Інтерес до історії гідрології дуже великий, так як вода відіграє визначальну роль в житті людей, існування всієї флори і фауни.
Розвиток гідрологічних знань завжди стимулювалося, по-перше, одвічним прагненням людей пізнати невідоме, зокрема закони природи, і, по-друге, практичними потребами.
У далекій давнині життя людини поблизу води, особливо якщо ця вода використовувалася їм для зрошення полів, багато в чому залежала від режиму водних об'єктів. Людина змушений був стежити за цим режимом, вести спостереження. До числа найбільш ранніх гідрологічних спостережень відносяться спостереження древніх єгиптян за коливаннями рівня води на Нілі за допомогою «ніломер» - перше гідрологічних постів.
Одночасно з початком розвитку інших наук в Стародавній Греції виникли і деякі гідрологічні уявлення. Давньогрецький філософ Фалес вважав, що в основі всіх явищ лежить «волога природа», т. Е. Вода: все виникає з води і в неї перетворюється. Інший давньогрецький філософ-матеріаліст Геракліт вважав, що в основі всього сущого лежить кругообіг речовин (стихій) - вогню, повітря, води і землі. Гераклітові належить знаменитий образ ріки, в яку не можна увійти двічі, оскільки вона весь час змінюється. Гідрологічні явища викликали великий інтерес давньогрецького історика і мандрівника Геродота. Він провів перші дослідження стародавнього Нілу і Дунаю (Істра). До води проявляли інтерес і інші мислителі Стародавньої Греції - Платон і Аристотель (вони замислювалися про походження річок і джерел).
Внесок в розвиток гідрологічних знань внесли давньоримські мислителі. Вітрувій цікавився пошуком підземних вод, Герон Олександрійський першим припустив, що витрата води дорівнює добутку площі поперечного перерізу потоку на швидкість течії. Про пізнанні древніх римлян в гідрології та гідротехніки свідчать і акведуки - водопроводи Рима - дивовижні споруди стародавнього світу.
Новий поштовх у розвитку гідрологічних знань припадає на епоху Відродження. Леонардо да Вінчі (1452-1519) одним з перших знайшов правильне тлумачення походження річок, зазначивши роль і дощових, і підземних вод. Леонардо да Вінчі провів перші спостереження за динамікою водного потоку і може вважатися основоположником річковий гідравліки.
Початок гідрологічних спостережень в Росії відноситься до XV в. в записах російських літописців збереглися відомості про повені, паводки, замерзанні і розтині річок. Багато даних про річки і озерах приведено в «Книзі Великому кресленню" - додатку до однієї з перших карт Росії (одна тисяча п'ятсот п'ятьдесят дві).
У XVII ст. почалися спостереження за рівнем води на р. Москві. За Петра I проводилися перші гідрологічні вишукування на Дону, Оці, Волзі з метою використання цих річок для судноплавства. У 1715 р були організовані постійні спостереження за режимом р. Нерви у Петропавлівській фортеці. У вивчення річок помітний внесок внесли російські землепрохідці і географи XVIII в.
Широкий розвиток гідрологічних досліджень і досліджень в нашій країні почалося в 20-х роках минулого століття. Ці дослідження були спрямовані на комплексне використання водних ресурсів країни (не тільки для судноплавства, а й для гідроенергетики і зрошення). У 1919 році був створений Російський гідрологічний інститут (ГГИ). У 1920 р був прийнятий план електрифікації Росії (план ГОЕЛРО), виконання якого вимагало проведення широких гідрологічних досліджень.
У 1929 р був заснований Гідрометеорологічний комітет при Раді Народних Комісарів СРСР, на який покладалося проведення гідрологічних спостережень і досліджень. У 1933р. цей комітет був перетворений в Центральне управління Єдиної гідрометеорологічної служби СРСР (ЦУЕГМС), а в 1936р. - в Головне управління гідрометеорологічної служби (ГУГМС) при Раді Міністрів СРСР. У 1931 р в нашій країні почалися роботи по складанню «Водного кадастру СРСР» - систематизованих відомостей про режим річок, озер, морів, льодовиків, підземних вод.
У передвоєнний період зусиллями великих вчених В. Г. Глушкова, Д. І. Кочеріна, М. А. Великанова, Б. В. Полякова і багатьох інших були розроблені теоретичні основи гідрології суші. Таким чином, гідрологія суші як самостійна наука оформилася в Радянському Союзі в 20-30- х роках минулого століття.
