Основные этапы развития гидрологии суши

Содержание, связь с другими науками и роль в народном хозяйстве

Гидрология принадлежит к циклу наук о Земле, изучает гидро­сферу, ее свойства и протекающие в ней процессы и явления во взаимосвязи с атмосферой, литосферой и биосферой. Делится на гидрологию океана и гидрологию суши, рассматривающую поверх­ностные воды. Гидрологию океана называют океанологией, сохра­няя термин «гидрология» за гидрологией суши.

В зависимости от изучаемых водных объектов суши гидрология делится на гидрологию рек, озер, водохранилищ, болот, ледников. На стыке гидрологии суши и океанологии в последние десятилетия во многих странах мира стали выделять гидрологию устьевых областей крупных рек (гидрология дельт и эстуариев). В России устьевые области рек выделены в самостоятельные водные объекты. Соответственно гидрология устьев рек рассматривается как самостоятельная дисциплина, имеющая свою объект и предмет исследований.

Помимо деления по объектам исследований, в зависимости от круга изучаемых вопросов и методов исследований из гидрологии суши выделились самостоятельные разделы: гидрометрия, гидро­графия, гидрологические расчеты и прогнозы.

Гидрометрия рассматривает методы наблюдений за режи­мом водных объектов, применяемые при этом устройства и приборы, а также способы обработки результатов наблюдений.

В задачу гидрографии суши входит рассмотрение законо­мерностей географического распространения поверхностных вод, описание конкретных водных объектов, их режима и хозяйствен­ного значения, а также установление их взаимосвязи с географи­ческими условиями территории.

Гидрологические расчеты и прогнозы, называемые инженерной гидрологией, занимаются разработкой мето­дов расчета и прогноза различных гидрологических характеристик, необходимых для целесообразного использования или изменения естественного режима водных объектов и для проектирования на них гидротехнических сооружений.

Природные воды являются одним из главных компонентов географической среды. Скопления их образуют водные объекты земного шара — Мировой океан и водные объекты суши, состав­ляющие гидросферу. Воды, содержащиеся в водных объектах той или иной территории, составляют ее водные ресурсы — одно из основных природных богатств.

Формирование, развитие, размещение водных объектов по тер­ритории и их гидрологический режим связаны с географической зональностью и азональными факторами (рельефом, геологиче­ским строением). При изучении взаимосвязей водных объектов с окружающей средой гидрология использует данные климатоло­гии, метеорологии, геологии, гидрогеологии, геоморфологии, физи­ческой географии. Физические, химические и биологические про­цессы, происходящие в реках и водоемах и определяющие свойства, состав, качество, биологические ресурсы их вод, изу­чаются гидрологией в контакте с гидрофизикой, гидрохимией, гидробиологией. При исследовании движения вод в реках и водо­емах используются законы и методы гидродинамики и гидравлики, в гидрологических расчетах и прогнозах—современные матема­тические методы.

В гидрологических исследованиях применяются экспедиционный, стационарный и лабораторный методы. Экспедиционный метод позволяет исследовать природные воды тех или иных районов или крупных водных объектов. Продолжительность экспедиций срав­нительно кратковременна — от сезона до нескольких лет. Стационарные наблюдения за режимом водных объектов проводятся не­прерывно в течение многолетнего периода на сети специальных гидрологических станций и постов и позволяют изучить изменения гидрологического режима во времени. В лабораториях опреде­ляются физические и химические свойства воды, моделируются водные объекты и гидрологические процессы.

Вода широко используется во всех отраслях народного хозяй­ства. На производство продуктов промышленности и сельского хозяйства затрачивается большое количество воды. Так, при выплавке 1 т чугуна необходимо 200 м³ воды, производства 1 т синтетического волокна — 2500—5000 м³. Нормы орошения для хлопчатника 6500—7000 м³ воды на 1 га за вегетационный период. Средняя норма водоснабжения городского населения 400 л/сут на человека. Экономически выгодны перевозки грузов водным путем, которые обходятся в 1,5—2,0 раза дешевле, чем по железной дороге, и в 20—25 раз дешевле, чем на автомашинах. Все хозяйственные мероприятия обеспечиваются гидрологическими данными. Для гидроэнергетики, промышленного и бытового водо­снабжения необходимы расчеты и прогнозы объемов воды рек и водоемов и колебаний их по сезонам, для сельского хозяйства— оценка возможных водозаборов в вегетационный период, для I водного транспорта—сведения о глубинах и уровнях воды. В на­шей стране гидрологические наблюдения осуществляются сетью станций и постов Федеральной службой России по гидрометео­рологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет), исследо­вания водного режима, научные обобщения и расчеты проводятся научно-исследовательскими институтами Росгидромета (ГГИ, ГХИ, ААНИИ, ДВНИИГМИ и др.), РАН, различных министерств и ведомств и проектно-изыскательными организациями. В связи с проблемой рационального использования, преобра­зования и охраны водных ресурсов задачи гидрологии суши в последние десятилетия значительно расширились.

