Hydrologie

Hydrologie ist die Studie der Bewegung, des Vertriebs und der Qualität von Wasser auf der Erde und den anderen Planeten, einschließlich des hydrologischen Zyklus, der Wassermittel und der Umweltwasserscheide-Nachhaltigkeit. Ein Praktiker der Hydrologie ist ein hydrologist, innerhalb der Felder von Erd- oder Umweltwissenschaft, physischer Erdkunde, Geologie oder Zivil- und Umwelttechnik arbeitend.

Gebiete der Hydrologie schließen Hydrometeorologie, Oberflächenhydrologie, Hydrogeologie, Drainage-Waschschüssel-Management und Wasserqualität ein, wo Wasser die Hauptrolle spielt. Meereskunde und Meteorologie werden nicht eingeschlossen, weil Wasser nur ein von vielen wichtigen Aspekten innerhalb jener Felder ist.

Hydrologische Forschung kann Umwelttechnik, Politik und Planung informieren.

Der Begriff ist von Griechisch: hydōr, "Wasser"; und, Firmenzeichen, "Studie".

Geschichte der Hydrologie

Hydrologie ist ein Thema der Untersuchung und Technik seit Millennien gewesen. Zum Beispiel wurde für ungefähr 4000 B.C. der Nil gestaut, um landwirtschaftliche Produktivität vorher unfruchtbarer Länder zu verbessern. Städte von Mesopotamian wurden davor geschützt, mit hohen irdenen Wänden zu strömen. Aquädukte wurden von den Griechen und Alten Römern gebaut, während die Geschichte von chinesischen Shows sie Bewässerung und Hochwasserschutz-Arbeiten gebaut haben. Die alte singhalesische verwendete Hydrologie, um komplizierte Bewässerung zu bauen, arbeitet in Sri Lanka, das auch für die Erfindung der Klappe-Grube bekannt ist, die Aufbau von großen Reservoiren, anicuts und Kanälen erlaubt hat, die noch fungieren.

Marcus Vitruvius, im ersten Jahrhundert B.C., hat eine philosophische Theorie des hydrologischen Zyklus beschrieben, in dem Niederschlag, der in den Bergen fällt, die Oberfläche der Erde eindringen lassen hat und zu Strömen und Frühlinge in den Tiefländern geführt hat. Mit der Adoption einer wissenschaftlicheren Annäherung haben Leonardo da Vinci und Bernard Palissy unabhängig eine genaue Darstellung des hydrologischen Zyklus erreicht. Erst als das 17. Jahrhundert, dass hydrologische Variablen begonnen haben, gemessen zu werden.

Pioniere der modernen Wissenschaft der Hydrologie schließen Pierre Perrault, Edme Mariotte und Edmund Halley ein. Indem er Niederschlag, Entscheidungslauf und Drainage-Gebiet gemessen hat, hat Perrault gezeigt, dass Niederschlag genügend war, um für Fluss des Schlagnetzes verantwortlich zu sein. Marriotte hat Geschwindigkeits- und Flussquerschnitt-Maße verbunden, um Entladung wieder im Schlagnetz zu erhalten. Halley hat gezeigt, dass die Eindampfung von Mittelmeer genügend war, um für den Ausfluss von Flüssen verantwortlich zu sein, die ins Meer fließen.

Fortschritte haben im 18. Jahrhundert den Bernoulli piezometer und die Gleichung von Bernoulli, durch Daniel Bernoulli, die Tube von Pitot eingeschlossen. Das 19. Jahrhundert hat Entwicklung in der Grundwasser-Hydrologie, einschließlich des Gesetzes von Darcy, der Dupuit-Thiem gut Formel und die kapillare Strömungsgleichung von Hagen-Poiseuille gesehen.

Vernünftige Analysen haben begonnen, Empirismus im 20. Jahrhundert zu ersetzen, während Regierungsagenturen ihre eigenen hydrologischen Forschungsprogramme begonnen haben. Der besonderen Wichtigkeit waren der Einheitshydrograph von Leroy Sherman, die Infiltrationstheorie von Robert E. Horton und der Aquifer Test/Gleichung von C.V. Theis, der gut Hydraulik beschreibt.

