Сучасна гідрологія володіє великим арсеналом взаємодоповнюючих методів пізнання гідрологічних процесів.
Найважливіше місце в гідрології займають методи польових досліджень. Історично це був перший спосіб пізнання законів природи, але і в наші дні без використання або врахування результатів польових робіт не відбувається жодне гідрологічне дослідження. Польові дослідження поділяють на експедиційні та стаціонарні. Перші з них полягають у проведенні відносно короткочасних (від декількох днів до декількох років) експедицій на водних об'єктах (в океані, на льодовику, річці, озері). Другі полягають у проведенні тривалих (зазвичай багаторічних) спостережень в окремих місцях водних об'єктів - на спеціальних гідрологічних станціях і постах. Зазвичай при гідрологічних дослідженнях поєднують експедиційний і стаціонарний методи.
Для спостереження за гідрологічними характеристиками у водних об'єктах застосовують різноманітні вимірювачі рівня води та течій, а також зонди, що фіксують температуру води і значення низки гідрохімічних показників in situ, тобто в точці вимірювання. Для вивчення рельєфу дна і вимірювання глибин на річках, в озерах і морях використовують ехолоти та гідролокатори бічного огляду з фіксацією результатів промірів на комп'ютері. В останні роки було вирішено проблему просторової «прив'язки» результатів польових робіт за допомогою «супутникової навігації» - GPS (global positioning system, або системи глобального позиціонування за допомогою супутників).
Останнім часом стали широко застосовуватися так звані нетрадиційні дистанційні методи спостереження і вимірювання за допомогою локаторів, аерокосмічна зйомки і спостереження, автономні реєструючі системи (автоматичні гідрологічні пости на річках, буйкові станції в океанах). За допомогою радіолокаторів ведуть спостереження за дощовими хмарами; цей метод в майбутньому дозволить прогнозувати атмосферні опади і викликані ними дощові паводки. Величезні можливості дає використання авіації та космічних апаратів для спостережень за станом водних об'єктів. Так, за допомогою встановлених на літаках радіометрів, що працюють в інфрачервоному діапазоні, можна визначати температуру поверхневого шару океанів, морів і озер.
Знімки з супутників дозволяють вести спостереження за замерзанням і розкриттям річок, розливами і повенями, крижаними заторами, станом льодовиків, течіями в океані тощо. Космічні знімки допомогли оцінити вплив нещодавнього підвищення рівня Каспійського моря на морські береги і річкові дельти. Тільки космічні знімки дозволяють стежити за висиханням і деградацією Аральського моря (наземні спостереження в цьому районі практично припинено).
Космічні знімки дозволяють за кольором поверхні моря визначати концентрацію хлорофілу - головної характеристики, що характеризує стан морської екосистеми. У майбутньому, безсумнівно, все більшого поширення отримають повністю автономні (працюючі без участі людей) автоматичні установки, що здійснюють спостереження за режимом річок, озер, морів, льодовиків і передають інформацію до центрів збору та аналізу даних.
Широко використовуються в гідрології методи експериментальних досліджень. Розрізняють експерименти в лабораторії і експерименти в природі. У першому випадку на спеціальних лабораторних установках проводять експерименти в умовах, повністю контрольованих експериментатором. Так, в лабораторіях вивчають різні режими руху води і наносів, розмиви річкового русла, гідрохімічні процеси тощо.
У другому випадку спостереження проводять на невеликих ділянках природних об'єктів, спеціально обраних для детальних досліджень. Людина не в змозі регулювати прояв природних процесів, але завдяки спеціальному вибору ряду зовнішніх умов (наприклад, характеру грунту, рослинності, крутизни схилів), застосуванню спеціального обладнання і особливих методів (включаючи ізотопні) і ретельним спостереженням може створити умови для досліджень, неможливі при звичайних польових роботах. Так, в гідрології для вивчення окремих питань проводять спостереження на так званих «експериментальних майданчиках» на схилах, «експериментальних водозборах», «полігонах» в океані тощо.
