Тема 1. Предмет и задачи гидрологии.

Гидрология – наука о воде. Наука, изучающая взаимосвязи, происходящие между гидросферой, атмосферой и литосферой (земная кора и верхняя мантия).

Гидрология состоит из нескольких разделов:

1. Гидрометеорология (гидрология атмосферы);

2. Гидрология суши;

3. Гидрология океанов и морей (океанология);

4. Лимнология (озероведение);

5. Болотоведение;

6. Гидрогеология;

7. Гляциология.

Синтез этих знаний является теоретической базой для развития отдельных гидрологических дисциплин – гидрологии, инженерной гидрологии, гидрологических прогнозов.

Общая площадь водных объектов на поверхности Земли составляет 75%. Вся масса земных вод оценивается в 30 млрд. км^3. В воде содержатся почти все элементы таблицы Менделеева. Московский ученый П.Д. Новиков приводит таблицу содержания элементов в одном кубокилометре океанской воды:

Элементы	Содержание в тоннах	Стоимость в долларах на 1978 год.
Рубидий	137	82200000
Литий	192	5380000
Индий	22,6	339000
Уран	3,36	111000
Молибден	4,56	105000
Селен	11,3	100000
Серебро	0,24	20000
Золото	0,0048	15000

Многогранная бесценность воды нам известна, но энергетическая ценность воды нам более понятна. Например, потенциальная мощность рек бывшего СССР составляет свыше 200 млн. кВт, в США запасы гидроэнергии около 80 млн. кВт., в Канаде 30 млн. кВт., в Норвегии 10 млн. кВт., во Франции 6 млн. кВт., в Италии 8 млн. кВт. Например, сток Енисея в 2,5 раза больше реки Волга и почти равен стоку всех рек Европейской части страны.

Освоение гидроэнергетических мощностей рек, строительство гидроузлов, их эксплуатация требует глубокого изучения режима рек. Реки приносят воду в озера и уносят её из них; реки питаются за счет болот, а иногда пополняют водные запасы их; испарения с водных поверхностей, конденсируясь на вершинах гор, образуют ледники, а тающие ледники отдают воду рекам. Так работают большой и малый круговороты воды в природе.

Существует несколько методов исследований режима стока.

Гидрометрический метод. Исследовательские работы по изучению режима рек с помощью ГМС и ГМП проводятся по специальным методикам наблюдений и расчетам. Данными работами занимается гидрометрия. Систематическим описанием рек и их режима занимается специальный раздел гидрологии, носящий название – гидрография.

Метод научных гидрологических обобщений. Материалы многолетних систематических наблюдений со всей территории, получаемые с помощью опорной гидрометсети, региональных воднобалансовых (стоковых) станций, позволяют решить основную задачу инженерной гидрологии - это установление причинных качественных и количественных связей основных гидрологических явлений. Выявляют закономерности формирования и распределения стока по территориям и его изменчивости во времени.

Метод лабораторного и математического моделирования состоит из 3-х подвидов:

а) метод суммарных коэффициентов – анализ основных факторов исследуемых зависимостей;

б) метод картографической интерполяции;

в) метод гидрологической аналогии – подбор рек – аналогов.

Характерным свойством гидрологического режима является его неповторяемость. Условно – «дважды в одну и ту же воду не войдешь». Процессы формирования речного стока представляют собой многопричинное, сложное, многофакторное природное явление, поэтому его изучение строится на основе глубокого анализа всей природной среды.

Метод суммарных коэффициентов – заключается в выделении основных факторов исследуемых зависимостей, с учетом остальных действующих факторов, путем введения суммарных коэффициентов.

Метод картографического изображения и географической интерполяции основан на допущении, что все характеристики стока, элементы географического ландшафта плавно изменяются по территории и подчиняются законам географической и вертикальной зональности.

Данный метод в основном и используется в масштабах всей нашей страны, где протекают 2960 тыс. рек, ручьев и водотоков. Вести гидрометрические наблюдения на всех реках – просто невозможно. Поэтому расчетные характеристики стока устанавливаются непосредственно по материалам наблюдений, а при отсутствии таких материалов - косвенными методами. Одним из этих методов является метод гидрологической аналогии – он состоит в подборе опорных бассейнов – аналогов, характеристики стока которых близки или с некоторыми поправочными коэффициентами пересчитываются на неизученный водосбор.

Надежность методов и расчетных параметров зависит от точности инструментальных измерений исходных данных, наличия материалов для наблюдения факторов формирования стока:

•  - осадки;

•  - фильтрация воды в почву, характер подстилающей поверхности, почв;

•  - испарение с суши и поверхности водоемов, транспирация;

• рельеф, высота, размеры бассейнов, гидрографическая сеть и гидрогеология водосборов;

• антропогенные влияния человеческой деятельности (водозаборы и т.д.);

• другие.

Учитывая множественность факторов и непредсказуемость их поведения при расчетах используются методы теории вероятностей к гидрологическим расчетам и приемы математической статистики.

Таким образом, совокупность теории образования и прохождения стока в пространстве и во времени, разработка методик расчетов гидрологических характеристик для осуществления водохозяйственных и различных инженерных задач – это и есть учение о речном стоке, а предмет – Инженерная гидрология.