Hidrologie
Hidrologie is die wetenskaplike studie van die beweging, verspreiding, en kwaliteit van die water op aarde en ander planete, insluitend die hidrologiese siklus, waterhulpbronne en die volhoubaarheid van waterskeidings. Persone wat hidrologie bestudeer, is hidroloë, en werk op die gebiede van omgewings- of aardwetenskap, fisiese geografie, geologie of siviele en omgewingsingenieurswese.[1]
Afdelings
- Chemiese hidrologie is die studie van die chemiese eienskappe van water.
- Ekohidrologie is die studie van die interaksies tussen organismes en die hidrologiese siklus.
- Hidrogeologie is die studie van die teenwoordigheid en beweging van grondwater.
- Hidro-informatika is die aanpassing van inligtingstegnologie by hidrologie en waterhulpbrontoepassings.
- Hidrometeorologie is die studie van die oordrag van water en energie tussen land en watermassa-oppervlakke en die laer atmosfeer.
- Isotoophidrologie is die studie van die isotopiese voorkoms van water.
- Oppervlakhidrologie is die studie van die hidrologiese prosesse wat op of naby die aardoppervlak plaasvind.
- Dreineerbekkenbestuur dek waterbewaring in die vorm van reservoirs, en vloedbeskerming.
- Waterkwaliteit behels die chemie van water in riviere en mere, van besoedeling sowel as natuurlike opgeloste stowwe.
Toepassings
- Die vasstelling van 'n streek se waterbalans.
- Die vasstelling van die landboukundige waterbalans.
- Die opstel van oewerherstelprojekte.
- Vermindering en voorspelling van oorstromings, grondverskuiwings en droogterisiko.
- Intydse vloedvoorspelling en vloedwaarskuwings.
- Die ontwerp van besproeiingskemas en die bestuur van landbouproduktiwiteit.
- Vorm deel van die gevaarmodule in rampmodellering.
- Die verskaffing van drinkwater.
- Die ontwerp van damme vir watervoorsiening of hidro-elektriese kragopwekking.
- Die ontwerp van brûe.
- Die ontwerp van riole en stedelike dreineringstelsels.
- Die ontleding van die impak van voorafgaande vog op sanitêre rioolstelsels.
- Die voorspelling van geomorfologiese veranderinge soos erosie of sedimentasie.
- Die assessering van die impak van natuurlike en menslike omgewingsveranderinge op waterhulpbronne.
- Die assessering van die vervoerrisiko van besmettingstowwe en die daarstelling van omgewingsbeleidsriglyne.
Temas
Die sentrale tema van hidrologie is die feit dat water langs verskillende weë en teen verskillende tempo's deur die Aarde sirkuleer. Die duidelikste voorstelling hiervan is water wat uit die see verdamp en wolke vorm. Hierdie wolke dryf oor die land en vorm reën. Die reënwater vloei na mere, riviere of waterdraers. Die water in mere, riviere en waterdraers word dan óf as waterdamp in die atmosfeer opgeneem óf vloei uiteindelik weer na die see. Gedurende hierdie siklus verander water verskeie kere van vorm.
Die navorsingsgebiede binne hidrologie is gemoeid met die beweging van water tussen die verskeie vorms, of binne 'n gegewe vorm, of die kwantifisering van die hoeveelhede in hierdie vorms in 'n bepaalde streek. Sekere afdelings van hidrologie handel oor die ontwikkeling van metodes vir die direkte meting van hierdie vloei of hoeveelhede water, terwyl ander oor die modellering van hierdie prosesse handel, óf vir wetenskaplike kennis óf vir die maak van voorspellings in praktiese toepassings.
Grondwater
Grondwater is water onder die aardoppervlak en word dikwels vir drinkwater uitgepomp.[1] Grondwaterhidrologie (hidrogeologie) bestudeer die kwantifisering van grondwatervloei en vervoer van opgeloste stowwe. Probleme rondom die beskrywing van die versadigde sone behels die karakterisering van waterdraers met betrekking tot vloeirigting, grondwaterdruk en dus ook grondwaterdiepte. Afmetings kan met behulp van 'n piësometer (drukmeter) gemaak word. Waterdraers word ook in terme van hidroliese geleiding, bergingskoëffisiënt en transmissiwiteit beskryf.
