- •Ющенко ю.С.
- •Чернівці Зелена Буковина 2005
- •Наука про природні води
- •Предмет і об’єкт гідрологічних досліджень
- •1.1.1. Уявлення про природні води до Нового часу
- •1.1.2. Формування основ наукової гідрології
- •1.1.3. Сучасна гідрологія
- •1.1.4. Природні води — об’єкт дослідження гідрології
- •1.1.5. Різноманітність водних об’єктів Землі
- •1.1.6. Колообіги та циркуляції природних вод
- •Середньорічний водний баланс Землі [12]
- •1.1.7. Зміни водних об’єктів в часі
- •1.1.8. Основні гідрологічні поняття та терміни
- •Фундаментальні основи гідрологічних досліджень
- •1.2.1. Молекули та надмолекулярні структури води
- •1.2.2. Агрегатні стани та фазові переходи води
- •1.2.3. Густина води
- •1.2.4. Теплові властивості води
- •1.2.5. В’язкість, поверхневий натяг та змочування
- •1.2.6. Деякі фізичні властивості снігу та льоду
- •1.2.7. Умови перебування води в ґрунтах та породах
- •1.2.8. Механіка рідини і дослідження природних вод
- •1.2.9. Основи статики природних вод
- •1.2.10. Загальні поняття та визначення гідродинаміки
- •1.2.11. Види руху водних потоків
- •1.2.12. Два режими руху рідини
- •1.2.13. Рівняння нерозривності
- •1.2.14. Рівняння Бернуллі
- •1.2.15. Рух поверхневих водотоків
- •1.2.16. Спокійні та бурхливі потоки
- •1.2.17. Приклади ламінарного руху
- •1.2.18 Течії у водойомах
- •1.2.19. Хвилі у воді
- •1.2.20. Стратифікація, стійкість та перемішування природних вод
- •1.2.21. Природні води як хімічний розчин
- •1.2.22. Основні типи домішок у природних водах
- •Головні іони в океанічних водах (за с. Бруєвичем)
- •1.2.23 Гідрохімічна класифікація природних вод. Зміни їх складу
- •1.2.24. Забруднення та якість природних вод
- •Методи гідрологічних досліджень
- •1.3.1. Математичні методи, інформатика
- •1.3.2. Системний підхід
- •1.3.3. Експеримент та моделювання
- •1.3.4. Порівняння, типізація, класифікація
- •1.3.5. Історичний метод
- •1.3.6. Прогнозування
- •1.3.7. Експедиційний метод
- •1.3.8. Вимірювання, спостереження, моніторинг
- •1.3.9. Балансові методи
- •1.3.10. Картографічні методи
- •1.3.11. Географо-гідрологічні методи
- •1.3.12. Еколого-гідрологічні методи
- •Гідрологія водних об’єктів
- •Гідрологія океанів і морів
- •2.1.1. Поділ Світового океану
- •Основні характеристики океанів
- •2.1.2. Рельєф дна та донні відклади Світового океану
- •2.1.3. Розподіл основних гідрологічних характеристик та водні маси океану. Процеси перемішування
- •2.1.4 Морський лід
- •2.1.5. Морські хвилі
- •2.1.6. Припливи в океані
- •2.1.7. Морські течії
- •2.1.8. Рівень океанів і морів
- •2.1.9. Життя в океані
- •2.1.10. Моря України
- •Гідрологія льодовиків
- •2.2.1. Процеси утворення льодовиків
- •2.2.2. Рух льодовиків
- •2.2.3. Розповсюдження, основні типи, будова та гідрографічна сітка льодовиків
- •2.2.4. Баланс та режим льодовиків
- •2.2.5. Процеси та явища пов’язані з льодовиками
- •Гідрологія підземних вод
- •2.3.1. Походження підземних вод
- •2.3.2. Класифікації підземних вод
- •2.3.3. Води зони аерації
- •2.3.4. Ґрунтові води
- •2.3.5. Артезіанські води
- •2.3.6. Підземні води у тріщинуватих та закарстованих породах
- •2.3.7. Структури підземної гідросфери
- •2.3.8. Рух підземних вод
- •2.3.9. Підземний стік
- •2.3.10. Природні явища та процеси пов’язані з підземними водами
- •Гідрологія річок
- •Найбільші річки світу
- •2.4.1. Річкові системи
- •2.4.2. Річкові водозбори
- •2.4.3. Річкові долини
- •2.4.4. Русла та заплави річок
- •2.4.5. Рух води в річках
- •2.4.6. Поняття про водний режим річок
- •2.4.7. Процеси водного живлення річок
- •2.4.8. Аналіз водного режиму річок
- •2.4.9. Рівневий режим річок
- •2.4.10. Утворення та основні характеристики річкових наносів
- •2.4.11. Основні категорії та стік наносів
- •2.4.12. Поняття про русловий процес річок
- •2.4.13. Типізації та класифікації руслового процесу
- •2.4.14. Термічний режим річок
- •2.4.15. Льодовий режим річок
- •2.4.16. Гідрохімічний режим та особливості гідробіології річок
