1.5. Розвиток гідрології

Гідрологія як самостійна наука порівняно молода. Вона сформувалась

наприкінці ХІХ – на початку ХХ ст., однак народження її відноситься до більш

раннього періоду існування людського суспільства.

У стародавньому Єгипті проводилися спостереження за коливаннями рів-

нів води р. Нілу за допомогою "ніломірів". Це були перші гідрологічні пости.

Деякі гідрологічні уявлення й відомості викладені в працях старогрець-

ких і староримських мислителів та філософів. Так, старогрецький філософ Фа-

лес вважав, що у основі усіх явищ є вода; старогрецький історик і мандрівник

Геродот уперше досліджував Ніл та Істру (Дунай); мислителі Платон та Арис-

тотель замислювалися над походженням річок та джерел.

Свій внесок у розвиток внесли і староримські мислителі. Вітрувій цікави-

вся розвідуванням підземних вод. Герон Олександрійський першим припустив,

що витрати води дорівнюють відношенню площі поперечного січення потоку

до швидкості течії.

У XV-XVI ст. гідрологія набуває подальшого розвитку. В ці часи Леонар-

до да Вінчі (1452-1519 рр.) одним із перших правильно тлумачив походження

річок, відзначив при цьому роль дощових і підземних вод. Він провів також пе-

рші спостереження за динамікою водного потоку. В ці ж часи також проводять-

ся систематичні океанографічні дослідження (експедиції Колумба, Магеллана

та ін.).

У XVII ст. гідрологічні знання ще більше поглиблюються. Гідрологічни-

ми явищами цікавився Декарт, а перші кількісні оцінки в гідрології зробив П'єр

Перро, який розрахував, що дощових вод цілком достатньо для підтримання

стоку річок. Подібні дослідження продовжив і розвинув Маріотт. Оцінку ролі

випаровування в гідрологічних процесах уперше дав Галлей, який також упер-

ше чітко описав кругообіг води у природі та його кількісні показники.

У 1694 р. у книзі Мельхіора, яка вперше була видана у Франкфурті-на-

Майні, вперше з'явився термін ” гідрологія.”

XVIII і XIX ст. позначились швидким розвитком гідравліки – це роботи

французів Піто, Шезі, Дарсі, шведа Данила Бернуллі, ірландця Маннінга.

В історії досліджень водних об'єктів Росії значне місце займає період Пе-

тра І, коли почалось систематичне вивчення їх. У цей період були описані най-

більші річки з метою використання їх для судноплавства. Так, у 1700 р. уперше

в Росії виміряні витрати води Волги поблизу Комишина, а в 1715 р. відкрито .

14

перший водомірний пост на Неві біля Петропавлівської фортеці. Дослідження

на вододілах між Волгою і Доном, Окою й Доном, Москвою - рікою й Верх-

ньою Волгою дали змогу виявити можливості сполучення цих річок каналами і

розпочати будівництво штучних водних систем (Вишневолоцької, Маріїнської,

між Волгою та Доном, в обхід порогів на Середньому Дніпрі).

Значний внесок у вивченні природних вод зробив видатний російський

учений М. В. Ломоносов. За ініціативою якого було проведено анкетне обсте-

ження характеристик весняного водопілля, скресання й замерзання річок. Ідеї

Ломоносова про взаємозв'язок підземних і поверхневих вод, про режим вод і

фактори, що його зумовлюють, позначилися на подальшому планомірному ви-

вченні водних об'єктів.

У XVIII-XIX ст. проводилися значні експедиційні дослідження Світового

океану – це експедиція В. Беринга, О. І. Чирикова, Х. П. Лаптєва, С. І. Челюскі-

на, Дж. Кука, І. Ф. Крузенштерна і Ю. Ф. Лисянського, Ф. Ф. Беллінсгаузена та

М. П. Лазарєва, О. Є. Коцебу і Е. Х. Ленца, Ф. П. Літке та багатьох інших. В ре-

зультаті цих експедицій уточнювались карти і накопичувались відомості про

властивості морських вод. Першою науковою океанологічною експедицією

вважають кругосвітню експедицію на англійському корветі "Челленджер"

(1872-1876 рр.), під час якої був проведений весь комплекс океанологічних дос-

ліджень.

Значний внесок у розвиток океанології у цей період зробили С. О. Мака-

ров, В. Б'єркнес, В. Екман, М. Кнудсен, Ф. Нансен. Перші узагальнення зробили

у Німеччині О. Крюммель, в Росії Й. Б. Шпіндлер та Ю. М. Шокальський.

