ГИДРОЛО́ГИЯ СУ́ШИ
-
Рубрика: География
-
Скопировать библиографическую ссылку:
ГИДРОЛО́ГИЯ СУ́ШИ (гидрология поверхностных вод суши), раздел гидрологии, изучающий водные объекты суши – реки, озёра, водохранилища, болота, ледники. Г. с. подразделяется по объектам исследования на гидрологию рек (потамология), гидрологию озёр (лимнология, или озероведение), гидрологию водохранилищ, гидрологию болот и гидрологию ледников. Гидрология болот рассматривается также как раздел болотоведения, а гидрология ледников – гляциологии. В качестве самостоят. разделов Г. с. выделяют гидрологию мор. устьев рек, пограничную между гидрологией рек и океанологией. Г. с. исследует гидрологический режим поверхностных вод суши и происходящие в них процессы при взаимодействии с атмосферой, литосферой, биосферой и с учётом влияния хозяйств. деятельности человека.
Г. с. располагает большим количеством взаимодополняющих друг друга методов изучения гидрологич. процессов, важнейшее место среди которых занимают полевые исследования, подразделяющиеся на экспедиционные и стационарные. Первые из них заключаются в проведении относительно кратковременных (от нескольких дней до нескольких лет) экспедиций на водных объектах, вторые – в проведении длительных (обычно многолетних) наблюдений на спец. гидрологич. станциях и постах. Обычно при гидрологич. исследованиях сочетают экспедиционный и стационарный методы. Широко применяются дистанционные методы наблюдения и измерений. Огромные возможности даёт использование космич. аппаратов для наблюдений за состоянием водных объектов. Снимки со спутников позволяют вести наблюдения за замерзанием и вскрытием рек, разливами и наводнениями, ледяными заторами, состоянием ледников. Получают распространение полностью автономные (работающие без участия людей) автоматич. установки, осуществляющие наблюдение за режимом рек, озёр, ледников и передающие информацию в центры сбора и анализа данных.
В Г. с. широко используют методы эксперим. исследований. Различают эксперименты, проводимые в лаборатории и в природных условиях. В первом случае на спец. лабораторных установках проводят эксперименты, полностью контролируемые экспериментатором. Моделируют и изучают разл. режимы движения воды и наносов, размывы речного русла, гидрохимич. процессы и т. д. Во втором случае наблюдения осуществляют на небольших участках природных объектов, специально выбранных для детальных исследований. В Г. с. для изучения отд. процессов проводят наблюдения на т. н. эксперим. площадках на склонах речных бассейнов, «экспериментальных водосборах».
Установить связи между разл. гидрологич. характеристиками или между ними и др. определяющими факторами (напр., высотой местности, осадками, скоростью ветра) в конкретных природных условиях, а также оценить вероятность наступления того или иного гидрологич. явления помогают статистич. методы, использующие совр. приёмы обработки данных наблюдений и математич. статистики. Завершающим этапом исследований во многих случаях становятся теоретич. обобщения и анализ. Теоретич. методы в Г. с. базируются, с одной стороны, на законах физики, а с другой – на географич. закономерностях пространственно-временны́х изменений гидрологич. характеристик. Среди этих методов на первый план выходят методы математич. моделирования, системного анализа, гидролого-географич. обобщений, включая гидрологич. районирование и картографирование, геоинформац. технологии.
Как часть гидрологии, Г. с. прежде всего взаимодействует с другими её разделами – гидрографией, прикладной (инженерной) гидрологией, гидрометрией и др. Г. с. относится к географич. наукам и тесно связана с другими разделами географии – метеорологией и климатологией, геоморфологией, гляциологией, ландшафтоведением и т. д., а также с другими естеств. науками – геологией, биологией и др. Многие общие законы Г. с. установлены с привлечением фундам. наук – физики, химии, математики.
