هيدرولوژي يا آب شناسي
منبع:دانشنامه رشد
ديد کلي
هيدرولوژي علمي است که در مورد پيدايش خصوصيات و نحوه توزيع آب در طبيعت بحث مي‌کند ولي عملا واژه هيدرولوژي به شاخه‌اي از جغرافياي فيزيکي اطلاق مي‌شود که گردش آب در طبيعت را مورد بررسي قرار مي‌دهد. انجمن علوم و فنون ايالات متحده تعريف زير را براي هيدرولوژي برگزيده است:
هيدرولوژي علم مطالعه آب کره زمين است و در مورد پيدايش ، چرخش و توزيع آب در طبيعت خصوصيات فيزيکي و شيميايي آب ، واکنش‌هاي آب در محيط و ارتباط آن با موجودات زنده بحث مي‌کند بنابراين ملاحظه مي‌شود که هيدرولوژي در برگيرنده تمامي داستان آب است.
تاريخچه و تکامل آب شناسي
تا جايي که تاريخ نشان مي‌دهد اولين تجارب آب شناسي مربوط به سومريها و مصريها در منطقه خاورميانه است بطوري که قدمت سد سازي روي رودخانه نيل به 4000 سال قبل از ميلاد مسيح مي‌رسد در همين زمان فعاليتهاي مشابهي در چين نيز وجود داشته است. از بدو تاريخ تا حدود 1400 سال بعد ازميلاد مسيح فلاسفه و دانشمندان مختلفي از جمله هومر طالس ، افلاطون ، ارسطو و پلني در مورد سيکل هيدرولوژي انديشه‌هاي گوناگوني ارائه کرده‌اند و کم کم مفاهيم فلسفي هيدرولوژي جاي خود را به مشاهدات علمي دادند.
سير تحولي و رشد
* شايد بتوان گفت هيدرولوژي جديد از قرن 17 با اندازه گيريهاي مختلف آغاز شد در اين دوره پرالت ترانست مقدار بارندگي تبخير و صعود موئينه‌اي را در حوضه آبريز رودخانه سن اندازه گيري کند ماريوت با اندازه گيري سرعت و سطح مقطع جريان دبي رودخانه سن را در پاريس اندازه گيري کرد.
* در قرن 18 مطالعات تجربي در زمينه‌هاي هيدرولوژي شکوفايي خاصي را پيدا کرد. بر اساس اين مطالعات بود که بسياري از اصول هيدروليکي پايه گذاري گرديد. از آن جمله مي‌توان وسايلي مانند پيزو ستروبرنولي ، لوله پيتر ، جريان سنج ولت من ، لوله بوردا ، و نظريه‌هايي مانند نظريه برنولي ، (فرمول شزي و قوانين دالامبرت را نام برد. از آن زمان به بعد هيدرولوژي از جنبه کيفي به کمي سوق داده شده و اندازه گيري بسياري از پديده‌هاي هيدرولوژي امکان پذير گرديد.
* قرن 19 را مي‌توان دوره طلايي هيدرولوژي دانست در اين زمان زمين شناسي نيز به عنوان يک علم تکميل کننده در آبهاي زيرزميني وارد گرديد. قانون دارسي و فرمولهاي دو پوئي- تيم (Dmpmit-Thiem) نمونه‌اي از پيشرفت‌هاي آبهاي زيرزميني همراه با هيدرولوژي مي‌باشد. در زمينه هيدرولوژي آبهاي سطحي نيز بخصوص به هيدرومتري توجه فراواني مبذول گرديد. فرمولهاي فرانسيس در مورد سرريزها ، گانگيه (Gangmillet) کوته (kmtter) و مانينگ (Manning) درباره جريان آب در کانالهاي روباز از جمله اين مواردند.
* فعاليتهاي دالتون در زمينه تبخير نيز بسيار حائز نيز بسيار حائز اهميت بود. گرچه قسمت اعظم هيدرولوژي جديد در قرن 19 پايه گذاري شد. ولي تا امروز هنوز هيدرولوژي علمي از تکامل زيادي برخوردار نبود.
