الهيدرولوجيا: التاريخ ، موضوع الدراسة والبحث - علم - 2025

و الهيدرولوجيا هو العلم الذي صفقات مع دراسة المياه في جميع جوانبه، بما في ذلك التوزيع على هذا الكوكب، والدورة الهيدرولوجية لها. كما يتناول علاقة الماء بالبيئة والكائنات الحية.

تعود الإشارات الأولى لدراسة سلوك المياه إلى اليونان القديمة والإمبراطورية الرومانية. تعتبر قياسات تدفق نهر السين (باريس) التي قام بها بيير بيرولت وإدم ماريوت (1640) بداية علم الهيدرولوجيا.

محطة الأرصاد الجوية المائية في حديقة سيرا دا بوكينا الوطنية ، البرازيل. المصدر: هالي باتشيكو دي أوليفيرا ، من ويكيميديا ​​كومنز.

بعد ذلك ، استمرت القياسات الميدانية وتم تطوير أدوات قياس دقيقة بشكل متزايد. تعتمد الهيدرولوجيا حاليًا في أبحاثها بشكل أساسي على تطبيق نماذج المحاكاة.

من بين أحدث الدراسات ، يبرز تقييم انحسار الأنهار الجليدية بسبب الاحترار العالمي. في شيلي ، تراجع السطح الجليدي لحوض مايبو بنسبة 25٪. في حالة الأنهار الجليدية في جبال الأنديز ، يرتبط انخفاضها بارتفاع درجة حرارة المحيط الهادئ.

التاريخ

الحضارات القديمة

نظرًا لأهمية الماء للحياة ، فقد كانت دراسة سلوكه موضوع الملاحظة منذ بداية البشرية.

تم تحليل الدورة الهيدرولوجية من قبل فلاسفة يونانيين مختلفين مثل أفلاطون وأرسطو وهوميروس. أثناء وجوده في روما ، كان سينيكا وبليني مهتمين بفهم سلوك الماء.

ومع ذلك ، فإن الفرضيات التي طرحها هؤلاء الحكماء القدماء تعتبر خاطئة اليوم. كان الروماني ماركو فيتروفيوس أول من أشار إلى أن الماء المتسرب إلى الأرض جاء من المطر والثلج.

بالإضافة إلى ذلك ، في هذا الوقت تم تطوير قدر كبير من المعرفة الهيدروليكية العملية ، مما سمح ببناء أعمال كبيرة مثل قنوات المياه في روما أو قنوات الري في الصين ، من بين أمور أخرى.

عصر النهضة

خلال عصر النهضة ، قدم مؤلفون مثل ليوناردو دافنشي وبرنارد باليسي مساهمات مهمة في علم المياه. وتمكنوا من دراسة الدورة الهيدرولوجية فيما يتعلق بتسرّب مياه الأمطار وعودتها عبر الينابيع.

القرن السابع عشر

يعتبر أنه في هذه الفترة ولدت الهيدرولوجيا كعلم. بدأت القياسات الميدانية ، لا سيما تلك التي أجراها بيير بيرولت وإدمي ماريوت في نهر السين (فرنسا).

ادمون هالي. المصدر: غير معروف ، عبر ويكيميديا ​​كومنز

يبرز أيضًا العمل الذي قام به إدموند هالي في البحر الأبيض المتوسط. نجح المؤلف في تحديد العلاقة بين التبخر والتهطال والتدفق.

القرن الثامن عشر

حققت الهيدرولوجيا إنجازات مهمة في هذا القرن. تم إجراء العديد من التجارب التي جعلت من الممكن وضع بعض المبادئ الهيدرولوجية.

يمكننا تسليط الضوء على نظرية برنولي ، التي تنص على أنه في تيار من الماء يزداد الضغط عندما تنخفض السرعة. قدم باحثون آخرون مساهمات ذات صلة فيما يتعلق بالخصائص الفيزيائية للمياه.

تشكل كل هذه التجارب الأساس النظري لتطوير الدراسات الهيدرولوجية الكمية.

القرن التاسع عشر

الهيدرولوجيا تزداد قوة كعلم تجريبي. تم إحراز تقدم هام في مجال الهيدرولوجيا الجيولوجية وقياس المياه السطحية.