У повоєнні роки відновлення і подальший розвиток народного господарства країни зажадали істотного розширення гідрологічних вишукувань і досліджень. Ведуться гідрологічні роботи для великого гідроенергетичного будівництва на Дніпрі і Волзі, меліоративних заходів на півдні Європейської території Союзу і Середньої Азії, поліпшення судноплавних умов на Волзі і сибірських річках. Крім перерахованих вище вчених великий внесок в розвиток гідрології суші внесли Б. А. Аполло, Б. Д. Зайков, П. С. Кузин, Л. К. Давидов, Г. В. Лопатин, А. В. Огієвський, Д. Л . Соколовський, М. І. Львович, Г. Г. Сванідзе, А. В. Карауш та багато інших.
З 1978 р в СРСР запроваджено Державний водний кадастр (ГВК), що представляє собою систематизований, постійно поповнюваний і уточнюється звід відомостей про водні об'єкти, що становлять єдиний державний водний фонд щодо білоруського режиму, як і використання вод. ГВК складається з трьох розділів: 1) поверхневі води (річки і канали; озера і водосховища; якість вод суші; селеві потоки; льодовики; моря і морські гирла річок), 2) підземні води; 3) використання вод.
Тепловий і водний баланси
Водні ресурси Землі
Таблиця 1. Запаси води на земній кулі
Види природних вод
Площа поверхні Землі 510 млн. Км 2. З цієї площі водами Світового океану покрито 361 млн. Км 2 (71%), а площа суші становить 149 млн. Км 2. Загальна площа водних об'єктів на поверхні суші становить 21,5 млн км 2 . або 14,4% площі суші.
Таким чином, загальна площа водних об'єктів на поверхні Землі становить: 361 млн. Км 2 (океани і моря) + 21,5 млн. Км 2 (водні об'єкти суші, включаючи льодовики) = 382,5 млн. Км 2. т. Е . 75% або 3/4 поверхні планети.
Загальний обсяг води у водних об'єктах на земній кулі близько 1390 млн. Км 3 при цьому на частку Світового океану припадає 96,4% (табл. 5. 3. 1). З цієї кількості лише 2,65% (36,7 млн. Км 3) припадає на частку прісних вод, велика частина яких (71%) представлена твердою фазою (льодом).
У такому трактуванні найбільший інтерес представляють прісні води, обсяг яких становить лише 2,65% (36,7 млн. Км 3) від загального запасу води на Землі. Ресурси прісних вод складаються з статичних (вікових) запасів води і з безперервно поновлюваних водних ресурсів, т. Е. Стоку річок.
Запаси прісних вод усіх континентів, за винятком Антарктиди, складають близько 15 млн. Км 3. але розподілені вони між континентами нерівномірно. Найбільшими статичними ресурсами володіють Північна Америка та Азія, дещо меншими - Південна Америка і Африка і найменш багаті прісними водами Європа і Австралія з Океанією.
Поновлювані водні ресурси також розподілені по земній кулі нерівномірно: на Азію припадає 32% стоку всіх річок планети, на Південну Америку - 26%, на Європу - 7% і на Австралію з Океанією 5%.
З країн світу найбільш забезпечені річковими водними ресурсами Бразилія - 9230, Росія - 4348, США -2850, Китай -2600 км 3 води в рік.
Незважаючи на сприятливе в цілому стан поновлюваних водних ресурсів Росії, в цілому ряді районів є серйозні проблеми з водопостачанням населення і господарства. Ці проблеми пов'язані з вкрай нерівномірним розподілом водних ресурсів по території країни, з великою їх тимчасової мінливістю і високою забрудненістю вод. Добре забезпечені водою Сибірський і Далекосхідний федеральні округи, в меншій мірі - Уральський і Північно - Західний, найгірше - Приволзький, Центральний та Південний.
Кругообіг води в природі
Коли вперше було визначено обсяг всіх руслових річкових вод Землі (0,0002% гідросфери), дивним здавалося, що такий малий обсяг служить початком формування майже всіх джерел прісних вод, доступних для використання.
Відбувається ж це завдяки дивовижному природному процесу, званого кругообігом води (влагооборота).
Причина невичерпність джерел з давніх часів цікавила людей. Натурфілософ Греції Фалес в IV столітті до н. е. вважав, що морська вода вганяють у земні надра, піднімається по гірських породах вгору і, утворюючи джерела, по річкових русел стікає в низ. Але вже Аристотель (384 - 322 рр. До н.е.) був близький до розуміння влагооборота, а Тит Лукрецій Кар в I столітті до н. е. в художній формі описав процес кругообігу води.
