Hydrologi: Definition, Anvendelsesområde, Historie og Anvendelse

Læs denne artikel for at lære om definitionen, omfanget, historien og anvendelsen af ​​hydrologi.

Definition og omfang af hydrologi:

Hydrologi er den videnskab, der beskæftiger sig med alle aspekter af vandet til rådighed på jorden. Det omfatter undersøgelse af forekomsten af ​​vand, dets egenskaber, dens fordeling og omsætning samt dens virkninger på de levende væsener og deres omgivelser. Det er ikke helt en ren videnskab, fordi den har mange praktiske anvendelser, og det bruger meget viden om andre videnskaber meget.

Generelt kan hele emnet udtrykkes i form af en matematisk ligning.

Ligningen er:

P = R + L eller

Nedbør = Afgang + Tab

I ovenstående ligning indikerer nedbør totalforsyning af vand fra alle former for faldende fugt og omfatter hovedsageligt nedbør og snefald. Afstrømningen repræsenterer overskydende vand, som strømmer over overfladen for at komme i forbindelse med en flod eller et hav.

Udtrykket tab omfatter den del af vand, der går til atmosfæren og under jorden ved processerne som fordampning og perkolering. Af praktiske årsager dækker hydrologien ikke alle studier af hav og medicinske anvendelser af vand.

Efter at have studeret denne ligning med baggrund i hydrologisk cyklus vil det være klart, at begrebet tab aldrig indebærer, at dette vand går tabt og ikke kan bruges igen. Det er vandet, der midlertidigt forsvinder fra visningen (f.eks. Fordampning, udtømning osv.) Og givet gunstige betingelser, vises igen for at udføre forskellige opgaver. Derfor er det nødvendigt at studere alle tre udtryk for ligningen, nemlig regnvejr, afstrømning og tab.

Emnet hydrologi involverer hovedsagelig:

jeg. Vurdering af afvandingsnedbør

ii. Vurdering af pålidelig strømning

iii. Design oversvømmelsesberegninger til sikkerhed af hydrauliske strukturer;

iv. Vurdering af tab; og

v. Beregning af reservoirernes brugstid og kapacitet.

Historie om udvikling:

Den moderne videnskab om hydrologi kan anses for at være begyndt med målinger af nedbør, fordampning, udledning af flod med hastighedsmetode mv. Fra disse målinger, der startede i det 17. århundrede, kunne videnskabsmændene trække rigtige konklusioner om det observerede hydrologiske fænomen. Adventen af ​​hydrologien kan dog ikke siges at være først siden det 17. århundrede. Faktisk var begrebet hydrologisk cyklus bejdet af mange filosoffer fra alderen.

Kronologien for forskellige faser af udviklingen af ​​hydrologiets videnskab kan i vid udstrækning visualiseres som følger:

jeg. Spekulation af begreber - op til 14 århundrede

ii. Observationer - 15. til 16. århundrede

iii. Målinger - 17. århundrede

iv. Eksperimenter - 18. århundrede

v. modernisering - 19. århundrede

vi. Kvantificering af empiriske formler - 1900 til 1930

vii. Rationalisering af hydrologisk teori - 1930 til 1950

viii. Teorisering ved matematisk analyse - 1950 til dato

Selvom hydrologiske koncepter indtil slutningen af ​​det 14. århundrede kun var spekuleret, blev mange hydrauliske strukturer konstrueret. De store værker, der er kendt i historien, er de britiske brønde, de persiske kanater, de egyptiske og kinesiske kunstvandingssystemer, indusdalenes vandforsyning og dræningssystemer, de romerske akvædukter, kinesiske oversvømmelseskontrolarbejder mv. Disse blev naturligt bygget på grundlag af af den praktiske viden om hydrologi, selv om den ikke var udbredt.

I de efterfølgende to århundreder blev tendensen til simpel spekulation ændret til nøje observation. I løbet af denne periode anerkendte Leonardo da Vinci den hydrologiske cyklus som accepteret i dag. Det syttende århundrede viste udviklingen af ​​teknikker til måling af nedbør, fordampning, udledning af flod mv., Der gav dokumenteret beviser for hydrologiske cyklusprincipper. Navnene på Pierre Perrault og Edme Mariotte er bemærkelsesværdige i denne sammenhæng.

