HYDROLOGI: HISTORIE, GENSTAND FOR UNDERSØGELSE OG FORSKNING - VIDENSKAB

Den hydrologi er den videnskab, der omhandler med studiet af vand i alle dens aspekter, herunder dets fordeling på planeten og dens vandkredsløbet. Det adresserer også forholdet mellem vand og miljøet og levende væsener.

De første henvisninger til studiet af vandets opførsel stammer fra det gamle Grækenland og det romerske imperium. Målingerne af strømmen af Seinen (Paris) foretaget af Pierre Perrault og Edme Mariotte (1640) betragtes som begyndelsen på den videnskabelige hydrologi.

Hydrometeorologisk station i Serra da Bocaina National Park, Brasilien. Kilde: Halley Pacheco de Oliveira, fra Wikimedia Commons.

Derefter fortsatte feltmålinger, og der blev udviklet stadig mere nøjagtige måleinstrumenter. Hydrologi baserer i øjeblikket sin forskning hovedsageligt på anvendelse af simuleringsmodeller.

Blandt de seneste undersøgelser fremgår evalueringen af tilbagetrækningen af gletsjere på grund af den globale opvarmning. I Chile er den glaciale overflade af Maipo-bassinet trukket tilbage med 25%. For Andes gletsjere er deres reduktion relateret til opvarmningen af Stillehavet.

Historie

Gamle civilisationer

På grund af vandets betydning for livet har undersøgelsen af dets adfærd været genstand for observation siden menneskets begyndelse.

Den hydrologiske cyklus blev analyseret af forskellige græske filosofer såsom Platon, Aristoteles og Homer. Mens de var i Rom, var Seneca og Plinius bekymret for at forstå vandets opførsel.

Imidlertid betragtes hypoteserne fra disse gamle vismænd i dag som forkerte. Romeren Marco Vitruvius var den første til at indikere, at vandet, der blev infiltreret i jorden, kom fra regn og sne.

Derudover blev der på dette tidspunkt udviklet en stor mængde praktisk hydraulisk viden, som muliggjorde opførelse af store værker såsom akvædukterne i Rom eller kunstvandingskanaler i Kina.

renæssance

Under renæssancen gav forfattere som Leonardo da Vinci og Bernard Palissy vigtige bidrag til hydrologien; Det lykkedes dem at studere den hydrologiske cyklus i relation til infiltration af regnvand og dets tilbagevenden gennem fjedrene.

XVII århundrede

Det anses for, at hydrologi som videnskab blev født i denne periode. Feltmålinger blev startet, især dem, der blev udført af Pierre Perrault og Edmé Mariotte i Seine-floden (Frankrig).

Edmond Halley. Kilde: Ukendt via Wikimedia Commons

Det arbejde, som Edmond Halley har udført i Middelhavet, skiller sig også ud. Forfatteren lykkedes at etablere forholdet mellem fordampning, nedbør og flow.

Århundrede XVIII

Hydrologi gjorde vigtige fremskridt i dette århundrede. Der blev udført adskillige eksperimenter, der gjorde det muligt at etablere nogle hydrologiske principper.

Vi kan fremhæve Bernoullis sætning, der siger, at i en vandstrøm stiger trykket, når hastigheden falder. Andre forskere leverede relevante bidrag i forhold til vandets fysiske egenskaber.

Alle disse eksperimenter udgør det teoretiske grundlag for udvikling af kvantitative hydrologiske undersøgelser.

XIX århundrede

Hydrologi bliver stærkere som eksperimentel videnskab. Der blev gjort vigtige fremskridt inden for geologisk hydrologi og måling af overfladevand.

I denne periode blev vigtige formler anvendt til hydrologiske undersøgelser udviklet. Hagen-Pouiseuille-ligningen af kapillærstrøm og Dupuit-Thiem-brøndformlen (1860) skiller sig ud.

Hydrometri (disciplin, der måler strømning, kraft og hastighed af bevægelige væsker) lægger dens fundament. Formler til flowmåling blev udviklet, og forskellige feltmåleinstrumenter blev designet.

På den anden side fandt Miller i 1849, at der er et direkte forhold mellem mængden af nedbør og højden.

20. og 21. århundrede

I løbet af den første del af det 20. århundrede forblev kvantitativ hydrologi en empirisk disciplin. I midten af århundrede begyndte man at udvikle teoretiske modeller for at gøre mere nøjagtige skøn.

I 1922 blev International Association for Scientific Hydrology (IAHS) oprettet. IAHS grupperer hydrologer verden over til i dag.

Vigtige bidrag ydes i brøndhydraulik og vandinfiltrationsteorier. Ligeledes bruges statistikker i hydrologiske undersøgelser.

I 1944 lagde Bernard grundlaget for hydrometeorologi ved at fremhæve den rolle, meteorologiske fænomener spiller i vandcyklussen.

I øjeblikket har hydrologer inden for deres forskellige studieretninger udviklet komplekse matematiske modeller. Gennem de foreslåede simuleringer er det muligt at forudsige vandets opførsel under forskellige forhold.