В даний час під кругообігом води (влагооборота) розуміють постійний обмін вологою між гідросферою, атмосферою і земною поверхнею, що складається з процесів випаровування, перенесення водяної пари в атмосфері, випадання опадів і стоку.
1. Малий або океанічний круговорот, коли випарувалася з поверхні океану вода конденсується в повітрі і знову повертається в океан.
2. Великий кругообіг, що включає решту води, яка випадає на материки і надходить знову в океан.
Великий кругообіг включає місцевий або внутрішньоматерикові влагооборот - процес випаровування і осадження усередині материків вологи, яку переносять з океану на сушу. Ця волога, перш ніж повернутися в океан, робить кілька обертів, забезпечуючи вологою території, далеко віддалені від океану. Чим інтенсивніше проходить влагооборот і триваліша перебування води на материку, тим ефективніше її можна використовувати в економіці країни. В межах Росії ці опади не перевищують 10% загальної кількості вологи, що надходить з океанів.
Виділяють області зовнішнього стоку - частина суші (78%), з якої річки несуть свої води в Світовий океан, і внутрішнього стоку - частина суші, з якої вода надходить в замкнуті водойми, що не повідомляються зі Світовим океаном. В областях внутрішнього стоку відзначаються самостійні влагооборота.
Тепловий і водний баланси
Рушійні сили кругообігу води - сонячна енергія і сила тяжіння. Під впливом тепла відбувається випаровування, конденсація водяної пари і інші процеси при фазових переходах. Сила тяжіння спричиняє падіння крапель дощу, течії річок, руху ґрунтових і підземних вод.
Кількісним виразом законів збереження речовини і енергії, що беруть участь у влагооборота, служать рівняння теплового і водного балансів.
Співвідношення приходу і витрати тепла з урахуванням його зміни за обраний інтервал часу для даного об'єкту називається тепловим балансом.
Рівняння теплового балансу для інтервалу часу # 916; t можна представити у вигляді:
# 916; Q = Q + - Q -. (14)
де Q + - теплота, яка надходить до даного об'єкта ззовні, а також виділяється при льодоутворення, конденсації водяної пари, розкладанні деяких речовин; Q - - теплота, що видаляється за межі об'єкта, що витрачається в межах об'єкта на випаровування води, плавлення льоду, хімічні і біохімічні процеси; # 916; Q - зміна за час # 916; t змісту теплоти в об'єкті. Одиниці виміру в рівнянні - одиниці теплоти (Дж).
Найбільш важливий член прибуткової частини рівняння теплового балансу - радіаційний баланс R, що представляє собою різницю між кількістю сумарною короткохвильового сонячної радіації, що поглинається поверхню води або суші Qc. і ефективним довгохвильовим випромінюванням цієї поверхні I:
R = Qc - I = (Q + q) · (1 - r) - I, (15)
де Q - пряма, q - розсіяна сонячна радіація, r - альбедо поверхні, т. е. ставлення кількості відбитої сонячної радіації до кількості що надходить, I - ефективне випромінювання, рівне різниці між випромінюванням поверхні об'єкта в атмосферу і поглинутим зустрічним випромінюванням атмосфери.
Метод теплового балансу широко використовують в гідрології для дослідження змін температури води в водних об'єктах.
Співвідношення приходу і витрат води з урахуванням зміни її запасів за вибраний інтервал часу для даного об'єкту називається водним балансом.
В основі розвитку гідрологічної науки протягом 300 років лежало трикомпонентну вираз водного балансу:
де х - опади, у - стік, Е - випаровування.
Вперше воно було отримано французом П'єром Перо (братом більш відомого Шарля Перо), який в трактаті «Про походження джерел» дав кількісне зіставлення атмосферних опадів і стоку для верховий річки Сени.
У сучасному уявленні рівняння можна представити у вигляді:
# 916; u = х - (у + Е), (16)
де # 916; u - зміна запасів води на поверхні і в товщі грунтів за час # 916; t.
Для водного об'єкта або водозбірного ділянки суші в розгорнутому вигляді рівняння водного балансу представляють у вигляді:
x + y1 + w1 + z1 = y2 + w2 + z2 u, (17)
де x - атмосферні опади на поверхню об'єкта; y1 - поверхневий приплив води ззовні; w1 - підземний приплив води ззовні; z1 - конденсація водяної пари; y2 - поверхневий відтік води за межі об'єкта; w2 - підземний відтік води за межі об'єкта; z2 - випаровування; # 916; u - зміна обсягу води в межах об'єкта.
Члени рівняння водного балансу висловлюють або в величинах шару стоку (мм, см, м), або в об'ємних одиницях (м 3. км 3).