HYDROLOGI: HISTORIA, STUDIEOBJEKT OCH FORSKNING - VETENSKAP - 2025

Den hydrologi är den vetenskap som erbjudanden med studien av vatten i alla dess aspekter, inklusive dess fördelning på planeten och dess kretslopp. Den tar också upp förhållandet mellan vatten och miljön och levande varelser.

De första referenserna till studien av vattens beteende går tillbaka till det antika Grekland och Romerriket. Mätningarna av Seine-flödet (Paris) gjorda av Pierre Perrault och Edme Mariotte (1640) anses vara början på vetenskaplig hydrologi.

Hydrometeorologisk station i Serra da Bocaina nationalpark, Brasilien. Källa: Halley Pacheco de Oliveira, från Wikimedia Commons.

Därefter fortsatte fältmätningar och allt mer exakta mätinstrument utvecklades. Hydrologi baserar för närvarande sin forskning huvudsakligen på tillämpningen av simuleringsmodeller.

Bland de senaste studierna är utvärderingen av glaciärernas reträtt på grund av den globala uppvärmningen framträdande. I Chile har den glaciala ytan av Maipo-bassängen dragit sig tillbaka med 25%. När det gäller Andes glaciärer är deras minskning relaterad till uppvärmningen av Stilla havet.

Historia

Antika civilisationer

På grund av vikten av vatten för livet har studien av dess beteende varit föremål för observation sedan mänsklighetens början.

Den hydrologiska cykeln analyserades av olika grekiska filosofer som Platon, Aristoteles och Homer. I Rom var Seneca och Plinius bekymrade över att förstå vattens beteende.

Emellertid betraktas hypoteserna som dessa forntida visade fram idag. Roman Marco Vitruvius var den första som indikerade att vattnet som infiltrerades i marken kom från regn och snö.

Dessutom utvecklades vid denna tidpunkt en stor mängd praktisk hydraulisk kunskap, som möjliggjorde byggandet av stora arbeten såsom akvedukterna i Rom eller bevattningskanalerna i Kina.

renässans

Under renässansen gav författare som Leonardo da Vinci och Bernard Palissy viktiga bidrag till hydrologin; De kunde studera den hydrologiska cykeln i förhållande till infiltration av regnvatten och dess återkomst genom källorna.

XVII-talet

Det anses att hydrologi som vetenskap föddes under denna period. Fältmätningar inleddes, särskilt de som genomfördes av Pierre Perrault och Edmé Mariotte i Seine River (Frankrike).

Edmond Halley. Källa: Okänd, via Wikimedia Commons

Det arbete som Edmond Halley gjort i Medelhavet sticker också ut. Författaren lyckades etablera förhållandet mellan förångning, nederbörd och flöde.

Århundradet XVIII

Hydrologin gjorde viktiga framsteg under detta århundrade. Många experiment genomfördes som gjorde det möjligt att fastställa några hydrologiska principer.

Vi kan lyfta fram Bernoullis sats, som säger att trycket i en vattenström ökar när hastigheten minskar. Andra forskare gjorde relevanta bidrag i relation till de fysiska egenskaperna hos vatten.

Alla dessa experiment utgör den teoretiska grunden för utveckling av kvantitativa hydrologiska studier.

XIX-talet

Hydrologi blir starkare som experimentell vetenskap. Viktiga framsteg gjordes inom området geologisk hydrologi och i mätningen av ytvatten.

Under denna period utvecklades viktiga formler tillämpade på hydrologiska studier. Hagen-Pouiseuille-ekvationen för kapillärflödet och brunnformeln Dupuit-Thiem (1860) sticker ut.

Hydrometri (disciplin som mäter flöde, kraft och hastighet för rörliga vätskor) lägger grunden. Formler för flödesmätning utvecklades och olika fältmätinstrument designades.

Å andra sidan fann Miller 1849 att det finns ett direkt samband mellan mängden nederbörd och höjden.

1900- och 21-talet

Under den första delen av 1900-talet förblev kvantitativ hydrologi en empirisk disciplin. I mitten av seklet började teoretiska modeller utvecklas för att göra mer exakta uppskattningar.

1922 skapades International Association for Scientific Hydrology (IAHS). IAHS grupperar hydrologer världen över till idag.

Viktiga bidrag görs i brunnshydraulik och vatteninfiltrationsteorier. På samma sätt används statistik i hydrologiska studier.

1944 lade Bernard grunden för hydrometeorologi genom att lyfta fram meteorologiska fenomen i vattencykeln.

För närvarande har hydrologer inom sina olika studierområden utvecklat komplexa matematiska modeller. Genom de föreslagna simuleringarna är det möjligt att förutsäga beteendet hos vatten under olika förhållanden.