Очерк развития науки
К числу первых известных гидрологич. работ относятся гидрометрич. наблюдения древних египтян за колебаниями уровня воды в Ниле на «ниломерах». Др.-греч. философ Фалес считал, что в основе всех явлений лежит «влажная природа», т. е. вода, всё возникает из воды и в неё превращается; Гераклит полагал, что в основе всего сущего лежит круговорот веществ (стихий) – огня, воздуха, воды и земли, ему принадлежит знаменитый образ реки, в которую нельзя войти дважды. Геродот провёл первые исследования Нила и Дуная (Истра). О происхождении рек и источников вод размышляли Платон и Аристотель. Витрувий занимался поиском подземных вод. Герон Александрийский первым предположил, что расход воды равен произведению площади поперечного сечения потока на скорость течения. О познаниях древних римлян в гидрологии и гидротехнике свидетельствуют рим. акведуки. Леонардо да Винчи одним из первых дал правильное толкование происхождения рек, выделив роль дождевых и подземных вод, впервые наблюдал за динамикой водного потока. Дальнейший прогресс в развитии гидрологич. знаний приходится на 17 в. Гидрологич. исследования проводил Р. Декарт. Первые количественные оценки в Г. с. принадлежат П. Перро (брату Ш. Перро), рассчитавшему, что дождевой воды вполне достаточно для поддержания стока рек, продолжил эти исследования Э. Мариотт. Роль испарения в гидрологич. процессах впервые оценил Э. Галлей, он сформулировал представление о круговороте воды в природе и дал ему приближённую количественную оценку. 18–19 вв. ознаменовались быстрым развитием гидравлики, предопределившей в последующем прогресс в разл. разделах Г. с. Большой вклад в Г. с. внесли франц. инженеры А. Шези и А. Дарси, Д. Бернулли, ирл. учёный Р. Маннинг. В 20 – нач. 21 вв. за рубежом преим. развиваются гидрологич. прогнозы и расчёты, прикладные инженерные направления Г. с., связанные с гидростроительством, водоснабжением, транспортом, предупреждением природных катастроф и др.
Гидрологич. наблюдения в России проводятся с 15 в.: в записях рус. летописцев сохранились сведения о наводнениях, паводках, замерзании и вскрытии рек. Данные о реках и озёрах приведены в «Книге Большому чертежу» – приложении к «Большому чертежу всему государству Московскому», одной из первых карт России, составленной в 1600 (1598?) и уточнённой в 1627. В 1773 эти сведения были переизданы Н. И. Новиковым под назв. «Древняя российская идрография, содержащая описание Московского государства рек, протоков, озёр, кладезей и какие по ним города и урочища и на каком они расстоянии». В 17 в. начались наблюдения за уровнем воды на р. Москва. При Петре I проводились первые гидрологич. изыскания для судоходства на Дону, Оке, Волге. В 1715 были организованы постоянные наблюдения за режимом Невы у Петропавловской крепости. В изучение рек заметный вклад внесли рус. землепроходцы и географы 18 в. Крупные гидрографич. работы на реках провела созданная в 1875 при Мин-ве путей сообщения навигационно-описная комиссия. В 1881 были впервые опубликованы данные наблюдений за уровнем воды на отд. реках. Ценные материалы по гидрографии дали экспедиции П. П. Семёнова-Тян-Шанского и Н. М. Пржевальского. В кон. 19 в. в России были опубликованы крупные обобщающие работы известных естествоиспытателей В. М. Лохтина, Н. С. Лелявского, В. В. Докучаева, А. И. Воейкова, заложившие основы учения о реках. Широкое развитие гидрологических изысканий и исследований, направленных на комплексное использование водных ресурсов для судоходства, гидроэнергетики и орошения, началось в 1920-х гг. В 1919 был создан российский (с 1926 государственный) Гидрологический институт. В 1920 был принят план электрификации России (план ГОЭЛРО), выполнение которого потребовало проведения широких гидрологич. исследований, осуществлённых с участием В. Г. Глушкова и Е. В. Близняка. В 1929 создана Гидрометеорологич. служба СССР, на которую возлагалось проведение гидрологич. наблюдений и исследований. В 1931 начались работы по составлению Водного кадастра СССР – систематизир. сведений о режиме рек, озёр, морей, ледников, подземных вод, которыми на первом этапе руководил Л. К. Давыдов. До Вел. Отеч. войны усилиями Е. В. Близняка, М. А. Великанова, В. Г. Глушкова, Д. И. Кочерина, С. Д. Муравейского, Б. В. Полякова, Д. Л. Соколовского и др. были разработаны теоретич. основы Г. с. как самостоят. науки. В послевоенные годы для восстановления и дальнейшего развития нар. хозяйства страны было необходимо значительно расширить гидрологич. изыскания и исследования для крупного гидроэнергетич. строительства на Днепре и Волге, а также провести мелиоративные мероприятия на юге Европ. части СССР и в Ср. Азии, улучшить судоходные условия на Волге и сибирских реках.