В современную эпоху развитие производительных сил и интен­сификация производства привели к возрастанию темпов и мас­штабов эксплуатации природных ресурсов, в том числе и водных. В прошлом использование водных ресурсов было относительно невелико по сравнению с их запасами и естественным восстановле­нием. Перед человеческим обществом не стоял вопрос об истоще­нии ресурсов и ухудшении качества воды. Но уже в конце прош­лого и начале нынешнего века в некоторых районах земного шара начал ощущаться дефицит пресной воды и ухудшение ее качества, связанное с загрязнением промышленными и бытовыми стоками. Во второй половине XX века водозабор из рек и водоемов для нужд промышленности, сельского хозяйства, бытового водоснаб­жения и сброс в водные объекты загрязненных вод достигли таких размеров, что в процессе естественного возобновления не успевают восстановиться объем и качество природных вод. В связи с этим проблема рационального использования водных ресурсов, их пре­образования в нужном для народного хозяйства направлении, охраны от истощения и загрязнения стала наиболее важной в жизни общества. В свете этой проблемы перед гидрологией стоят задачи количественной и качественной оценки водных ресур­сов, выявления закономерностей их изменений под воздействием природных факторов и хозяйственной деятельности, гидрологиче­ского обоснования проектируемых водохозяйственных мероприя­тий (мелиорации, создания водохранилищ, переброски вод в за­сушливые районы), прогноза возможных изменений режима рек и водоемов.

Основные этапы развития гидрологии суши

Жизнь человека во все времена была тесно связана с водой, с использованием рек и водоемов для водоснабжения, орошения и судоходства, поэтому уже в глубокой древности велись наблю­дения за колебаниями уровней воды крупных рек и появились первые попытки объяснить процессы, происходящие в реках.

Гидрология может по праву считаться одной из древнейших наук в мире, однако понадобилось несколько тысячелетий, для того чтобы гидрология сформировалась в самостоятельную науч­ную дисциплину. Еще в конце XIX в. гидрология рассматривалась как часть физической географии, иногда ее относили к гидро­технике и гидравлике. С основами гидрологии студенты знакоми­лись в курсах климатологии, мелиорации, внутренних водных путей и т. п. И лишь в начале XX в. определилось содержание гидрологии как самостоятельной науки. В некоторых университетах и технических институтах Германии, Франции, России, США стали читаться специальные курсы гидрологии, появились первые учебные пособия по этой дисциплине. Вот почему гидрологию можно считать и древней и молодой наукой.

Важным рубежом в истории развития гидрологии стал конец XVII в., когда французские ученые Пьер Перро, Эдм Мариотт и англичанин Эдмунд Галлей на основании измерений и расчетов осадков, стока и испарения впервые установили количественные соотношения главных фаз круговорота воды. Эти измерения, расчеты и эксперименты, выполненные 300 лет назад, несмотря на их приближенный характер и смелые допущения, заложили прочную основу плодотворного развития гидрологии.

Более или менее систематические исследования водных объектов в России были начаты при Петре I. Он был организатором первых специальных гидрографических обследований рек, создате­лем первого закона об охране вод (о водоохранных лесных поло­сах), по его приказу в 1715 г. был устроен первый водомерный пост в России на р. Неве у Петропавловской крепости. В начале XVIII в. были составлены и частично осуществлены проекты со­единения рек Москвы и Волги, Волги и Дона, Днепра и Западной Двины, проводились изыскания по строительству Вышневолоцкой, Тихвинской и Мариинской водных систем, ладожских каналов. Большую работу по изучению вод России проводила созданная в 1724 г. Академия наук, организовавшая многие гидрографические экспедиции, в том числе вторую камчатскую экспедицию (1733— 1743 гг.), по материалам которой С. П. Крашенинников составил труд «Описание Земли Камчатки». В период 1768—1774 гг., назы­ваемый эпохой академических экспедиций, был собран большой материал о реках, озерах и подземных водах обширных районов России: Поволжья, Южного Урала (Н. И. Липихин), Западной и Восточной Сибири, Забайкалья, Крыма (П. С. Паллас), Орен­бургского края, предгорьев Северного Кавказа (И. П. Фальк) и др.