Disse simuleringsmodeller er meget nyttige i planlægningen af store hydrauliske arbejder. Desuden er det muligt at gøre mere effektiv og rationel brug af planetens vandressourcer.

Studieområde

Udtrykket hydrologi kommer fra den græske hydros (vand) og logo (videnskab), som betyder videnskaben om vand. Derfor er hydrologi den videnskab, der er ansvarlig for studiet af vand, herunder dets cirkulation og distribution af mønstre på planeten.

Vand er et vigtigt element i udviklingen af livet på planeten. 70% af jorden er dækket med vand, hvoraf 97% er salt og udgør verdens oceaner. De resterende 3% er ferskvand, og det meste er frosset ved verdens poler og gletschere, hvilket gør det til en knap ressource.

Inden for hydrologiområdet vurderes de kemiske og fysiske egenskaber ved vand, dets forhold til miljøet og dets forhold til levende væsener.

Hydrologi som videnskab har en kompleks karakter, så dens undersøgelse er blevet opdelt i forskellige områder. Denne opdeling overvejer forskellige aspekter, der fokuserer på nogle af faser i den hydrologiske cyklus: dynamikken i oceanerne (oceanografi), søerne (limnologi) og floderne (potamologi), overfladevand, hydrometeorologi, hydrogeologi (grundvand) og kryologi (fast vand).

Quelccaya-gletsjer (Peru). Kilde: Edubucher, fra Wikimedia Commons

Nye forskningseksempler

Hydrologiforskning i de senere år har hovedsageligt fokuseret på anvendelse af simuleringsmodeller, 3D-geologiske modeller og kunstige neurale netværk.

Overfladevandhydrologi

Inden for overfladevandhydrologi anvendes kunstige neurale netværksmodeller til at undersøge dynamikken i hydrografiske bassiner. SIATL-projektet (Watershed Water Flow Simulator) bruges således over hele verden til styring af vandskifte.

Computerprogrammer som WEAP (Water Evaluation and Planning), udviklet i Sverige og gratis tilbudt som et omfattende værktøj til planlægning af forvaltningen af vandressourcer, er også blevet udviklet.

hydrogeologi

På dette felt er der designet geologiske 3D-modeller, der gør det muligt at skabe tredimensionelle kort over underjordiske vandreserver.

I en undersøgelse udført af Gámez og samarbejdspartnere i deltaet i Llobregat-floden (Spanien) kunne de tilstedeværende akviferer findes. På denne måde blev vandkilderne i dette vigtige bassin, der forsyner byen Barcelona, registreret.

Cryology

Kryologi er et felt, der har taget en stor boom de senere år, hovedsageligt på grund af studiet af gletsjere. I denne forstand er det blevet observeret, at verdens gletsjere er alvorligt påvirket af den globale opvarmning.

Derfor er simuleringsmodeller designet til at estimere gletsjernes fremtidige tabsadfærd.

Castillo evaluerede i 2015 gletsjere i Maipo-bassinet og fandt, at den islige overflade er trukket tilbage 127,9 km ², en tilbagetog, der har fundet sted i de sidste 30 år og svarer til 25% af den oprindelige overflade af gletsjeren.

I Andesfjernerne foretaget Bijeesh-Kozhikkodan et al. (2016) en evaluering af gletsjeroverfladen i årene 1975 til 2015. De fandt, at der i denne periode var en betydelig reduktion i disse frosne vandmasser.

Den væsentligste reduktion af den andeanske isoverflade blev observeret mellem 1975 og 1997, sammenfaldende med opvarmningen af Stillehavet.

Referencer

ASCE-opgaveudvalget om anvendelse af kunstige neurale netværk i hydrologi (2000) Kunstige neurale netværk i hydrologi. I: Indledende koncepter. Journal of Hydrologic Engineering 5: 115–123.
Campos DF (1998) Processer af den hydrologiske cyklus. Tredje genoptryk. Det autonome universitet i San Luis Potosí, Det Tekniske Fakultet. Redaktionel Universitaria Potosina. San Luis Potosí, Mexico. 540 s.
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). En komparativ analyse af glacial tilbagetog i de tropiske Andes ved hjælp af fjernfølende Investig. Geogr. Chile, 51: 3-36.
Castillo Y (2015) Karakterisering af den glacial hydrologi i Maipo-flodbassinet gennem implementering af en fysisk baseret semi-distribueret glacio-hydrological model. Speciale i ingeniørvidenskab, nævnelse i vandressourcer og miljø. Universidad de Chile, Fakultet for fysiske og matematiske videnskaber, Institut for Civilingeniør.
Koren V, S Reed, M Smith, Z Zhang og DJ Seo (2004) Hydrology laboratory research modelleringssystem (HL-RMS) fra US National Weather Service. Journal of Hydrology 291: 297-318.
Underground Hydrology Group (GHS), CSIC - Spanien. https://h2ogeo.upc.edu/es/ Revideret 27. januar 2019.

HYDROLOGI: HISTORIE, GENSTAND FOR UNDERSØGELSE OG FORSKNING - VIDENSKAB - 2025