อุทกวิทยา: ประวัติศาสตร์วัตถุประสงค์ของการศึกษาและการวิจัย - วิทยาศาสตร์ - 2025

อุทกวิทยาเป็นวิทยาศาสตร์ที่ ข้อเสนอ กับการศึกษาของน้ำในทุกแง่มุมของตนรวมถึงการกระจายของตนในโลกและวัฏจักรของมัน นอกจากนี้ยังกล่าวถึงความสัมพันธ์ของน้ำกับสิ่งแวดล้อมและสิ่งมีชีวิต

การอ้างอิงครั้งแรกในการศึกษาพฤติกรรมของน้ำย้อนกลับไปในสมัยกรีกโบราณและอาณาจักรโรมัน การวัดการไหลของแม่น้ำแซน (ปารีส) ทำโดย Pierre Perrault และ Edme Mariotte (1640) ถือเป็นจุดเริ่มต้นของอุทกวิทยาทางวิทยาศาสตร์

สถานีอุตุนิยมวิทยาในอุทยานแห่งชาติ Serra da Bocaina ประเทศบราซิล ที่มา: Halley Pacheco de Oliveira จาก Wikimedia Commons

จากนั้นจึงมีการพัฒนาเครื่องมือวัดอย่างต่อเนื่องและแม่นยำขึ้นเรื่อย ๆ ปัจจุบันอุทกวิทยาอาศัยการวิจัยส่วนใหญ่เกี่ยวกับการประยุกต์ใช้แบบจำลอง

จากการศึกษาล่าสุดพบว่าการประเมินการถอยของธารน้ำแข็งเนื่องจากภาวะโลกร้อนมีความโดดเด่น ในชิลีพื้นผิวน้ำแข็งของแอ่ง Maipo ได้ถอยกลับไปแล้ว 25% ในกรณีของธารน้ำแข็งแอนเดียนการลดลงของพวกเขาเกี่ยวข้องกับการที่มหาสมุทรแปซิฟิกร้อนขึ้น

ประวัติศาสตร์

อารยธรรมโบราณ

เนื่องจากความสำคัญของน้ำสำหรับชีวิตการศึกษาพฤติกรรมของมันจึงเป็นเป้าหมายของการสังเกตตั้งแต่จุดเริ่มต้นของมนุษยชาติ

วัฏจักรอุทกวิทยาได้รับการวิเคราะห์โดยนักปรัชญาชาวกรีกหลายคนเช่นเพลโตอริสโตเติลและโฮเมอร์ ขณะที่อยู่ในโรมเซเนกาและพลินีกังวลที่จะเข้าใจพฤติกรรมของน้ำ

อย่างไรก็ตามสมมติฐานที่นักปราชญ์โบราณกล่าวไว้ข้างหน้าถือว่าผิดในปัจจุบัน Roman Marco Vitruvius เป็นคนแรกที่ระบุว่าน้ำที่แทรกซึมลงสู่พื้นดินนั้นมาจากฝนและหิมะ

นอกจากนี้ในเวลานี้ได้มีการพัฒนาความรู้ด้านไฮดรอลิกเชิงปฏิบัติจำนวนมากซึ่งอนุญาตให้มีการสร้างงานขนาดใหญ่เช่นท่อระบายน้ำของกรุงโรมหรือคลองชลประทานในประเทศจีนเป็นต้น

ชีวิตใหม่

ในช่วงยุคฟื้นฟูศิลปวิทยาผู้เขียนเช่น Leonardo da Vinci และ Bernard Palissy ได้ให้ความสำคัญกับอุทกวิทยา พวกเขาสามารถศึกษาวัฏจักรของอุทกวิทยาที่เกี่ยวข้องกับการแทรกซึมของน้ำฝนและการไหลกลับผ่านน้ำพุ

ศตวรรษที่สิบแปด

ถือว่าในช่วงนี้อุทกวิทยาเป็นวิทยาศาสตร์ที่ถือกำเนิดขึ้น การวัดภาคสนามเริ่มขึ้นโดยเฉพาะการวัดผลโดย Pierre Perrault และEdmé Mariotte ในแม่น้ำแซน (ฝรั่งเศส)