Infiltrasie
Infiltrasie is die proses waardeur water in die grond opgeneem word. Van die water word geabsorbeer en die res syfer deur na die watertafel. Die infiltrasiekapasiteit, die maksimumkoers waarteen die grond water kan absorbeer, word deur verskeie faktore bepaal. Die laag wat reeds versadig is, bied 'n weerstand eweredig aan sy dikte, terwyl dié sowel as die diepte van water bokant die grond, die dryfkrag (hidroliese kop) verskaf. Droë grond kan vinnige infiltrasie deur middel van kapillêre werking laat plaasvind; hierdie krag neem af namate die grond nat word. Verdigting verminder die porositeit en die poriegroottes.
Grondvog
Grondvog kan op verskillende maniere gemeet word; deur kapasitansiesensors, tyddomein-reflektometers of tensiometers (grondvogmeters). Ander metodes sluit monsterneming van opgeloste stowwe en geofisiese metodes in.
Oppervlakwatervloei
Hidrologie bestudeer die kwantifisering van oppervlakvloei en die vervoer van opgeloste stowwe. Oppervlakwatervloei behels vloei in onder andere herkenbare rivierkanale. Metodes vir die meet van vloei sodra water 'n rivier bereik, sluit stroommeters en naspoortegnieke in. Ander onderwerpe sluit in chemiese vervoer as deel van oppervlakwater, sedimentvervoer en erosie.
Een van die belangrikste terreine van hidrologie is die wisselwerking tussen riviere en waterdraers. Die interaksie tussen grond- en oppervlakwater in strome en waterdraers kan kompleks wees en die rigting van die netto watervloei (in die oppervlakwater óf die waterdraer in) kan ruimtelik en met verloop van tyd op enige spesifieke plek in 'n stroomkanaal wissel, afhangende van die verhouding tussen die stroomfase en grondwatervlakke.
Neerslag en verdamping
Volgens sekere oorwegings begin hidrologie by die land-atmosfeergrens; dus is dit belangrik om voldoende kennis van neerslag en verdamping te hê. Neerslag kan op verskillende maniere gemeet word: met 'n disdrometer vir neerslageienskappe op 'n fyn tydskaal; radar vir wolkeienskappe, reenvalkoersberamings, hael- en sneeu-opsporing; 'n reënmeter vir daaglikse akkurate metings van reën en sneeu; satelliet – reënryke streekidentifikasie, reënvalkoersberaming, grondbedekking/grondgebruik, grondvog.
Verdamping is 'n belangrike deel van die watersiklus. Dit word deels deur humiditeit geaffekteer wat met 'n slingerpsigrometer gemeet word. Dit word ook deur die teenwoordigheid van sneeu, hael en ys beïnvloed en is verwant aan dou en mis. Hidrologie bestudeer verskeie vorms van verdamping: van wateroppervlakke; as transpirasie van plantoppervlakke in natuurlike agronomiese ekosisteme. 'n Direkte meting van verdamping kan met behulp van Symon se verdampingsbak verkry word.
Afstandwaarneming
Afstandwaarneming van hidroliese prosesse kan verskillende tipes inligting verskaf. Bronne sluit landsensors, lugsensors en satellietsensors in. Inligting kan wolke, oppervlakvog en plantegroeibedekking insluit.
Waterkwaliteit
Die studie van waterkwaliteit handel oor organiese en anorganiese samestellings, en ontbinde sowel as sedimentmateriaal. Daarbenewens word waterkwaliteit deur die interaksie van opgeloste suurstof met organiese materiaal, sowel as verskeie moontlike chemiese veranderings geaffekteer. Meting van waterkwaliteit behels óf in situ metodes waar ontledings op die terrein plaasvind, dikwels outomaties, óf laboratoriumgebaseerde ontledings, en kan mikrobiologiese ontleding insluit.
Voorspelling
Waarnemings van hidrologiese prosesse word gebruik om voorspellings van die toekomstige gedrag van hidroliese stelsels (watervloei, watergehalte) te maak. Een van die vernaamste kwessies in hidrologiese navorsing is "Voorspelling in Ongemete Bekkings" ("Prediction in Ungauge Basins" (PUB)), m.a.w. bekkens waaroor daar geen of baie min data bestaan.