Seit den 1950er Jahren ist Hydrologie mit einer theoretischeren Basis genähert worden als in der Vergangenheit, die durch Fortschritte im physischen Verstehen von hydrologischen Prozessen und durch das Advent von Computern und besonders Geographic Information Systems (GIS) erleichtert ist.

Hydrologischer Zyklus

Das Hauptthema der Hydrologie ist, dass Wasser überall in der Erde durch verschiedene Pfade und an verschiedenen Raten zirkuliert. Das lebhafteste Image davon ist in der Eindampfung von Wasser vom Ozean, der Wolken bildet. Diese Wolken treiben über das Land und erzeugen Regen. Das Regenwasser fließt in Seen, Flüsse oder aquifers. Das Wasser in Seen, Flüssen und aquifers dann entweder verdampft zurück zur Atmosphäre oder fließt schließlich zurück in den Ozean, einen Zyklus vollendend. Wasser ändert seinen Staat, mehrere Male überall in diesem Zyklus zu sein.

Übersicht

Zweige der Hydrologie

Chemische Hydrologie ist die Studie der chemischen Eigenschaften von Wasser.

Ecohydrology ist die Studie von Wechselwirkungen zwischen Organismen und dem hydrologischen Zyklus.

Hydrogeologie ist die Studie der Anwesenheit und Bewegung von Grundwasser.

Hydroinformatik ist die Anpassung der Informationstechnologie zur Hydrologie und den Wassermittel-Anwendungen.

Hydrometeorologie ist die Studie der Übertragung von Wasser und Energie zwischen dem Land und den Wasserkörperoberflächen und der niedrigeren Atmosphäre.

Isotop-Hydrologie ist die Studie der isotopic Unterschriften von Wasser.

Oberflächenhydrologie ist die Studie von hydrologischen Prozessen, die an oder in der Nähe von der Oberfläche der Erde funktionieren.

Drainage-Waschschüssel-Management bedeckt Wasserlagerung, in der Form von Reservoiren und dem Hochwasserschutz.

Wasserqualität schließt die Chemie von Wasser in Flüssen und Seen, beiden von Schadstoffen und natürlichem solutes ein.

Zusammenhängende Themen

Meereskunde ist die allgemeinere Studie von Wasser in den Ozeanen und Flussmündungen.

Meteorologie ist die allgemeinere Studie der Atmosphäre und vom Wetter, einschließlich des Niederschlags als Schnee und Niederschlag.

Limnology ist die Studie von Seen. Es bedeckt die biologischen, chemischen, physischen, geologischen und anderen Attribute des ganzen Binnenwassers (das Laufen und Stehwasser, sowohl frisch als auch Salzquelle, natürlich oder künstlich).

Anwendungen der Hydrologie

  • Die Bestimmung des Wassergleichgewichtes eines Gebiets.
  • Die Bestimmung des landwirtschaftlichen Wassergleichgewichtes.
  • Das Entwerfen von Uferwiederherstellungsprojekten.
  • Lindernd und das Voraussagen der Überschwemmung, des Erdrutschs und der Wassermangel-Gefahr.
  • Echtzeitüberschwemmungsvorhersage und Überschwemmungswarnung.
  • Das Entwerfen von Bewässerungsschemas und das Handhaben landwirtschaftlicher Produktivität.
  • Ein Teil des Gefahr-Moduls im Katastrophe-Modellieren.
  • Versorgung von Trinkwasser.
  • Das Entwerfen von Dämmen für die Wasserversorgung oder hydroelektrische Energieerzeugung.
  • Das Entwerfen von Brücken.
  • Das Entwerfen von Abwasserleitungen und städtischem Drainage-System.
  • Das Analysieren der Einflüsse der vorhergehenden Feuchtigkeit auf hygienischen Abwasserleitungssystemen.
  • geomorphological Änderungen, wie Erosion oder Ablagerung voraussagend.
  • Das Festsetzen der Einflüsse der natürlichen und anthropogenen Umweltänderung auf Wassermitteln.
  • Das Festsetzen des Verseuchungsstoffs transportieren Gefahr und das Herstellen von Umweltpolitikrichtlinien.