* در اواخر قرن 19 و بخصوص در 30 سال اول قرن 20 صدها فرمول تجربي پيشنهاد گرديد که مي‌بايست ضرايب و پارامترهاي آنها بر اساس قضاوت و تجربه بدست مي‌آمده و براي حل اين مشکل در بسياري از کشورها موسسات و انيستيتو‌هاي تحقيقي در زمينه هيدرولوژي تاسيس گرديد. در اين دوره دانشمندان زيادي ظهور کردند از جمله مي‌توان در سال 1932 شرمن (Sherman) نظريه روش هيدروگراف واحد براي تخمين رواناب پيشنهاد کرد.
* نظريه تيس (Thies) در حل مسائل مربوط به هيدرولوژي چاهها و روش پيشنهادي گامبل (Gammble) در سال 1941 براي تجزيه و تحليل آماري داده‌ها و روشهاي انيشتين (Einstein) را در مطالعات رسوب رودخانه‌ها نام برد. و از سال 1650 به بعد روشهاي نظري در هيدرولوژي بسيار معمولي گرديد بطوري که اکثر فرمولها و روشهاي تجربي در قالب رياضي در رد تجزيه و تحليل قرار گرفت.
زيرشاخه‌هاي هيدرولوژي
هيدرومتئورولوژي (Hydrometeorology) يا آب و هواشناسي
کاربرد هواشناسي را در مسائل هيدرولوژي مورد بررسي قرار مي‌دهد. به عبارت ديگر هيدرومتئورولوژي را مي‌توان علمي دانست که درباره مسائل مشترک بين هواشناسي و هيدرولوژي بحث مي‌کند.
ليمنولوژي
علم مطالعه آبهاي داخل خشکي (درياچه‌ها و برکه‌ها و ...) را ليمنولوژي (Limnology) گويند. در اين رابطه خصوصيات فيزيکي ، شيميايي ، و بيولوژيکي آب توده‌هاي آب موجود در داخل خشکيها مورد مطالعه قرار مي‌گيرد.
کرايولوژي
يخ شناسي يا کرايولوژي (Cryology) علمي است که در آن خصوصيات مختلف آب در حالت جامد (برف يا يخ) بررسي مي‌شود. به زبان ديگر کرايولوژي علم يخ شناسي و بررسي يخچالهاست هرچند يخچال شناسي نيز امروزه خود علم جداگانه‌اي را تشکيل مي‌دهد.
ژئوهيدرولوژي (geohydrology)
به معني هيدرولوژي آبهاي زيرزميني يا علم مطالعه آبها در زير زمين است که در مقابل آن علم مطالعه آب در سطح زمين که هيدرولوژي آبهاي سطحي گفته مي‌شود قرار دارد. غالبا دو واژه ژئوهيدرولوژي و هيدروژئولوژي باهم اشتباه مي‌شوند. اما در اولي تکيه بر هيدرولوژي و در دومي تکيه بر زمين شناسي مي‌باشد. در فارسي براي مطالعه آب در زير زمين از واژه هيدروژئولوژي استفاده مي‌شود.
پوتامولوژي
رودخانه شناسي يا پوتامولوژي (Potamology) مسائل مربوط به جريان آب در رودخانه را مورد بررسي قرار مي‌دهد در اين رابطه تاکيد بر جنبه‌هاي فيزيکي موضوع است تا بيولوژيکي آن.
هيدروگرافي
علم مطالعه وضعيت و خصوصيات فيزيکي آب بخصوص در رابطه با مسائل کشتيراني را هيدروگرافي (Hydrography ) گويند. مطالعه جزر و مد در درياهاي آزاد و نوسانات سطح آب و نيز موج شناسي در قلمرو اين علم قرار دارد.
هيدرومتري
آب سنجي که به آن هيدرومتري (Hydrometry) نيز گفته مي‌شود. علم اندازه گيري آب و مسائل مربوط به آن مي‌باشد، در واقع اين علم سنجشهاي مختلف مرکز آب ، مقادير جريان و موارد مشابه به آن را در برمي‌گيرد.
اقيانوس سنجي
در علم اقيانوس سنجي (Oceanolography) خصوصيات فيزيکي ، شيميايي ، بيولوژيکي و ديگر ويژگيهاي اقيانوس و درياهاي آزاد مورد مطالعه قرار مي‌گيرد. اين علم خود بخشي از دانش وسيع اقيانوس شناسي (Oceanology) به شمار مي‌آيد.