- •Гідрологія озер
- •Найбільші озера світу
- •2.5.1. Котловини озер
- •2.5.2. Морфометрія та морфологія озер
- •2.5.3. Термічний режим озер
- •2.5.4. Льодовий режим озер
- •2.5.5. Динаміка озер
- •2.5.6. Водний режим озер
- •2.5.7. Гідрохімічні та гідробіологічні особливості озер
- •2.5.8. Донні відклади озер
- •Гідрологія особливих типів водних об’єктів
- •2.6.1. Сніговий покрив
- •2.6.2. Гідрологічні явища та процеси в зоні багаторічної мерзлоти та холодного клімату
- •2.6.4. Гідрологія водосховищ
- •2.6.5. Канали та гідромеліоративні системи
- •2.6.6. Гідрологія боліт
- •2.6.7. Гідрологія гирл річок
- •Типи гирлових областей річок
- •Загальні гідрологічні явища та процеси
- •Природні води і атмосфера Землі
- •3.1.1. Кліматична система Землі і природні води
- •Характеристики складових кліматичної системи Землі
- •3.1.2. Взаємодія океану та атмосфери
- •3.1.3. Атмосферна ланка колообігу води
- •Водний баланс та стік води з суходолу
- •3.2.1. Водний баланс територій
- •3.2.2. Формування стоку
- •3.2.3. Стік води в річках
- •Природні води і тверде тіло Землі
- •3.3.1. Літосфера та підземні води
- •3.2.2. Ендогенний вплив на поверхневу гідросферу
- •3.3.3. Природні води і рельєф
- •3.3.4. Гідрогенні відклади та акумулятивні утворення
- •Природні води та еволюційні процеси
- •3.4.1. Еволюція географічної оболонки та її складових
- •3.4.2. Біогенний етап розвитку природних вод
- •3.4.3. Антропогенний етап розвитку природних вод
- •Заключення Новітній етап розвитку гідрології
Предмет і об’єкт гідрологічних досліджень
Предмет науки це єдність (організація) суми накопичених знань про даний об’єкт і специфіки його досліджень у відповідний період часу. Предмет є одночасно результатом і змістом пізнавальної діяльності людини. Любий предмет розвивається історично. Спочатку пізнають зовнішні, “поверхневі” риси об’єкту, прості закономірності, а потім — всі більш глибокі, загальні, вищого рівня. Якщо за даний період розвитку науки об’єкт змінюється (розвивається), то предмет також повинен це відобразити. Наприклад: природа нашої планети (приповерхневої частини) у теперішній час досить швидко змінюється, тому і предмети деяких наук про Землю повинні розвиватися, змінюватися. Крім того, відбувається загальний процес екологізації науки, економіки, політики.
Об’єкт — це певна частина, сторона, особливість реального світу, на яку направлена пізнавальна діяльність людини (напрямок, рід пізнавальної діяльності). Загальним об’єктом гідрології є природні води Землі (гідросфера). Різні науки про один об’єкт мають різні предмети. Природні води вивчають також геохімія, геофізика, гідротехніка, гідромеханіка, метеорологія, гідробіологія, геокріологія. Їх об’єкти частково включають природні води. З іншого боку існують комплексні науки про певні типи водних об’єктів (гляціологія, болотознавство, гідрогеологія та ін.), в яких власно гідрологічні дослідження є лише частиною предмету.
Таким чином, єдиною наукою, що вивчає природні води Землі в цілому, і тільки їх, є загальна гідрологія (гр. hydor — вода, logos — слово, поняття, вчення, наука).
Оволодінню навчальним предметом, і розумінню предмета взагалі, сприяє вивчання історії та структури даної галузі досліджень. У навчальних програмах спеціальностей часто включені такі предмети, як історія та методологія даної науки.
Для оволодіння предметом необхідно також вивчати основні поняття та терміни. Вони допомагають засвоїти логіку науки.
Дослідження природних вод розпочалися ще у Стародавньому Світі. Вони пройшли певні етапи розвитку. Він тісно пов’язаний як з практичною діяльністю людини, так і з досягненнями всієї науки. Дещо умовно прийнято виділяти три етапи розвитку гідрології:
1) стародавня гідрологія (елементи знань про природні води);
2) зародження наукової гідрології та окремих її галузей у Новий час;
3) становлення сучасної гідрології, як комплексу наук (знань) про природні води Землі в цілому (від початку XX століття).
