HIDROLOGIJA: ZGODOVINA, PREDMET PREUČEVANJA IN RAZISKOVANJA - ZNANOST - 2026

Hidrologija je veda, ki se ukvarja s preučevanjem vode v vseh pogledih, vključno s porazdelitvijo na planetu in njegovo hidrološkega cikla. Nagovarja tudi odnos vode do okolja in živih bitij.

Prva omemba preučevanja obnašanja vode sega v staro Grčijo in rimsko cesarstvo. Meritve pretoka Sene (Pariz), ki sta jih opravila Pierre Perrault in Edme Mariotte (1640), veljajo za začetek znanstvene hidrologije.

Hidrometeorološka postaja v nacionalnem parku Serra da Bocaina, Brazilija. Vir: Halley Pacheco de Oliveira, z Wikimedia Commons.

Nato so se nadaljevale terenske meritve in razvijali so vse bolj natančni merilni instrumenti. Trenutno hidrologija temelji na uporabi simulacijskih modelov.

Med najnovejšimi raziskavami izstopa ocena umika ledenikov zaradi globalnega segrevanja. V Čilu se je ledeniška površina kotline Maipo umaknila za 25%. V primeru andskih ledenikov je njihovo zmanjšanje povezano s segrevanjem Tihega oceana.

Zgodovina

Starodavne civilizacije

Zaradi pomembnosti vode za življenje je bilo proučevanje njenega vedenja predmet opazovanja že od začetka človeštva.

Hidrološki cikel so analizirali različni grški filozofi, kot so Platon, Aristotel in Homer. Medtem ko sta bila v Rimu, sta Seneka in Plinij skrbela za razumevanje obnašanja vode.

Vendar hipoteze, ki so jih predložili ti starodavni modreci, danes veljajo za napačne. Rimljan Marco Vitruvius je prvi nakazal, da je voda, ki je bila infiltrirana v tla, prišla iz dežja in snega.

Poleg tega je bila v tem času razvita velika količina praktičnega hidravličnega znanja, ki je med drugim omogočilo gradnjo velikih del, kot so akvadukti v Rimu ali namakalni kanali na Kitajskem.

Renesansa

V času renesanse sta avtorja, kot sta Leonardo da Vinci in Bernard Palissy, pomembno prispevala k hidrologiji; Lahko so preučili hidrološki cikel glede na infiltracijo deževnice in njeno vračanje skozi izvire.

XVII stoletje

Šteje se, da se je v tem obdobju rodila hidrologija kot znanost. Začele so se meritve na terenu, zlasti tiste, ki sta jih izvedla Pierre Perrault in Edmé Mariotte v reki Seni (Francija).

Edmond Halley. Vir: Neznano, prek Wikimedia Commons

Izstopa tudi delo, ki ga je v Sredozemskem morju opravil Edmond Halley. Avtor je uspel vzpostaviti razmerje med izhlapevanjem, padavinami in tokom.

Stoletje XVIII

Hidrologija je v tem stoletju dosegla pomemben napredek. Izvedeni so bili številni poskusi, ki so omogočili vzpostavitev nekaterih hidroloških načel.

Izpostavimo lahko Bernoullijev izrek, ki pravi, da se v vodnem toku pritisk poveča, ko se hitrost zmanjša. Drugi raziskovalci so prispevali ustrezne prispevke v zvezi s fizikalnimi lastnostmi vode.

Vsi ti poskusi predstavljajo teoretično osnovo za razvoj kvantitativnih hidroloških študij.

XIX stoletje

Hidrologija postaja močnejša kot eksperimentalna znanost. Pomemben napredek je bil dosežen na področju geološke hidrologije in merjenja površinskih voda.

V tem obdobju so bile razvite pomembne formule, uporabljene za hidrološke študije, izstopata Hagen-Pouiseuillejeva enačba kapilarnega pretoka in formula Dupuit-Thiem iz vrtine (1860).

Hidrometrija (disciplina, ki meri pretok, silo in hitrost gibljivih tekočin) postavlja svoje temelje. Razvite so bile formule za merjenje pretoka in zasnovani so bili različni merilni instrumenti na terenu.

Po drugi strani je Miller leta 1849 ugotovil, da obstaja neposredna povezava med količino padavin in nadmorsko višino.

20. in 21. stoletje

V prvem delu 20. stoletja je kvantitativna hidrologija ostala empirična disciplina. Sredi stoletja so se začeli razvijati teoretični modeli za natančnejše ocene.

Leta 1922 je bilo ustanovljeno Mednarodno združenje za znanstveno hidrologijo (IAHS). IAHS združuje hidrologe po vsem svetu do danes.

Pomembno prispevajo teorije hidravlike vrtine in infiltracije vode. Prav tako se statistika uporablja v hidroloških študijah.

Leta 1944 je Bernard postavil temelje hidrometeorologije, tako da je poudaril vlogo meteoroloških pojavov v vodnem krogu.

Trenutno hidrologi na različnih študijskih področjih razvijajo kompleksne matematične modele. S predlaganimi simulacijami je mogoče predvideti obnašanje vode v različnih pogojih.

