Хидрологија

Хидрологија е проучување на движењето, дистрибуцијата и квалитетот на водата на Земјата и другите планети, вклучувајќи ги и хидролошкиот циклус, водните ресурси и одржливоста на сливот во животната средина. Практичар на хидрологијата е хидрологист, кој работи во областа на науката за земјата или животната средина, физичката географија, геологија или граѓанска средина и инженерство на животната средина.
Домени кои хидрологијата ги вклучува се: хидрометеорологијата, површинската хидрологија, хидрогеологијата,и квалитетот на водата, каде што водата ја игра централната улога. Океанографија и метеорологија не се вклучени бидејќи водата е само еден од многуте важни аспекти во рамките на тие области.
Хидролошките истражувања даваат и информации за инженерство, политика и планирање на животната средина. Поимот „хидрологија“ доаша од грчките поими: ὕδωρ, hydōr, "вода" и λόγος, логоа, "студија".
1 Историја
Хидрологијата е предмет на истрага и инженерство со милениуми. На пример, околу 4000 год п.н.е Нил бил преграден за подобрување на земјоделската продуктивност на претходно неплодните земјишта.Месопотамските градови биле заштитени од поплави со високи земјени ѕидови. Аквадуктите биле изградени од Грците и Старите Римјани, а во историјата на Кина се покажува дека тие изградиле системи за наводнување и контрола на поплавите. Античките синхалски ја користеле хидрологијата за да изградат сложени системи за наводнување во Шри Ланка,а исто така се познати и по пронаоѓањето на вентилот Пит кој дозволи изградба на големи акумулации и канали кои сè уште функционираат.
Маркус Витрувиј, во првиот век п.н.е., ја опишла филозофската теорија на хидролошкиот циклус, според која врнежи паѓаат на планините, инфилтрирани на површината на Земјата и водат до создавање на потоци и извори во низините. Со усвојување на понаучен пристап, Леонардо да Винчи и Бернард Палиси независно достигнаа точна претстава на хидролошкиот циклус. Од 17 век хидролошките промени почнале да се мерат.
Пионери на модерната наука на хидрологијата се Пјер Перо,Едм Мариот и Едмунд Халеј. Со мерење на врнежите и дренажната област, Перо покажа дека врнежите биле доволни да дадат отчет за протокот на Сена.Мариот ги комбинирал пресекот од брзината и мерењата на реката за да се добие повторно празнење во Сена. Халеевата покажа дека испарувањето на водата од Средоземното Море беше доволно да дадат отчет за одливот на реките кои течат во морето.
Напредокот во 18 век ги вклучува пизометарот и равенката Бернули, од Даниел Бернули. 19 век доживеал развој во подземната хидрологија, вклучувајчи го законот на Дарси добро познатата Dupuit-Thiem формула, и капиларен Hagen-Poiseuille's тек на равенките.Во 20 век,рационалните анализи почнале да го заменуваат емпиризмот а владините агенции почнале да создаваат свои хидролошки програми за истражување. Од особено значење била хидрографската единица на Лерој Шерман, теоријата за инфилтрација на Роберт Е. Хортон, и CV тезите на водоносник тест / опишувајќи ја равенката и хидрауликата.
Од 1950 година, хидрологијата пристапи со повеќе теоретска основа отколку во минатото,упростена со напредокот во физичкото разбирање на хидролошките процеси со појавата на компјутерите и особено географско информациските системи (ГИС).
2 Гранки
Хемиска хидрологија е проучување за хемиските одлики на водата.
Екохидрологија е проучување на интеракцијата помеѓу организми и хидролошкиот циклус.
Хидрогеологија е изучувањето на присуството и движењето на подземните води.
Хидроинформатика е адаптација на информатичката технологија за хидрологија и апликациите за водните ресурси.
Хидрометеорологијата е проучување на трансферот на вода и енергија помеѓу земјата, водните површини и пониската атмосфера.
Изотоп хидрологија е изучувањето на изотопски потписи на вода.
Површинаска хидрологија е изучувањето на хидролошки процеси кои работат на и близу Земјината површина.
Дренажен слив опфаќа складирање на вода, во форма на резервоари и заштита од поплави.
Квалитетот на водата ја вклучува хемијата на водата во реките и езерата, како и на загадувачи така и на природни состојки
3 Поврзани теми
Океанографија е повеќе општа студија на водата во океаните и утоките.
Метеорологијата е повеќе општи проучување на атмосферата и на времето, вклучувајќи врнежи како снег и дожд.
Лимнологијата е изучувањето на езерата. Таа опфаќа биолошки, хемиски, физички, геолошки и други атрибути на сите внатрешните води (слатка и солена вода, природни или вештачки).
Водните ресурси се извори на вода кои се корисни или потенцијално корисни. Хидрологија обично ја проучува достапноста на тие ресурси, а не нивната употреба
4 Примена
* Утврдување на водениот баланс на регионот.
* Утврдување на земјоделски баланс на водата.
* Проектирање крајбрежни реставраторски проекти.
