الهيدرولوجيا: التعريف والنطاق والتاريخ والتطبيق

اقرأ هذه المقالة للتعرف على تعريف ونطاق وتاريخ وتطبيق الهيدرولوجيا.

تعريف ونطاق الهيدرولوجيا:

الهيدرولوجيا هي العلوم التي تتعامل مع جميع جوانب المياه المتوفرة على الأرض. ويشمل دراسة عن حدوث المياه وخصائصها وتوزيعها وتداولها وكذلك آثاره على الكائنات الحية ومحيطها. إنه ليس علمًا خالصًا تمامًا لأنه يحتوي على العديد من التطبيقات العملية ويستخدم المعرفة بالعلوم الأخرى إلى حد كبير.

على نطاق واسع ، يمكن التعبير عن موضوع كامل في شكل معادلة رياضية.

المعادلة هي:

P = R + L أو

الهطول = الجريان + الخسائر

في المعادلة المذكورة أعلاه ، يشير الهطول إلى إجمالي إمدادات المياه من جميع أشكال الرطوبة المتساقطة ، ويشمل بشكل رئيسي سقوط الأمطار والثلوج. يمثل الجريان السطحي المياه الفائضة التي تتدفق فوق السطح للانضمام إلى بعض النهر أو البحر.

يشمل مصطلح الخسائر تلك الجزء من الماء الذي ينتقل إلى الغلاف الجوي وتحت الأرض بواسطة عمليات مثل التبخر والترشيح على التوالي. لأسباب عملية لا يغطي علم المياه جميع دراسات المحيطات والاستخدامات الطبية للمياه.

بعد دراسة هذه المعادلة مع خلفية الدورة الهيدرولوجية ، سيكون من الواضح أن مصطلح الخسائر لا يعني أبداً أن هذه المياه مفقودة ولا يمكن استخدامها مرة أخرى. إنه الماء الذي يختفي مؤقتًا من العرض (على سبيل المثال ، التبخر ، التسرب ، وما إلى ذلك) ويمنح الظروف الملائمة ، ويظهر مرة أخرى لأداء واجبات مختلفة. وبالتالي ، فمن الضروري دراسة جميع الشروط الثلاثة للمعادلة ، وهي rainall ، الجريان السطحي ، والخسائر.

ينطوي موضوع الهيدرولوجيا أساسا على:

أنا. تقييم هطول المطر

ثانيا. تقييم التدفق الموثوق

ثالثا. تصميم حسابات الفيضانات لضمان سلامة الهياكل الهيدروليكية ؛

د. تقييم الخسائر و

v حساب الحياة المفيدة وقدرة الخزانات.

تاريخ التنمية:

ويمكن اعتبار العلم الحديث للهيدرولوجيا قد بدأ مع قياسات هطول الأمطار ، والتبخر ، وتصريف النهر عن طريق طريقة سرعة المنطقة ، وما إلى ذلك. ومن هذه القياسات التي بدأت في القرن السابع عشر ، كان العلماء قادرين على استخلاص استنتاجات صحيحة حول الظاهرة الهيدرولوجية المرصودة. ومع ذلك ، لا يمكن القول بأن مجيء الهيدرولوجيا لم يكن إلا منذ القرن السابع عشر. في الواقع ، تم الإعلان عن مفهوم الدورة الهيدرولوجية من قبل العديد من الفلاسفة منذ زمن بعيد.

يمكن تصور التسلسل الزمني لمراحل مختلفة من تطوير علم الهيدرولوجيا على نطاق واسع على النحو التالي:

أنا. تكهنات من المفاهيم - حتى القرن الرابع عشر

ثانيا. ملاحظات - القرن الخامس عشر والسادس عشر

ثالثا. القياسات - القرن السابع عشر

د. التجارب - القرن الثامن عشر

v التحديث - القرن التاسع عشر

السادس. الكمي من الصيغ التجريبية - 1900-1930

السابع. ترشيد النظرية الهيدرولوجية - 1930 حتي 1950

الثامن. التنظير عن طريق التحليل الرياضي - 1950 حتى الآن

على الرغم من أن المفاهيم الهيدرولوجية حتى نهاية القرن الرابع عشر كانت تكهن فقط بأن العديد من الهياكل الهيدروليكية قد شيدت. الأعمال العظيمة المعروفة في التاريخ هي الآبار العباسية ، والكنس الفارسي ، وأنظمة الري المصرية والصينية ، وأنظمة إمدادات المياه والصرف في وادي السند ، والقنوات الرومانية ، وأعمال التحكم في الفيضانات الصينية ، إلخ. من المعرفة العملية للهيدرولوجيا على الرغم من أنه لم يتم الإعلان عنها على نطاق واسع.

في القرون اللاحقة تغيرت اتجاهات المضاربة إلى مراقبة قريبة. خلال هذه الفترة ، أدرك ليوناردو دا فينشي الدورة الهيدرولوجية كما هو مقبول اليوم. وشهد القرن السابع عشر تطوير تقنيات لقياس هطول الأمطار والتبخير وإفراز الأنهار وما إلى ذلك ، التي قدمت دليلا موثقا على مبدأ الدورة الهيدرولوجية. وتجدر الإشارة إلى أن أسماء بيير بيرولت وإدم ماريوت جديرة بالملاحظة في هذا السياق.