Statistiese hidrologie
Deur die statistiese eienskappe van hidrologiese verslae, byvoorbeeld reënval of riviervloei, te bestudeer, kan hidroloë toekomstige hidrologiese verskynsels beraam. Assesserings oor die frekwensie waarteen seldsame gebeure sal plaasvind, behels ontledings met betrekking tot die terugkeerperiode van sodanige gebeure. Ander kwantiteite sluit die gemiddelde riviervloei in 'n jaar of per seisoen in.
Hierdie beramings is belangrik vir ingenieurs en ekonome sodat behoorlike risiko-ontledings uitgevoer kan word ten einde beleggingsbesluite in toekomstige infrastrukture te beïnvloed, en om die opbrengsbetroubaarheid-eienskappe van watervoorsieningstelsels te bepaal. Statistiese inligting word gebruik vir die formulering van bedryfsreëls vir groot damme wat deel van stelsels vorm wat aan landboukundige, industriële en residensiële eise moet voldoen.
Modellering
Hidrologiese modelle is vereenvoudigde, konseptuele voorstellings van 'n gedeelte van die hidrologiese siklus. Dit word hoofsaaklik vir hidrologiese voorspelling en vir insig in hidrologiese prosesse binne die algemene veld van wetenskaplike modellering gebruik. Daar word hoofsaaklik twee soorte hidrologiese modelle onderskei:
- Modelle wat op data gebaseer is. Hierdie modelle is swartkismodelle wat wetenskaplike en statistiese konsepte gebruik om 'n sekere invoer (byvoorbeeld reënval) met die modeluitvoer (byvoorbeeld afloop) te verbind. Algemene tegnieke is regressie, oordragfunksie en stelselidentifikasie. Die eenvoudigste van hierdie modelle is lineêre modelle.
- Modelle wat op prosesbeskrywings gebaseer is. Hierdie modelle poog om fisiese prosesse voor te stel wat in die werklikheid waargeneem word. Hulle bevat gewoonlik voorstellings van oppervlakafloop, ondergrondse vloei, evapotranspirasie en kanaalvloei, maar kan baie meer gekompliseerd wees. Hierdie modelle staan bekend as deterministiese hidrologiese modelle. Deterministiese modelle kan in eenmalige modelle en deurlopende simulasiemodelle verdeel word.
In onlangse navorsing oor hidrologiese modellering is daar gepoog om 'n meer globale benadering tot die begrip van die gedrag van hidroliese stelsels te volg ten einde beter voorspellings te maak en die vernaamste uitdagings in waterhulpbronbestuur te hanteer.
Vervoer
Waterbeweging is 'n belangrike manier waarop ander materiaal soos grond, gruis, rotse of besoedelingstowwe van een plek na 'n ander vervoer word. Aanvanklike toevoer tot ontvangende watermassas kan van puntbron-uitlatings of 'n lynbron of areabron, byvoorbeeld oppervlakafloop, afkomstig wees. Sedert die 1060's is taamlik komplekse wiskundige modelle ontwikkel. Die mees algemene besoedelingstofklasse wat ontleed word, is nutriënte, plaagdoders, totale opgeloste vaste stowwe en sediment.
Sien ook
- Oseanografie is die meer algemene studie van water in oseane en riviermondings.
- Weerkunde is die meer algemene studie van die atmosfeer en weer, insluitend neerslag soos sneeu en reën.
- Limnologie is die studie van mere. Dit dek die biologiese, chemiese, fisiese, geologiese, en ander eienskappe van alle binnelandse watermassas (bewegende en staande water, vars sowel as sout, natuurlike of mensgemaak).[2]
- Waterhulpbronne is bruikbare of potensieel bruikbare waterbronne. Hidrologie bestudeer die beskikbaarheid, maar gewoonlik nie die gebruike van daardie hulpbronne nie.
Aantekeninge
- "What is hydrology and what do hydrologists do?". USA.gov (in Engels). U.S. Geological Survey. Geargiveer vanaf die oorspronklike op 11 Januarie 2019. Besoek op 7 Oktober 2015.
- Wetzel, R.G. (2001) Limnology: Lake and River Ecosystems, 3rd ed. Academic Press. ISBN 0-12-744760-1