* Ублажување и предвидување на поплави, лизгање на земјиштето и ризик од суша.
* Во реално време прогнозирање на поплави и предупредување од поплави.
* Проектирање системи за наводнување и управување со земјоделската продуктивност.
* Обезбедување на вода за пиење.
* Проектирање брани за снабдување со вода или хидро енергија.
* Проектирање мостови.
* Проектирање канализација и урбана систем за одводнување.
* Анализа на влијанието на влагата на санитарните канализација.
* Предвидување геоморфолошки промени, како ерозија или таложење.
* Проценка на влијанието на природните и антропогените промени на животната средина на водните ресурси.
* Оценување на ризикот од ширењето на загадениот воздух и утврдување на политички упатства за животната средина .
5 Теми
Централна тема на хидрологијата е дека водата циркулира низ Земјата преку различни патишта и на различни стапки. Најживописна слика на ова е во испарувањето на водата од океанот, што формира облаци. Овие облаци лебдат над земјата и произведуваат дожд. Дождовницата се влева во езера, реки, или водоносни слоеви (водоносници). Водата во езерата, реките и подземните водотеци потоа или испарува назад во атмосферата или евентуално тече назад во океанот, завршувајќи го циклусот. Водата ја менува својата состојба на постоење неколкупати во текот на овој циклус.
Областите на истражување во рамките на хидрологијата се однесуваат на движењето на водата помеѓу нејзините различни држави, или во рамките на дадена држава, или едноставно квантифицирање на износите во овие држави во даден регион. Делови од хидрологијата се загрижени за развивање на методи за директно мерење на овие текови или количини на вода, додека други се однесуваат на моделирање на овие процеси или за научни сознанија, односно за предвидување на практични апликации.
Подземните води
Хидрологија (хидрогеологија) ги опфаќа квантифицираните подземни текови и решенијата за транспорт. Проблеми во опишувањето на водоносната зона вклучуваат карактеризација на водоносни слоеви во однос на текот на водата, подземните води под притисок и заклучно со подземна длабочина .. Мерења тука може да се направи со користење на пизометар. Водоносниците се опишани во условите на спроводливост, складирање и преносливост. Постојат голем број на геофизичките методи за карактеризирањр на водоносните слоеви. Исто така, постојат проблеми во карактеризирањето на вадозната зона (незаситена зона).
6 Инфилтрација
Инфилтрацијата на водата од врнежите во почвата е важна тема. Во некои околности сува почва не може да апсорбира врнежи толку лесно како земја која е веќе влажна. Инфилтрацијата понекогаш може да се мери со инфилтрометар.
7 Влага во почвата
Влага во почвата може да се мери на различни начини; со сонди или Тензиометар. Други методи вклучуваат растворената супстанца, земање мостри како и геофизички методи.
8 Површински проток на вода
Хидрологијата опфаќа квантифицирање на површинскиот проток на вода и транспортни решенија, иако третманот на тековите во големите реки понекогаш се смета како посебна тема на хидраулика или хидродинамика. Други теми вклучуваат хемиски транспорт како дел од површинските води, транспорт на седиментите и ерозија.
Една од најважните области на хидрологијата е размената помеѓу реките и подземните водотеци . Додека во многу географски региони тоа е само природно да мислат на поместувањето на водата од водоносните извори во реките, на промени исто така, можат да се случат.
9 Врнежите и испарувањето
Во некои размислувања, хидрологијата се смета за почеток на земјо- атмосфераската граница и според тоа важно е да се има соодветно познавање и на врнежите и на испарувањето. Врнежите може да се мерат на различни начини: диздрометар за одликите на врнежите на временска скала; радар за својствата на облаците, стапка за проценка и откривање на дожд, град и снег.
Испарувањето е важен дел од водениот циклус. Тоа е делумно под влијание на влага, кое може да се мери со прашка психометар. Тоа е исто така погодено од присуството на снег, град, мраз и да се однесува на роса, магла и магла. Хидрологија опгаќа испарување на различни форми: од водените површини, како транспирација од растителни површини во природни и агрономски екосистеми.
Детални студии за испарување вклучуваат граничен слој размислувања, како и сила на забрзување, постојано менување на топлината и енергетските буџети.
10 Дистанционните
Дистанционните на хидролошки процеси може да обезбеди информации од различни типови. Извори кои ги вклучуваат се површински сензори, воздушни сензори и сателитски сензори. Информации можат да вклучат облаци, површинска влага и вегетациска покривка.
Квалитет на водата
Во хидрологијата, студии за квалитетот на водата се засегнати со органски и неоргански соединенија, и растворени и седиментен материјал. Покрај тоа, квалитетот на водата е под влијание на интеракцијата на растворен кислород со органски материјал и разни хемиски трансформации што може да се случи. Мерења на квалитетот на водата може да вклучи и други методи, во кои анализата се одржува на самото место,кои често се автоматски, и лабораториски анализи а може да вклучуваат и микробиолошка анализа.