Встановити зв'язки між різними гідрологічними характеристиками або між ними та іншими визначальними факторами (наприклад, висотою місцевості, опадами, швидкістю вітру) в конкретних природних умовах, а також оцінити ймовірність настання того чи іншого гідрологічного явища допомагають статистичні методи, які використовують сучасні прийоми обробки даних спостережень і математичної статистики.
Нарешті, завершальним етапом досліджень у багатьох випадках стають теоретичні узагальнення та аналіз. Теоретичні методи в гідрології базуються, з одного боку, на законах фізики, а з іншого - на географічних закономірностях просторово-часових змін гідрологічних характеристик. Серед цих методів останнім часом на перший план виходять методи математичного моделювання, системного аналізу, гідролого-географічних узагальнень, включаючи гідрологічне районування та картографування, геоінформаційні технології.
Завдання загальної гідрології полягає в розгляді основних і найбільш загальних закономірностей процесів у водних об'єктах, виявленні їх взаємозв'язків з процесами, що протікають в атмосфері, літосфері і біосфері. Особливе значення при цьому має встановлення закономірностей кругообігу води на земній кулі, географічного розподілу різних гідрологічних характеристик у глобальному масштабі і розгляд гідрологічних процесів як найважливішого чинника у формуванні географічної оболонки Землі.
Природні води на Землі і гідрологічні процеси вивчає комплекс наук, що об'єднуються загальним поняттям гідрологія. Термін "гідрологія" утворено від латинських слів "гідро" - вода і "логос" - наука. Однак гідрологія займається вивченням не води як такої (фізичної речовини або хімічної сполуки), а вивченням поширення та режиму природних вод на Землі.
10. Особливості географічного поширення озер
Озеро – замкнена заглибина на суходолі, яка заповнена водою, але не має безпосереднього зв’язку з океаном.. На відміну від рік озера – водойми уповільненого водообміну. Загальна площа озер Землі – 2,7 млн. км2, або 1,8% поверхні суходолу. Озера поширені повсюдно, але не рівномірно. На географічне розміщення озер великий вплив має клімат, який впливає на живлення озер й випаровування, а також на фактори, які сприяють утворенню озерних улоговин. В районах із сухим кліматом озер менше, часто води маловодні й безстічні, а в зв’язку з цим – солені. Таким чином розподіл озер і їх гідрохімічні особливості обумовлені географічною зональністю.
Найбільше озеро світу – Каспійське (площа 368 тис. км2), найглибше – Байкал (глибина 1620м).
Озера прийнято класифікувати за чотирма признаками:
За походженням озерних улоговин:
А) Тектонічні озерні котловини утворюються в результаті утворення тріщин, розломів й опускання земної кори. Вони відзначаються великою глибиною й крутизною схилів (Байкал, Велике Невільниче озеро, Мертве море, Чад, Ер, Тітікака, Поопо та інші).
Б) Вулканічні, які утворюються в кратерах вулканів чи зниженнях лавових полів (Курильське й Кроноцьке на Камчатці, багато озер о. Ява й Нової Зеландії).
В) Льодовикові озерні улоговини утворюються у зв’язку з діяльністю льодовика, який виорював озерні улоговини. Таке походження мають улоговини озер Фінляндії, Альп, Уралу, Кавказу).
Г) Карстові озера, улоговини яких виникали в результаті провалів і розмивання гірських порід. Розчинення цих порід водою призводить до утворення глибоких, але невеликих за площею озерних улоговин.
Ґ) Загатні (завальні) озера виникають в результаті перегородження русла річки глибами порід при обвалах в горах (озера Альп, Гімалаїв, інших гірських систем).
Д) Лиманні озера поширені на берегах морів – це прибережні ділянки моря, відділених від нього прибережними косами.
Е) Озера-стариці – озера, які виникли в старих руслах рік. Тобто річки спочатку обходять породи, які важко піддаються розмиванню, й утворюють вигини – меандри. Коли річка розмиває ці породи, то продовжує свій шлях по прямій, а меандри перетворюються на озера-стариці.
2. За походженням водної маси:
А) Атмосферні. Це озера, які ніколи не були частиною Світового океану. Такі озера на землі переважають. Такі озера на Землі переважають
Б) Реліктові, чи залишкові, озера утворились на місці відступивши морів (Каспійське, Аральське, Ладозьке і т.д.).
