Hydrologi: definition, omfattning, historia och tillämpning

Läs den här artikeln för att lära dig om hydrologins definition, omfattning, historia och tillämpning.

Hydrologins definition och omfattning:

Hydrologi är den vetenskap som behandlar alla aspekter av det tillgängliga vattnet på jorden. Det innefattar studier av förekomsten av vatten, dess egenskaper, dess fördelning och cirkulation samt dess effekter på levande varelser och deras omgivningar. Det är inte helt ren science eftersom det har många praktiska tillämpningar och det använder sig av kunskap om andra vetenskaper starkt.

I stort sett kan hela ämnet uttryckas i form av en matematisk ekvation.

Ekvationen är:

P = R + L eller

Nedbörd = Avrinning + Förlust

I ovanstående ekvation anger nederbörd total mängd vatten från alla former av fallande fukt och omfattar främst nederbörd och snöfall. Avrinningen representerar överskottsvatten som strömmar över ytan för att ansluta sig till någon flod eller hav.

Termen förluster inkluderar den del av vatten som går till atmosfär och underjordisk av processerna som respektive evaporation och percolation. Av praktiska skäl täcker hydrologin inte alla studier - av hav och medicinsk användning av vatten.

Efter att ha studerat denna ekvation med bakgrunden till hydrologisk cykel kommer det att vara klart att begreppet förluster aldrig innebär att detta vatten går förlorat och inte kan användas igen. Det är vattnet som tillfälligt försvinner från sikten (t.ex. förångning, sönderdelning etc.) och gynnsamma förhållanden återkommer för att utföra olika uppgifter. Därför är det nödvändigt att studera alla tre ekvationsvillkoren, nämligen regnfall, avrinning och förluster.

Syftet med hydrologi innefattar huvudsakligen:

jag. Bedömning av avrinningsfallet;

ii. Bedömning av pålitligt flöde;

III. Utforma översvämningsberäkning för säkerhet av hydrauliska konstruktioner;

iv. Bedömning av förluster och

v. Beräkning av reservoarernas livslängd och kapacitet.

Utvecklingshistoria:

Den moderna vetenskapen om hydrologi kan anses ha börjat med mätningar av nedbörd, förångning, flodutsläpp med områdeshastighetsmetod etc. Från dessa mätningar som började på 17-talet kunde forskare dra rätta slutsatser om det observerade hydrologiska fenomenet. Tillkomsten av hydrologi kan dock inte sägas vara enbart sedan 17-talet. Faktum är att begreppet hydrologisk cykel bekräftades av många filosofer från oändligheten.

Kronologin av olika faser av utvecklingen av vetenskapen om hydrologi kan i stort sett visualiseras enligt följande:

jag. Spekulation av begrepp - upp till 14th century

ii. Observationer - 15th till 16th century

III. Mätningar - 17th century

iv. Experimentations - 18th century

v. modernisering - 1800-talet

vi. Kvantifiering av empiriska formler - 1900-1930

vii. Rationalisering av hydrologisk teori - 1930-1950

viii. Teorisering genom matematisk analys - 1950 hittills

Trots att hydrologiska koncept fram till slutet av 1400-talet endast spekulerades byggdes många hydrauliska strukturer. De stora verk som är kända i historien är de abassiska brunnarna, persiska kanaterna, de egyptiska och kinesiska bevattningssystemen, vattenförsörjningen och dräneringssystemen i Indus-dalen, de romerska akvedukten, kinesiska översvämningskontrollverk etc. Dessa konstruerades naturligt på grundval av den praktiska kunskapen om hydrologi men det var inte allmänt uttryckt.

Under de följande två århundradena förändrades tendensen av enbart spekulation till nära observation. Under denna period erkände Leonardo da Vinci den hydrologiska cykeln som accepteras idag. Sjuttonde århundradet såg utvecklingen av tekniker för mätningar av nedbörd, avdunstning, flodutsläpp etc., vilket gav dokumenterat bevis på principen om hydrologisk cykel. Namnen på Pierre Perrault och Edme Mariotte är anmärkningsvärda i detta sammanhang.

