HYDROLOGIE: HISTORIE, PŘEDMĚT STUDIA A VÝZKUM - VĚDA

Hydrologie je věda, která se zabývá studiem vody ve všech jejích aspektech, včetně jeho distribuce na této planetě a jeho koloběhu. Zabývá se také vztahem vody k životnímu prostředí a živým bytostem.

První odkazy na studium chování vody pocházejí ze starověkého Řecka a římské říše. Měření toku Seiny (Paříž), které provedli Pierre Perrault a Edme Mariotte (1640), se považují za začátek vědecké hydrologie.

Hydrometeorologická stanice v národním parku Serra da Bocaina, Brazílie. Zdroj: Halley Pacheco de Oliveira, z Wikimedia Commons.

Následně pokračovala terénní měření a byly vyvinuty stále přesnější měřící přístroje. Hydrologie svůj výzkum v současnosti zakládá především na aplikaci simulačních modelů.

Mezi nejnovějšími studiemi vyniká hodnocení ústupu ledovců v důsledku globálního oteplování. V Chile se ledovcová plocha pánve Maipo ustoupila o 25%. V případě andských ledovců souvisí jejich snížení s oteplováním Tichého oceánu.

Dějiny

Starověké civilizace

Vzhledem k důležitosti vody pro život bylo studium jejího chování předmětem pozorování od počátku lidstva.

Hydrologický cyklus byl analyzován různými řeckými filosofy jako Plato, Aristoteles a Homer. Když byli v Římě Seneca a Pliny znepokojeni chováním vody.

Hypotézy předložené těmito starodávnými mudrci se však dnes považují za špatné. Roman Marco Vitruvius byl první, kdo naznačil, že voda infiltrovaná do země pocházela z deště a sněhu.

Kromě toho bylo v této době vyvinuto velké množství praktických hydraulických znalostí, které umožnily mimo jiné výstavbu velkých děl, jako jsou římské akvadukty nebo zavlažovací kanály.

renesance

Během renesance, autoři takový jak Leonardo da Vinci a Bernard Palissy dělali důležité příspěvky k hydrologii; Byli schopni studovat hydrologický cyklus ve vztahu k infiltraci dešťové vody a jejímu návratu přes prameny.

XVII století

Má se za to, že v tomto období se zrodila hydrologie jako věda. Byla zahájena polní měření, zejména ta, která provedli Pierre Perrault a Edmé Mariotte v řece Seině (Francie).

Edmond Halley. Zdroj: Neznámý, přes Wikimedia Commons

Vyniká také práce Edmonda Halleyho ve Středozemním moři. Autorovi se podařilo navázat vztah mezi odpařováním, srážkami a průtokem.

Století XVIII

Hydrologie učinila v tomto století důležité pokroky. Byly provedeny četné experimenty, které umožnily stanovit některé hydrologické principy.

Můžeme zdůraznit Bernoulliho teorém, který říká, že v proudu vody se tlak zvyšuje, když se rychlost snižuje. Ostatní vědci významně přispěli k fyzikálním vlastnostem vody.

Všechny tyto experimenty představují teoretický základ pro vývoj kvantitativních hydrologických studií.

XIX století

Hydrologie roste jako experimentální věda silnější. Významného pokroku bylo dosaženo v oblasti geologické hydrologie a měření povrchových vod.

V tomto období byly vyvinuty důležité vzorce aplikované na hydrologické studie: vyniká Hagen-Pouiseuilleova rovnice kapilárního toku a Dupuit-Thiemova studna (1860).

Hydrometrie (disciplína, která měří tok, sílu a rychlost pohybujících se kapalin) stanoví její základy. Byly vyvinuty vzorce pro měření průtoku a byly navrženy různé přístroje pro měření pole.

Na druhé straně Miller v roce 1849 zjistil, že existuje přímý vztah mezi množstvím srážek a nadmořskou výškou.

20. a 21. století

V první části 20. století zůstala kvantitativní hydrologie empirickou disciplínou. V polovině století se začaly vyvíjet teoretické modely pro přesnější odhady.

V roce 1922 byla založena Mezinárodní asociace pro vědeckou hydrologii (IAHS). IAHS seskupuje hydrology po celém světě dodnes.

Důležitým přínosem jsou teorie hydrauliky vrtů a infiltrace vody. Podobně se statistiky používají v hydrologických studiích.

V roce 1944 položil Bernard základy hydrometeorologie zdůrazněním úlohy meteorologických jevů ve vodním cyklu.

V současné době vyvíjejí hydrologové ve svých různých oborech složité matematické modely. Prostřednictvím navrhovaných simulací je možné předpovídat chování vody za různých podmínek.

Tyto simulační modely jsou velmi užitečné při plánování velkých hydraulických děl. Kromě toho je možné účinněji a racionálněji využívat vodní zdroje planety.