Hydrologische Maße

Maß ist grundsätzlich, um Wassermittel zu bewerten und die am hydrologischen Zyklus beteiligten Prozesse zu verstehen. Weil der hydrologische Zyklus so verschiedene, hydrologische Maß-Methode-Spanne viele Disziplinen ist: Einschließlich Böden, Meereskunde, atmosphärischer Wissenschaft, Geologie, Geophysik und limnology, um einige zu nennen. Hier werden hydrologische Maß-Methoden durch hydrologische Subdisziplinen organisiert. Jede dieser Subdisziplinen wird kurz mit einer praktischen Diskussion der Methoden verwendet bis heute und eine Bibliografie der Hintergrundinformation gerichtet.

Die Quantitätsbestimmung von Grundwasser fließt und Transport

  • Charakterisierung von Aquifer
  • Fluss-Richtung
  • Piezometer - Grundwasser-Druck und, durch die Schlussfolgerung, Grundwasser-Tiefe (sieh: Aquifer-Test)
  • Leitvermögen, storativity, transmisivity
  • Geophysikalische Methoden
  • Zonencharakterisierung von Vadose
  • Infiltration
  • Infiltrometer - Infiltration
  • Boden-Feuchtigkeit
  • Kapazitätsuntersuchungsboden-Feuchtigkeit
  • Zeitabschnitt-Reflektometer - Boden-Feuchtigkeit
  • Tensiometer - Boden-Feuchtigkeit
  • Solute, der ausfällt
Geophysikalische Methoden

Die Quantitätsbestimmung von Oberflächenwasser fließt und Transport

  • Direkte und indirekte Entladungsmaße
  • Strom-Maß - Strom-Fluss (sieh: Entladung (Hydrologie))
  • Leuchtspurgeschoss-Techniken
  • Chemischer Transport
  • Bodensatz-Transport und Erosion
  • Austausch des Stroms-aquifer

Die Quantitätsbestimmung des Austausches an der Landatmosphäre-Grenze

  • Niederschlag
  • Hauptteil-Regenereignisse
  • Disdrometer - Niederschlag-Eigenschaften
  • Radar - Wolkeneigenschaften, Regenrate-Bewertung, Hagel und Schnee-Entdeckung
  • Regenmaß - Regen und Schneefall
  • Satellit - regnerische Bereichsidentifizierung, Regenrate-Bewertung, land-cover/land-use, Boden-Feuchtigkeit
  • Schleuder psychrometer - Feuchtigkeit
  • Schnee, Hagel und Eis
  • Tau, Nebel und Nebel
  • Eindampfung
  • von Wasseroberflächen
  • Eindampfungs--Symon'S-Eindampfungspfanne
  • vom Werk erscheint
  • durch die Grenzschicht
  • Transpiration
  • Natürliche Ökosysteme
  • Agronomische Ökosysteme
  • Schwung
  • Hitzefluss
  • Energiebudgets

Unklarheit analysiert

Entfernte Abfragung von hydrologischen Prozessen

Wasserqualität

  • Beispielsammlung
  • In - situ Methoden
  • Physische Maße (schließt Bodensatz-Konzentration ein)
  • Sammlung von Proben, um Organische Zusammensetzungen zu messen
  • Sammlung von Proben, um Anorganische Zusammensetzungen zu messen
  • Analyse von wässrigen Organischen Zusammensetzungen
  • Analyse von wässrigen Anorganischen Zusammensetzungen
  • Mikrobiologische Stichprobenerhebung und Analyse

Die Integrierung des Maßes und das Modellieren

  • Budget analysiert
  • Parameter-Bewertung
  • Das Schuppen rechtzeitig und Raum
  • Datenassimilation
  • Die Qualitätskontrolle von Daten — sieht zum Beispiel Doppelte Massenanalyse

Hydrologische Vorhersage

Beobachtungen von hydrologischen Prozessen werden verwendet, um Vorhersagen des zukünftigen Verhaltens von hydrologischen Systemen (Wasserfluss, Wasserqualität) zu machen. Eine der aktuellen Hauptsorgen in der hydrologischen Forschung ist "Vorhersage in Ungemessenen Waschschüsseln" (BAR), d. h. in Waschschüsseln, wo keine oder nur sehr wenigen Daten bestehen.

