آب یکی از مهمترین منابع طبیعی ما است.
بدون آن، حیاتی بر روی زمین وجود نخواهد داشت.
منابع آب موجود برای استفاده ما توسط طبیعت محدود است.
اگرچه آب زیادی در زمین وجود دارد؛ اما همیشه در مکان مناسب، در زمان مناسب و با کیفیت مناسب نیست.
شواهد فزایندهای وجود دارد که نشان میدهد زبالههای شیمیایی که دیروز به طور نامناسبی دور ریخته میشدند، امروزه در منابع آب ما یافت میشوند.
مطالعات هیدرولوژی به عنوان یک علم در پاسخ به نیاز به درک سیستمهای پیچیده آب زمین و کمک به حل مشکلات آب تکامل یافته است.
هیدرولوژی ذاتاً با بسیاری از کاربردهایی همچون سنجش از دور، به ویژه جنگلداری، کشاورزی و پوشش زمین مرتبط است؛ زیرا آب یک جز حیاتی در هر یک از این رشتهها است.
اکثر فرایندهای هیدرولوژیکی، نه تنها بین سالها؛ بلکه در داخل و بین فصول نیز پویا هستند و بنابراین نیاز به مشاهدات مکرر دارند.
در این مقاله با بررسی مفهوم مطالعات هیدرولوژی و بررسی جوانب مختلف آن، اصول کلی مربوط به این دانش را مورد بحث قرار میدهیم.
1# هیدرولوژی چیست؟
هیدرولوژی علمی است که وقوع، توزیع، حرکت و خواص آبهای زمین و ارتباط آنها با محیط زیست را در هر مرحله از چرخه هیدرولوژیکی دربرمیگیرد.
چرخه آب یا چرخه هیدرولوژیکی، فرایندی پیوسته است که طی آن آب از طریق تبخیر تصفیه شده و از سطح زمین (از جمله اقیانوسها) به جو و دوباره به خشکی و اقیانوسها منتقل میشود.
تمام فرایندهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی مربوط به آب هنگام عبور از مسیرهای مختلف خود در جو، روی سطح زمین و زیر سطح زمین و از طریق گیاهان در حال رشد، برای کسانی که چرخه هیدرولوژیکی را مطالعه میکنند، مورد توجه است.
آب در چرخه پیوسته ریزش خود به صورت باران یا برف و بازگشت به جو، مسیرهای زیادی را طی میکند.
ممکن است میلیونها سال در کلاهکهای یخی قطبی محبوس بماند یا ممکن است به رودخانهها و در نهایت به دریا جریان یابد.
ممکن است در خاک نفوذ کند تا مستقیماً از سطح خاک تبخیر شود؛ زیرا خشک میشود یا توسط گیاهان در حال رشد تعرق میشود.
همچنین ممکن است از طریق خاک به مخازن آب زیرزمینی (سفرههای آب) نفوذ کند تا ذخیره شود یا ممکن است به چاهها یا چشمهها جریان یابد یا از طریق تراوش به نهرها بازگردد.
چرخه آب ممکن است کوتاه باشد یا میلیونها سال طول بکشد.
هیدرولوژیست فرایندهای اساسی انتقال را مطالعه میکند تا بتواند کمیت و کیفیت آب را در حین حرکت در چرخه (تبخیر، بارش، جریان رودخانه، نفوذ، جریان آبهای زیرزمینی و سایر اجزا) توصیف کند.
هیدرولوژیست یا مهندس منابع آب، در برنامهریزی، تجزیهوتحلیل، طراحی، ساخت و بهرهبرداری از پروژهها برای کنترل، بهرهبرداری و مدیریت منابع آب مشارکت دارد.
مشکلات منابع آب همچنین دغدغه هواشناسان، اقیانوسشناسان، زمینشناسان، شیمیدانان، فیزیکدانان، زیستشناسان، اقتصاددانان، دانشمندان علوم سیاسی، متخصصان ریاضیات کاربردی و علوم کامپیوتر و مهندسان در زمینههای مختلف است.