Edmond Halley ที่มา: ไม่ทราบผ่าน Wikimedia Commons

ผลงานของ Edmond Halley ในทะเลเมดิเตอร์เรเนียนก็โดดเด่นเช่นกัน ผู้เขียนประสบความสำเร็จในการสร้างความสัมพันธ์ระหว่างการระเหยการตกตะกอนและการไหล

ศตวรรษที่สิบแปด

อุทกวิทยามีความก้าวหน้าที่สำคัญในศตวรรษนี้ มีการทดลองมากมายที่อนุญาตให้สร้างหลักการทางอุทกวิทยาได้

เราสามารถเน้นทฤษฎีบทของเบอร์นูลลีซึ่งระบุว่าในกระแสน้ำแรงดันจะเพิ่มขึ้นเมื่อความเร็วลดลง นักวิจัยคนอื่น ๆ ได้มีส่วนร่วมที่เกี่ยวข้องกับคุณสมบัติทางกายภาพของน้ำ

การทดลองทั้งหมดนี้เป็นพื้นฐานทางทฤษฎีสำหรับการพัฒนาการศึกษาทางอุทกวิทยาเชิงปริมาณ

ศตวรรษที่สิบเก้า

อุทกวิทยาเติบโตขึ้นอย่างแข็งแกร่งในฐานะวิทยาศาสตร์เชิงทดลอง ความก้าวหน้าที่สำคัญเกิดขึ้นในด้านอุทกวิทยาธรณีวิทยาและในการวัดผิวน้ำ

ในช่วงเวลานี้มีการพัฒนาสูตรที่สำคัญที่ใช้กับการศึกษาทางอุทกวิทยาสมการ Hagen-Pouiseuille ของการไหลของเส้นเลือดฝอยและสูตร Dupuit-Thiem well (1860) มีความโดดเด่น

Hydrometry (ระเบียบวินัยที่วัดการไหลแรงและความเร็วของของเหลวที่เคลื่อนที่) วางรากฐาน มีการพัฒนาสูตรสำหรับการวัดการไหลและมีการออกแบบเครื่องมือวัดภาคสนามต่างๆ

ในทางกลับกันมิลเลอร์ในปีพ. ศ. 2392 พบว่ามีความสัมพันธ์โดยตรงระหว่างปริมาณฝนและระดับความสูง

ศตวรรษที่ 20 และ 21

ในช่วงแรกของศตวรรษที่ 20 อุทกวิทยาเชิงปริมาณยังคงเป็นวินัยเชิงประจักษ์ ในช่วงกลางศตวรรษแบบจำลองทางทฤษฎีเริ่มได้รับการพัฒนาเพื่อให้ประมาณการได้แม่นยำยิ่งขึ้น

ในปีพ. ศ. 2465 ได้มีการสร้างสมาคมระหว่างประเทศว่าด้วยอุทกวิทยาทางวิทยาศาสตร์ (IAHS) IAHS จัดกลุ่มนักอุทกวิทยาทั่วโลกจนถึงปัจจุบัน

การมีส่วนร่วมที่สำคัญเกิดขึ้นในทฤษฎีไฮดรอลิกส์และการแทรกซึมของน้ำ ในทำนองเดียวกันสถิติจะถูกใช้ในการศึกษาทางอุทกวิทยา

ในปีพ. ศ. 2487 เบอร์นาร์ดได้วางรากฐานสำหรับอุทกอุตุนิยมวิทยาโดยเน้นบทบาทของปรากฏการณ์ทางอุตุนิยมวิทยาในวัฏจักรของน้ำ

ปัจจุบันนักอุทกวิทยาในสาขาการศึกษาต่างๆได้พัฒนาแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อน ด้วยการจำลองแบบที่นำเสนอทำให้สามารถทำนายพฤติกรรมของน้ำภายใต้สภาวะต่างๆ