کاربردهاي هيدرولوژي
* امروزه اين علم در طراحي و طرز عمل سازه‌هاي هيدروليکي نظير سدهاي ذخيره‌اي و انحرافي ، کانالهاي آبياري و زهکشي و پل ، مهندسي رودخانه و کنترل سيلاب ، آبخيزداري ، جاده سازي ، طراحي تفرجگاه مسائل بهداشتي و فاضلاب شهري و صنعتي و زمينه‌هاي زيست محيطي بطور گسترده‌اي مورد استفاده قرار مي‌گيرد.
ضرورت اين علم (هيدرولوژي)
هر سال به سطح خشکيهاي کره زمين حدود 110000 کيلومتر مکعب آب بصورت نزولات جوي فرو مي‌ريزد در عوض 70000 کيلومتر مکعب آن بصورت تبخير خارج مي‌شود. تفاوت اين دو رقم 40000 کيلومتر مکعب است که منابع تجديد شونده آب را تشکيل مي‌دهند. مقدار سرانه آب تجديد شونده در سطح دنيا رقمي حدود 7400 متر مکعب در سال براي هر نفر است. اما اين مقدار بطور يکنواخت تقسيم نشده است.
متخصصان هيدرولوژي رقم 1000 متر مکعب در سال براي هر نفر را مرز کم آبي يک کشور تعيين کرده‌اند. اين رقم در مصر 30 در قطر 40 در ليبي 160 در عربستان 140 متر مکعب در سال براي هر نفر برآورد شده است. همگي جز کشورهاي کم آب محسوب مي‌شوند. در ايران اين سرانه 1500 متر مکعب در سال تخمين زده شده است. با اين حساب نمي‌توان ايران را يک کشور کم آب تلقي کرد. يکي از راههاي سازگاري با خشکي استفاده بهينه از منابع آب است. بايد سعي کرد که تا حد امکان از ريزشهاي جوي ، جريان آبهاي سطحي و منابع زيرزميني به نحو مطلوب استفاده شود و اين کار عملي نخواهد بود مگر با شناخت پديده‌هاي هيدروليکي.
هيدرولوژي علمي است که در مورد پيدايش خصوصيات و نحوه توزيع آب در طبيعت بحث مي‌کند ولي عملا واژه هيدرولوژي به شاخه‌اي از جغرافياي فيزيکي اطلاق مي‌شود که گردش آب در طبيعت را مورد بررسي قرار مي‌دهد. انجمن علوم و فنون ايالات متحده تعريف زير را براي هيدرولوژي برگزيده است:
هيدرولوژي علم مطالعه آب کره زمين است و در مورد پيدايش ، چرخش و توزيع آب در طبيعت خصوصيات فيزيکي و شيميايي آب ، واکنش‌هاي آب در محيط و ارتباط آن با موجودات زنده بحث مي‌کند بنابراين ملاحظه مي‌شود که هيدرولوژي در برگيرنده تمامي داستان آب است.
تاريخچه و تکامل آب شناسي
تا جايي که تاريخ نشان مي‌دهد اولين تجارب آب شناسي مربوط به سومريها و مصريها در منطقه خاورميانه است بطوري که قدمت سد سازي روي رودخانه نيل به 4000 سال قبل از ميلاد مسيح مي‌رسد در همين زمان فعاليتهاي مشابهي در چين نيز وجود داشته است. از بدو تاريخ تا حدود 1400 سال بعد ازميلاد مسيح فلاسفه و دانشمندان مختلفي از جمله هومر طالس ، افلاطون ، ارسطو و پلني در مورد سيکل هيدرولوژي انديشه‌هاي گوناگوني ارائه کرده‌اند و کم کم مفاهيم فلسفي هيدرولوژي جاي خود را به مشاهدات علمي دادند.
سير تحولي و رشد
* شايد بتوان گفت هيدرولوژي جديد از قرن 17 با اندازه گيريهاي مختلف آغاز شد در اين دوره پرالت ترانست مقدار بارندگي تبخير و صعود موئينه‌اي را در حوضه آبريز رودخانه سن اندازه گيري کند ماريوت با اندازه گيري سرعت و سطح مقطع جريان دبي رودخانه سن را در پاريس اندازه گيري کرد.
* در قرن 18 مطالعات تجربي در زمينه‌هاي هيدرولوژي شکوفايي خاصي را پيدا کرد. بر اساس اين مطالعات بود که بسياري از اصول هيدروليکي پايه گذاري گرديد. از آن جمله مي‌توان وسايلي مانند پيزو ستروبرنولي ، لوله پيتر ، جريان سنج ولت من ، لوله بوردا ، و نظريه‌هايي مانند نظريه برنولي ، (فرمول شزي و قوانين دالامبرت را نام برد. از آن زمان به بعد هيدرولوژي از جنبه کيفي به کمي سوق داده شده و اندازه گيري بسياري از پديده‌هاي هيدرولوژي امکان پذير گرديد.
* قرن 19 را مي‌توان دوره طلايي هيدرولوژي دانست در اين زمان زمين شناسي نيز به عنوان يک علم تکميل کننده در آبهاي زيرزميني وارد گرديد. قانون دارسي و فرمولهاي دو پوئي- تيم (Dmpmit-Thiem) نمونه‌اي از پيشرفت‌هاي آبهاي زيرزميني همراه با هيدرولوژي مي‌باشد. در زمينه هيدرولوژي آبهاي سطحي نيز بخصوص به هيدرومتري توجه فراواني مبذول گرديد. فرمولهاي فرانسيس در مورد سرريزها ، گانگيه (Gangmillet) کوته (kmtter) و مانينگ (Manning) درباره جريان آب در کانالهاي روباز از جمله اين مواردند.
* فعاليتهاي دالتون در زمينه تبخير نيز بسيار حائز نيز بسيار حائز اهميت بود. گرچه قسمت اعظم هيدرولوژي جديد در قرن 19 پايه گذاري شد. ولي تا امروز هنوز هيدرولوژي علمي از تکامل زيادي برخوردار نبود.
* در اواخر قرن 19 و بخصوص در 30 سال اول قرن 20 صدها فرمول تجربي پيشنهاد گرديد که مي‌بايست ضرايب و پارامترهاي آنها بر اساس قضاوت و تجربه بدست مي‌آمده و براي حل اين مشکل در بسياري از کشورها موسسات و انيستيتو‌هاي تحقيقي در زمينه هيدرولوژي تاسيس گرديد. در اين دوره دانشمندان زيادي ظهور کردند از جمله مي‌توان در سال 1932 شرمن (Sherman) نظريه روش هيدروگراف واحد براي تخمين رواناب پيشنهاد کرد.
* نظريه تيس (Thies) در حل مسائل مربوط به هيدرولوژي چاهها و روش پيشنهادي گامبل (Gammble) در سال 1941 براي تجزيه و تحليل آماري داده‌ها و روشهاي انيشتين (Einstein) را در مطالعات رسوب رودخانه‌ها نام برد. و از سال 1650 به بعد روشهاي نظري در هيدرولوژي بسيار معمولي گرديد بطوري که اکثر فرمولها و روشهاي تجربي در قالب رياضي در رد تجزيه و تحليل قرار گرفت.
زيرشاخه‌هاي هيدرولوژي
هيدرومتئورولوژي (Hydrometeorology) يا آب و هواشناسي
کاربرد هواشناسي را در مسائل هيدرولوژي مورد بررسي قرار مي‌دهد. به عبارت ديگر هيدرومتئورولوژي را مي‌توان علمي دانست که درباره مسائل مشترک بين هواشناسي و هيدرولوژي بحث مي‌کند.
ليمنولوژي
علم مطالعه آبهاي داخل خشکي (درياچه‌ها و برکه‌ها و ...) را ليمنولوژي (Limnology) گويند. در اين رابطه خصوصيات فيزيکي ، شيميايي ، و بيولوژيکي آب توده‌هاي آب موجود در داخل خشکيها مورد مطالعه قرار مي‌گيرد.
کرايولوژي
يخ شناسي يا کرايولوژي (Cryology) علمي است که در آن خصوصيات مختلف آب در حالت جامد (برف يا يخ) بررسي مي‌شود. به زبان ديگر کرايولوژي علم يخ شناسي و بررسي يخچالهاست هرچند يخچال شناسي نيز امروزه خود علم جداگانه‌اي را تشکيل مي‌دهد.