У 1874 р. була створена описова комісія Міністерства шляхів сполучення,

котра за 20 років своєї діяльності виконала велику роботу по дослідженню вод

Росії. Цією комісією було складено і видано навігаційні атласи, альбоми, а та-

кож створено водомірну мережу на судноплавних річках, закладено основи ме-

тодики водних досліджень і видано монографії по великих річках.

В цей же період (1873-1898 рр.) працювала Західна експедиція по осу-

шенню Полісся під керівництвом Й. І. Жилінського, а в 1880-1891 рр. – по зро-

шенню на півдні Росії й Північному Кавказі.

У 1894-1903 рр. під керівництвом О. А. Тілло працювала експеди-

ція по дослідженню витоків найголовніших річок європейської частини

Росії.

Матеріали гідрологічних досліджень дали можливість виконати цікаві

узагальнення щодо режиму річок, озер, боліт. Для розвитку гідрології особливо

важливе значення мали праці О. І. Воєйкова, М. О. Ричакова, М. С. Лелявсько-

го, В. М. Лохтіна, Є. А. Гейнца, Є. В. Оппокова, В. В. Докучаєва, Е. М. Ольде-

копа, А. Пенка, Г. Келлера, Ф. Ньюелля та ін. У цей час покладено початок гі-

дрометричним роботам, видано велику кількість матеріалів з описами водних

об’єктів і ряд праць з узагальнення гідрологічних характеристик, встановлені

основні залежності між стоком і кліматичними факторами, закладено основи

наукових досліджень руслових процесів і зимового режиму водних об’єктів. .

15

Проте знань, накопичених на початок ХХ ст., було недостатньо, що зумо-

влювалося малим водогосподарським будівництвом, яке не ставило перед гід-

рологією складних наукових проблем.

Ставлення до досліджень і освоєння водних об’єктів та водних ресурсів

докорінно змінилося на початку ХХ ст.

У 1919 р. було створено Державний гідрологічний інститут у м. Петрог-

раді, який став провідною науковою установою в галузі гідрології. В цьому ін-

ституті вирішувалися найважливіші проблеми гідрології суші, узагальнювались

і друкувались результати гідрологічних спостережень і досліджень, розробля-

лись інструкції для проведення гідрологічних робіт.

У 1921 р. була створена перша наукова океанологічна установа – Плаву-

чий морський науковий інститут, завданням якого було комплексне вивчення

морів та їхнього узбережжя.

У 1929 р. було створено Гідрометеорологічний комітет при Раді Народ-

них Комісарів СРСР, який у 1933 р. реорганізували в Центральне управління

єдиної гідрометеорологічної служби СРСР, а в 1936 р. – в Головне управління

гідрометеорологічної служби при Раді Міністрів СРСР, основною метою якого

було впорядкування гідрометеорологічних досліджень та спостережень.

До складу ГУГМС входили науково-дослідні інститути (ДГІ, Гідромет-

центр СРСР, Державний океанографічний інститут, Гідрохімічний інститут то-

що), які вели наукові дослідження в галузі гідрології.

Визначною подією стали роботи по складанню Водного кадастру в 1931

р., до якого ввійшли матеріали за 60 років спостережень (1875-1935 рр.). В цей

же період виникла необхідність привести в єдину систему всі основні матеріали

й організувати подальше вивчення вод за єдиним планом і єдиною методикою.

В результаті проведеної роботи були опубліковані “Справочники по водным

ресурсам”, “Материалы по режиму рек СССР”, “Материалы наблюдений над

испарением”, “Гидрологические ежегодники”.

Отже, можна констатувати, що у 20-30 роки ХХ ст. гідрологія суші сфор-

мувалась як самостійна наука, в розробці теоретичних основ якої – вагомий

внесок учених-гідрологів В. Г. Глушкова, Д. І. Кочеріна, М. А. Веліканова, Б.

В. Полякова, Є. В. Близнюка та ін.

Особливо значного розвитку гідрологія як самостійна наука досягла в по-

воєнний час.

В 1960-1970 рр. було здійснене нове видання водного кадастру, який став

цінним посібником для проектних, науково-дослідних, водогосподарських та

інших установ і організацій, а також дав можливість більш оперативно і науко-

во-обгрунтовано вирішувати питання раціонального використання й охорони

водних ресурсів.

У 1978 р. було введено державний облік вод, їх використання і держав-

ний водний кадастр. Продовженням “Гидрологических ежегодников” з 1978 р.