แบบจำลองจำลองเหล่านี้มีประโยชน์มากในการวางแผนงานไฮดรอลิกขนาดใหญ่ นอกจากนี้ยังสามารถใช้ทรัพยากรน้ำของโลกได้อย่างมีประสิทธิภาพและมีเหตุผลมากขึ้น

สาขาวิชา

คำว่าอุทกวิทยามาจากภาษากรีก hydros (น้ำ) และโลโก้ (วิทยาศาสตร์) ซึ่งหมายถึงศาสตร์แห่งน้ำ ดังนั้นอุทกวิทยาจึงเป็นศาสตร์ที่รับผิดชอบในการศึกษาน้ำรวมถึงรูปแบบการไหลเวียนและการกระจายตัวบนโลก

น้ำเป็นองค์ประกอบที่จำเป็นสำหรับการพัฒนาสิ่งมีชีวิตบนโลก 70% ของโลกถูกปกคลุมไปด้วยน้ำซึ่ง 97% มีความเค็มและประกอบเป็นมหาสมุทรของโลก ส่วนที่เหลืออีก 3% เป็นน้ำจืดและส่วนใหญ่ถูกแช่แข็งที่เสาและธารน้ำแข็งของโลกทำให้เป็นทรัพยากรที่หายาก

ภายในสาขาอุทกวิทยาจะมีการประเมินคุณสมบัติทางเคมีและกายภาพของน้ำความสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อมและความสัมพันธ์กับสิ่งมีชีวิต

อุทกวิทยาเป็นวิทยาศาสตร์มีลักษณะที่ซับซ้อนดังนั้นการศึกษาจึงถูกแบ่งออกเป็นสาขาต่างๆ การแบ่งนี้พิจารณาแง่มุมต่าง ๆ ที่มุ่งเน้นไปที่บางขั้นตอนของวัฏจักรอุทกวิทยา: พลวัตของมหาสมุทร (สมุทรศาสตร์), ของทะเลสาบ (limnology) และของแม่น้ำ (Potamology), ผิวน้ำ, อุทกวิทยา, อุทกธรณีวิทยา ( น้ำใต้ดิน) และ cryology (น้ำที่เป็นของแข็ง)

Quelccaya Glacier (เปรู) ที่มา: Edubucher จาก Wikimedia Commons

ตัวอย่างงานวิจัยล่าสุด

การวิจัยด้านอุทกวิทยาในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมามุ่งเน้นไปที่การประยุกต์ใช้แบบจำลองแบบจำลองทางธรณีวิทยา 3 มิติและโครงข่ายประสาทเทียมเป็นหลัก

อุทกวิทยาน้ำผิวดิน

ในสาขาอุทกวิทยาน้ำผิวดินมีการประยุกต์ใช้แบบจำลองโครงข่ายประสาทเทียมเพื่อศึกษาพลวัตของแอ่งอุทกศาสตร์ ดังนั้นโครงการ SIATL (Watershed Water Flow Simulator) จึงถูกนำไปใช้ทั่วโลกสำหรับการจัดการลุ่มน้ำ

นอกจากนี้ยังมีการพัฒนาโปรแกรมคอมพิวเตอร์เช่น WEAP (Water Evaluation and Planning) ที่พัฒนาในสวีเดนและเสนอให้เป็นเครื่องมือที่ครอบคลุมสำหรับการวางแผนการจัดการทรัพยากรน้ำโดยไม่เสียค่าใช้จ่าย

อุทกธรณีวิทยา

ในสาขานี้แบบจำลองทางธรณีวิทยา 3 มิติได้รับการออกแบบเพื่อให้สามารถสร้างแผนที่สามมิติของแหล่งน้ำใต้ดินได้

ในการศึกษาที่ดำเนินการโดยGámezและผู้ทำงานร่วมกันในสามเหลี่ยมปากแม่น้ำ Llobregat (สเปน) อาจพบแหล่งน้ำที่อยู่อาศัยในปัจจุบัน ด้วยวิธีนี้แหล่งน้ำของแอ่งที่สำคัญแห่งนี้ซึ่งส่งมอบให้เมืองบาร์เซโลนาได้รับการขึ้นทะเบียน

