Гидрология

Наука
Гидрология
Предмет изучения	Водные объекты
Период зарождения	XX век
Основные направления	Гидрография, прикладная гидрология, гидрометрия, гидрофизика, гидрохимия, география
Значительные учёные	Н.А. Гириллович, А.П. Зегжда, В.С. Кнороз

Гидроло́гия (греч. Yδρoλoγια; от др.-греч. ὕδωρ «вода» + λoγoς «слово, учение») — наука, изучающая природные воды, их взаимодействие с атмосферой и литосферой, а также явления и процессы, протекающие в водах (испарение, замерзание и т. п.).

Термин «гидрология» употребляется в двух значениях — широком и узком. В широком смысле гидрология — это «наука, изучающая гидросферу, её свойства и протекающие в ней процессы и явления во взаимосвязи с атмосферой, литосферой и биосферой». Согласно этому определению, гидрология изучает все природные воды на земном шаре — океаны, моря, подземные воды, реки, озёра и т. д. Гидрология (в узком значении) изучает важнейший гидрологический процесс — круговорот воды — и в первую очередь его самое существенное для современного человека звено — речной сток, а также водный баланс.

История развития гидрологии

Исследование воды наблюдается с начала человечества. Гидрологический цикл был проанализирован различными греческими философами, такими как Платон, Аристотель и Гомер. Однако гипотезы, высказанные этими древними мудрецами, в настоящее время считаются ошибочными. Римский Марко Витрувио был первым, кто указал, что вода, проникшая в землю, появилась из-за дождя и снега.

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

В XVII веке гидрологическими явлениями интересовался французский философ и математик Декарт. Первые количественные оценки в гидрологии принадлежат Пьеру Перро. П. Перро в своей книге «О происхождении источников» (Париж, 1674) приводит результаты своих подсчётов водного баланса. Декарт рассчитал, что дождевой воды вполне достаточно для поддержания стока рек. Подобные вычисления продолжил и развил французский физик Эдм Мариотт. Оценку роли испарения в гидрологических процессах впервые сделал английский геофизик и астроном Эдмунд Галлей, соратник Исаака Ньютона. Галлей первым дал чёткое представление о круговороте воды в природе и его приближённую количественную оценку. Работы Перро, Мариотта и Галлея, выполненные 300 лет назад, заложили основу для последующего развития гидрологии.

Первая книга, носящая название «Гидрология», а может быть, и сам этот термин, также появились в конце XVII века: в 1694 году в Германии вышла книга Э. Мельхиора «Гидрология в трёх частях», содержащая описание целебных минеральных источников Висбадена. В русской литературе термин «гидрология», появился лишь во 2 половине XVIII века: в статье П. Варгентина «О натуральной истории вообще» (1762 г.) упоминается о гидрологии.

В конце XIX века гидрологию ещё рассматривали как часть физической географии, иногда её относили к гидротехнике или гидравлике. И лишь в начале XX века определилось содержание гидрологии как самостоятельной науки, в некоторых университетах и технических учебных заведениях Германии, Франции, России, США стали читать специальные курсы гидрологии, появились первые учебные пособия по ней. В России впервые курс гидрологии суши вёл в Петербургском политехническом институте профессор С. П. Максимов (1917—1989) в 1914 году. Литографированные лекции этого курса были первым в России учебником гидрологии. Один из основоположников советской гидрологии профессор В. Г. Глушков (1883—1937) считал С. П. Максимова своим учителем.

Интенсивное развитие гидрологии началось с 30-х годов, когда знание гидрологических закономерностей стало особенно необходимым вследствие быстрого развития гидроэнергетики и ирригации (искусственный полив земли) и связанного с этим широкого использования рек, строительства крупных водохранилищ и каналов. В 1922 году была создана Международная ассоциация научной гидрологии (IAHS). IAHS группирует гидрологов по всему миру до настоящего времени. В 1944 году Бернард Воннегут заложил основы гидрометеорологии, подчеркнув роль метеорологических явлений в круговороте воды.

Подразделения гидрологии

По направленности и методам исследований гидрология подразделяется:

— общая гидрология — изучает наиболее общие закономерности гидрологических процессов и явлений;

— гидрография — занимается изучением и описанием конкретных водных объектов;

— прикладная (или инженерная) гидрология — разрабатывает методы расчета и прогноза различных гидрологических характеристик;

— гидрометрия — разрабатывает методы измерений и наблюдений при изучении природных вод.

Выделяются еще специальные разделы гидрологии, такие, как физика природных вод (или гидрофизика), химия природных вод (или гидрохимия), биология природных вод (или гидробиология). По объектам исследования общая гидрология подразделяется на три большие части.:

— гидрология океанов и морей (океанология), занимается изучением океанов и морей;

— гидрология суши — изучает водные объекты суши (реки, озера, водохранилища, болота, ледники);

— гидрология подземных вод — изучает воды, находящиеся в свободном состоянии в верхней части земной коры.

В свою очередь гидрология суши подразделяется по объектам исследования на:

— гидрологию рек (речная гидрология, или потамология);

— гидрологию озёр (лимнологию);

— гидрологию болот (тельматологию);

— гидрологию ледников (гляциологию)

Гидрология, занимающаяся решение различных инженерных задач (в гидротехнике, гидромелиорации, гидроэнергетике, водоснабжении, строительстве мостов, автомобильных и железнодорожных дорог и т. д.) называется инженерной.