På artonhundratalet utfördes antalet hydrauliska experimentella studier inom hydrologiområdet. Som ett resultat upptäcktes olika hydrauliska principer. Noterbara bland dem är Bernoullis piezometer, Borda-röret, Pitotröret, Bernoullis teorem, Chezys formel etc. Denna utveckling bidrog väldigt till att ta upp kvantitativa hydrologiska studier.

I artonhundratalet moderniserades experimentstudierna mycket. Alla dessa aktiviteter lagde en fast bas av modern vetenskap om hydrologi. Majoriteten av bidragen var relaterade till grundvattenhydrologi och ytvattenmätning. Darcys lag för grundvattenflöde, Dupits välformning, Hagen-Poiseuilles ekvation av kapillärflöde, Francis weir-urladdningsformel. Ganguillet och Kutter bestämmer Chezys koefficient. Mannings flödesformel, utveckling av prisströmmätare, Daltons lag är några av de anmärkningsvärda utvecklingen i detta århundrade.

Upto slutet av artonhundratalet vetenskapen om hydrologi var till stor del empirisk. Det var så eftersom den fysiska grunden för många kvantitativa hydrologiska bestämningar inte var välkänd. Valet av koefficienter och parametrar som ska användas i empiriska formler måste bero på erfarenhet och bedömning. Således blev adhocism i hydrologi tydligare. Under de tre första decennierna av 1900-talet ökade hydrologiska undersökningar för att främja vetenskapen om hydrologi.

Under perioden 1930-1950 uppstod många stora hydrologer som gav en rationell grund för att lösa hydrologiska problem istället för empiriska lösningar. För att nämna några, gav Sherman enhetshydrografteori, Horton gav metod för att bestämma överflödet av regn på grundval av infiltrationsteori, Gumbel föreslog användning av extremvärdesfördelning för frekvensanalys, utvecklade Einstein sängbelastningsfunktionen för användning i den teoretiska analysen av sedimenteringsproblem.

Sedan 1950 har alltmer teoretiska tillvägagångssätt antagits i hydrologiska problem. Nu utsätts sådana problem lätt för matematisk analys. Med utvecklingen av datorer har lösningen av komplicerade matematiska hydrologiska teorier blivit en verklighet.

Ansökan i teknik:

Framgången av eventuella vattenresursutvecklingsprojekt beror på snabb och tillräcklig tillgång till vatten. Naturligt korrekt bedömning av denna naturresurs tar stor vikt. Genom bedömning försöker vi veta i detalj från var resursen kommer, var den går, när eller när det kommer och hur mycket av det är verkligen tillgängligt.

Därför utgör hydrologiska undersökningar det första steget i något vattenresursutvecklingssystem som innefattar konstruktion, konstruktion och drift av hydrauliska konstruktioner. Historien om hydrauliska strukturer som har misslyckats visar att flertalet misslyckanden beror på otillräcklig hydrologisk analys som gjorts medan strukturerna konstruerades och konstruerades snarare än på grund av strukturell svaghet.

Kostnaden för insamling av tillräcklig hydrologisk data och dess analys utgör en obetydlig del av den totala kostnaden för vattenresursutvecklingsprojektet, men det garanterar en framgångsrik drift och livstid för projektet och blir därför oumbärlig verksamhet.

Även om vatten är en av de viktigaste naturresurserna ibland, förorsakar det förstörelse genom stormar och översvämningar. En ingenjör förväntas förutse översvämningar för att säkerställa tillräcklig lagringskapacitet för bevattning, vattenkraftproduktion, industriell och inhemsk vattenförsörjning, översvämningskontroll etc.

De praktiska tillämpningarna av kunskapen om hydrologi är följande:

jag. Toppflöde och framtida flödesförhållanden, vid vilken tidpunkt som helst i dräneringsdalen kan beräknas korrekt för varje bassäng eller område.

ii. Avloppskapacitet kan utformas exakt genom att man bedömer designflod.

III. Utformningen av flodutbildningsarbete underlättas.

iv. Beroende avkastning från strömmen för generering av vattenkraft kan beräknas.

v. Vattenförsörjning till township och avloppsplaner kan utformas ordentligt.

vi. Vattenresurser på ett avrinningsområde kan förberedas.

vii. Reservkapaciteten kan bestämmas exakt.

viii. Drift av reservoarer kan ske på ett effektivt sätt.