Cryology

Cryology เป็นสาขาที่ได้รับความนิยมอย่างมากในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาส่วนใหญ่เกิดจากการศึกษาธารน้ำแข็ง ในแง่นี้มีการสังเกตว่าธารน้ำแข็งของโลกกำลังได้รับผลกระทบอย่างรุนแรงจากภาวะโลกร้อน

ดังนั้นจึงมีการออกแบบโมเดลจำลองเพื่อประเมินพฤติกรรมการสูญเสียของธารน้ำแข็งในอนาคต

Castillo ในปี 2015 ได้ประเมินธารน้ำแข็งของลุ่มน้ำ Maipo พบว่าพื้นผิวน้ำแข็งได้ถอยกลับไป 127.9 กม. ²ซึ่งเป็นการล่าถอยที่เกิดขึ้นในช่วง 30 ปีที่ผ่านมาและสอดคล้องกับ 25% ของพื้นผิวเริ่มต้นของธารน้ำแข็ง

ในเทือกเขาแอนดีส Bijeesh-Kozhikkodan et al. (2016) ได้ทำการประเมินพื้นผิวธารน้ำแข็งในช่วงปี พ.ศ. 2518 ถึง พ.ศ. 2558 พวกเขาพบว่าในช่วงเวลาดังกล่าวมวลน้ำเยือกแข็งเหล่านี้ลดลงอย่างมาก

การลดลงหลักของพื้นผิวน้ำแข็งแอนเดียนเกิดขึ้นระหว่างปีพ. ศ. 2518 ถึง พ.ศ. 2540 ซึ่งสอดคล้องกับการที่มหาสมุทรแปซิฟิกร้อนขึ้น

อ้างอิง

1. ASCE Task Committee on Application of Artificial Neural Networks in Hydrology (2000) Artificial Neural Networks in Hydrology. I: แนวคิดเบื้องต้น วารสารวิศวกรรมอุทกวิทยา 5: 115–123.
2. Campos DF (1998) กระบวนการของวงจรอุทกวิทยา พิมพ์ครั้งที่สาม มหาวิทยาลัยอิสระแห่งซานหลุยส์โปโตซีคณะวิศวกรรมศาสตร์ กองบรรณาธิการ Universitaria Potosina ซานหลุยส์โปโตซีเม็กซิโก 540 น.
3. Bijeesh-Kozhikkodan V, SF Ruiz-Pereira, W Shanshan, P Teixeira-Valente, AE Bica-Grondona, AC Becerra Rondón, IC Rekowsky, S Florêncio de Souza, N Bianchini, U Franz-Bremer, J Cardia-Simões (2016) การวิเคราะห์เปรียบเทียบการล่าถอยของน้ำแข็งในเขตร้อนแอนดีสโดยใช้การสำรวจระยะไกล geogr ชิลี 51: 3-36
4. Castillo Y (2015) ลักษณะของอุทกวิทยาน้ำแข็งของลุ่มน้ำ Maipo ผ่านการใช้แบบจำลองทางอุทกวิทยาแบบกึ่งกระจายทางกายภาพ วิทยานิพนธ์ปริญญามหาบัณฑิตสาขาวิศวกรรมศาสตร์กล่าวถึงทรัพยากรน้ำและสิ่งแวดล้อม. Universidad de Chile คณะวิทยาศาสตร์กายภาพและคณิตศาสตร์ภาควิชาวิศวกรรมโยธา
5. Koren V, S Reed, M Smith, Z Zhang และ DJ Seo (2004) ระบบการสร้างแบบจำลองการวิจัยในห้องปฏิบัติการอุทกวิทยา (HL-RMS) ของ US National Weather Service วารสารอุทกวิทยา 291: 297-318.
6. กลุ่มอุทกวิทยาใต้ดิน (GHS), CSIC - สเปน https://h2ogeo.upc.edu/es/ แก้ไข 27 มกราคม 2019