Во 2-й пол. 20 в. крупный вклад в развитие Г. с. внесли: в области теплового и водного баланса – М. И. Будыко, М. И. Львович, Н. И. Коронкевич, В. А. Троицкий и др.; гидрологич. прогнозов – Б. А. Аполлов, Г. П. Калинин и др.; речного стока, расчёта его параметров, гидрологич. районирования – А. М. Владимиров, Л. К. Давыдов, Б. Д. Зайков, С. Н. Крицкий, П. С. Кузин, М. Ф. Менкель и др.; внутригодового распределения и регулирования стока – А. В. Огиевский, Г. Г. Сванидзе и др.; водных ресурсов – К. П. Воскресенский, А. А. Соколов, А. И. Чеботарёв, И. А. Шикломанов и др.; стока наносов и русловых процессов – Г. В. Лопатин, Н. И. Маккавеев, Р. С. Чалов и др. Исследования озёр проводили Б. Б. Богословский, Г. Ю. Верещагин, Л. Л. Россолимо, А. И. Тихомиров и др.; водохранилищ – А. Б. Авакян, Н. В. Буторин, С. Л. Вендров, Ю. М. Матарзин, В. М. Широков, К. К. Эдельштейн и др.; ледников – Г. Н. Голубев, С. В. Калесник, В. М. Котляков, Г. К. Тушинский и др.; водного режима болот – Д. Дубах, К. Е. Иванов и др. В это время велись крупные гидрологич. исследования по всей территории Сов. Союза. Значительный импульс получило междунар. сотрудничество в области Г. с. Большой вклад в её развитие внесло Междунар. гидрологич. десятилетие (МГД), учреждённое ЮНЕСКО на 1965–74. С 1975 осуществляется постоянно действующая Междунар. гидрологич. программа (МГП) ЮНЕСКО, в которой активно участвуют гидрологи России из разл. учреждений. Важным вкладом сов. гидрологов в МГП явился капитальный труд «Мировой водный баланс и водные ресурсы Земли» (1974).
С 1978 проводятся работы по Гос. водному кадастру (ГВК), который представляет собой систематизированный, постоянно пополняемый и уточняемый свод сведений о водных объектах, составляющих единый гос. водный фонд, о режиме, качестве и использовании вод. ГВК состоит из трёх разделов: 1) поверхностные воды (реки и каналы, озёра и водохранилища, качество вод суши, селевые потоки, ледники, моря и морские устья рек), 2) подземные воды, 3) использование вод. Данные ГВК подразделяются на архивные материалы (книжки наблюдений, таблицы и др.), долговременные технич. носители информации (микрофильмы, магнитные ленты), публикуемые материалы (каталоги водных и водохозяйственных объектов, ежегодные и многолетние данные о режиме и др.). «Ежегодные данные о режиме и ресурсах поверхностных вод суши» служат продолжением издававшихся до 1978 «Гидрологических ежегодников» и «Материалов наблюдений на озёрах и водохранилищах». В рамках ГВК создаются банк данных о водных ресурсах и автоматизир. информац. система (АИС ГВК). Заметными вехами в развитии Г. с. стали Всесоюзные гидрологич. съезды (1924, 1928, 1957, 1973, 1986) и Всерос. гидрологич. съезд (2004).