Ti simulacijski modeli so zelo uporabni pri načrtovanju velikih hidravličnih del. Poleg tega je mogoče učinkovitejše in racionalneje izkoristiti vodne vire planeta.

Področje študija

Izraz hidrologija izhaja iz grške hidros (voda) in logotip (znanost), kar pomeni znanost o vodi. Zato je hidrologija znanost, ki je odgovorna za preučevanje vode, vključno z njenimi vzorci kroženja in distribucije na planetu.

Voda je bistven element za razvoj življenja na planetu. 70% Zemlje je prekrito z vodo, od tega 97% slano in predstavlja svetovne oceane. Preostalih 3% je sladka voda, večina pa je zamrznjena na svetovnih drogovih in ledenikih, kar je redek vir.

Na področju hidrologije se ocenjujejo kemijske in fizikalne lastnosti vode, njen odnos do okolja in odnos z živimi bitji.

Hidrologija kot znanost ima kompleksno naravo, zato je bila njena študija razdeljena na različna področja. Ta delitev razmišlja o različnih vidikih, ki se osredotočajo na nekatere faze hidrološkega cikla: dinamiko oceanov (oceanografija), jezer (limnologija) in rek (potamologija), površinskih voda, hidrometeorologije, hidrogeologije ( podzemna voda) in kriologija (trdna voda).

Ledenik Quelccaya (Peru). Vir: Edubucher, iz Wikimedia Commons

Zadnji raziskovalni primeri

Raziskave hidrologije se v zadnjih letih osredotočajo predvsem na uporabo simulacijskih modelov, 3D geoloških modelov in umetnih nevronskih mrež.

Hidrologija površinske vode

Na področju hidrologije površinskih vod se uporabljajo modeli umetnih nevronskih mrež za preučevanje dinamike hidrografskih bazenov. Projekt SIATL (Simulator vodnega pretoka vode) se po vsem svetu uporablja za upravljanje povodja.

Razviti so bili tudi računalniški programi, kot sta WEAP (vrednotenje in načrtovanje vode), ki so bili razviti na Švedskem in ponujajo brezplačno kot celovito orodje za načrtovanje gospodarjenja z vodnimi viri.

Hidrogeologija

Na tem področju so zasnovani 3D geološki modeli, ki omogočajo ustvarjanje tridimenzionalnih zemljevidov podzemnih vodnih rezerv.

V študiji, ki sta jo izvedla Gámez in sodelavci v delti reke Llobregat (Španija), bi lahko našli prisotne vodonosnike. Na ta način so bili registrirani vodni viri tega pomembnega bazena, ki oskrbuje mesto Barcelona.

Kriologija

Kriologija je področje, ki je v zadnjih letih močno razcvetilo, predvsem zaradi preučevanja ledenikov. V tem smislu je bilo opaziti, da globalno segrevanje resno prizadene ledenike na svetu.

Zato se oblikujejo simulacijski modeli za ocenjevanje prihodnjih izgub ledenikov.

Castillo je leta 2015 ocenil ledenike porečja Maipo in ugotovil, da se je ledeniška površina umaknila 127,9 km ² , umik, ki se je zgodil v zadnjih 30 letih in ustreza 25% začetne površine ledenika.

V Andih, Bijeesh-Kozhikkodan in sod. (2016) so v letih 1975 do 2015 opravili oceno površine ledenika in ugotovili, da je v tem obdobju prišlo do občutnega zmanjšanja teh zamrznjenih vodnih mas.

Glavno zmanjšanje ledeniške površine Andov je bilo opaženo med letoma 1975 in 1997, kar je sovpadalo s segrevanjem Tihega oceana.

Reference

1. Naloga odbora ASCE za uporabo umetnih nevronskih mrež v hidrologiji (2000) Umetna nevronska omrežja v hidrologiji. I: Predhodni koncepti. Journal of Hydrologic Engineering 5: 115–123.
2. Campos DF (1998) Procesi hidrološkega cikla. Tretji ponatis. Avtonomna univerza San Luis Potosí, Tehniška fakulteta. Uredništvo Universitaria Potosina. San Luis Potosí, Mehika. 540 pp.
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). Primerjalna analiza umika ledenikov v tropskih Andih z uporabo daljinskega zaznavanja Investig. Geogr. Čile, 51: 3-36.
4. Castillo Y (2015) Karakterizacija ledeniške hidrologije porečja reke Maipo z uvedbo fizično utemeljenega delno razporejenega glacio-hidrološkega modela. Magistrsko delo iz inženirskih znanosti, omemba vodnih virov in okolja. Universidad de Chile, Fakulteta za fizične in matematične vede, Oddelek za gradbeništvo.
5. Koren V, S Reed, M Smith, Z Zhang in DJ Seo (2004) Laboratorijski sistem za modeliranje hidroloških laboratorijskih raziskav (HL-RMS) ameriške nacionalne vremenske službe. Journal of Hydrology 291: 297-318.
6. Podzemna hidrološka skupina (GHS), CSIC - Španija. https://h2ogeo.upc.edu/es/ Revidirano 27. januarja 2019.