים. משוואת Hagen-Pouiseuille של זרימת הנימים ונוסחת הבאר Dupuit-Thiem (1860) בולטת.

הידרומטריה (משמעת המודדת את זרימתם, כוחם ומהירותם של נוזלים נעים) מניחה את יסודותיה. פורחו נוסחאות למדידת זרימה ותוכננו מכשירי מדידת שדה שונים.

לעומת זאת, מילר, בשנת 1849, מצא שיש קשר ישיר בין כמות המשקעים לגובה.

המאות העשרים וה 21

במהלך החלק הראשון של המאה העשרים נותרה הידרולוגיה כמותית תחום אמפירי. באמצע המאה החלו לפתח מודלים תיאורטיים כדי לערוך הערכות מדויקות יותר.

בשנת 1922 הוקמה האיגוד הבינלאומי להידרולוגיה מדעית (IAHS). IAHS מקבץ הידרולוגים ברחבי העולם עד ימינו.

תרומות חשובות ניתנות בתיאוריות הידראוליקה בארות וחדירת מים. כמו כן, נעשה שימוש בסטטיסטיקה במחקרים הידרולוגיים.

בשנת 1944 הניח ברנרד את היסודות להידרומטורולוגיה בכך שהדגיש את תפקידן של תופעות מטאורולוגיות במחזור המים.

נכון לעכשיו, הידרולוגים בתחומי המחקר השונים שלהם מפתחים מודלים מתמטיים מורכבים. באמצעות ההדמיות המוצעות ניתן לחזות את התנהגותם של מים בתנאים שונים.

דגמי סימולציה אלה מועילים מאוד בתכנון עבודות הידראוליות גדולות. יתר על כן, ניתן לעשות שימוש יעיל ורציונלי יותר במשאבי המים של הפלנטה.

תחום הלימוד

המונח הידרולוגיה מגיע מהידרוס היוונית (מים) והלוגו (מדע) שמשמעותו מדע המים. לכן ההידרולוגיה היא המדע שאחראי על לימוד המים, כולל דפוסי זרימתם והפצתם על פני כדור הארץ.

מים הם מרכיב חיוני להתפתחות החיים על פני כדור הארץ. 70% מכדור הארץ מכוסים במים, מתוכם 97% מלוחים ומהווים את האוקיינוסים בעולם. 3% הנותרים הם מים מתוקים, ורובם קפואים בקטבים וקרחוני העולם, מה שהופך אותם למשאב נדיר.

בתחום ההידרולוגיה נבדקים התכונות הכימיות והפיזיות של מים, הקשר שלהם עם הסביבה ויחסיהם עם יצורים חיים.

ההידרולוגיה כמדע היא בעלת אופי מורכב, ולכן המחקר שלה חולק לתחומים שונים. חלוקה זו מתבוננת בהיבטים שונים המתמקדים בחלק משלבי המחזור ההידרולוגי: הדינמיקה של האוקיאנוסים (אוקיאנוגרפיה), האגמים (לימנולוגיה) ושל הנהרות (פוטמולוגיה), מי שטח פנים, הידרומטורולוגיה, הידרוגאולוגיה ( מי תהום) וקריולוגיה (מים מוצקים).

קרחון קווצ'קיה (פרו). מקור: Edubucher, מ- Wikimedia Commons

דוגמאות מחקריות אחרונות

המחקר בתחום ההידרולוגיה בשנים האחרונות התמקד בעיקר ביישום של מודלים להדמיה, מודלים גיאולוגיים תלת-ממדיים ורשתות עצביות מלאכותיות.

הידרולוגיה משטחית

בתחום הידרולוגיית מי השטח, מיושמים מודלים של רשת עצבית מלאכותית כדי לחקור את הדינמיקה של אגן הידרוגרפיים. לפיכך, נעשה שימוש ברחבי העולם בפרויקט SIATL (סימולטור זרימת מים מובילים) לניהול קו פרשת מים.