Много сделал для изучения природных вод М. В. Ломоносов. В 1760 г. по его инициативе было проведено анкетное обследова­ние весенних наводнений, вскрытия и замерзания рек. В труде «О слоях земных» (1763 г.) Ломоносов обратил внимание на взаимосвязь подземных и поверхностных вод.

Результаты многолетних исследований водных объектов на тер­ритории России были опубликованы в 1832 г. в «Гидрографиче­ском атласе Российской империи». Несколько позднее (1844— 1849 гг.) вышла в свет «Гидрография России» И. Ф. Штукенберга в шести томах, в которой был обобщен материал гидрографических исследований почти за 150 лет.

В 1845 г. было организовано Российское географическое обще­ство, которое провело ряд экспедиций в малоизученные и неизу­ченные районы Азии. Экспедиции М. П. Семенова-Тян-Шанского Н. М. Пржевальского и другие дали ценные материалы по гидро­графии Средней Азии.

Организованная в 1849 г. Главная физическая обсерватория (ныне Главная геофизическая обсерватория им. А. И. Воейкова) возглавила развитие сети метеорологических станций, на которых проводились наблюдения за вскрытием и замерзанием рек и озер России.

Начало планомерных водных исследований в России относится к 70-м годам XIX в. Организованная в 1874 г. навигационно-описная комиссия министерства путей сообщения за 20 лет своей деятельности провела большую работу по исследованию рек Евро­пейской России, Сибири и Дальнего Востока. Описные партии этой комиссии, организовали около 500 водомерных постов и гидро­метрических станций для изучения водности больших рек.

Наряду с изучением больших рек, озер и водоразделов, прово­дившихся в транспортных целях, министерством земледелия и государственных имуществ велись обширные исследовательские работы по изучению водных объектов на территории России в це­лях орошения и осушения земель. Начало этому направлению в изучении вод суши было положено специальными экспедициями под руководством И. И. Жилинского (Западная экспедиция по осушению Полесья работала 25 лет, с 1873 по 1898 г., а экспеди­ция по орошению на юге России и на Кавказе—11 лет, с 1880 по 1891 г.). Эти экспедиции собрали ценные сведения по гидро­графии малых и средних рек, озер и болот.

С 1894 по 1903 г. работала экспедиция по исследованию глав­нейших рек Европейской России под руководством А. А. Тилло; проведены детальные исследования в верховьях Волги, Западной Двины, Оки и Дона. В работах экспедиции большое внимание было уделено вопросу о роли болот в питании рек. Материалы этой экспедиции составили 63 выпуска трудов.

Дальнейшее развитие исследований связано с созданием в 1908 г. гидрологического комитета отдела земельных улучшений главного управления земледелия и землеустройства, которым были организованы гидрометрические части. Материалы, собран­ные гидрометрическими частями, положили начало изучению рек засушливых районов. Они были опубликованы в виде ежегодни­ков, в которых содержатся сведения о водоносности рек, химиче­ском составе воды и наносах.

В рассматриваемый период появились фундаментальные тео­ретические исследования. Главными направлениями этих исследо­ваний были различные аспекты влагооборота и проблемы русло­вых процессов. Особо важное значение имели работы А. И. Воейкова. В его классическом труде «Климаты земного шара, в особен­ности России» (1884 г.) впервые дана классификация рек по источникам питания, рассмотрен водный баланс Каспия и многие другие вопросы гидрологии. Вышли в свет работы Д. Н. Онучина «Воды суши. Озера» (1896 г.), М. А. Рыкачева «Вскрытие и замер­зание рек Российской империи» (1886 г.), В. М. Лохтина «О меха­низме речного русла» (1895 г.), Е. В. Оппокова «О режиме реки Днепра» (1904 г.) и др.

Отечественная гидрология в это время занимала ведущее поло­жение в мировой гидрологии как по размаху экспедиционных и стационарных исследований, так и по глубине теоретических работ.

Обширные гидрологические исследования продолжались и в начале XX в. на всей территории России. Теоретические ис­следования в это время были направлены на изучение компонентов водного баланса речных бассейнов, а также на изучение термиче­ских и ледовых условий на реках, разрабатывались методы расчета максимальных расходов талого и дождевого стока. Большой вклад в развитие этих направлений в гидрологии сделан Н. И. Макси­мовичем, Е. В. Оппоковым, Э. И. Ольдекопом, Н. Е. Долговым и др.

После Великой Октябрьской социалистической революции началось широкое, комплексное исследование водных объектов на­шей страны, учитывающее запросы многих отраслей народного хозяйства.

