Idrologia: definizione, ambito, storia e applicazione

Leggi questo articolo per conoscere la definizione, la portata, la storia e l'applicazione dell'idrologia.

Definizione e portata dell'idrologia:

L'idrologia è la scienza che si occupa di tutti gli aspetti dell'acqua disponibile sulla terra. Comprende lo studio della presenza di acqua, le sue proprietà, la sua distribuzione e circolazione e anche i suoi effetti sugli esseri viventi e sui loro dintorni. Non è interamente una scienza pura perché ha molte applicazioni pratiche e utilizza molto la conoscenza di altre scienze.

In generale, l'intera materia può essere espressa sotto forma di equazione matematica.

L'equazione è:

P = R + L o

Precipitazioni = Runoff + Losses

Nella suddetta equazione, la precipitazione indica la fornitura totale di acqua da tutte le forme di umidità in caduta e include principalmente precipitazioni e nevicate. Il deflusso rappresenta l'acqua in eccesso che scorre sulla superficie per unirsi a un fiume o un mare.

Il termine perdite comprende quella porzione di acqua che va in atmosfera e interrata dai processi come evaporazione e percolazione rispettivamente. Per ragioni pratiche, l'idrologia non copre tutti gli studi - degli oceani e degli usi medici dell'acqua.

Dopo aver studiato questa equazione con lo sfondo del ciclo idrologico, sarà chiaro che il termine perdite non implica mai che quest'acqua sia perduta e non possa essere riutilizzata. È l'acqua che scompare temporaneamente dalla vista (ad esempio, evaporazione, infiltrazioni, ecc.) E date condizioni favorevoli, riappare per svolgere vari compiti. Quindi, è necessario studiare tutti e tre i termini dell'equazione, vale a dire rainall, runoff e perdite.

Il tema dell'idrologia riguarda principalmente:

io. Valutazione delle precipitazioni di raccolta;

ii. Valutazione del flusso affidabile;

iii. Progettare calcoli di inondazioni per la sicurezza delle strutture idrauliche;

iv. Valutazione delle perdite; e

v. Calcolo della vita utile e della capacità dei serbatoi.

Storia dello sviluppo:

Si può ritenere che la moderna scienza dell'idrologia sia iniziata con le misurazioni della pioggia, dell'evaporazione, dello scarico del fiume con il metodo della velocità dell'area ecc. Da queste misurazioni iniziate nel 17 ° secolo gli scienziati sono stati in grado di trarre conclusioni corrette sul fenomeno idrologico osservato. Tuttavia, l'avvento dell'idrologia non può essere considerato solo dal XVII secolo. Infatti il ​​concetto di ciclo idrologico è stato professato da molti filosofi da tempo immemorabile.

La cronologia delle varie fasi di sviluppo della scienza dell'idrologia può essere ampiamente visualizzata come segue:

io. Speculazione di concetti - fino al 14 ° secolo

ii. Osservazioni - 15 ° al 16 ° secolo

iii. Misure - 17 ° secolo

iv. Sperimentazioni - XVIII secolo

v. Modernizzazione - XIX secolo

VI. Quantificazione delle formule empiriche - dal 1900 al 1930

vii. Razionalizzazione della teoria idrologica dal 1930 al 1950

viii. Teorizzazione mediante analisi matematica - dal 1950 ad oggi

Sebbene fino alla fine del 14 ° secolo i concetti idrologici fossero solo ipotizzati, furono costruite molte strutture idrauliche. Le grandi opere conosciute nella storia sono i pozzi abassiniani, i kanati persiani, i sistemi di irrigazione egiziani e cinesi, i sistemi di approvvigionamento idrico e di drenaggio della valle dell'Indo, gli acquedotti romani, i lavori di controllo delle inondazioni cinesi ecc. Questi furono costruiti naturalmente sulla base della conoscenza pratica dell'idrologia sebbene non fosse ampiamente enunciata.

Nei successivi due secoli le tendenze della mera speculazione passarono a un'osservazione attenta. Durante questo periodo Leonardo da Vinci riconobbe il ciclo idrologico come è accettato oggi. Il diciassettesimo secolo ha visto lo sviluppo di tecniche per la misurazione delle precipitazioni, l'evaporazione, la portata dei fiumi ecc., Che ha fornito una prova documentata del principio del ciclo idrologico. I nomi di Pierre Perrault e di Edme Mariotte sono degni di nota in questo contesto.

Nel XVIII secolo vennero eseguiti numeri di studi sperimentali idraulici nel campo dell'idrologia. Di conseguenza sono stati scoperti vari principi idraulici. Tra questi si segnalano il piezometro Bernoullis, il tubo Borda, il tubo di Pitot, il teorema di Bernoulli, la formula di Chezy, ecc. Questi sviluppi hanno contribuito enormemente all'avvio di studi quantitativi idrologici.