В комплексе мер, осуществляемых в России по защите водных ресурсов от истощения и загрязнения, особая роль принадлежит введённой в 1970-х гг. системе мониторинга качества поверхностных вод, осуществляемой Гос. службой наблюдений и контроля за загрязнением объектов природной среды. В кон. 20 – нач. 21 вв. проводятся исследования реакции вод суши на крупномасштабные изменения климата и оценка изменений режима водных объектов суши под влиянием хозяйств. деятельности. В 2003 ГГИ опубликован фундам. труд «Мировые водные ресурсы на рубеже XXI века».
Практическое значение
Эксплуатация водных ресурсов, оценка эффективности их использования невозможны без науч. обоснования и соответствующих гидрологич. исследований. Г. с. обеспечивает водопотребителей и водопользователей данными о гидрологич. режиме водных объектов (количестве и качестве воды, пространственно-временны́х изменениях гидрологич. характеристик), представляет гидрологич. прогнозы. Пром-сть и коммунальное хозяйство заинтересованы в оценке количества и качества потребляемой воды, орошаемое земледелие – в данных о режиме источника, из которого осуществляется водозабор. При строительстве на берегах рек (набережных, причалов и др.), а также сооружении мостов, переходов трубопроводов и линий электропередачи (ЛЭП) через реки требуются знания об уровнях воды, ледовых явлениях, скоростях течения, русловых процессах (размыва или намыва дна и берегов). Речной водный транспорт использует сведения об уровнях воды, скоростях течения, ледовых явлениях, русловых процессах; гидроэнергетика – о современных и ожидаемых колебаниях стока воды; рыбное хозяйство – о физико-химич. характеристиках воды (темп-ре, минерализации, содержании кислорода и т. д.). Велика роль гидрологич. исследований и в решении такой проблемы, как защита населённых пунктов и земель от наводнений. Особую актуальность приобретают исследования и прогнозы наводнений на реках, вызванных дождевыми паводками или ледяными заторами, а в устьях рек – штормовыми нагонами. Большое значение имеет разработка кратко-, средне- и долгосрочных прогнозов состояния водных объектов. Важна роль Г. с. в решении проблем охраны природы, при разработке мероприятий по защите водных объектов от истощения и загрязнения. Гидрологи ведут контроль за состоянием качества воды, разрабатывают приёмы прогноза распространения загрязняющих веществ.
Научные организации и периодические издания
В России исследованиями в области Г. с. и внедрением науч. разработок в практику занимаются Федеральная служба России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет), которой подчинены региональные управления гидрометеослужбы (УГМС), а им – местные центры по гидрометеорологии (ЦГМС) и разветвлённая гидрометеорологическая сеть; науч. учреждения РАН, в т. ч. Географии институт, Водных проблем институт, Озероведения институт, Ин-т географии СО (с 1959; г. Иркутск), Ин-т водных и экологич. проблем СО (с 1987; г. Барнаул), Лимнологический институт СО, Федеральное агентство водных ресурсов (с 2004); кафедры МГУ, С.-Петерб., Пермского, Иркутского, Башкирского, Дальневосточного (г. Владивосток) гос. ун-тов и др. Исследования в области Г. с. координируют междунар. организации: ЮНЕСКО (UNESCO, Department of Water Sciences – координация действий в области науки и образования), Всемирная метеорологич. орг-ция (WMO, Devision of Hydrometeorology – координация в области оперативной гидрологии), Междунар. ассоциация водных ресурсов (IWRA), Междунар. ассоциация гидрологич. наук (IAHS), Междунар. ассоциация гидравлич. исследований (IAHR) и др.
Рос. периодич. издания, публикующие материалы в области Г. с.: «Метеорология и гидрология» (с 1935), «Гидротехника и мелиорация» (с 1949), «Водные ресурсы» (с 1972), «Водное хозяйство России» (с 1999), «Труды Государственного гидрологического института» (с 1936), «Труды Гидрометцентра РФ» (с 1947), «Океанология. Гидрология суши. Гляциология» Всерос. института науч. и технич. информации (обзор науч. публикаций по данной тематике). Междунар. гидрологич. периодич. издания: «Water Resources Journal», «Hydrological Sciences Journal», «Journal of Hydrology», «Journal of Hydrologic Engineering», «Hydrology and Earth System Sciences», «Journal of Environmental Hydrology», «IAHS Publication series» и др.