Большую роль в изучении водных ресурсов страны и становле­ния научной гидрологии сыграло создание в 1919 г. Российского гидрологического института (ныне Государственный гидрологический институт), на который была возложена задача научного руководства всеми водными ис­следованиями в СССР.

В 1920 г. по инициативе В. И. Ленина был принят исторический план электрофикации России (план ГОЭЛРО), выполнение кото­рого потребовало всестороннего изучения естественного режима рек и водоемов.

Для планомерного и комплексного изучения гидрометеорологи­ческого режима территории нашей страны и обеспечения водохозяйственных мероприятий в 1929 г. был создан Гидрометеоро­логический комитет СССР (ныне Федеральная служба России по гидрометеорологии и мониторингу природной среды — Росгидромет).

В этот период закладывались основы современной гидрологии суши, в создании которых большая заслуга принадлежит советским ученым В. Г. Глушкову, Д. И. Кочерину, М. А. Великанову, Б. В. Полякову, Б. Д. Зайкову, Д. Л. Соколовскому, А. В. Огиев-скому, Е. В. Близняку, Л. К. Давыдову, Б. А. Аполлову, Г. И. Шамову, Л. Л. Россолимо, и многим другим.

Большим событием в изучении водных ресурсов нашей страны явилось постановление Госплана СССР 1931 г. о составлении «Водного кадастра СССР», представляющего собой систематизи­рованные сведения о режиме морей, рек, озер, болот, ледников и подземных вод, изданного в 1940 г. С 1936 г. начато систематическое издание гидрологических ежегодников, в которых публико­вались сведения об уровнях, расходах воды и взвешенных наносов, температуре воды и других гидрологических характеристиках.

В период Великой Отечественной войны гидрологические иссле­дования проводились в направлении обеспечения действующей армии гидрологическими прогнозами и расчетами по режиму вод­ных объектов, по оценке проходимости местности и преодоления водных преград.

После Великой Отечественной войны гидрологические исследо­вания в нашей стране были связаны с восстановлением народного хозяйства, строительством гидроэлектростанций, оросительных систем, проведением осушительных работ и т. д. В 1954—1962 гг. ГГИ провел большие экспедиционные исследования в целинных и залежных землях Казахстана с целью изучения водных ресурсов этого района.

В этот период наиболее плодотворное развитие получили тео­ретические и экспериментальные исследования во многих областях гидрологии суши. Эти исследования проводились под руководством известных ученых нашей страны Г. П. Калинина, А.А.Соколова К. П. Воскресен­ского, Г. А. Алексеева, К. Е. Иванова, В. Г. Андреянова, А. И. Чеботарева, А. Н. Бефани, В.С.Антонова и многих других.

В короткий срок (1963—1967 гг.) силами гидрологов всех НИУ и управлений Гидрометслужбы под руководством ученых ГГИ были выполнены работы по составлению второго водного кадастра страны.

Большую роль в координации научных исследований в СССР сыграли Всесоюзные гидрологические съезды: I—в 1924 г., II— в 1928 г., III — в 1957 г., IV — в 1973 г., V — в 1986 г., материалы которого полностью опубликованы Гидрометеоиздатом к 1990 году.

В настоящее время российская гидрология занимает ведущее место в мире, создав как общепризнанные теоретические основы гидрологии, так и методы расчета и прогноза, необходимые при решении многих народнохозяйственных проблем. Большую роль в этом сыграли ученые, работающие в НИИ Росгидромета (ГГИ, ГХИ, ААНИИ, ВНИИГМИ и др.) которые подготовили много­численные методические разработки в самых различных областях гидрологии, прочно вошедшие в практику.

Широки международные связи гидрологических научно-исследо­вательских и проектных организаций нашей страны, специалисты которых являются участниками постоянно действующих специаль­ных международных организаций ООН, ЮНЕСКО и др. Российские гидрологи активно участвовали в работах по международному гидрологическому десятилетию, в международных конференциях и симпозиумах, они оказывают всестороннюю помощь в освоении водных ресурсов и в обеспечении гидротехнического строительства в развивающихся странах.

В последнее время в России изучаются новые проблемы гидрологии, связанные с требованиями современного развития народного хозяйства в свете решений Правительства РФ по комплексному использованию и охране водных ресурсов.

В связи с этим российскими учеными проводятся исследования пространственно-временных связей характеристик гидрологических элементов для обширных территорий, перераспределения речного стока в целях его рационального использования, оценки возможных последствий хозяйственной деятельности человека в бассейнах рек и озер на их гидрологический режим и экологическое состояние.

В последние годы для разработки методов гидрологических расчетов и прогнозов все шире применяется математическое моделирование и создаются Геоинформационные системы (ГИС).

Поиск по сайту: