1.Гідрологія – галузева географічна наука, що вивчає водні геосистеми. Як наука оформилася лише у 20-30 рр. Хх століття, хоча сам термін з’явився набагато раніше – у 1694 р.

Структура гідрології представлена наступними галузями.

Загальна гідрологія – вивчає найбільш загальні закономірності організації водних геосистем, гідрологічних процесів і явищ. Гідрографія або регіональна гідрологія – досліджує конкретні водні геосистеми – океани, моря, ріки тощо. Прикладна або інженерна гідрологія – займається оцінкою водних геосистем для можливого їх використання у господарстві людиною – у промислових, побутових, транспортних, сільськогосподарських та ін. цілях. Гідрометрія – розробляє методи розрахунків і прогнозу різних гідрологічних характеристик. Гідрофізика – вивчає фізичні властивості природних вод. Гідрохімія – досліджує хімічні властивості природних вод. Гідробіологія – розглядає умови та закономірності життєдіяльності живих організмів, функціонування яких пов’язане з водними геосистемами.

Загальна гідрологія за об’єктним принципом поділяється на 2 великі галузі, які, в свою чергу, складаються ще з цілої низки підгалузей.

І. Гідрологія поверхневих вод. Її галузі.

1. Гідрологія морів або океанологія – досліджує водну геосистему – Світовий океан, закономірності його організації, гідрологічні процеси, явища, режим, конкретні океанічні басейни – океани, моря. Історично в океанології склалося кілька основних галузей: фізика океану – вивчає фізичний стан, динаміку океанських вод; хімія океану – розглядає властивості океанської води, хімічний баланс, міграцію хімічних елементів тощо; біологія океану – вивчає флору та фауну Світового океану; океанографія – описує Світовий океан у цілому, а також його окремі частини; океанометрія – розробляє методи та засоби океанографічних спостережень.

2. Гідрологя суходолу або гідрологя поверхневих вод суші. Саме цю галузь раніше й ототожнювали з гідрологією, що в принципі помилково, так як у гідрології є єдиний об’єкт вивчення – водна геосистема, а водні геосистеми суходолу – це лише частинні випадки водних геосистем. Гідрологія суходолу може бути розділена на 2 крупні підгалузі.

Гідрологія поверхневих вод – досліджує водні геосистеми, що розвинуті на поверхні материків, островів – ріки, озера, водосховища, болота, канали, льодовики. Об’єктна диференціація цієї галузі історично зумовила кілька основних галузей: гідрологія рік (стара назва потамологія) – вивчає ріки; гідрологія озер або лімнологія (стара назва озерознавство) – досліджує озерні водні геосистеми; гідрологія боліт або болотознавство – займається пізнанням боліт і заболочених земель; гідрологія льодовиків або гляціологія – вивчає льодовики, гідрологія штучних водних геосистем – досліджує водосховища, ставки, канали.

ІІ. Гідрологія підземних вод або гідрогеологія – досліджує водні геосистеми та природні води, що знаходяться у верхній частині земної кори. Гідрогеологія, в свою чергу, поділяється на такі підгалузі – гідрогеохімія, гідрогеометрія, палеогідрогеологія, регіональна гідрогеологія та ін. Окремо стоїть кріологія або мерзлотознавство – наука про багаторічну мерзлоту і її розповсюдження на Землі, причини виникнення.

Головною рисою всіх галузей гідрології є те, що у них присутній єдиний концептуальний об’єкт вивчення, є єдиний предмет діяльності фахівців в різних галузях, єдині закономірності організації водних геосистем.

3.Об’єктом вивчення гідрології – є водна геосистема. Грунтуючись на основних положеннях геосистемної парадигми водна геосистема – просторово-часове утворення, яке являє собою поєднання кількох геокомпонентів, основним з яких є вода (гідромаса), в єдину цілісну систему, що існують на Землі. Наявність подібних водних утворень у космосі ще необхідно емпірично доводити. Є й інше трактування назви водної геосистеми – гідрогеосистема (Круть І.В., 1978).

До складу водних геосистем завжди входять – різні хімічні сполуки, які в ній розчинені; тверді наноси (літомаса) – завислі, донні; гірські породи (особливо у підземних водних геосистемах); аеромаси (в порах гірських порід, тріщинах льодовиків та ін.). До складу більшості водних геосистем входять живі організми – мікроорганізми, рослини, тварини. Останні не обов’язково живуть занурено у воді, можуть плавати на водній поверхні, височіти над нею, існувати у прибережній частині тощо. Також у водних геосистемах скупчується мертва органіка – мортмаса, після відмирання живих істот.

Компоненти водної геосистеми поєднуються на основі конкретних процесів функціонування – переміщення води, біогеоцикл (приріст і відмирання живої речовини), осадконакопичення, нагрівання та охолодження води (термічні процеси), замерзання води та танення льоду, розчинення водою хімічних сполук та ін.

Водна геосистема – просторовий об’єкт. Вода сконцентрована у вигляді певних об’ємів, як правило у западинах поверхні земної кори або у потенційно водоносних гірських породах земної кори. Таким чином водні геосистеми займають певний об’єм простору, різної конфігурації, в залежності від умов виникнення та типу водної геосистеми. 1

На Землі сформувалися 3 групи водних геосистем – водотоки, водоймища та особливі водні геосистеми. Їх поєднання, в свою чергу, породжує саму крупну водну геосистему на планеті – гідросферу.

Водотік – водні геосистеми, які характеризуються направленим рухом води у руслах, у напрямі із загальним нахилом земної поверхні, під дією сили тяжіння Землі. До водотоків відносяться – ріки, струмки, тимчасові водотоки, канали (штучно регульовані водотоки, в яких (як виняток) вода може рухатись проти нахилу земної поверхні та прояву сили тяжіння Землі).

Водоймище – це водні геосистеми, які

утворилися у замкнених і чітко окреслених западинах земної поверхні, відтого мають уповільнений рух води і водообмін. До водоймищ відносяться – Світовий океан, океани, моря, озера, болота, водосховища.

Особливі водні геосистеми – це об’єкти, що не вкладаються у рамки звичайних водних геосистем (звідки і їх назва). До особливих водних геосистем відносяться – підземні води та льодовики. Перші, тому що не є водоймищем, але сформовані площадних водоносних горизонтів, не є водотоком, проте рухаються за певним напрямом, утворюючи потоки води. Льодовики – складаються з води у твердому агрегатному стані, маючи при цьому схожі риси з водотоками – деякі (наприклад, гірсько-долинні) рухаються за певним напрямом і нахилом земної поверхні. До цієї групи водних геосистем цілком можна віднести також сніговий покрив.

Водні геосистеми мають ієрархічну співпорядкованість за принципом – більше складається з меншого.

За режимом свого існування водні геосистеми бувають – постійними та тимчасовими.

Предмет вивчення гідрології витякає переважно зі знання про об’єкт вивчення, принципові риси організації водних геосистем. Предмет вивчення гідрології полягає у:

1. Структура водних геосистем – вивчення їх складу, просторової, територіальної організації, морфометричних і морфологічних параметрів та ін.

2. Генезис водних геосистем і гідрологічних процесів – визначення умов та механізмів їх утворення, розробка генетичних класифікацій.

3. Структура водних геосистем – вивчення їх складу, просторової, територіальної організації, морфометричних і морфологічних параметрів та ін.

4. Генезис водних геосистем і гідрологічних процесів – визначення умов та механізмів їх утворення, розробка генетичних класифікацій.

5. Динаміка та еволюція водних геосистем.

6. Процеси функціонування водних геосистем – закономірності їх прояву в просторі-часі.

7. Закони та закономірності організації водних геосистем.

4. З урахуванням загальних положень про водний баланс ділянки суші рівняння водного балансу басейну ріки для інтервалу часу Дt у найбільш загальному можна представити наступним чином:

х + у1 + w1 + z2 = у2 + w2 + z2 ± Ди

Доходна частина водного балансу складається з 4 статей:

• х – рідкі (дощ) і тверді (сніг) опади на поверхню річкового басейну;

• у1 – поверхневий притік води з-за меж басейну (може бути лише штучним – за допомогою трубопроводів, що перетинають вододіл, каналів);

• w1 – підземний притік води з-за меж басейну у випадку розбіжностей поверхневого і підземного вододілів;

• z1 – конденсація водяної пари;

Витратна частина має також 4 статті:

• y2 – поверхневий відтік води за межі басейну (він може бути представлений стоком самої ріки, а також штучним відтоком, який здійснюється через вододіл);

• w2 – підземний відтік за межі басейну у випадку розбіжностей поверхневого і підземного вододілів;

• z2 – випарування з поверхні басейну;

• ±Аи – зміна запасів води в басейні (руслах рік, водоймах, ґрунті, водоносних горизонтах, сніжному покриві і тощо) за інтервал часу Дt (із плюсом – при збільшенні запасів води, з мінусом – зменшенні).

Рівняння водного балансу доповнене членом, який враховує штучний притік води ззовні у1. У сучасних умовах, коли починає активно використовуватися міжбасейновий перерозподіл стоку, цей показник необхідно враховувати обов’язково. Це є нововведенням у рівняння водного балансу.

Вивчення структури водного балансу річок дозволило виявити декілька загальних гідрологічних закономірностей:

• якщо доходна частина перевищує витратну (наприклад, узимку при нагромадженні снігу, у період дощів і т.д.), то запаси води в басейні зростають;

• якщо,навпаки,витратна частина переважає (наприклад,у період сніготанення, у межень, коли ріка живиться в2 основному підземними водами), то запаси води в басейні зменшуються («спрацьовуються»).

Одиницями вимірювання складових рівняння водного балансу річкового басейну слугують або величини шару (мм), або об’ємні величини (м3, км3), віднесені до певного інтервалу часу (місяць, сезон, рік).

5.Гідросфера – сама велика за розмірами водна геосистема на Землі, яка включає всі існуючі водні геосистеми, розвинуті на земній поверхні та в земній корі – водотоки, водоймища, підземні води та льодовики, разом зі сніговим покривом, утворюючи водну оболонку планети.

До розуміння гідросфери застосовувались звужений і розширений підходи. Звужене уявлення гідросфери передбачало те, що її утворюють лише водні геосистеми, які розвинуті між літосферою і атмосферою. Недоліком такої позиції полягає в тім, що зі сфери випадають підземні води і води тканин живих організмів, водна оболонка є переривчастою, а не сферичною. Згідно з розширеним трактуванням, до гідросфери віднесені води різних водних геосистем і води тканин живих організмів – тварин, рослин. В останньому випадку це дійсно сфера, тому що всі води водних геосистем включені у загальний кругообіг води на Землі.

Особливої думки дотримується відомий океанолог Степанов В.М. (1983). За ним гідросферу утворюють лише води Світового океану – своєрідна Океаносфера. У цьому є своя логіка, бо більша частина води зосереджена якраз в океані – 96,5% (за іншими даними 91,3%) усіх запасів природних вод на Землі. Недолік – тоді гідросфера – це не сфера (будуть перериви на місці материків, островів), вона не включає багато інших водних геосистем, немає планетарної водногеосистемної цілісності.

Головними рисами організації гідросфери є: 1)цілісність на основі загального кругообігу води; 2)єдність; 3)ієрархічність організації; 4)наявність багаточисельних процесів функціонування; 5)структурність; 6)гідросфера є складовою частиною географічної оболонки – природничої геосистеми більшого ієрархічного рангу організації.

Генезис гідросфери і природних вод на Землі.

У питанні походження природних вод на планеті сформувалися кілька гіпотез.

Гіпотеза мантійного (земного) походження природних вод – є найбільш прийнятою серед науковців. Згідно з цією гіпотезою поява води на Землі пов’язана із самим її розвитком, у першу чергу – літосфери та мантійних мас. Хімічно зв’язана вода вже була у складі речовини пило-газової протопланетної хмари. У процесі розвитку земної кори під впливом глибинного тепла Землі вода виділялась внаслідок виплавлення та дегазації речовини мантії. Цей процес триває й дотепер. Подібні “нові” води (які ще не брали участі у загальному кругообігу води) отримали назву – ювенільних вод.

Гіпотеза виникнення гідросфери Ферронського В.І. (1975). В основі утворення гідросфери є конденсаційний шлях утворення нашої планети та її гідросфери. Цей дослідник вважає, що внаслідок гравітаційного стиснення первісної холодної газової протосонячної хмари з неї виділялися планетні утворення, відбувався розігрів і диференціація первісної речовини й одночасно послідовна температурна конденсація різних елементів планет. Головною тезою цієї гіпотези є те, що сучасна гідросфера з’явилась на завершальному етапі конденсації Землі як планети, а океан виходить значно молодший за земну кору. Об’єм, хімічний та ізотопний склад океанської води мало змінився від часу виникнення.

Гіпотеза космічного походження природних вод. Грунтується на припущеннях надходження води з Космосу.Основними постачальниками води звідти є льодові ядра комет, випадіння метеорної речовини, пилу, метеоритів. Обсяги такої води оцінюються в 0,05 км3. Нові молекули води виникають і у верхніх шарах атмосфери (на висоті 100 км), там де атоми воденя, принесені сонячним вітром, реагують з киснем атмосфери, утворюючи молекули води.

6.Для людини вода – найнеобхідніший ресурс, який зараз використовується по багатьом напрямкам.

• Водозабір для промислових потреб.

• Споживання води у комунально-побутових цілях.

• Споживання води у питних цілях.

• Використання енергетичного потенціалу водного потоку в гідроенергетиці.

• Використання вод для зрошення земель.

• Використання рік, як транспортних комунікацій.

• Створення рибних господарств.

• Використання вод у рекреаційних i бальнеологічних цілях.

Основні зміни річок

1. Зміни гідрологічної структури:

Кореляційний ряд факторів і наслідків змін гідрологічної структури території

Фактори антропогенних змін Наслідки дії факторів 3

Створення кар’єрів Скорочення площі поверхневого водозбору рік, знищення рік і річкових долин на місці розробок рудних тіл, будівництво відводних каналів в сторону від кар’єру, відведення вод ріки в штучні підземні тунелі, обрізання частини ріки від свого природного водотоку

Створення відвалів (в тому числі шламосховищ) Скорочення площі поверхневого водозбору, будівництво дренажних каналів, засипання русла і частини річкових долин, на вододільних відвалах – підсилення ролі підземного живлення річок (проте, такі відвали просто не виключаються зі структури підземного водозбору – тому порушень немає, є лише підвищення значення підземного живлення)

Утворення провальних зон підземних рудників Скорочення поверхневого і підземного водозбору

Будівництво лінійних гідротехнічних споруд Створення постійних (магістральні канали) і тимчасових (польові зрошувальні) водних каналів, як аналогів рік; випрямлення русел рік

Будівництво штучних водоймищ Знищення внаслідок затоплення русел рік, заплав і І надзаплавної тераси річкових долин; створення ставків по балкам (штучних озер)

Посттехногенні природні процеси на кар’єрах і провалах Утворення озер по зсувним ділянкам в провальних котловинах, утворення озер на днищах закинутих кар’єрів (гранітних і залізорудних)

2. Зміни режиму і характеру живлення рік:

• водний режим згладжений, внаслідок зарегулювання стоку;

• зміни джерел живлення;

• поява антропогенного джерела живлення річок – скидання стічних вод.

3. Зміни характеру річкового стоку:

• зарегулювання стоку;

• зміна складових водного балансу річок.

7. Кругообіг води – безперервний процес переміщення води в межах гідросфери під дією сонячної енергії і сили тяжіння Землі. Кругообіг характеризується циклічністю та відносною замкненістю. Кругообіг відбувається на основі таких основних процесів, як випарування, переміщення водяної пари, випадіння атмосферних опадів на водну поверхню або тверду поверхню земної кори, поверхневий і підземний стік.

Класифікація кругообігів води за розмірами. За просторовими ознаками виділяється 3 типи кругообігів води:

1. Загальний або глобальний – охоплює всю гідросферу та інші геосферу – атмосферу, літосферу та біосферу. В своїй структурі складається з двох основних ланцюгів – океанічного та материкового.

2. Регіональний – охоплює менші ділянки земної поверхні, наприклад – материк або його крупна частина, океан, океанічні басейни.

3. Локальний – займає незначні ділянки земної поверхні..

У процесі кругообігу вода в різних водних геосистемах постійно оновлюється. Швидкість оновлення залежить від розмірів і характеру гідрологічних процесів у водних геосистемах. Наприклад, термін оновлення води підземних вод – сотні тисяч років, льодовиків – 8000 р., океанської води – 3000 р., замкнених озер – 200-300 р., проточних озер – десятки років, грунтової вологи – 1 рік, річкових вод – до 30 разів на рік (кожні 12 діб), атмосфери – 40 разів на рік (кожні 9 діб), води в організмах – кілька годин.

Запаси води в різних водних геосистемах гідросфери (за даними монографии “Мировой водный баланс и водные ресурсы Земли, 1974)

Води водних геосистем Об’єм, км3 Частка від світових запасів, у %

Світовий океан 1 млрд. 338 млн. 96,4

Льодовики та постійний сніговий покрив 25 млн. 800 тис. 1,86

Підземні води 23 млн. 400 тис. 1,68

Підземний лід кріолітозони 300 тис. 0,022

Озера 176 тис. 0,013

Вода в атмосфері 13 тис. 0,001

Вода у болотах 11 тис. 0,0008

Вода у водосховищах 6 тис. 0,0004

Вода в ріках 2 тис. 0,0002

Вода в організмах 1 тис. 0,0001