2# مطالعات هیدرولوژی
یک بررسی یا مطالعه هیدرولوژی، موضوعات زیادی از جمله شرایط آبوهوایی منطقه، بارندگی، ترکیب شیمیایی آب، ویژگیهای فیزیکی سنگ مانند نفوذپذیری، تخلخل، شکستگی، ترکیب شیمیایی، ویژگیهای زمینشناسی و ژئوتکتونیکی را در بر میگیرد.
در یک مطالعه هیدروژئولوژی، جدا از هیدرولوژی و زمینشناسی زیرسطحی، داشتن اطلاعات مربوط به موارد زیر اساسی است:
- اکتشافات ژئوفیزیکی: تکنیکهایی که برای تعیین ماهیت مواد موجود در زیر سطح زمین یا در مناطق اطراف آن استفاده میشوند.
- هیدروشیمی: مطالعه شیمی آبهای زیرزمینی و کیفیت آبهای زیرزمینی برای بررسی اینکه آیا با مقررات استفاده از آبهای زیرزمینی مطابقت دارد یا خیر.
- فناوری حفاری: در بسیاری از مطالعات هیدرولوژی، تفاوت بین موفقیت یا شکست در نوع حفاری و جمعآوری مواد مورد مطالعه است.
3# عوامل موثر بر مطالعات هیدرولوژی
مطالعات هیدرولوژی که بر حرکت، توزیع و لذت آب روی زمین تمرکز دارند، با مجموعهای از عواملی که حوزههای طبیعی، محیطی و مرتبط با انسان را در بر میگیرند، انجام میشوند.
این عوامل نقش مهمی در شکلدهی چرخه هیدرولوژیکی و تعیین میزان دسترسی و پایداری منابع آب دارند.
تعدادی از عوامل کلیدی که بر مطالعات هیدرولوژی تأثیر میگذارند عبارتاند از:
1-3# آبوهوا
آبوهوا یکی از محرکهای اصلی تاکتیکهای هیدرولوژیکی است.
عناصری مانند دما، الگوهای بارش، رطوبت و الگوهای باد بر میزان تبخیر، میعان و بارش تأثیر میگذارند که به نوبه خود بر توزیع و دردسترسبودن منابع آب در یک مکان تأثیر میگذارند.
2-3# توپوگرافی
شکل و ویژگیهای سطح زمین که شامل ارتفاع، شیب و پوشش زمین میشود، بر جریان آب در سراسر چشماندازها تأثیر میگذارد.
ویژگیهای توپوگرافی شامل کوهها، درهها و حوضههای زهکشی، مسیر و سرعت رواناب سطحی، تغذیه آبهای زیرزمینی و روشهای فرسایش را تعیین میکنند.
3-3# ترکیبات زمینشناسی و خاک
ترکیبات زمینشناسی و انواع خاک نقش قابلتوجهی در تعیین نفوذپذیری، تخلخل و قابلیت ذخیرهسازی آبخوانها و خاکهای سطحی دارند.
اطلاعات مربوط به خواص زمینشناسی و خاک یک مکان برای ارزیابی منابع آب زیرزمینی، هزینههای نفوذ و احتمال سیل یا خشکسالی مهم است.
فرهنگ و صنعتی شدن، فرایندهای هیدرولوژیکی طبیعی و پایداری آب یک منطقه را تغییر میدهند.
تنظیمات کاربری زمین بر رواناب سطحی، تغذیه آبهای زیرزمینی، رسوبگذاری و کیفیت آب تأثیر میگذارد و منجر به تأثیرات زیادی بر اکوسیستمها و مدیریت منابع آب میشود.
4-3# زیرساختهای هیدرولیکی
وجود سیستمهای هیدرولیکی شامل سدها، مخازن، کانالها و خاکریزها مستقیماً بر جریان آب در سیستمهای رودخانهای تأثیر میگذارد و بر کنترل سیل، آبیاری و مدیریت تحویل آب تأثیر میگذارد.
اطلاعات مربوط به عملکرد و تأثیر زیرساختهای هیدرولیکی برای کنترل پایدار منابع آب و کاهش خطر بلایای طبیعی بسیار مهم است.