стали “Ежегодные данные о режиме и ресурсах поверхностных вод суши”. У

1979 р. Головне управління гідрометеорологічної служби було перетворене на

Державний комітет СРСР із гідрометеорології і контролю природного середо-

вища, а в 1988 р. – на Державний комітет із гідрометеорології. .

16

Значний внесок у розвиток гідрології суші зробили Б. О. Апполов, П. С.

Кузін, Л. К. Давидов, Г. В. Лопатін, А. В. Огієвський, Д. І. Соколовський, О. І.

Чеботарьов, М. І. Льовович – гідрологія річок; Д. М. Анучин, Л. С. Берг, Г. Ю.

Верещагін, Б. Б. Богословський, О. І. Тихомиров – гідрологія озер; С. В. Колес-

ник, Г. К. Тушинський, В. М. Котляков – гідрологія льодовиків; О. Ф. Лебедєв,

О. К. Ланге, Б. І. Куделін, О. В. Попов – гідрологія підземних вод; О. Д. Ду-

бах, К. Є. Іванов – гідрологія боліт та ін.

Океанологічні дослідження в колишньому СРСР проводили Інститут оке-

анології, Морський гідрофізичний інститут, Державний океанографічний інсти-

тут, Арктичний і Антарктичний науково-дослідний інститут, Всесоюзний нау-

ково-дослідний інститут морського рибного господарства й океанографії тощо,

якими підготовлені і видані праці з океанології: “Морской атлас”, “Атласы оке-

анов”, десятитомне видання “Океанология”, семитомне видання “География

Мирового океана”. Океанологи брали участь у міжнародному співробітництві –

у проведенні Міжнародного геофізичного року і Року міжнародного геофізич-

ного співробітництва (1957-1959) та ін.

Вагомим внеском гідрологів колишнього СРСР у міжнародне співробіт-

ництво з гідрології стала монографія “Мировой водный баланс и водные ресур-

сы Земли” (1974), в якій наведені результати зарубіжних і вітчизняних дослі-

джень водного балансу та водних ресурсів земної кулі.

Вагомий внесок у розвиток і становлення гідрологічної науки зробили й

українські вчені. Основоположником гідрології в Україні був академік АН

України Є. В. Оппоков (1869-1937), який дав оцінку гідрологічної ролі боліт;

дослідив режим стоку в басейні Верхнього Дніпра та залежність висоти рівнів

води у річках від атмосферних опадів; уточнив рівняння водного балансу з уве-

денням у нього додаткового члена ±∆W (зміна запасів вологи в басейні).

Є. В. Оппоков вивчав також режим підземних вод, водні ресурси України,

процеси утворення річкових долин, проведення гідрометричних робіт на річках

тощо. За його ініціативою в Києві у 1926 р. був створений науково-дослідний

інститут водного господарства, який Є. В. Оппоков очолював до кінця свого

життя.

В довоєнні роки наукові дослідження з гідрології велися також у Гідро-

метеорологічному інституті, Інституті гідрології і гідротехніки, Київській нау-

ково-дослідній гідрологічній обсерваторії та інших установах, а результати цих

спостережень і досліджень публікувались у різних виданнях, у тому числі й у

“Щорічнику Гідрометеорологічної служби НКЗС України”, виданому вперше у

1927 р. Видання цього щорічника продовжувалось до 1930 р.

Значний внесок у розвиток гідрології в Україні зробив і А. В. Огієвський

(1894-1952), який проводив наукові дослідження в галузі режиму річкового

стоку, прогнозування характеристик водного режиму річок України. Саме він

розробив макрогенетичну теорію формування максимальних витрат води річок

при наявності та відсутності спостережень за стоком. У коло його наукових ін-

тересів входили також питання багаторічного та сезонного регулювання стоку,

впливу водосховищ на паводковий стік, залежність річкового стоку від факто-.

17

рів, що формують його та ін. А. В. Огієвський написав підручник “Гідрологія

суші”, який перевидавався тричі, останній раз - у 1952 р.

Значний внесок у розвиток гідрології зробили українські гідрологи: В. О.

Назаров, Б. А. Пишкін, Г. І. Швець, В. І. Мокляк, Н. Й. Дрозд, Л. Г. Онуфрієнко,

А. М. Бефані, Й. А. Желєзняк, П. Ф. Вишневський, С. М. Перехрест та ін.

Контрольні запитання

1. Що є предметом і об’єктом вивчення гідрології взагалі і загальної гід-

рології зокрема?

2. Що таке гідросфера? У чому полягає сутність теорії виникнення гідро-

сфери?