Statistische Hydrologie

Durch das Analysieren der statistischen Eigenschaften von hydrologischen Aufzeichnungen, wie Niederschlag oder Flussfluss, kann hydrologists zukünftige hydrologische Phänomene schätzen. Wenn man Bewertungen dessen macht, wie oft relativ seltene Ereignisse vorkommen werden, werden Analysen in Bezug auf die Rückperiode solcher Ereignisse gemacht. Andere Mengen von Interesse schließen den durchschnittlichen Fluss in einen Fluss in einem Jahr oder vor der Jahreszeit ein.

Diese Schätzungen sind für Ingenieure und Wirtschaftswissenschaftler wichtig, so dass richtige Risikoanalyse durchgeführt werden kann, um Investitionsentscheidungen in der zukünftigen Infrastruktur zu beeinflussen und die Ertrag-Zuverlässigkeitseigenschaften von Wasserversorgungssystemen zu bestimmen. Statistische Information wird verwertet, um Betriebsregeln für große Dämme zu formulieren, die einen Teil von Systemen bilden, die landwirtschaftliche Industrie- und Wohnanforderungen einschließen.

Das hydrologische Modellieren

Hydrologische Modelle, werden Begriffsdarstellungen eines Teils des hydrologischen Zyklus vereinfacht. Sie werden in erster Linie für die hydrologische Vorhersage verwendet und um hydrologische Prozesse zu verstehen. Zwei Haupttypen von hydrologischen Modellen können bemerkenswert sein:

  • Modelle auf Daten gestützt. Diese Modelle sind schwarze Kasten-Systeme mit mathematischen und statistischen Konzepten, um einen bestimmten Eingang (zum Beispiel Niederschlag) zur Musterproduktion (zum Beispiel Entscheidungslauf) zu verbinden. Allgemein verwendete Techniken sind rückwärts Gehen, Übertragungsfunktionen und Systemidentifizierung. Das einfachste von diesen Modellen kann geradlinige Modelle sein, aber es ist üblich, nichtlineare Bestandteile einzusetzen, um einige allgemeine Aspekte einer Antwort eines Auffangens zu vertreten, ohne tief in die echten physischen beteiligten Prozesse zu gehen. Ein Beispiel solch eines Aspekts ist das wohl bekannte Verhalten, dass ein Auffangen viel schneller und stark antworten wird, wenn es bereits nass ist als, wenn es trocken ist..
  • Modelle auf Prozess-Beschreibungen gestützt. Diese Modelle versuchen, die physischen in der echten Welt beobachteten Prozesse zu vertreten. Gewöhnlich enthalten solche Modelle Darstellungen des Oberflächenentscheidungslaufs, unterirdischen Flusses, evapotranspiration, und Kanalflusses, aber sie können viel mehr kompliziert sein. Diese Modelle sind als deterministische Hydrologie-Modelle bekannt. Deterministische Hydrologie-Modelle können in Modelle des einzelnen Ereignisses und dauernde Simulierungsmodelle unterteilt werden.

Die neue Forschung im hydrologischen Modellieren versucht, eine globalere Annäherung an das Verstehen des Verhaltens von hydrologischen Systemen zu haben, bessere Vorhersagen zu machen und den Hauptherausforderungen im Wassermittel-Management gegenüberzustehen.

Hydrologischer Transport

Wasserbewegung ist ein bedeutendes Mittel, durch das anderes Material, wie Boden oder Schadstoffe, von Ort zu Ort transportiert werden. Der anfängliche Eingang zum Empfang von Wasser kann aus einer Punkt-Quellentladung oder einer Linienquelle oder Bereichsquelle wie Oberflächenentscheidungslauf entstehen. Seit den 1960er Jahren sind ziemlich komplizierte mathematische Modelle entwickelt, durch die Verfügbarkeit von hohen Geschwindigkeitscomputern erleichtert worden. Die allgemeinsten analysierten Schadstoff-Klassen sind Nährstoffe, Schädlingsbekämpfungsmittel, aufgelöste Gesamtfestkörper und Bodensatz.