5-3# پویایی جمعیت
افزایش جمعیت، الگوهای مهاجرت و بهبود وضعیت اجتماعی – مالی، در تقاضای آب، الگوهای مصرف و سطوح آلایندهها نقش دارند.
عوامل جمعیتی بر کمیت و بهترین منابع آبی که برای مصارف خانگی، تجاری و کشاورزی در دسترس است، تأثیر میگذارند و منجر به درگیری بر سر تخصیص آب و رقابت برای منابع محدود آب میشوند.
6-3# تغییرات و نوسانات آبوهوا
تغییرات آبوهوا، الگوهای هیدرولوژیکی را تغییر داده و چالشهای مرتبط با آب از جمله خشکسالی، سیل و افزایش دمای سطح دریا را تشدید میکند.
تغییرات دما، بارش و فعالیتهای اقلیمی بیش از حد، بر زمانبندی و اهمیت رویکردهای هیدرولوژیکی تأثیر میگذارند و شرایط بسیار دشواری را برای تکنیکهای کنترل و مدیریت منابع آب ایجاد میکنند.
7-3# پوشش و مدیریت
چارچوبهای مدیریتی، مقررات کنترل آب و تمهیدات نهادی، تخصیص، استفاده و حفاظت از منابع آب را کنترل میکنند.
سازوکارهای مؤثر حکمرانی آب برای پرداختن به چالشهای مربوط به آب، ارتقای مشارکت ذینفعان و تضمین دسترسی پایدار و عادلانه به آب برای همه ضروری است.
4# مولفه های کلیدی در مطالعات هیدرولوژی
چندین مؤلفه اساسی، پایه و اساس مطالعات هیدرولوژی را تشکیل میدهند و بینشهای ارزشمندی در مورد مدیریت آب و مسائل زیستمحیطی ارائه میدهند.
- اندازهگیری بارش: درک الگوهای بارندگی با استفاده از ابزارهایی مانند بارانسنجها و سیستمهای راداری
- تحلیل جریان آب: پایش و پیشبینی جریان آب در رودخانهها و نهرها
- ارزیابی آبهای زیرزمینی: ارزیابی میزان دسترسی و حرکت آب در زیر سطح زمین
- مدلسازی: استفاده از مدلهای ریاضی برای شبیهسازی حرکات آب و پیشبینی سناریوهای آینده آب
با درک این مؤلفهها، هیدرولوژیستها میتوانند استراتژیهایی را برای کاهش کمبود آب، کنترل سیل و تضمین تأمین آب کافی برای کشاورزی، صنعت و جوامع تدوین کنند.
5# انواع مطالعات هیدرولوژی
بر اساس دیدگاهها و کاربردهای مختلف تحقیقاتی، مطالعات هیدرولوژی را میتوان به انواع مختلفی طبقهبندی کرد.
سه روش اصلی طبقهبندی عبارتاند از:
- بر اساس موضوع مطالعه
- بر اساس دامنه کاربرد
- و بر اساس فرایند چرخه آب
1-5# هیدرولوژی بر اساس موضوع مطالعه
1) هیدرولوژی رودخانه
هیدرولوژی رودخانه، مبانی نظری و پشتیبانی فنی برای مدیریت رودخانه، کنترل و زهکشی سیل و مدیریت منابع آب را فراهم میکند و پدیدههای هیدرولوژیکی رودخانهها، از جمله منبع تغذیه رودخانه، فرایند رواناب، مکانیسم تشکیل سیل، حرکت رسوب و تعامل بین رودخانهها و آبهای زیرزمینی، دریاچهها، باتلاقها و سایر بدنههای آبی را مطالعه میکند.
2) هیدرولوژی دریاچه (لیمنولوژی)
هیدرولوژی دریاچه، مبنای علمی برای حفاظت از محیط زیست دریاچه، توسعه منابع آب، مدیریت کیفیت آب و هشدار بلایا را فراهم میکند و به مطالعه تعادل آب دریاچهها، حرکت آب دریاچه، رسوبگذاری دریاچه، تکامل دریاچه و بلایای مرتبط با دریاچه (مانند طغیان دریاچه، شیوع سیانوباکتریها) و سایر مسائل میپردازد.
