Гидрологическая наука, ее разделы и задачи. Тема 01. Гидрологическая наука, ее разделы и задачи 4, 5. Определение гидрологии

• Название: Тема 01. Гидрологическая наука, ее разделы и задачи 4, 5. Определение гидрологии
• Анкор: Гидрологическая наука, ее разделы и задачи
• Дата: 08.05.2021
• Размер: 86.5 Kb.
• Имя файла: TEMA_01_RUS.doc
• Тип: Задача; #202752

Тема №01. Гидрологическая наука, ее разделы и задачи [4, 5]. Определение «гидрологии». Разделы гидрологии. Основные задачи дисциплины «Гидрология». Методы гидрологических исследований. Краткая история развития гидрологии. Краткая история развития гидрологии в АР. Международное сотрудничество в области гидрологии.
Определение «гидрологии». Природные воды на Земле и гид­рологические про­цессы изучает комплекс наук, объединяемых об­щим понятием гидрология. Термин «гидрология» образован из ла­тинских слов «гидро» - вода и «логос» - наука. Однако гидроло­гия занимается изучением не воды как таковой (физического веще­ства или химического соединения), а изучением распространения и режима при­родных вод на Земле. Термин «гидрология» впервые появился в 1694 г. в книге, со­держащей «начала учения о водах», изданной Мельхиором во Франкфурте-на-Майне. В действительно самостоятельную науку гидрология оформилась лишь в 1920-1930-х го­дах.

Общая гидрология, ее предмет, задачи и связь с другими науками. Предмет общей гидрологии как науки - природные воды Земли и процессы, в них происходящие при взаимодействии с атмосфе­рой, литосферой и биосферой и с учетом влияния хозяйственной деятельности человека. Термин «общая» указывает на то, что рас­сматриваются наиболее общие (не узкоспециальные и не регио­нальные) вопросы гидрологии и что речь идет о всех водных объек­тах Земли, включая реки, озера, водохранилища, болота, ледники, подземные воды, океаны и моря.

Задача общей гидрологии состоит в рассмотрении основных и наиболее общих закономерностей процессов в водных объектах, выявлении их взаимосвязей с процессами, протекающими в атмо­сфере, литосфере и биосфере. Особое значение при этом имеет установление закономерностей круговорота воды на земном шаре, географического распределения различных гидрологических харак­теристик в глобальном масштабе и рассмотрение гидрологических процессов как важнейшего фактора в формировании географиче­ской оболочки Земли.

Общая гидрология как часть комплексной науки - гидрологии - прежде всего тесно связана с другими ее разделами — гидрографией, прикладной (инженерной) гидрологией, гидрометрией, специальными разделами гидрологии. Перечисленные разделы гидрологии, т. е. науки так называемого гидрологического цикла, не могут полноценно су­ществовать без взаимодействия, взаимного проникновения и обо­гащения. Так, например, общие законы гидрологии нельзя познать без изучения конкретных водных объектов (гидрография) и наобо­рот. Многие общие законы гидрологии установлены с помощью специальных разделов — физики, химии, биологии природных вод. Без гидрометрии невозможно изучение любых водных объектов. Прикладная гидрология широко использует законы, установленные общей гидрологией и специальными разделами гидрологии и т. д.

Общая гидрология (и гидрология в целом), изучающая природ­ные воды, относится к наукам географическим и тесно связана с дру­гими физико-географическими науками — метеорологией и климато­логией, геоморфологией, гляциологией, картографией и т. д. Эта связь отражает объективно существующее единство природы, прояв­ляющееся во взаимосвязи и взаимодействии всех компонентов при­родной среды, а вода, как отмечалось выше,— один из ведущих ее компонентов. Но связь вод и других компонентов природной среды обоюдная, поэтому и соответствующие науки тесно взаимосвязаны.

Так, с одной стороны, метеорология и климатология позволяют объяснить многие гидрологические явления (дождевые паводки, накопление снега и льда в ледниках, ветровые течения в морях и т. д.), но, с другой стороны, и гидрология помогает метеорологам и климатологам изучать процессы в атмосфере как результат вза­имодействия с водными объектами (обмен водой, теплотой и т. д.). Точно так же тесно взаимодействуют гидрология и геоморфология, например, при изучении формирования речных долин и русел, оврагов, морских берегов, речных дельт и т. д. О связи гидрологии и гляциологии уже говорилось выше.