11 Интегрирано мерење и моделирање
* Буџетни анализи
* Параметар проценка
* Скалирање во времето и просторот
* Асимилација на податоците
* Контрола на квалитетот на податоците
12 Предвидување
Набљудувањата на хидролошкитe процеси се користат да се направи предвидувањe на иднoто однесување на хидролошките системи (текот на водата, квалитетот на водата). Еден од главните тековни проблеми во хидролошките истражувања е "Предвидување на речните сливови, каде што или воопшто нема или само многу малку податоци постојат.
13 Статистичка хидрологија
Со анализирање на статистичките својства на хидролошките податоци, како што се врнежи или речен тек, хидролозите може да ги проценат идните хидролошки појави. Кога правите проценки за тоа колку често релативно ретки настани ќе се случат, анализи се направени во однос на повратен период на таквите настани. Други количини на интерес вклучуваат просек на протокот во река, во текот на една година или сезона.
Овие проценки се важни за инженерите и економисти, така што правилна анализа на ризикот може да се врши за да се влијае на одлуките за инвестирање во идната инфраструктура и со сигурност да се утврдат одликите за приносот на системи за водоснабдување. Статистички податоци се користат за да се формулират оперативни правила за големите брани кои се дел од системи кои вклучуваат земјоделски, индустриски и станбени барања.
Моделирање
Хидролошките модели се поедноставени, концептуални претстави на дел од хидролошкиот циклус. Тие главно се користат за хидролошки предвидување и за разбирање на хидролошките процеси. Двата главни типа на хидролошки модели може да се разликуваат.
* Модели врз основа на податоци. Овие модели се црна кутија системи, користејќи математички и статистички концепти за поврзување на одреден влез (на пример врнежи)и на моделот излез (на пример круг). Најчести техники кои се користат се регресија, трансфер на функции, како и систем за идентификација. Наједноставниот од овие модели може да бидат линеарните модели, за кои е е заедничко да се распоредат не-линеарни компоненти кои претставуваат некои општи аспекти кои се одговор на каптажата, без да оди длабоко во реалните физички процеси кои се вклучени. Еден пример на ваков аспект е добро познатото однесување дека сливот ќе одговори многу побрзо и силно кога тој е веќе влажен отколку кога е сув.
* Модели врз основа на процесот описи. Овие модели се обидуваат да ги претставуваат физичките процеси забележани во реалниот свет. Типично, ваквите модели содржат претстави за површината круг, подземни текови, и канал проток, но тие можат да бидат многу комплицирани. Овие модели се познати како детерминистички хидролошки модели. Детерминистичките хидролошки модели може да се поделат на едноставни и постојани модели.Неодамнешните истражувања на хидролошкото моделирање се обидуваат да имаат повеќе глобален пристап кон разбирање на однесувањето на хидролошките системи за да се подобрат предвидувањата и да се соочат со големите предизвици во управувањето со водните ресурси.
14 Сообраќај
Текот на водата е значајно средство со кое друг материјал, како почва или загадувачи, се транспортираат од место до место.Од 1960-тите, комплексни математички модели се развиени, олеснети од страна на достапноста на брзи компјутери. Најчести анализирани класи кои загадуваат се хранливи материи, пестициди, растворените цврсти материи и талог.
15 Меѓународни истражувачки тела
-Институт за меѓународно водостопанство
-УНЕСКО- институт за проучување на водата
16 Национални истражувачки тела
* Хидрометеоролошки завод на Македонија
* Центар за екологија и хидрологија - Велика Британија
* Центар за вода наука, човечки ресурси, Велика Британија
* водни истражувања, ЕТХ, Цирих, Швајцарија
* Институт за хидрологија, Алберт-Лудвиг-Универзитетот во Фрајбург, Германија
* Американскиот геолошки институт - водените ресурси на САД
* Националната метеоролошка служба - Канцеларијата на хидролошкиот развој, САД
* Армијата на САД, корпус на инженери, Центар за хидроинженерство, САД
* хидролошки истражувачки центар - непрофитна истражувачка корпорација, САД
* Економија на управување со водните ресурси, САД
* Универзитетот на Оклахома-природни непогоди и катастрофи, САД
* Истражувачки центар за национална хидрологија- Канада
17 Национални и меѓународни здруженија
* Геолошко друштво на Америка – хидрогеолошка дивизија
* Американската геофизичка унија - Хидролошка секција
* Национална подземните води асоцијација (NGWA) [20]
* Здружение на американските водени ресурси
* конзорциумот на универзитети за унапредување на хидролошката наука
* Меѓународната асоцијација на хидролошки науки
* Статистика на хидролошката работна група
* Британско хидролошко општество
* Руско географско друштво (Москва центар) - Комисиска хидрологија
* Меѓународната асоцијација за хидрологијата на животната средина
18 Широк преглед на сливот
* Поврзаната водна иницијатива, Универзитетот на Нов Јужен Велс - Истражување и подигање на свеста на подземните води и прашањата за водените ресурси во Австралија.
19 Поврзано
* Хидрографија
* Геоморфологија
* Меѓународна хидрографска организација