Hydrologische Organisationen

Internationale Forschungskörper

  • International Water Management Institute (IWMI)
  • Institut der UNESCO-IHE für die Wasserausbildung

Nationale Forschungskörper

  • Zentrum für die Ökologie und Hydrologie - das Vereinigte Königreich
  • Zentrum für die Wasserwissenschaft, Cranfield Universität, das Vereinigte Königreich
  • eawag - Wasserforschung, ETH Zürich, die Schweiz
  • Institut für die Hydrologie, Albert-Ludwigs-University aus Freiburg, Deutschland
  • Amerikanischer geologischer Überblick - Wassermittel des USA-
  • Der nationale Wetterdienst von NOAA - Büro der hydrologischen Entwicklung, die USA
  • US-Armeekorps von Ingenieuren hydrologisches Technikzentrum, die USA
  • Hydrologisches Forschungszentrum - Non-Profit Research Corporation, die USA
  • Volkswirtschaft des Wasserquellenmanagements von der verbesserten Vorhersage, NOAA Volkswirtschaft, die USA
  • Universität Oklahomas - natürliche Gefahren und Katastrophe-Zentrum/USA
  • Nationales Hydrologie-Forschungszentrum - Kanada

Nationale und internationale Gesellschaften

  • Geologische Gesellschaft Amerikas (GSA) - Hydrogeologie-Abteilung
  • American Geophysical Union (AGU) - Hydrologie-Abteilung
  • Nationale Grundwasser-Vereinigung (NGWA)
  • Amerikanische Wassermittel-Vereinigung
  • Konsortium von Universitäten für die Förderung von Hydrologic Science, Inc. (CUAHSI)
  • Internationale Vereinigung von hydrologischen Wissenschaften (IAHS)
  • Statistik in der Hydrologie-Arbeitsgruppe (Untergruppe von IAHS)
  • Britische hydrologische Gesellschaft
  • Russische geografische Gesellschaft (Moskauer Zentrum) - Hydrologie-Kommission
  • Internationale Vereinigung für die Umwelthydrologie

Waschschüssel - und weites Auffangen Übersichten

  • Verbundene Wasserinitiative, Universität von New South Wales — Nachforschendes und erhebendes Bewusstsein von Grundwasser und Wasserquelle kommen in Australien heraus

Forschungszeitschriften

  • Hydrologische Prozesse, ISSN: 1099-1085 (elektronische) 0885-6087 (Papier), John Wiley & Sons
  • Zeitschrift der Hydroinformatik, ISSN: 1464-7141, IWA, der Veröffentlicht
  • Hydrologie-Forschung (früher nordische Hydrologie), ISSN: 0029-1277, IWA, der Veröffentlicht
  • Zeitschrift der Hydrologischen Technik, ISSN: 0733-9496, ASCE Veröffentlichung

Siehe auch

  • Wasserchemie
  • Hoch- und Tiefbau
  • Klimatologie
  • Umwelttechnik
  • Umwelttechnikwissenschaft
  • Geomorphology
  • Hydrographie
  • Internationales hydrologisches Programm
  • Hydrologie (Landwirtschaft)
  • Wasservertrieb auf der Erde
  • Musterleistungsfähigkeitskoeffizient von Nash-Sutcliffe
  • WEAP (Wassereinschätzung Und Planend) Software zur Musterauffangen-Hydrologie vom Klima und Land verwenden Daten

Referenzen

Weiterführende Literatur

  • Einführung in die Physische Hydrologie, Martin Hendriks 2010. Internationale Standardbuchnummer 9780199296842
  • Einführung in die Hydrologie, 4e. Viessman und Lewis, 1996. Internationale Standardbuchnummer 0 673 99337 X
  • Handbuch der Hydrologie. Internationale Standardbuchnummer 0-07-039732-5
  • Enzyklopädie von Hydrologischen Wissenschaften. Internationale Standardbuchnummer 0-471-49103-9
  • Hydrologische Analyse und Design. McCuen, die Dritte Ausgabe, 2005. Internationale Standardbuchnummer 0-13-142424-6

Links


Hg / Heinrich Himmler
Impressum & Datenschutz