תוכניות מחשב כמו WEAP (הערכת מים ותכנון), שפותחו בשבדיה והוצעו ללא תשלום ככלי מקיף לתכנון ניהול משאבי מים, פותחו גם הן.

הידרוגולוגיה

בתחום זה תוכננו מודלים גיאולוגיים תלת מימד המאפשרים ליצור תלת מימד מפות של מאגרי מים תת קרקעיים.

במחקר שנערך על ידי גמז ומשתפי פעולה בדלתא של נהר הלוברגט (ספרד), ניתן היה למצוא את האקוויפרים שנמצאים במקום. באופן זה נרשמו מקורות המים של אגן חשוב זה המספק את העיר ברצלונה.

קריולוגיה

קריולוגיה היא תחום שגבר בשנים האחרונות גאות רבה, בעיקר בגלל חקר הקרחונים. במובן זה נצפה כי קרחוני העולם מושפעים קשה מההתחממות הגלובלית.

לכן, מודלים של סימולציה מתוכננים להעריך את התנהגות האובדן העתידית של הקרחונים.

קסטילו, בשנת 2015, העריך את קרחוני אגן מאיפו, ומצא כי משטח הקרחון נסוג 127.9 קמ"ש ² , נסיגה שהתרחשה ב -30 השנים האחרונות ותואמת 25% מהשטח הראשוני של הקרחון.

באנדים ערכו ביאג'ש-קוז'יקודן ואח '(2016) הערכה של פני הקרחון במהלך השנים 1975 עד 2015. הם מצאו כי בתקופה זו חלה ירידה משמעותית במוני המים הקפואים הללו.

ההפחתה העיקרית של פני הקרחון האנדים נצפתה בין השנים 1975-1997, במקביל להתחממות האוקיאנוס השקט.

הפניות

ועדת המשימות של ASCE ליישום רשתות עצביות מלאכותיות בהידרולוגיה (2000) רשתות עצביות מלאכותיות בהידרולוגיה. אני: מושגים ראשוניים. כתב העת להנדסה הידרולוגית 5: 115–123.
Campos DF (1998) תהליכי המחזור ההידרולוגי. הדפסה חוזרת שלישית. האוניברסיטה האוטונומית סן לואיס פוטוסי, הפקולטה להנדסה. עריכה אוניברסיטארית פוטוסינה. סן לואיס פוטוסי, מקסיקו. 540 עמ '.
Bijeesh-Kozhikkodan V, SF Ruiz-Pereira, W Shanshan, P Teixeira-Valente, AE Bica-Grona, AC Becerra Rondón, IC Rekowsky, S Florêncio de Souza, N Bianchini, U Franz-Bremer, J Cardia-Simões. (2016). ניתוח השוואתי של נסיגת הקרחונים בהרי האנדים הטרופיים באמצעות חישה מרחוק Investig. גאוגר. צ'ילה, 51: 3-36.
Castillo Y (2015) אפיון ההידרולוגיה הקרחונית של אגן נחל מאיפו באמצעות יישום מודל פיזי-חצי-גלודיו-הידרולוגי מבוסס פיזית. עבודת תואר שני במדעי ההנדסה, אזכור במשאבי מים וסביבה. Universidad de Chile, הפקולטה למדעי הפיזיקה והמתמטיקה, המחלקה להנדסה אזרחית.
Koren V, S Reed, M Smith, Z Zhang ו- DJ Seo (2004) מערכת דוגמנות מחקר למעבדות הידרולוגיה (HL-RMS) של שירות מזג האוויר הלאומי של ארה"ב. Journal of Hydrology 291: 297-318.
המחתרת ההידרולוגית הקבוצה (GHS), CSIC - ספרד. https://h2ogeo.upc.edu/es/ מתוקן 27 בינואר, 2019.

הידרולוגיה: היסטוריה, מושא המחקר והמחקר - מַדָע - 2025