3) هیدرولوژی آبهای زیرزمینی
این نوع از مطالعات هیدرولوژی، پشتیبانی فنی برای مدیریت منابع آبهای زیرزمینی، تأمین آب آشامیدنی، پیشگیری و کنترل آلودگی آبهای زیرزمینی ارائه میدهد و به مطالعه تشکیل، حرکت و توزیع آبهای زیرزمینی، توسعه، بهرهبرداری و حفاظت از منابع آب زیرزمینی و همچنین رابطه متقابل بین آبهای زیرزمینی و سطحی میپردازد.
4) هیدرولوژی یخچالهای طبیعی
هیدرولوژی یخچالهای طبیعی، مبنای علمی برای مدیریت منابع آب، تحقیقات تغییرات اقلیمی و احیای اکولوژیکی در مناطق یخچالهای طبیعی فراهم میکند و به مطالعه تشکیل، توسعه، حرکت و فرسایش یخچالهای طبیعی، توسعه، بهرهبرداری و حفاظت از منابع آب یخچالهای طبیعی و تأثیر ذوب یخچالهای طبیعی بر تغییرات اقلیمی جهانی میپردازد.
5) هیدرولوژی باتلاق
به بررسی پدیدههای هیدرولوژیکی موجود در منطقه باتلاق، مانند گردش آب، رابطه بین پوشش گیاهی و آب و غیره میپردازد.
6) هیدرولوژی مصب رودخانهها
مطالعه ویژگیهای هیدرولوژیکی مناطق مصب رودخانهها، مانند تغییر شوری، تأثیر جزرومد، رسوبگذاری و غیره را انجام میدهد.
2-5# براساس دامنه کاربرد
1) هیدرولوژی مهندسی
مطالعات هیدرولوژی مهندسی به طور گسترده در زمینههای طراحی مهندسی حفاظت از آب، پیشبینی سیل، برنامهریزی مخزن و طراحی سیستم زهکشی شهری مورد استفاده قرار میگیرد و مطالعات هیدرولوژی را برای حفاظت از آب، برق آبی، حملونقل آب، ساخت و ساز، جادهها، پلها و سایر برنامهریزیهای مهندسی، طراحی، ساخت و مدیریت عملیات برای ارائه دادههای هیدرولوژیکی و محاسبات هیدرولوژیکی انجام میدهد.
2) هیدرولوژی کشاورزی
هیدرولوژی کشاورزی راهنمایی علمی برای مدیریت منابع آب، فناوری آبیاری صرفهجویی در مصرف آب و پایش رطوبت خاک در تولیدات کشاورزی ارائه میدهد و به مطالعه توسعه و بهرهبرداری از منابع آب کشاورزی، آبیاری زمینهای کشاورزی، زهکشی، شرایط رطوبت خاک، نیاز آبی محصولات و سایر مسائل میپردازد.
3) هیدرولوژی جنگل
مطالعات هیدرولوژی جنگل، مبنای علمی برای حفاظت از محیطزیست جنگل، ساخت جنگلهای حفاظت از آب و جلوگیری از آتشسوزی جنگلها را فراهم میکند و تأثیر جنگلها بر فرایندهای هیدرولوژیکی، از جمله اثرات جنگلها بر بارش، رواناب، تبخیر، رطوبت خاک و غیره، و همچنین ارزیابی اثرات هیدرولوژیکی جنگلها و توسعه و بهرهبرداری از منابع آب جنگلی را مطالعه میکند.
4) هیدرولوژی شهری
هیدرولوژی شهری پشتیبانی فنی برای برنامهریزی شهری، طراحی سیستم مدیریت آب باران، ساخت تأسیسات کنترل سیلاب و زهکشی شهری و غیره ارائه میدهد و پدیدههای هیدرولوژیکی و مشکلات هیدرولوژیکی در مناطق شهری، مانند رواناب آبهای سطحی شهری، کنترل و زهکشی سیلاب شهری، توسعه، بهرهبرداری و حفاظت از منابع آب شهری و غیره را مطالعه میکند.