Obor studia

Termín hydrologie pochází z řeckých hydros (voda) a loga (science), což znamená věda o vodě. Hydrologie je proto věda, která je zodpovědná za studium vody, včetně jejích modelů oběhu a distribuce na planetě.

Voda je nezbytným prvkem pro rozvoj života na planetě. 70% Země je pokryto vodou, z nichž 97% je slaná a tvoří světové oceány. Zbývající 3% je sladká voda a většina z nich je zmrzlá na světových pólech a ledovcích, což z ní činí vzácný zdroj.

V oblasti hydrologie jsou hodnoceny chemické a fyzikální vlastnosti vody, její vztah k životnímu prostředí a její vztah k živým bytostem.

Hydrologie jako věda má složitou povahu, takže její studium bylo rozděleno do různých oborů. Toto rozdělení zahrnuje různé aspekty, které se zaměřují na některé fáze hydrologického cyklu: dynamika oceánů (oceánografie), jezer (limnologie) a řek (potamologie), povrchové vody, hydrometeorologie, hydrogeologie (podzemní voda) a kryologie (pevná voda).

Ledovec Quelccaya (Peru). Zdroj: Edubucher, z Wikimedia Commons

Příklady nedávného výzkumu

Hydrologický výzkum se v posledních letech zaměřil především na aplikaci simulačních modelů, 3D geologických modelů a umělých neuronových sítí.

Hydrologie povrchové vody

V oblasti hydrologie povrchových vod se používají umělé modely neuronových sítí ke studiu dynamiky hydrografických povodí. Projekt SIATL (Watershed Water Flow Simulator) se tedy celosvětově používá pro správu povodí.

Byly také vyvinuty počítačové programy, jako je WEAP (Hodnocení vody a plánování), vyvinuté ve Švédsku a nabízené zdarma jako komplexní nástroj pro plánování řízení vodních zdrojů.

Hydrogeologie

V této oblasti byly navrženy 3D geologické modely, které umožňují vytváření trojrozměrných map podzemních vodních rezerv.

Ve studii, kterou provedli Gámez a spolupracovníci v deltě řeky Llobregat (Španělsko), mohli být přítomní zvodněni. Tímto způsobem byly zaregistrovány vodní zdroje této důležité pánve, která zásobuje město Barcelona.

Kryologie

Kryologie je pole, které v posledních letech zaznamenalo velký rozmach, zejména díky studování ledovců. V tomto smyslu bylo pozorováno, že světové ledovce jsou vážně zasaženy globálním oteplováním.

Simulační modely jsou proto navrženy tak, aby odhadly budoucí ztrátové chování ledovců.

Castillo v roce 2015 vyhodnotil ledovce v oblasti Maipo a zjistil, že ledovcová plocha ustoupila 127,9 km ², ústup, ke kterému došlo v posledních 30 letech a odpovídá 25% původní plochy ledovce.

V Andách provedl Bijeesh-Kozhikkodan et al. (2016) vyhodnocení povrchu ledovce v letech 1975 až 2015. Zjistili, že v tomto období došlo k významnému snížení těchto hmotností zmrzlé vody.

Hlavní snížení andského ledovcového povrchu bylo pozorováno mezi lety 1975 a 1997, což se shodovalo s oteplováním Tichého oceánu.

Reference

Úkol ASCE pro aplikaci umělých neuronových sítí v hydrologii (2000) Umělé neuronové sítě v hydrologii. I: Předběžné koncepty. Journal of Hydrologic Engineering 5: 115–123.
Campos DF (1998) Procesy hydrologického cyklu. Třetí dotisk. Autonomní univerzita San Luis Potosí, Fakulta strojního inženýrství. Editorial Universitaria Potosina. San Luis Potosí, Mexiko. 540 pp.
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). Srovnávací analýza ústupu ledovců v tropických Andách pomocí dálkového průzkumu Investig. Geografické Chile, 51: 3-36.
Castillo Y (2015) Charakterizace ledovcové hydrologie povodí řeky Maipo prostřednictvím implementace fyzikálně založeného semi-distribuovaného glacio-hydrologického modelu. Diplomová práce v inženýrských vědách, zmínka o vodních zdrojích a životním prostředí. Universidad de Chile, Fakulta fyzikálních a matematických věd, Katedra stavebnictví.
Koren V, S Reed, M Smith, Z Zhang a DJ Seo (2004) Systém hydrologického laboratorního výzkumu (HL-RMS) americké národní meteorologické služby. Journal of Hydrology 291: 297-318.
Underground Hydrology Group (GHS), CSIC - Španělsko. https://h2ogeo.upc.edu/es/ Revidováno 27. ledna 2019.

HYDROLOGIE: HISTORIE, PŘEDMĚT STUDIA A VÝZKUM - VĚDA - 2025