Nel diciannovesimo secolo gli studi sperimentali furono notevolmente modernizzati. Tutte queste attività hanno costituito una solida base della moderna scienza dell'idrologia. La maggior parte dei contributi riguardava l'idrologia delle falde acquifere e la misurazione delle acque superficiali. La legge di Darcy sul flusso di acque sotterranee, la formula del pozzo di Dupit, l'equazione del flusso capillare di Hagen-Poiseuille, la formula di scarico di Francis Weir. La determinazione di Ganguillet e Kutter del coefficiente di Chezy. La formula del flusso di Manning, lo sviluppo del prezzo corrente-metro, la legge di Dalton sono alcuni degli sviluppi degni di nota di questo secolo.

Fino alla fine del diciannovesimo secolo la scienza dell'idrologia era in gran parte empirica. Era così perché la base fisica per molte determinazioni idrologiche quantitative non era ben nota. La scelta dei coefficienti e dei parametri da utilizzare nelle formule empiriche doveva dipendere dall'esperienza e dal giudizio. Pertanto, l'ad-hocismo in idrologia è diventato più evidente. Nei primi tre decenni del XX secolo sono state intraprese crescenti ricerche idrologiche per il progresso della scienza dell'idrologia.

Durante il periodo tra il 1930 e il 1950 emersero grandi idrologi che diedero basi razionali per risolvere problemi idrologici al posto di soluzioni empiriche. Per citarne alcuni, Sherman diede la teoria dell'idrografia unitaria, Horton diede il metodo per determinare l'eccesso di precipitazioni sulla base della teoria dell'infiltrazione, Gumbel propose l'uso della distribuzione del valore estremo per l'analisi di frequenza, Einstein sviluppò la funzione di carico del letto per l'uso nell'analisi teorica di problemi di sedimentazione.

Dal 1950, approcci sempre più teorici sono stati adottati nei problemi idrologici. Ora tali problemi sono prontamente sottoposti ad analisi matematica. Con lo sviluppo di computer, la soluzione di complicate teorie matematiche idrologiche è diventata una realtà.

Applicazione in ingegneria:

Il successo di qualsiasi progetto di sviluppo delle risorse idriche dipende dalla disponibilità di acqua tempestiva e sufficiente. Naturalmente la corretta valutazione di questa risorsa naturale assume una grande importanza. Con la valutazione cerchiamo di sapere in dettaglio da dove proviene la risorsa, dove va, a che ora o quando arriva e quanto è realmente disponibile.

Pertanto, le indagini idrologiche costituiscono il primo passo in qualsiasi schema di sviluppo delle risorse idriche che coinvolga la progettazione, la costruzione e il funzionamento di strutture idrauliche. La storia delle strutture idrauliche che hanno fallito dimostra che la maggior parte dei fallimenti è dovuta a un'analisi idrologica insufficiente fatta mentre le strutture sono state progettate e costruite piuttosto che a causa di debolezza strutturale.

Il costo della raccolta di dati idrologici sufficienti e della sua analisi costituisce una parte insignificante del costo totale del progetto di sviluppo delle risorse idriche, ma garantisce il buon funzionamento e la durata del progetto e quindi diventa un'attività indispensabile.

Sebbene l'acqua sia una delle risorse naturali più vitali, a volte porta distruzione a causa di tempeste e inondazioni. Si prevede che un ingegnere possa prevedere inondazioni, per assicurare un'adeguata capacità di stoccaggio per l'irrigazione, la produzione di energia idroelettrica, la fornitura di acqua industriale e domestica, il controllo delle inondazioni ecc.

Le applicazioni pratiche della conoscenza dell'idrologia sono le seguenti:

io. Il flusso di picco e le condizioni di flusso future, in qualsiasi punto della valle di drenaggio, possono essere correttamente stimati per qualsiasi bacino o area.

ii. La capacità del canale di scarico può essere progettata in modo accurato stimando l'alluvione del progetto.

iii. La progettazione del lavoro di addestramento fluviale è facilitata.

iv. È possibile calcolare i rendimenti affidabili del flusso per la produzione di energia idroelettrica.

v. L'approvvigionamento idrico di piani urbani e fognari può essere adeguatamente progettato.

VI. Il conto delle risorse idriche di un bacino fluviale può essere preparato.

vii. La capacità del serbatoio può essere determinata con precisione.

viii. Il funzionamento dei serbatoi può essere fatto in modo efficiente.