3. На які самостійні розділи поділяється загальна гідрологія залежно від

об’єкта вивчення?

4. Коли гідрологія виділилась у самостійну науку?

5. Яке наукове та прикладне значення має гідрологія?

6. Які основні досягнення гідрології у довоєнні та повоєнні роки?

7. Який внесок у розвиток і становлення гідрологічної науки зробили

українські вчені?

8. Який внесок у розвиток гідрології зробили вчені Харківського уні-

верситету?

9. Дайте визначення водокористування.

10. Дайте визначення водоспоживання.

11. Дайте визначення водних об’єктів.

12. Що таке гідрологічний режим водного об’єкта?

13. Які методи використовують при гідрологічних дослідженнях?

14. Яка роль води у житті та господарській діяльності людини?

15. Поясніть закон збереження речовини.

16. Поясніть закон збереження теплової енергії.

17. Поясніть закон збереження кількості імпульсу.

18. Поясніть закон збереження механічної енергії.

Література

1. Алекин О. А. Основы гидрохимии. – Л.: Гидрометеоиздат,

1970. – 442 с.

2. Богословский Б. Б., Самохин А. А., Иванов К. Е., Соколов Д. П.

Общая гидрология. – Л.: Гидрометеоиздат, 1984. – 356 с.

3. Важнов А. Н. Гидрология рек. – М.: Изд-во МГУ, 1976. – 339 с.

4. Винников С. Д.Проскуряков Б. В. Гидрофизика. – Л.: Гидро-

метеоиздат, 1988. – 248 с.

5. Давыдов Л. К., Дмитриева А. А., Конкина Н. Г. Общая

гидрология. – Л.: Гидрометеоиздат, 1973. – 462 с.

6. Загальна гідрологія. Підручник / Левківський С. С., Хільчев-

ський В. К., Ободовський О. Г., Будкіна Л. Г., Гребінь В. В., Закревський .

18

Д. В., Лісогор С. М., Падун М. М., Пелешенко В. І. – К.: Фітосоціоцентр,

2000. – 264 с.

7. Зенин А. А., Белоусова Н. В. Гидрохимический словарь. – Л.,

1988. – 239 с.

8. Самарина В. С. Гидрохимия. – 1977. – 359 с.

9. Соколов А. А., Чеботарев А. И. Очерки развития гидрологии

в СССР. – Л., 1970. – 310 с.

10.Чеботарев А. И. Гидрологический словарь. – Л.: Гидро-

метеоиздат, 1978. – 308 с.

11.Чеботарев А. И. Общая гидрология. – Л.: Гидрометеоиздат,

1975. – 544 с.

Блок 2. РОЗПОДІЛ ВОДИ НА ЗЕМНІЙ КУЛІ

КРУГООБІГ ВОДИ

2.1. Розподіл води на земній кулі

На земній кулі вода розподілена нерівномірно (табл. 2.1). Світовий океан

містить найбільшу масу води (1,34 млрд км³ і ох оплює площу 361 млн км², або

71%, а суша 149 млн км², або 29%). Із 149 млн км² площі суходолу 3% припадає

на внутрішні водойми – озера, водосховища, річки. Обсяг води у них становить

184 тис. км³. Більшість водних об’єктів прісноводні, за винятком деяких с оло-

них озер.

Загальний об’єм води у водних об’єктах на земній кулі біля 1390 млн

км3

, при цьому на долю Світового океану припадає 96,4% ( табл. 2.1).

Серед прісноводних об’єктів найбільші запаси води зосереджені у льодо-

виках (25,8 млн км³), які займають 16,2 млн км² суші. Це 68,7% всіх запасів прі-

сних вод. З цієї кількості води на долю льодовиків Антарктиди, Гренландії і ос-

тровів Арктики припадає відповідно 89.8, 9.7 і 0.3%, на гірські льодовики – ли-

ше 0.2%.

Обсяг підземних вод становить 23,4 млн км³, (за А. Авак’яном і В. Широ-

ковим), із яких близько половини є прісними, а решта – різного ступеня соло-

ності. Точно визначити об’єм підземних вод дуже важко, оскільки невідома

нижня межа їхнього поширення.

Ґрунтова волога, на відміну від підземних вод, тісніше зв’язана з клімати-

чними умовами: у вологі сезони вона накопичується в ґрунті, а в сухі – витра-

чається на випаровування і на транспірацію рослинністю. Загальні запаси її

становлять 16,5 тис. км³.

В атмосфері вода знаходиться у вигляді водяної пари, крапель води і кри-

сталів льоду. Загальна кількість її становить 12,9 тис. км³ і зосереджена в осн о-

вному (90%) в нижніх шарах атмосфери – від 0 до 5 км.