Связана общая гидрология (и гидрология в целом) и с другими естественными науками - геологией, биологией, почвоведением, гео­химией. Гидрология (и общая гидрология, в частности) не может продуктивно развиваться без опоры на фундаментальные науки - физику, химию, математику.

К гидрологии тесно примыкают разделы физики: гидрофизика, гидромеханика и гидравлика, термодинамика. Многие гидрологи­ческие закономерности имеют в своей основе строгие физические законы и поэтому без использования достижений соответствующих разделов физики познаны быть не могут. Гидрохимия как раздел гидрологии широко использует зако­ны взаимодействия химических веществ и методы химического анализа их состава. Таким образом, общая гидрология связана с физикой и химией через специальные разделы гидрологии.

Использование математики и информатики в гидрологии идет в нескольких направлениях. Во-первых, широко применяются ме­тоды математической обработки данных наблюдений с использова­нием численных методов анализа и методов математической стати­стики. Во-вторых, применение физических законов в гидрологии требует строгих формулировок, использования методов математи­ческого моделирования. Наконец, создание баз данных и органи­зация сетевого обмена и обработки данных наблюдений опирается на информатику.

Связана гидрология и с такой сферой деятельности человека, как техника. Гидрология широко использует достижения техники при проведении измерений и наблюдений (в том числе и дистан­ционных), обработке их результатов; гидрометрия имеет дело с раз­нообразной измерительной техникой, иногда весьма сложной. При обработке данных наблюдений, их анализе, различных расчетах, математическом моделировании широко используют электронно- вычислительную технику. В то же время развитие некоторых обла­стей техники (гидротехнического строительства на реках и морях, мелиоративных и других мероприятий и т. п.) не может обойтись без использования гидрологических знаний.

В последнее время проявляется тенденция к «экологизации» многих естественных наук. Но поскольку содержание и задачи экологии как междисциплинарного научного направления еще до конца не сформулированы, не вполне определилось и место гидро­логии в комплексе наук экологического цикла. В настоящее время активно разрабатываются основы геоэкологии — комплексной науки, призванной изучать взаимодействие геосфер (т. е. как живой, так и неживой природы) между собой и с человеческим обществом. В рамках геоэкологии начала развиваться гидроэкология (водная, или аквалъная, экология), изучающая экологию водных объектов (рек, озер, морей и др.). Эта комплексная наука должна изучать водные экосистемы — совокупность трех взаимодействующих компонентов: водной среды, водных организмов и деятельности человека. Место гидрологии как науки в гидроэкологии вполне определенно — это изучение абиотических компонентов водной среды и их взаимодей­ствия с водной биотой и деятельностью человека. Видимо, имеет право на существование и такая часть гидрологии, как экологиче­ская гидрология (или экогидрология), широко развивающаяся в послед­ние десятилетия за рубежом. Под экологической гидрологией мож­но понимать те разделы гидрологии, которые имеют непосредствен­ную экологическую направленность и ориентированы на изучение взаимодействия водных объектов и водной среды с водной биотой и человеческой деятельностью.

Разделы гидрологии.Гидрологию по направленности и методам исследований под­разделяют на крупные разделы: общая гидрология, изучающая наи­более общие закономерности гидрологических процессов и явле­ний; гидрография, занимающаяся изучением и описанием конкретных водных объектов; прикладная (или инженерная) гидрология, разраба­тывающая методы расчета и прогноза различных гидрологичес­ких характеристик; гидрометрия, разрабатывающая методы измерений и наблю­дений при изучении природных вод, и специальные разделы гидрологии, такие, как физика природных вод (или гидрофизика), химия природных вод (или гидрохимия), биология природных вод (или гидро­биология).

Общая гидрология по объектам исследования подразделяется на три большие части: гидрологию морей (синоним - физи­ческая океанология), занимающуюся изучением океанов и морей; гидрологию суши, или точнее гидрологию поверх­ностных вод суши (часто называемую просто гидрологией), изуча­ющую водные объекты суши,-реки, озера, водохранилища, болота, ледники; гидро­логию подземных вод, изучаю­щую воды, находящиеся в свободном состо­янии в верхней части земной коры.

Гидрология суши, в свою очередь, по объектам исследования подразделяется на гидрологию рек, гидрологию озер, гидрологию болот и гидрологию ледников. В последнее время в качестве самостоятельных разделов гид­рологии стали вы­делять гидрологию водохранилищ, сочетающую ме­тоды гидрологии рек и гидро­логии озер, а также гидрологию мор­ских устьев рек, пограничную между гидро­логией рек и океаноло­гией.

В рамках гидрографии можно выделить гидрографию рек, гидрографию озер, региональную океанологию и т. д.

Прикладная гидрология также мо­жет быть подразделена на прикладную океано­логию (например, про­мысловую) и инженерную гидрологию суши. Прикладную (инженер­ную) гидрологию суши, в свою очередь, иногда подразделяют на самостоятельные разделы применительно и к рекам, и к озерам — гидрологические расчеты и гидрологические прогнозы. Гидрометрия также может относиться и к морям, и к рекам, и к озерам. В спе­циальных разделах гидрологии могут быть выделены подразделы, относящиеся к водным объектам разных типов, например физика океана, химия океана; комплекс дисциплин, имеющих отношение к физике речного потока,- динамика русловых потоков, теория рус­ловых процессов, а также гидрофизика рек, гидрофизика озер; гидро­химия рек, гидрохимия озер; гидро­биология рек и т. д. Специальные разделы гидрологии входят одновременно разделами в физику, химию, биологию.

Но, устоявшейся и общепринятой классификации разделов гидро­логии как науки пока не существует.

Основные задачи дисциплины «Гидрология» заключаются в следующем:

1)Дать представление о наиболее общих закономерно­стях процессов в гидросфере, показать взаимосвязь гидросферы с атмосферой, литосферой, биосферой. Познако­мить студентов с основными закономерностями географического распределения вод­ных объектов разных типов: ледников, подземных вод, рек, озер, водохранилищ, болот, океанов и морей, с их основными географо-гидрологическими особенност­ями.

2)Показать сущность основных гидрологических процессов в гидросфере в целом и в водных объектах разных типов с по­зиций фундаментальных законов физики.

3)Дать представление об основных методах изучения водных объектов.

4)Показать практическую важность географо-гидрологиче­ского изучения водных объектов и гидрологических процессов для экономики и для решения задач охраны природы.

Методы гидрологических исследований. Современная гидрология распола­гает большим арсеналом взаи­модополняющих друг друга методов познания гидро­логических процессов. Они следующие:

1)Важнейшее место занимают методы полевых иссле­дований. Исторически это был первый способ познания законов природы, но и в наши дни без использования или учета результа­тов полевых работ не обходится ни одно гидрологическое ис­следо­вание. Полевые исследования подразделяют на экспедицион­ные и ста­ционарные. Первые из них заключаются в про­ведении относительно кратко­временных (от нескольких дней до нескольких лет) экспедиций на водных объектах (в океане, на лед­нике, реке, озере). Вторые состоят в проведении длительных (обыч­но многолетних) наблюдений в отдельных местах водных объек­тов - на специаль­ных гидрологических станциях и постах. Обычно при гидрологических исследо­ваниях сочетают экспедиционный и стационарный методы.

2)Для наблюдения за гидрологическими характеристиками в вод­ных объектах применяют разнообразные измерители уровня воды и течений и зонды, фикси­рующие температуру воды и содержание ряда гидрохимических показателей in situ, т. е. в точке измерения. Для изучения рельефа дна и измерения глубин на реках, в озерах и морях используют эхолоты и гидролокаторы бокового обзора с фиксацией результатов промеров на компьютере. В последние годы была решена проблема пространственной «привязки» резуль­татов полевых работ с помощью «спутниковой навигации» - GPS {global positioning system, или системы глобального позици­ониро­ва­ния с помощью спутников).

3)В последнее время стали широко применяться так называемые нетради­ционные дистанционные методы наблюдения и измерения с по­мощью локаторов, аэрокосмические съемки и наблюдения, автономные регистрирующие системы (автоматические гидрологические посты на реках, буйковые станции в океанах). С помощью радиолокаторов ведут наблюдения за дождевыми облаками; этот метод в будущем позволит прогнозировать атмо­сферные осадки и вызываемые ими дождевые паводки. Огромные возможности дает использование авиации и космических аппаратов для наблюдений за состоянием водных объектов. Так, с помощью установленных на самолетах ИК-радиометров, работающих в инф­ракрасном диапазоне, можно определять температуру поверхност­ного слоя океанов, морей и озер. Снимки со спутников позволяют вести наблюдения за замерзанием и вскрытием рек, разливами и наводнениями, ледяными заторами, состоянием ледников, тече­ниями в океане и т. д. Космические снимки помогли оценить влияние недавнего повышения уровня Каспийского моря на мор­ские берега и речные дельты.

4)Широко используют в гидрологии и методы экспериментальных исследо­ваний. Различают эксперименты в лаборатории и экспери­менты в природе. В первом случае на специальных лабораторных установках проводят эксперименты в усло­виях, полностью контро­лируемых экспериментатором. Так, в лабораториях изучают различ­ные режимы движения воды и наносов, размывы речного русла, гидро­химические процессы и т. д. Во втором случае наблюдения проводят на небольших участках природных объектов, специально выбранных для детальных исследований. Человек не в состоянии регулировать проявление природных процессов, но благо­даря спе­циальному выбору ряда внешних условий (например, характера почвы, растительности, крутизны склонов и т. д.), применению специального оборудования и особых методов (включая изотопные) и тщательным наблюдениям может создать условия для исследова­ний, невозможные при обычных полевых работах. Так, в гидроло­гии для изучения отдельных вопросов проводят наблюдения на так называемых «экспериментальных площадках» на склонах, «экспе­риментальных водосборах», «полигонах» в океане и т. д.

5)Установить связи между различными гидрологическими харак­теристиками или между ними и другими определяющими фактора­ми (например, высотой местности, осадками, скоростью ветра) в конкретных природных условиях, а также оценить вероятность наступления того или иного гидрологического явления помогают статистические методы, использующие современные приемы об­работки данных наблюдений и математической статистики.

6)И наконец, завершающим этапом исследований во многих слу­чаях становятся теоретические обобщения и анализ. Теоретические методы в гидрологии базируются, с одной стороны, на законах физики, а с другой - на географических закономерностях простран­ственно-временных изменений гидрологических характеристик. Сре­ди этих методов в последнее время на первый план выходят мето­ды математического моделирования, системного анализа, гидролого­географических обобщений, включая гидрологическое районирование и картографирование, геоинформационные технологии.

Краткая история развития гидрологии. Развитие гидрологических знаний всегда стимулировалось, во-первых, извечным стремлением людей познать неизвестное, в част­ности законы природы, и, во-вторых, практическими потребно­стями.

Первые примитивные гидрологические наблюдения люди стали проводить еще в глубокой древности. К числу самых ранних гидрологических наблюдений относ­ятся наблюдения древних египтян за колебаниями уровня воды на Ниле с помощью «ниломеров» - первых гидрологических по­стов. Вместе с тем гидрология как са­мостоятельная наука еще очень молода. Это кажущееся противо­речие объясняется тем, что действительно активное использование водных ресурсов, потребовавшее прогресса в гидрологи­ческих зна­ниях, началось всего 70-80 лет назад. И боль­шинство крупных дости­жений в гидрологии было сделано совсем недавно, причем именно для решения конкретных и важных в хозяйственном отно­шении проблем.

Одновременно с началом развития других наук в Древней Гре­ции возникли и некоторые гидрологические представления. Древ­негреческий философ Фалес счи­тал, что в основе всех явлений лежит «влажная природа», т. е. вода: все возникает из воды и в нее превращается. Другой древнегреческий философ-материалист Ге­раклит полагал, что в основе всего сущего лежит круговорот ве­ществ (стихий) - огня, воз­духа, воды и земли. Гераклиту принад­лежит знаменитый образ реки, в которую нельзя войти дважды, поскольку она все время изменяется. Геродот провел первые исследования древнего Нила и Дуная (Истра). Вклад в развитие гидрологических знаний внесли древнерим­ские мыслители. Витрувий интересовался поиском подзем­ных вод. О познаниях древних римлян в гидрологии и гидротехни­ке свидетельст­вуют и акведуки - водопроводы Рима - удивитель­ные сооружения древнего мира.

Новый толчок в развитии гидрологических знаний приходится на эпоху Возрождения. Леонардо да Винчи (1452-1519) одним из первых нашел правильное толкование происхождения рек, отметив роль и дождевых, и подземных вод. Леонардо да Винчи провел первые наблюдения за динамикой водного потока и может считать­ся основоположником речной гидравлики.

Дальнейший прогресс в гидрологических знаниях приходится на XVII в. Гидрологическими явлениями интересовался француз­ский философ и математик Рене Декарт. Первые количественные оценки в гидрологии принадлежат Пьеру Перро. Он рассчитал, что дождевой воды вполне достаточно для поддержания стока рек. По­добные вычисления продолжил и развил французский физик Э.Мариотт. Оценку роли испарения в гидрологических процессах впервые сделал английский геофизик и астроном Э.Галлей. Он первым дал четкое пред­ставление о круговороте воды в природе и его приближенную количественную оценку.