Dessa simuleringsmodeller är mycket användbara vid planering av stora hydrauliska arbeten. Dessutom är det möjligt att utnyttja planetens vattenresurser mer effektivt och rationellt.

Studieområde

Termen hydrologi kommer från den grekiska hydrosen (vatten) och logotypen (science), vilket betyder vetenskapen om vatten. Därför är hydrologi den vetenskap som är ansvarig för studiet av vatten, inklusive dess cirkulations- och distributionsmönster på planeten.

Vatten är ett viktigt element för utvecklingen av livet på planeten. 70% av jorden är täckt med vatten, varav 97% är salt och utgör världens hav. De återstående 3% är färskt vatten, och det mesta frusnas vid världens poler och glaciärer, vilket gör det till en knapp resurs.

Inom hydrologifältet utvärderas de kemiska och fysiska egenskaperna hos vatten, dess förhållande till miljön och dess relation till levande varelser.

Hydrologi som vetenskap har en komplex karaktär, så dess studie har delats in i olika områden. Denna uppdelning överväger olika aspekter som fokuserar på några av faserna i den hydrologiska cykeln: havens dynamik (oceanografi), sjöar (limnologi) och floder (potamologi), ytvatten, hydrometeorologi, hydrogeologi ( grundvatten) och kryologi (fast vatten).

Quelccaya glaciär (Peru). Källa: Edubucher, från Wikimedia Commons

Nya exempel på forskning

Hydrologiforskning under senare år har huvudsakligen fokuserat på tillämpning av simuleringsmodeller, geologiska 3D-modeller och konstgjorda neurala nätverk.

Ytvattenhydrologi

Inom ytvattenhydrologi tillämpas konstgjorda neurala nätverksmodeller för att studera dynamiken i hydrografiska bassänger. Således används SIATL-projektet (Watershed Water Flow Simulator) över hela världen för vattendragshantering.

Datorprogram som WEAP (Water Evaluation and Planning), utvecklade i Sverige och erbjuds gratis som ett omfattande verktyg för att planera förvaltningen av vattenresurser, har också utvecklats.

Hydro

Inom detta fält har geologiska 3D-modeller utformats som gör det möjligt att skapa tredimensionella kartor över underjordiska vattenreserver.

I en studie utförd av Gámez och kollaboratörer i deltaet i floden Llobregat (Spanien) kunde de nuvarande vattenmassorna lokaliseras. På detta sätt registrerades vattenkällorna i detta viktiga bassäng som levererar staden Barcelona.

KRYOLOGI

Kryologi är ett område som har tagit en stor boom de senaste åren, främst på grund av studier av glaciärer. I denna mening har man observerat att världens glaciärer påverkas allvarligt av den globala uppvärmningen.

Därför utformas simuleringsmodeller för att uppskatta glaciärernas framtida förlustbeteende.

Castillo utvärderade 2015 glaciärerna i Maipo-bassängen 2015 och fann att glaciärytan har dragit sig tillbaka 127,9 km ² , en reträtt som har inträffat under de senaste 30 åren och motsvarar 25% av glaciärens ursprungliga yta.

I Anderna genomförde Bijeesh-Kozhikkodan et al. (2016) en utvärdering av glaciärytan under åren 1975 till 2015. De konstaterade att det under denna period var en betydande minskning av dessa frysta vattenmassor.

Den huvudsakliga minskningen av Andes glaciala yta observerades mellan 1975 och 1997, sammanfallande med uppvärmningen av Stilla havet.

referenser

1. ASCE Task Committee on Application of Artificial Neural Networks in Hydrology (2000) Artificial Neural Network in Hydrology. I: Preliminära koncept. Journal of Hydrologic Engineering 5: 115–123.
2. Campos DF (1998) Processer för den hydrologiska cykeln. Tredje tryckning. Autonoma universitetet i San Luis Potosí, tekniska fakulteten. Redaktör Universitaria Potosina. San Luis Potosí, Mexiko. 540 sid.
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). En jämförande analys av glacial reträtt i tropiska Anderna med hjälp av fjärranalys Investig. Geogr. Chile, 51: 3-36.
4. Castillo Y (2015) Karakterisering av den glaciala hydrologin i Maipo-flodbassängen genom implementering av en fysiskt baserad halvdistribuerad glacio-hydrologisk modell. Examensarbete i ingenjörsvetenskap, Nämnande i vattenresurser och miljö. Universidad de Chile, Fakulteten för fysikaliska och matematiska vetenskaper, Avdelningen för civilingenjör.
5. Koren V, S Reed, M Smith, Z Zhang och DJ Seo (2004) Hydrology Laboratory Modelling System (HL-RMS) från US National Weather Service. Journal of Hydrology 291: 297-318.
6. Underground Hydrology Group (GHS), CSIC - Spanien. https://h2ogeo.upc.edu/es/ Reviderad 27 januari 2019.