في هذه الفترة ، تم تطوير معادلات مهمة مطبقة على الدراسات الهيدرولوجية ، حيث برزت معادلة Hagen-Pouiseuille للتدفق الشعري وصيغة بئر Dupuit-Thiem (1860).

يضع القياس المائي (النظام الذي يقيس تدفق السوائل المتحركة وقوتها وسرعتها) أسسها. تم تطوير معادلات لقياس التدفق وتصميم أدوات قياس ميدانية مختلفة.

من ناحية أخرى ، وجد ميلر ، في عام 1849 ، أن هناك علاقة مباشرة بين كمية الأمطار والارتفاع.

القرنين العشرين والحادي والعشرين

خلال الجزء الأول من القرن العشرين ، ظلت الهيدرولوجيا الكمية تخصصًا تجريبيًا. في منتصف القرن ، بدأ تطوير النماذج النظرية لعمل تقديرات أكثر دقة.

في عام 1922 تم إنشاء الرابطة الدولية للهيدرولوجيا العلمية (IAHS). تجمع IAHS علماء الهيدرولوجيا في جميع أنحاء العالم حتى يومنا هذا.

يتم تقديم مساهمات مهمة في هيدروليكيات الآبار ونظريات تسرب المياه. وبالمثل ، تُستخدم الإحصائيات في الدراسات الهيدرولوجية.

في عام 1944 ، وضع برنارد أسس علم الأرصاد الجوية المائية من خلال تسليط الضوء على دور الظواهر الجوية في دورة المياه.

حاليًا ، يعمل علماء الهيدرولوجيا في مجالات دراستهم المختلفة على تطوير نماذج رياضية معقدة. من خلال عمليات المحاكاة المقترحة ، من الممكن التنبؤ بسلوك الماء في ظل ظروف مختلفة.

تعد نماذج المحاكاة هذه مفيدة جدًا في تخطيط الأعمال الهيدروليكية الكبيرة. علاوة على ذلك ، من الممكن الاستفادة بشكل أكثر كفاءة وعقلانية من موارد المياه على كوكب الأرض.

مجال الدراسة

يأتي مصطلح الهيدرولوجيا من الكلمة اليونانية المائية (الماء) والشعار (العلم) ، وهو ما يعني علم الماء. لذلك ، الهيدرولوجيا هي العلم المسؤول عن دراسة المياه ، بما في ذلك أنماط دورانها وتوزيعها على الكوكب.

الماء عنصر أساسي لتطور الحياة على هذا الكوكب. 70٪ من الأرض مغطاة بالمياه ، منها 97٪ مالحة وتشكل محيطات العالم. 3٪ المتبقية هي مياه عذبة ، ومعظمها متجمد في أقطاب العالم والأنهار الجليدية ، مما يجعلها موردا نادرا.

في مجال الهيدرولوجيا ، يتم تقييم الخصائص الكيميائية والفيزيائية للمياه وعلاقتها بالبيئة وعلاقتها بالكائنات الحية.

الهيدرولوجيا كعلم لها طبيعة معقدة ، لذلك تم تقسيم دراستها إلى مجالات مختلفة. يتأمل هذا التقسيم الجوانب المختلفة التي تركز على بعض مراحل الدورة الهيدرولوجية: ديناميات المحيطات (علم المحيطات) ، البحيرات (علم المياه العذبة) والأنهار (علم البوتامولوجيا) ، المياه السطحية ، الأرصاد الجوية المائية ، الهيدرولوجيا (المياه الجوفية) وعلم التجميد (المياه الصلبة).

نهر كويلكايا الجليدي (بيرو). المصدر: Edubucher، from Wikimedia Commons

أمثلة بحثية حديثة

ركزت أبحاث الهيدرولوجيا في السنوات الأخيرة بشكل أساسي على تطبيق نماذج المحاكاة والنماذج الجيولوجية ثلاثية الأبعاد والشبكات العصبية الاصطناعية.