Начало гидрологических наблюдений в России относится к XV-XVI вв. В XVII в. начались наблюдения за уровнем воды на р. Москве. В изучение рек заметный вклад внесли русские землепроходцы и географы XVIII в.

В XIX в. изыскания, связанные с улучшением судоходных усло­вий на реках России, были расширены. Крупные гидрографические работы на реках провела созданная в 1875 г. при Министерстве путей сообщения Навигационно-описная комиссия. В 1881 г. были впервые опубликованы данные наблюдений за уровнем воды на реках.

Широкое развитие гидрологических изысканий и исследований в бывшем СССР началось в 1920-х годах. Эти исследования были направлены на комплексное использование водных ресурсов страны (не только для судоходства, но и для гидроэнергетики и орошения). В 1919 г. был создан Российский гидрологический институт, который в 1926 г. преобразуется в ныне существующий Государственный гидрологический институт (ГГИ). В 1920 г. был принят план электрификации России (план ГОЭЛРО), выполнение которого потребовало проведения широких гидрологи­ческих исследований.

В 1929 г. был учрежден Гидрометеорологический комитет, на который возла­галось про­ведение гидрологических наблю­дений и исследований. В 1933 г. этот комитет был преобразован в Централь­ное управление Единой гидрометеорологичес­кой службы СССР (ЦУЕГМС), а в 1936 г.- в Главное управление гидрометеорологической службы (ГУГМС) при Совете Ми­нистров СССР. В 1931 г. начались работы по составлению «Водного кадастра СССР» - систематизи­рованных сведений о режиме рек, озер, морей, ледников, подзем­ных вод.

В предвоенный период были разработаны теоретические основы гидрологии суши. Таким образом, гидроло­гия суши как самостоятельная наука оформилась в Советском Союзе в 1920-1930-е годы. В послевоенные годы восстановление и дальнейшее развитие народного хозяйства страны потребовали существенного расшире­ния гидрологических изысканий и исследований. Ведутся гидроло­гические работы для крупного гидроэнергетического строительства на Днепре и Волге, мелиоративных мероприятий на юге Европей­ской территории Союза и в Средней Азии, улучшения судоходных условий на Волге и сибирских реках.

Краткая история развития гидрологии в Азербайджанской Республике.Упоминание о реках Кура, Ганых встречаются в работе грецкого географа Страбона (60-е годы до нашей эры- 20-годы нашей эры). Еще в XVI-XVII вв. для забора воды из бассейна Мегричай в р.Ордубадчай был построен канал Зувар. Естественно, что для осуществления этого проекта были проведены простые наблюдения и измерения. В 1860-ом году английсике инженеры Габб и Белли изучали большинства рек Южного Кавказа, в том числе реки Кура-Аразской низменности, Алазань-Хафтаранской низменности и и рек Нахчывани. В 1861-62-х годах они впервые вблизи Сальяны с помощью прибора Волтман измеряли расход воды в реке Кура. Подобные измерения также были осуществлены и в других реках и подготовлены проекты по орошению. Эти работы проводились до 1863-го года и эти работы являлись первыми исследованиями по применению гидрометрических методов в реках Южного Кавказа. В 1888-ом году в Евлахе и Зардабе проводились наблюдения над уровнем воды Кура. В Азербайджане гидрологическая школа формировалась во времена Советского Союза. В комплексном исследовании гидрографии Азербайджана С.Г.Рустам сыграл исключительную роль. Его монография «Реки Азербайджанской ССР и их гидрологические особенности (1960) превратилась в бестселлер. А совместная монография С.Г.Рустамова и Р.М.Кашкай «Водные ресурсы Азербайджанской ССР» (1989) является настольной книгой как гидрологов, так и гидротехников и мелиораторов.

Международное сотрудничество в области гидрологии в современном этапе. В 1960-е годы значи­тельный импульс получило международное сотрудничество в области гидрологии суши. Большой вклад в раз­витие гидрологии внесло Международное гидроло­ги­ческое десяти­летие (МГД), учрежденное ЮНЕСКО на 1965-1974 гг. С 1975 г. осуществляется постоянно действующая Международная гидроло­гическая програм­ма (МГП) ЮНЕСКО, в которой активно участву­ют ученые-гидрологи России из различных учреждений (Го­сударственного гидрологического института; Института водных проблем, Института географии и Института озероведения РАН; Московского, Санкт-Петербургского университетов и др.). Важным вкладом советских ученых-гидрологов в МГП стал капитальный труд «Мировой водный баланс и водные ресурсы Земли» (1974).