في القرن الثامن عشر تم إجراء عدد من الدراسات التجريبية الهيدروليكية في مجال الهيدرولوجيا. ونتيجة لذلك تم اكتشاف العديد من المبادئ الهيدروليكية. ومن أبرزها نظام Bernoullis piezometer ، أنبوب Borda ، أنبوب Pitot ، نظرية Bernoulli ، صيغة Chezy الخ. ساهمت هذه التطورات بشكل كبير في دراسة الدراسات الهيدرولوجية الكمية.

في القرن التاسع عشر تم تحديث الدراسات التجريبية بشكل كبير. وضعت جميع هذه الأنشطة قاعدة ثابتة للعلوم الحديثة للهيدرولوجيا. وترتبط غالبية المساهمات بهيولوجيا المياه الجوفية وقياس المياه السطحية. قانون دارسي لتدفق المياه الجوفية ، تركيبة البودرة في دوبِيت ، معادلة هاغن-بويزويل للتدفق الشعري ، صيغة تفريغ فرانسيس وير. تحديد Ganguillet و Kutter لمعامل Chezy. صيغة تدفق مانينغ ، وتطوير مقياس السعر الحالي ، وقانون دالتون هي بعض التطورات البارزة في هذا القرن.

حتى نهاية القرن التاسع عشر كان علم الهيدرولوجيا تجريبياً إلى حد كبير. كان الأمر كذلك لأن الأساس المادي للعديد من التحديد الهيدرولوجي الكمي لم يكن معروفاً جيداً. يجب أن يعتمد اختيار المعاملات والمعاملات التي ستستخدم في الصيغ التجريبية على الخبرة والحكم. وهكذا ، أصبح الاختلاف في مجال الهيدرولوجيا أكثر وضوحًا. في العقود الثلاثة الأولى من القرن العشرين ، تم إجراء تحقيقات هيدرولوجية متزايدة للنهوض بعلم الهيدرولوجيا.

خلال الفترة من 1930 إلى 1950 ظهر العديد من علماء الهيدرولوجيا العظماء الذين أعطوا الأساس العقلاني لحل المشكلات الهيدرولوجية بدلاً من الحلول التجريبية. على سبيل المثال لا الحصر ، أعطى شيرمان نظرية هيدروجراف وحدة ، أعطى هورتون طريقة لتحديد زيادة هطول الأمطار على أساس نظرية التسلل ، اقترح Gumbel استخدام توزيع القيمة القصوى لتحليل التردد ، طور أينشتاين وظيفة تحميل السرير لاستخدامها في التحليل النظري مشاكل الترسيب.

منذ عام 1950 ، تم تبني مناهج نظرية بشكل متزايد في المشكلات الهيدرولوجية. الآن مثل هذه المشاكل تخضع بسهولة للتحليل الرياضي. مع تطور أجهزة الكمبيوتر أصبح حل النظريات الهيدرولوجية المعقدة حقيقة واقعة.

التطبيق في الهندسة:

يعتمد نجاح أي مشروع لتطوير موارد المياه على توافر المياه في الوقت المناسب والكافي. التقييم السليم الطبيعي لهذا المورد الطبيعي يفترض أهمية كبيرة. من خلال التقييم ، نحاول أن نعرف بالتفصيل من أين يأتي المصدر ، أين تذهب ، في أي وقت أو عندما يأتي وكم هو متاح بالفعل.

ولذلك ، تشكل التحليلات الهيدرولوجية الخطوة الأولى في أي مخطط لتطوير الموارد المائية يشمل تصميم وإنشاء وتشغيل الهياكل الهيدروليكية. يبين تاريخ الهياكل الهيدروليكية التي فشلت أن معظم حالات الفشل ترجع إلى عدم إجراء تحليل هيدرولوجي كافٍ أثناء تصميم وبناء البنى وليس بسبب الضعف الهيكلي.

وتشكل تكلفة جمع البيانات الهيدرولوجية الكافية وتحليلها جزءاً لا يستهان به من التكلفة الإجمالية لمشروع تنمية الموارد المائية ولكنها تضمن التشغيل الناجح للحياة وعملية المشروع وبالتالي تصبح نشاطاً لا يمكن الاستغناء عنه.

على الرغم من أن المياه هي واحدة من الموارد الطبيعية الأكثر حيوية في بعض الأحيان أنها تجلب الدمار عن طريق العواصف والفيضانات. يتوقع من المهندس التنبؤ بالفيضانات ، لضمان سعة تخزين كافية للري ، وتوليد الطاقة المائية ، وإمدادات المياه الصناعية والمنزلية ، والتحكم في الفيضانات وما إلى ذلك.

التطبيقات العملية لمعارف الهيدرولوجيا هي التالية:

أنا. يمكن تقدير تدفق الذروة وظروف التدفق المستقبلية ، في أي نقطة في وادي الصرف الصحي بشكل صحيح لأي حوض أو منطقة.

ثانيا. يمكن تصميم قدرة قناة التصريف بدقة عن طريق تقدير فيضان التصميم.

ثالثا. يتم تسهيل تصميم أعمال التدريب على النهر.

د. يمكن حساب العوائد التي يمكن الاعتماد عليها من التيار لتوليد الطاقة الكهرومائية.

(5) يمكن تصميم الإمداد بالمياه لمخططات البلدات وشبكات الصرف الصحي بطريقة صحيحة.

السادس. يمكن إعداد حساب الموارد المائية لحوض النهر.

السابع. يمكن تحديد سعة الخزان بدقة.

الثامن. يمكن عمل الخزانات بطريقة فعالة.