Связь гидрологии с другими науками

Гидрология тесно связана с физико-географическими дисциплинами — метеорологией и климатологией, геоморфологией, гляциологией, картографией и др. Гидрология тесно связана с метеорологией — наукой об атмосфере и происходящих в ней процессах, и в первую очередь с той ее частью, которая исследует влагооборот и испарение с поверхности воды. Взаимосвязь гидросферы с литосферой наиболее отчетливо проявляется в процессах формирования земной поверхности под влиянием деятельности воды. В свою очередь, рельеф земной поверхности оказывает существенное влияние на образование водных потоков. Поэтому гидрология имеет много общего с геоморфологией — наукой, изучающей закономерности возникновения и развития форм земной поверхности.

Связана гидрология и с геологией, биологией, почвоведением, геохимией. Гидрология не может продуктивно развиваться без опоры на фундаментальные науки — физику, химию, математику. К гидрологии тесно примыкают такие разделы физики, как гидрофизика, гидромеханика и гидравлика, термодинамика. В основе многих гидрологических закономерностей — строгие физические законы. Гидрохимия как раздел гидрологии широко использует законы взаимодействия химических веществ и методы химического анализа. Таким образом, гидрология связана и с химией. В гидрологии широко применяются методы математической обработки данных наблюдений. Применение физических законов в гидрологии требует строгих формулировок и использования математического моделирования. Наконец, создание баз данных и обработка результатов наблюдений опирается на информатику. При проведении измерений и наблюдений, обработке их результатов (в том числе и дистанционных) широко используют технические достижения. При этом развитие некоторых областей техники (гидротехнического строительства на реках и морях, мелиоративных и других мероприятий) не может обойтись без использования гидрологических знаний. В рамках новой дисциплины начала развиваться и гидроэкология, изучающая водные экосистемы — совокупность водной среды, водных организмов и человеческого общества.

Круговорот воды в природе

Круговорот воды в природе состоит из процессов испарения, передвижения водяного пара в атмосфере, его конденсации в атмосфере, выпадения осадков истока по земной поверхности. Атмосферные осадки частично испаряются, частично образуют временные и постоянные водостоки и водоёмы, частично просачиваются в землю и образуют подземные воды. Кругооборот воды создает основной механизм перераспределения на Земле вещества и энергии, основа возобновляемости водных ресурсов. Вода непрерывно циркулирует на земном шаре, при этом ее общее количество остается неизменным. Различают несколько видов круговоротов воды в природе:

• Большой, или мировой, круговорот — водяной пар, образовавшийся над поверхностью океанов, переносится ветрами на материки, выпадает

там, в виде атмосферных осадков и возвращается в океан в виде стока. В этом процессе изменяется качество воды: при испарении соленая морская вода превращается в пресную, а загрязненная — очищается.

• Малый, или океанический, круговорот — водяной пар, образовавшийся над поверхностью океана, сконденсируется и выпадает в виде осадков снова в океан.
• Внутриконтинентальный круговорот — вода, которая испарилась над поверхностью суши, опять выпадает на сушу в виде атмосферных осадков.

Методы исследований

Полевые (экспедиционные, стационарные, нетрадиционные), экспериментальные (в лаборатории, в природе), эмпирические и статистические (методы сбора данных, методы обработки данных), теоретические (моделирование, анализ, обобщение, гидрологическое районирование и картографирование).

Практическое значение гидрологии

Гидрологи обеспечивают водопотребителей и водопользователей данными о количестве и качестве воды, о пространственно-временных изменениях гидрологических характеристик. Гидрология имеет огромное значение в промышленности, строительстве, в сельском хозяйстве, водном транспорте и т. д. Большая роль гидрологических исследований в решении проблемы защиты населённых пунктов и земель от наводнений. Особую актуальность приобретают исследования и прогнозы наводнений на реках, вызванных дождевыми паводками или ледяными заторами, а в устьях рек и в прибрежных морских районах — штормовыми нагонами и волнами цунами. Важна также роль гидрологии и в решении проблем охраны природы, при разработке мероприятий по защите водных объектов от истощения и загрязнения.

Литература

• Михайлов В.Н., Добровольский А.Д. Гидрология. — 3. — Высшая школа, 2008. — 463 с. — ISBN 978-5-06-005815-4.
• Пашков Н. Н., Долгачев Ф. М. Гидравлика. Основы гидрологии.. — М,: Энергия, 1977. — 408 с.
• Соколов А. А., Чеботарев А. И. Очерки развития гидрологии в СССР (рус.). — Л.: Гидрометеоиздат, 1970. — 312 с.
• Чеботарев А. И. Гидрологический словарь (рус.). — 3-е изд., перераб. и доп. — Л.: Гидрометеоиздат, 1978. — 312 с. (1964)
• Виноградов Ю. Б. Думы о Гидрологии // Гидросфера. Опасные процессы и явления. 2019. Т. 1. Вып. 4. С. 555—589.

---

• Anderson, Malcolm G.; McDonnell, Jeffrey J., eds. (2005). Encyclopedia of hydrological sciences. Hoboken, NJ: Wiley. ISBN 0-471-49103-9.
• Hendriks, Martin R. (2010). Introduction to physical hydrology. Oxford: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-929684-2.