هيدرولوجيا المياه السطحية

في مجال هيدرولوجيا المياه السطحية ، يتم تطبيق نماذج الشبكات العصبية الاصطناعية التي تسمح بدراسة ديناميات الأحواض الهيدروغرافية. وهكذا ، يتم استخدام مشروع SIATL (محاكاة تدفق المياه في مستجمعات المياه) في جميع أنحاء العالم لإدارة مستجمعات المياه.

كما تم تطوير برامج الكمبيوتر مثل WEAP (تقييم المياه والتخطيط) ، التي تم تطويرها في السويد والتي تم تقديمها مجانًا كأداة شاملة لتخطيط إدارة الموارد المائية.

الهيدروجيولوجيا

في هذا المجال ، تم تصميم نماذج جيولوجية ثلاثية الأبعاد تسمح بإنشاء خرائط ثلاثية الأبعاد لاحتياطيات المياه الجوفية.

في دراسة أجراها جاميز والمتعاونون معه في دلتا نهر لوبريغات (إسبانيا) ، يمكن تحديد موقع طبقات المياه الجوفية الموجودة. وبهذه الطريقة تم تسجيل مصادر المياه لهذا الحوض المهم الذي يغذي مدينة برشلونة.

علم البرد

علم Cryology هو مجال شهد طفرة كبيرة في السنوات الأخيرة ، ويرجع ذلك أساسًا إلى دراسة الأنهار الجليدية. بهذا المعنى ، لوحظ أن الأنهار الجليدية في العالم تتأثر بشكل خطير بالاحترار العالمي.

لذلك ، يتم تصميم نماذج المحاكاة لتقدير سلوك الخسارة المستقبلية للأنهار الجليدية.

قام Castillo ، في عام 2015 ، بتقييم الأنهار الجليدية لحوض Maipo ، ووجد أن السطح الجليدي قد تراجع بمقدار 127.9 كيلومتر ^مربع ، وهو تراجع حدث في الثلاثين عامًا الماضية ويمثل 25 ٪ من السطح الأولي للنهر الجليدي.

في جبال الأنديز ، أجرى Bijeesh-Kozhikkodan et al. (2016) تقييمًا لسطح النهر الجليدي خلال الأعوام 1975 إلى 2015. ووجدوا أنه خلال هذه الفترة كان هناك انخفاض كبير في كتل المياه المجمدة هذه.

لوحظ الانخفاض الرئيسي في سطح الأنديز الجليدي بين عامي 1975 و 1997 ، بالتزامن مع ارتفاع درجة حرارة المحيط الهادئ.

المراجع

1. لجنة مهام ASCE المعنية بتطبيق الشبكات العصبية الاصطناعية في الهيدرولوجيا (2000) الشبكات العصبية الاصطناعية في الهيدرولوجيا. الأول: مفاهيم أولية. مجلة الهندسة الهيدرولوجية 5: 115 - 123.
2. Campos DF (1998) عمليات الدورة الهيدرولوجية. طبع ثالث. جامعة سان لويس بوتوسي المستقلة ، كلية الهندسة. جامعة بوتوسينا التحريرية. سان لويس بوتوسي ، المكسيك. 540 ص.
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). تحليل مقارن لتراجع الأنهار الجليدية في جبال الأنديز الاستوائية باستخدام تقنية الاستشعار عن بعد. Geogr. تشيلي 51: 3 - 36.
4. Castillo Y (2015) توصيف الهيدرولوجيا الجليدية لحوض نهر مايبو من خلال تنفيذ نموذج جليدي-هيدرولوجي شبه موزع فيزيائيًا. رسالة ماجستير في العلوم الهندسية أذكر في مصادر المياه والبيئة. جامعة تشيلي ، كلية العلوم الفيزيائية والرياضية ، قسم الهندسة المدنية.
5. Koren V و S Reed و M Smith و Z Zhang و DJ Seo (2004) نظام نمذجة أبحاث مختبر الهيدرولوجيا (HL-RMS) من خدمة الطقس الوطنية الأمريكية. مجلة الهيدرولوجيا 291: 297-318.
6. مجموعة الهيدرولوجيا الجوفية (GHS) ، CSIC - إسبانيا. https://h2ogeo.upc.edu/es/ تمت المراجعة في 27 يناير 2019.