ژئوهيدرولوژي (geohydrology)
به معني هيدرولوژي آبهاي زيرزميني يا علم مطالعه آبها در زير زمين است که در مقابل آن علم مطالعه آب در سطح زمين که هيدرولوژي آبهاي سطحي گفته مي‌شود قرار دارد. غالبا دو واژه ژئوهيدرولوژي و هيدروژئولوژي باهم اشتباه مي‌شوند. اما در اولي تکيه بر هيدرولوژي و در دومي تکيه بر زمين شناسي مي‌باشد. در فارسي براي مطالعه آب در زير زمين از واژه هيدروژئولوژي استفاده مي‌شود.
پوتامولوژي
رودخانه شناسي يا پوتامولوژي (Potamology) مسائل مربوط به جريان آب در رودخانه را مورد بررسي قرار مي‌دهد در اين رابطه تاکيد بر جنبه‌هاي فيزيکي موضوع است تا بيولوژيکي آن.
هيدروگرافي
علم مطالعه وضعيت و خصوصيات فيزيکي آب بخصوص در رابطه با مسائل کشتيراني را هيدروگرافي (Hydrography ) گويند. مطالعه جزر و مد در درياهاي آزاد و نوسانات سطح آب و نيز موج شناسي در قلمرو اين علم قرار دارد.
هيدرومتري
آب سنجي که به آن هيدرومتري (Hydrometry) نيز گفته مي‌شود. علم اندازه گيري آب و مسائل مربوط به آن مي‌باشد، در واقع اين علم سنجشهاي مختلف مرکز آب ، مقادير جريان و موارد مشابه به آن را در برمي‌گيرد.
اقيانوس سنجي
در علم اقيانوس سنجي (Oceanolography) خصوصيات فيزيکي ، شيميايي ، بيولوژيکي و ديگر ويژگيهاي اقيانوس و درياهاي آزاد مورد مطالعه قرار مي‌گيرد. اين علم خود بخشي از دانش وسيع اقيانوس شناسي (Oceanology) به شمار مي‌آيد.
کاربردهاي هيدرولوژي
* امروزه اين علم در طراحي و طرز عمل سازه‌هاي هيدروليکي نظير سدهاي ذخيره‌اي و انحرافي ، کانالهاي آبياري و زهکشي و پل ، مهندسي رودخانه و کنترل سيلاب ، آبخيزداري ، جاده سازي ، طراحي تفرجگاه مسائل بهداشتي و فاضلاب شهري و صنعتي و زمينه‌هاي زيست محيطي بطور گسترده‌اي مورد استفاده قرار مي‌گيرد.
ضرورت اين علم (هيدرولوژي)
هر سال به سطح خشکيهاي کره زمين حدود 110000 کيلومتر مکعب آب بصورت نزولات جوي فرو مي‌ريزد در عوض 70000 کيلومتر مکعب آن بصورت تبخير خارج مي‌شود. تفاوت اين دو رقم 40000 کيلومتر مکعب است که منابع تجديد شونده آب را تشکيل مي‌دهند. مقدار سرانه آب تجديد شونده در سطح دنيا رقمي حدود 7400 متر مکعب در سال براي هر نفر است. اما اين مقدار بطور يکنواخت تقسيم نشده است.
متخصصان هيدرولوژي رقم 1000 متر مکعب در سال براي هر نفر را مرز کم آبي يک کشور تعيين کرده‌اند. اين رقم در مصر 30 در قطر 40 در ليبي 160 در عربستان 140 متر مکعب در سال براي هر نفر برآورد شده است. همگي جز کشورهاي کم آب محسوب مي‌شوند. در ايران اين سرانه 1500 متر مکعب در سال تخمين زده شده است. با اين حساب نمي‌توان ايران را يک کشور کم آب تلقي کرد. يکي از راههاي سازگاري با خشکي استفاده بهينه از منابع آب است. بايد سعي کرد که تا حد امکان از ريزشهاي جوي ، جريان آبهاي سطحي و منابع زيرزميني به نحو مطلوب استفاده شود و اين کار عملي نخواهد بود مگر با شناخت پديده‌هاي هيدروليکي.