Багаторічна мерзлота поширена на площі 21 млн км² і більша її частина

зосереджена в північній півкулі ( приблизно 20 млн км²). Об’єм льоду в районах

багаторічної мерзлоти 300 тис. км³. .

19

Кількість біологічної води, тобто води, яка знаходиться в живих організ-

мах і рослинах незначна – 1120 км³. Ці дані об’єму є орієнтовними, тому що кі-

лькість біомаси, в якій у середньому міститься 80% води, за підрахунками різ-

них дослідників, коливається від 3,6·10¹¹ до 3,6·10¹

4

т.

Для задоволення потреб людини найбільшу цінність мають річкові води.

Обсяг води їх дуже малий – 2 тис. км³ - 0,0002% загального обсягу вод і 0,006%

обсягу прісних вод планети, але ці води мають високу активність водообміну і

швидко відновляються.

Сумарна площа озер усіх материків становить 2,058 млн км², найбільше

їх в областях антропогенного зледеніння та безстічних областях. Об’єм води

досягає 176,0 тис. км³, із них 91 тис. км³ припадає на води прісних озер, а 85,0

тис. км³ на солоні озера.

Близько 2,7 млн км² (2%) суші займають болота. Найбільше їх у північній

півкулі в лісовій зоні Азії, Європи та Північної Америки. Сумарний об’єм боло-

тних вод світу становить приблизно 11,0 тис. км³.

Таблиця 2.1

Розподіл та обсяги води у гідросфері

Частина гідрос-

фери

Пло-

ща поши-

рення, млн.

км

Обсяги води Тривалість

умовного

водообміну,

роки

Об’єм,

тис. км3

Частка від за-

гального об-

сягу всіх вод,

%

Світовий океан 361 1 338 000 96,5 2650 років

Льодовики 16,25 25 780 1,86 9700 років

Підземні води 134,8 23 400 1,68 1400 років

Озера 2,1 176 0,013 17 років

Ґрунтова волога 82,0 16 0,001 1

Вода в атмос-

фері

510,0 13 0,001 8 діб

Вода в болотах 2,7 11 0,0008 5 років

Водосховища 0,4 6 0,0004 52 дні

Вода в річках 148,8 2 0,0002 19 діб

Біологічні води 510,0 1 0,0001 декілька го-

дин

Багаторічна мер-

злота

2,1 300 0,022 10 000 років

Загальні запаси

води

1 388 000 100

Прісні води 36 730 265

2.2. Зміна кількості води на земній кулі .

20

За більшу частину історії Землі в результаті дегазації мантії виділялось у

середньому не більше 0.5-1 км3

води на рік. Вважають, що і в наш час із надр

Землі надходить приблизно стільки ж води.

З метеоритами і космічним пилом на Землю щорічно попадає у вигляді

льоду біля 0.5 км3

води, тобто величина у порівняні з повним об’ємом води на

планеті незначна. Приблизно стільки ж води розсіюється із Землі в космічний

простір.

Об’єми втрат і додаткові надходження води дуже незначні, і тому можна

вважати, що на протязі достатньо тривалого періоду (із геологічної точки зору)

часу (мільйони роки) кількість води на земній кулі залишається приблизно не-

змінною.

Очевидно, однак, що на протязі часу відбувається періодичний перероз-

поділ води у самій гідросфері, причому головними елементами такої мінливої

системи є Світовий океан і льодовики. У міжльодовикові періоди льодовики

тануть і збільшується об’єм Світового океану, у льодовикові періоди відбува-

ється зворотній процес - волога у вигляді льоду акумулюється в льодовиках,

зменшуючи при цьому об’єм Світового океану.

За останні 18 тис. років рівень Світового океану підвищився не менше

ніж на 100 м, що відповідає збільшенню об’єму води у Світовому океані на зна-

чну величину – 37.5 млн км3

.

В останні 5 – 6 тис. років рівень Світового океану

в основному стабілізувався при незначній тенденції до підвищення.

Так, за даними Р.К.Клінге (1985), за 82 роки (1994-1975 рр.) відбувся де-

який перерозподіл води між сушею і Світовим океаном: об’єм води у водоймах

суші (переважно за рахунок льодовиків і підземних вод) зменшився на 25.91

тис. км3

, а Світового океану, навпаки, збільшився на цю ж величину. Це по-

винно супроводжуватися підвищенням рівня Світового океану з інтенсивність

біля 0.91 мм/рік.