I det attende århundrede blev der udført tal af hydrauliske eksperimentelle undersøgelser inden for hydrologi. Som følge heraf blev der opdaget forskellige hydrauliske principper. Bemærkelsesværdige blandt dem er Bernoullis piezometer, Borda-røret, Pitot-slangen, Bernoullis sætning, Chezy's formel osv. Disse udviklinger bidrog stort til optagelsen af ​​kvantitative hydrologiske undersøgelser.

I det nittende århundrede blev de eksperimentelle undersøgelser stærkt moderniseret. Alle disse aktiviteter lagde et solidt fundament af moderne videnskab om hydrologi. Størstedelen af ​​bidragene var relateret til grundvandshydrologi og overfladevandsmåling. Darcy's grundvandslovelove, Dupits velformel, Hagen-Poiseuilles ligning af kapillærstrøm, Francis weir-afladningsformel. Ganguillet og Kutter's bestemmelse af Chezy's koefficient. Mannings flow formel, udvikling af pris nuværende meter, Dalton lov er nogle af de bemærkelsesværdige udviklinger i dette århundrede.

I slutningen af ​​det nittende århundrede var videnskaben om hydrologi stort set empirisk. Det var sådan, fordi det fysiske grundlag for mange kvantitative hydrologiske bestemmelser ikke var velkendt. Udvælgelsen af ​​koefficienter og parametre, der skal anvendes i empiriske formler, måtte afhænge af erfaring og dom. Således blev adhocisme i hydrologi mere tydelig. I de første tre årtier af det tyvende århundrede blev der taget op til stigende hydrologiske undersøgelser for fremskridt inden for hydrologiets videnskab.

I perioden fra 1930 til 1950 opstod mange gode hydrologer, der gav rationelt grundlag for at løse hydrologiske problemer i stedet for empiriske løsninger. For at nævne nogle få, gav Sherman enheden hydrografi teori, Horton gav metode til at bestemme nedbørsmængden på basis af infiltrationsteori, Gumbel foreslog brugen af ​​ekstrem værdifordeling for frekvensanalyse, udviklede Einstein bedbelastningsfunktionen til anvendelse i den teoretiske analyse af sedimenteringsproblemer.

Siden 1950 er der blevet vedtaget mere teoretiske tilgange i hydrologiske problemer. Nu er sådanne problemer let underkastet matematisk analyse. Med udviklingen af ​​computere er løsningen af ​​komplicerede matematiske hydrologiske teorier blevet en realitet.

Anvendelse i teknik:

Succesen for et vandressourceudviklingsprojekt afhænger af rettidig og tilstrækkelig tilgængelighed af vand. En naturligvis korrekt vurdering af denne naturressource har stor betydning. Ved vurdering forsøger vi at vide detaljeret, hvorfra ressourcen kommer, hvor den går, hvornår eller hvornår den kommer, og hvor meget der er virkelig tilgængelig.

Derfor er hydrologiske undersøgelser det første skridt i enhver vandressourceudviklingsordning, der involverer design, konstruktion og drift af hydrauliske strukturer. Historien om hydrauliske strukturer, der har fejlet, viser, at flertallet af fejl skyldes utilstrækkelig hydrologisk analyse, der blev udført, mens strukturerne blev konstrueret og konstrueret snarere end på grund af strukturelle svagheder.

Omkostningerne ved at indsamle tilstrækkelige hydrologiske data og dens analyse udgør en ubetydelig del af de samlede omkostninger ved vandressourceudviklingsprojektet, men det sikrer en vellykket drift og levetid for projektet og bliver derfor uundværlig aktivitet.

Selv om vand er et af de mest vitale naturressourcer, er det i nogle tilfælde ødelæggelse ved storme og oversvømmelser. En ingeniør forventes at forudsige oversvømmelser for at sikre tilstrækkelig lagerkapacitet til vanding, vandkraftproduktion, industriel og vandforsyning, oversvømmelseskontrol mv.

De praktiske anvendelser af viden om hydrologi er følgende:

jeg. Peakstrøm og fremtidige strømningsforhold, på et hvilket som helst tidspunkt i dræningsdalen kan vurderes korrekt for ethvert bassin eller område.

ii. Spildkapacitet kan udformes præcist ved at estimere designflod.

iii. Design af flod træningsarbejde er lettere.

iv. Berørbare udbytter fra strømmen til generering af vandkraft kan beregnes.

v. Vandforsyning til by- og kloaksystemer kan udformes korrekt.

vi. Vandressourcerne på et vandløb kan udarbejdes.

vii. Reservoirkapacitet kan bestemmes nøjagtigt.

viii. Drift af reservoirer kan udføres på en effektiv måde.