Слід відмітити, що гідрологія суходолу, океанологія та гідрогеологія фактично мають власну історію. Але основні періоди їх розвитку в цілому не суперечать обраній загальній схемі.
1.1.1. Уявлення про природні води до Нового часу
Життя на Землі тісно пов’язане з водою. Життя людини — також. Контактуючи з різноманітними водними об’єктами людина поступово накопичувала знання про них. Але узагальнення знань, певні методи досліджень з’явились не одразу. На перших етапах розвитку практика часто випереджала розвиток знань (хоча це буває і в теперішній час). Людина набувала досвід взаємодії з природними об’єктами шляхом спроб і помилок.
Перші гідротехнічні споруди з’явились ще задовго до виникнення писемності. Це були насипи, канали, загати, колодязі та інші. Найбільші прадавні цивілізації були пов’язані з річками (Ніл, Тигр та Євфрат, Інд, Ганг, Янцзи, Хуанхе). Тому важливими були відомості про режим цих річок.
У Стародавньому Єгипті сільське господарство було тісно пов’язане з розливами р. Ніл, які приносили на поле не лише вологу, але і родючий намул. Передбачення і оцінка величини наводнення були важливими для планування багатьох сторін діяльності суспільства. У зв’язку з цим, ще за три тисячі років до нашої ери тут почали робити відмітки найвищих рівнів води. Це робили на скелях та стінах, а також створили систему споруд. Вони розташовувались у храмах, а спостереження вели жерці. Споруда для спостереження показана на рис. 1.1. Ці споруди у наш час отримали назву “Ніломіри”. Спостереження за рівнями Нілу охопили багато століть. Це дало змогу більш обґрунтовано судити про наводнення, та їх терміни. Однак пояснення наводнень були релігійними. Цьому, зокрема, сприяла значна віддаленість витоків Нілу від Єгипту і відсутність знань про умови формування наводнень.
Інша ситуація склалась у давніх Індії та Китаї. Наводнення на річках тут настають у дощову пору року. Тому стає очевидним зв’язок між опадами та режимом річки. Крім того, опади важливі для землеробства. Відповідно здавна тут почали проводити спостереження за дощами. В Індії вони почались ще в першому тисячолітті до нашої ери.
На жаль перші спостереження не стали основою для створення наукових знань про природні води. Вони залишились цікавими епізодами в історії науки. Натомість у Давніх Греції та Римі на основі натурфілософської системи поглядів та загальних наукових досягнень були створені деякі гідрологічні уявлення. В першу чергу це стосується ідеї колообігу води. Хоча вона існувала не тільки в Європі, але і у Давніх Індії та Китаї. В праці Аристотеля “Метеорологіка” дано опис земних оболонок, їх взаємопроникнення, колообігів води та повітря, говориться про походження і діяльність річок. Окремий розділ був присвячений океану. Тут розглядалися розподіл суходолу та морських вод, припливи, морські течії, можливості змін берегової лінії та інше. Давньоримський вчений Сенека також висловлював правильні думки про колообіг води, і про постійність солоності вод океану. Поряд з важливими ідеями та спостереженнями у творах античних авторів висловлювались також і не правильні, хибні думки.
У давнину були створені перші всесвітні карти, які відображали кулеподібну Землю та відомий людям світ — ойкумен (від. oikos — дім, батьківщина). На них, зокрема, відображено єдиний світовий океан.
Важливими були технічні, гідротехнічні, водогосподарські надбання давніх цивілізацій, але розгляд їх наводиться при вивченні спеціальних дисциплін. Можемо лише сказати, що були створені перші грандіозні греблі, величезні канали та їх системи, розвинуті системи водопостачання, іригації, винайдено водяне колесо та багато іншого.
У період середньовіччя наука та техніка не отримали значного розвитку. Окремі здобутки мали народи Сходу. Наприклад, вчений з Середньої Азії Біруні висловлював інтересні думки про зміни положення русла Амудар’ї у далекому минулому.
В епоху великих географічних відкритів (ВГВ) більша увага приділялась мандрівкам, опису нових територій та акваторій. Були створені нові світові карти, перші глобуси. Плавання під керівництвом Ф. Магеллана практично доказало ідею про кулеподібність Землі і єдність вод Світового океану. Цікаво, що епоха ВГВ дала значний поштовх до вивчення природи, але у дослідженнях складних природних гідрофізичних явищ та процесів перші результати почали з’являтися пізніше, у зв’язку із розвитком науки в цілому.
Не дивлячись на поступове відродження ідеї колообігу води та становлення інших ідей, до Нового часу не було зроблено принципово нових кроків в розвитку гідрології. Зокрема у праці Б. Варена “Географія генеральна” (1650 р.) узагальнення про “земноводне коло” та його складові були все ще значною мірою натурфілософськими.