5) هیدرولوژی محیطی
به مطالعه تأثیر تغییرات محیطی بر فرایندهای هیدرولوژیکی، مانند تأثیر تغییرات اقلیمی بر منابع آب، مهاجرت آلایندهها در بدنههای آبی میپردازد.
6) اکوهیدرولوژی
مطالعه تعامل بین فرایندهای هیدرولوژیکی و اکوسیستمها، مانند ویژگیهای هیدرولوژیکی اکوسیستمهای تالابی، ارزیابی سلامت اکوسیستمهای رودخانهای را انجام میدهد.
3-5# طبق فرایند چرخه آب
علاوه بر دو طبقهبندی فوق، مطالعات هیدرولوژی را میتوان بر اساس بخشهای مختلف چرخه آب نیز طبقهبندی کرد:
1) هیدرولوژی بارش
هیدرولوژی بارش، پشتیبانی دادهای برای مدیریت منابع آب، پیشبینی سیل و آبیاری کشاورزی فراهم میکند و به بررسی فرایند، ویژگیها و قانون توزیع بارش، از جمله منبع و نوع بارش (مانند باران، برف و مه)، مقدار بارش، شدت بارش و توزیع زمانی بارش میپردازد.
2) هیدرولوژی آبهای سطحی
هیدرولوژی آبهای سطحی در زمینههای هشدار اولیه سیل، مدیریت حوزه آبخیز و تخصیص منابع آب مورد استفاده قرار میگیرد و به مطالعه توزیع، جریان، تبخیر، نفوذ و تجمع آبهای سطحی (مانند رودخانهها، دریاچهها، مخازن و غیره) میپردازد.
3) هیدرولوژی آبهای زیرزمینی
هیدرولوژی آبهای زیرزمینی پشتیبانی فنی برای مدیریت منابع آبهای زیرزمینی، تأمین آب آشامیدنی و جلوگیری از آلودگی آبهای زیرزمینی ارائه میدهد و به مطالعه توزیع، حرکت، ذخیره و استخراج آبهای زیرزمینی میپردازد.
4) آب و هواشناسی
آب و هواشناسی معمولاً در زمینههای پیشبینی آبوهوا، مدیریت منابع آب، پیشبینی سیل و غیره برای کمک به پیشبینی تأثیر تغییرات آبوهوا بر چرخه آب استفاده میشود و به بررسی رابطه متقابل بین فرایندهای هیدرولوژیکی و عوامل هواشناسی، بهویژه تأثیر بارش، تبخیر، تعرق و سایر شرایط هواشناسی بر فرایندهای هیدرولوژیکی میپردازد.
6# روشهای جمعآوری دادهها در هیدرولوژی
روشهای مؤثر جمعآوری دادهها برای مطالعات هیدرولوژی بسیار مهم هستند.
تکنیکهای رایج جمعآوری دادهها عبارتاند از:
- بارانسنجها: ابزارهایی مانند بارانسنجها میزان بارندگی را در یک دوره اندازهگیری میکنند تا به تخمین ورودی آب به سیستم کمک کنند.
- ایستگاههای اندازهگیری جریان: این ایستگاهها جریان آب در رودخانهها و نهرها را اندازهگیری میکنند و دادههای حیاتی را برای ارزیابی سطح آب و خطرات سیل ارائه میدهند.
- چاههای آب زیرزمینی: نظارت بر چاهها، سطح آب زیرزمینی را ارزیابی کرده و به تعیین نرخ تغذیه و پایداری کمک میکنند.
فناوریهای سنجشازدور، از جمله ماهوارهها، با ارائه دادههای در مقیاس بزرگ و بلادرنگ، نقش فزایندهای در جمعآوری دادههای هیدرولوژیکی ایفا میکنند.
7# کاربردهای کلیدی و عملی هیدرولوژی
باتوجهبه گستردگی زمینههای مطالعات هیدرولوژی، این مطالعات در کاربردهای مختلفی مورد استفاده قرار میگیرند که از جمله این کاربردها میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
1-7# مدیریت آب
هیدرولوژی به طور گسترده در مدیریت آب، چه در محیط های شهری و چه در محیطهای روستایی، مورد استفاده قرار میگیرد.
این علم امکان ارزیابی میزان دسترسی به آب، تجزیهوتحلیل الگوهای بارندگی و چرخه هیدرولوژیکی را فراهم میکند.
این علم در تدوین استراتژیهایی برای تأمین آب آشامیدنی، آبیاری کشاورزی، تولید برق آبی و سایر مصارف آب نقش مهمی دارد.
2-7# پیشبینی سیل
هیدرولوژی نقش حیاتی در پیشبینی و مدیریت سیل ایفا میکند.
از طریق پایش جریان رودخانه، جمعآوری دادههای بارندگی و استفاده از مدلهای هیدرولوژیکی، میتوان مناطق مستعد سیل را شناسایی کرد و اقدامات کاهشی را برای محافظت از جوامع و زیرساختها انجام داد.
3-7# طراحی زیرساختهای هیدرولیکی
مطالعات هیدرولوژی در طراحی و برنامهریزی زیرساختهای هیدرولیکی مانند مخازن، کانالها، خاکریزها و سیستمهای زهکشی به کار میرود.
این علم امکان ارزیابی جریان آب، فرسایش خاک و سایر عوامل هیدرولوژیکی را برای اطمینان از ایمنی و کارایی این سازهها فراهم میکند.
4-7# مدیریت حوزه آبخیز
هیدرولوژی نقش مهمی در مدیریت یکپارچه حوزههای آبخیز ایفا میکند.
این علم به درک رابطه بین اجزای مختلف سیستم آب، مانند رودخانهها، دریاچهها و سفرههای آب زیرزمینی کمک میکند.
این درک، امکان تصمیمگیری آگاهانه در مورد حفاظت و استفاده پایدار از منابع آب در یک حوزه آبخیز خاص را فراهم میکند.
5-7# ارزیابی اثرات زیستمحیطی
هیدرولوژی برای ارزیابی اثرات زیستمحیطی مربوط به آب استفاده میشود.
این علم به شناسایی کیفیت آب، سطح آلودگی، از بین رفتن زیستگاههای آبی و سایر جنبههای حیاتی زیستمحیطی کمک میکند.
این اطلاعات برای اجرای اقدامات لازم برای حفاظت و نگهداری از اکوسیستمهای آبی و ترویج شیوههای توسعه پایدار ضروری است.
نتیجه گیری
مطالعات هیدرولوژی بهعنوان علمی تعریف میشود که آب روی زمین، از جمله توزیع، گردش و کیفیت آن را مطالعه میکند.
این علم بر درک فرایندهای هیدرولوژیکی که در سیستمهای مختلف آبی روی کره زمین، از رودخانهها و دریاچهها گرفته تا حوزههای آبخیز و سفرههای آب زیرزمینی رخ میدهد، تمرکز دارد.
علاوه بر این، از هیدرولوژی برای تصمیمگیریهای مهم مربوط به مدیریت آب استفاده میشود.
به عنوان مثال، از دادههای هیدرولوژیکی برای طراحی پروژههای سدسازی، ارزیابی خطرات سیل و خشکسالی و برنامهریزی مدیریت حوزه آبخیز استفاده میشود.
هیدرولوژی مهم است؛ زیرا آب یک منبع حیاتی برای زندگی و بقای انسانها، گیاهان و جانوران است.
همچنین برای کشاورزی، تولید انرژی، صنعت و گردشگری ضروری میباشد.
هیدرولوژیستها از ابزارها و تکنیکهایی مانند اندازهگیری جریان، ارزیابی کیفیت آب و مدلسازی ریاضی برای درک چگونگی رفتار آب در طبیعت و نحوه تعامل آن با سایر اجزای محیط زیست مانند پوشش گیاهی، خاک و جو استفاده میکنند.
نظرتون درباره این مقاله چیه؟
ما رو راهنمایی کنید تا اون رو کامل تر کنیم و نواقصش رو رفع کنیم.
توی بخش دیدگاه ها منتظر پیشنهادهای فوق العاده شما هستیم.