- •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
1.3.8. Вимірювання, спостереження, моніторинг
Шлях від окремих вимірювань гідрологічних величин до моніторингу природних вод, як складової природного середовища становить вже більше п’яти тисяч років. Вимірювання лежать в основі всіх кількісних методів досліджень. Їх доповнюють якісними спостереженнями та описами. Вимірюванням називають пізнавальний процес направлений на визначення певних характеристик об’єктів за допомогою вимірювальних приладів. Він зменшує ступінь невизначеності в стані предметів та явищ. Він в кінцевому рахунку зводиться до порівняння вимірюваної величини з деякою однорідною з нею величиною, що прийнята за еталон (одиницю вимірювання). Систему послідовних, спеціально організованих, стандартизованих вимірювань і якісних спостережень на постійно діючих пунктах називають методом стаціонарних спостережень. Він служить для тривалого та глибокого вивчення гідрологічного режиму водних об’єктів. На суходолі перші сітки стаціонарних спостережень почали з’являтися з XVII століття. Масовий, широкий розвиток вони отримали у другій половині XIX — першій половині XX століття. Поступово відбувається їх модернізація та оптимізація. Стаціонарні спостереження у відкритому океані мають значну специфіку. До них можна віднести:
1) берегові та острівні;
2) на рейдових станціях;
3) на вікових (стандартних) океанографічних розрізах;
4) океанографічні зйомки;
5) за допомогою автоматичних буйкових станцій (АБС);
6) за допомогою об’єднаної глобальної системи океанських станцій (ОГСОС);
7) з літаків;
8) з космічних апаратів.
Їх доповнюють спостереженнями що проводяться при океаногра-фічних роботах, плаваючими маяками, суднами погоди, дрейфуючими станціями, населеними підводними лабораторіями.
Сучасні стаціонарні спостереження на суходолі проводяться в першу чергу на спеціалізованих сітках (мережах), що складаються з постів (пунктів), станцій, центрів, науково-дослідних установ та інших складових. Сітки можуть входити до загальних систем моніторингу середовища та обліку ресурсів. Крім стандартних пунктів та станцій існують спеціалізовані або комплексні стаціонари. Наприклад: водно-балансові, селестокові, болотні, гляціологічні, меліоративні, грунтово-ерозійні, при водосховищах та інші.
Всі види вимірювань повинні проводитися з дотриманням вимог (правил) метрології та стандартизації. Морські, наземні, підземні та інші спостереження мають свої метрологічні служби (системи), що забезпечують їх точність, співставність, коректність, об’єктивність. З ними пов’язані особливі галузі приладобудування. Вимоги стандартизації забезпечуються створенням і використанням інструкцій та настанов по проведенню вимірювань і спостережень, виробкою стандартних програм спостережень, системами контролю роботи.
Основною наукою, що вивчає способи та методи гідрологічних вимірювань є гідрометрія. Виділяють гідрометрію поверхневих вод суходолу (просто гідрометрію) та морську гідрометрію. Їх корені сягають давніх часів. Але становлення наукових підходів відноситься до XVIIІ-XIX століть. Зародки сучасних вимірювань складались у XVI-XVII століттях. Перша серія морських спостережень була виконана в експедиції Баренца (1595-1597 рр.). Перші вимірювання швидкостей течії в річках проводив Леонардо да Вінчі. В теперішній час гідрометрія це складна розгалужена галузь, що пов’язана як з гідрологією, так і з метрологією та стандартизацією, приладобудуванням, моніторингом середовища, державним обліком вод, питаннями організації спостережень, іншими географічними та екологічними науками.
Як і вся гідрологія, гідрометрія, і взагалі спостереження за природними водами, поступово все більше стають пов’язаними з екологічними питаннями. У 60-х-70-х роках XX століття почали створюватися служби контролю стану забруднення та якості вод. Вони включають спеціалізовані сітки пунктів контролю і доповнюються періодичними обстеженнями об’єктів. Такий моніторинг поєднується з системами контролю використання вод в організаціях, установах, фірмах та ін. Слід також зауважити, що гідрохімічні (і тимчасово гідробіологічні) спостереження почали проводитись набагато раніше. Спочатку вони включали відносно невеликий перелік показників. При вивченні океанів та морів це важливі складові досліджень; особливо починаючи від експедиції на корветі «Челленджер» у 1872-1876 роках. При вивченні поверхневих вод суходолу вони стали проводитися з початку XX століття. Що ж стосується вивчення підземних вод, то визначення їх гідрохімічного складу є одним з найважливіших питань.
Системи стаціонарних гідрогеологічних спостережень почали розвиватися у першій половині — середині XX століття. Вони включають визначення рівнів, витрат води, температури, хімічного та бактеріологічного складу, деяких інших характеристик. Пункти спостережень (системи свердловин) утворюють опірну сітку та сітки спеціального призначення. Їх розміщення проводиться з розрахунком необхідності висвітлення режиму основних типів підземних вод. Оптимізація сітки відбувається шляхом відбору найбільш ефективно, адекватно діючих свердловин та пунктів. В межах кожного гідрогеологічного району або ділянки зберігають ті пункти, по яких отримані параметри режиму близькі до середніх по району. Такими параметрами являються рівні, терміни настання характерних рівнів, швидкості змін рівнів, амплітуди змін рівнів та температур, мінералізація та хімічний склад води, їх сезонні зміни та інші. Сітки гідрогеологічних спостережень можуть бути державними та відомчими, а також різної тривалості дії.
Сучасні гідрологічні вимірювання та спостереження неможливо уявити без застосування аерокосмічних технологій та методів досліджень. Ці методи — також окрема галузь природничих наук. Вони включають в себе:
1) аеро — або космічні зйомки;
2) візуальні спостереження;
3) геофізичну розвідку; різні види вимірювань та зондування;
4) участь у регіональних, або глобальних експериментальних спостереженнях;
5) участь в геоінформаційних системах.
Основні переваги цих методів пов’язані з можливостями отримання недоступної для інших методів інформації, швидкодійності, одночасному або послідовному охопленні значних територій, спостереженнями малодоступних територій, фіксацією динаміки явищ шляхом повторних зйомок та спостережень. Особливостями цих методів є важливість правильної, чіткої організації, специфіка дешифрування інформації (знімків, результатів зондування та ін.), а також коректність її інтерпретації. Часто вони застосовуються разом з наземними роботами, що залежить від мети та способів дослідження.
З точки зору інформаційних технологій вся система гідрологічних спостережень, обліку та контролю вод включає чотири основних етапи: 1) отримання (збір) інформації; 2) її обробка; 3) передача та збереження; 4) використання. Це відповідає загальній структурі геоінформаційних технологій.
Таким чином, як бачимо, спостереження за природними водами це величезна і складна галузь науки. Але це лише одна складова всієї системи моніторингу природного середовища, а також складова географічних, екологічних, геологічних та інших досліджень.