3. За водним режимом:
А) Стічні – озера, в які впадають і з яких витікають річки (озера мають стік). Такі озера переважають в зоні надлишкового зволоження.
Б) Безстічні – озера, в які впадають річки, але жодна не витікає (озера не мають стоку). Такі озера характерні переважно для зон недостатнього зволоження.
4. За кількістю розчинених речовин:
А) Прісні – озера, солоність яких не перевищує 1‰ (1 проміле)
Б) Солонуваті – солоністю до 24‰.
В) Солоні – з вмістом розчинених речовин – від 24,7‰ до 47‰
Г) Мінеральні – понад 47‰.
Зазвичай стічні озера прісні, бо вода в них безперервно оновлюється. Безстічні озера частіше бувають солоними, бо значна частина води випаровується, а сіль залишається.
11.). Становлення і розвиток гідрології як науки
Становленню гідрології як науки передував довгий період накопичення знань про воду, водні об’єкти і спостереження за ними. Розвиток знань про воду започаткували древньогрецькі філософи. Мислитель античної епохи Фалес Мілетський (624-547 р. До н.е.) В своїх працях доводив, “що світ утворився з води”. Платон (427-347 р. До н.е.) Першим висунув ідею про круговорот води в природі, а його учень Арістотель (384-322 р. До н.е.) Розкрив зміст круговороту як процесу випаровування з морів і океанів під впливом сонячної радіації з наступною конденсацією вологи і випадання опадів, які живлять річки.
Розвиток мореплавства спонукав до проведення спостережень на морях і річках. Перші відомості про річки та озера на території СНД належать до першого тисячоліття до нашої ери, коли велись водомірні спостереження на річках Середньої Азії (Зеравшан, Аму-Дар’я) в районах зрошення.
Князь Гліб Святославович зимою 1068 року організував промір по льоду ширини Керченської протоки, яка склала 29850 м. Починаючи з XII ст., описи водних шляхів давалися в давньоруських літописах. По берегах річок встановлювалися знаки з надписами, які повідомляли про мілини, перекати, коси.
В історії досліджень водних об’єктів Росії значне місце займає епоха Петра І, коли почалося більш-менш систематичне їх вивчення. У цей період було зроблено описи найбільших річок з метою їх використання для судноплавства. В 1700 році вперше в Росії було виконано виміряння витрати води р. Волги біля Камишина, а в 1715 р. Відкрито перший водомірний пост на р. Неві біля Петропавловської фортеці. У вивчення природних вод значний внесок зробив великий російський вчений М.В. Ломоносов. За його ініціативою було проведено обстеження весняних повеней, скресання і замерзання річок.
Значну роботу по вивченню річок проводила Російська Академія наук. В 1768-1774 рр. Вона організувала ряд експедицій, якими було зібрано багато матеріалу з гідрографії Поволжя, Південного Уралу, Західного і Східного Сибіру, Криму, Північного Кавказу. В 1773 році була видана “Древняя Российская гидрография”, в якій було “описание Московского государства рек, протоков, кладезей и какие по ним городы и урочища и на каком оные расстоянии”.
В 1767 році в Росії утворюється головне управління водних комунікацій, яке з 1811 року почало вести систематичні спостереження за рівнями води і відмічати дати скресання і замерзання річок, озер. В 1858 році була видана перша “Инструкция для производства наблюдений за измерениями горизонта и ложа в реках”, яка впорядковувала водомірні спостереження.
Численні водні дослідження в Росії почалися в 70-х роках XIX ст., коли для перевезення вантажів виникла потреба поряд із залізничними і ґрунтовими дорогами розвивати водні шляхи. Значний вклад у цю справу внесло Міністерство шляхів сполучення. Його Навігаційно-описова комісія за 20 років своєї діяльності (1875 – 1894 рр.) Виконала велику роботу по дослідженню вод країни. Було складено і видано навігаційні атласи, а також створено водомірну сітку на судноплавних річках, закладено основи методики водних досліджень, видано монографії по великих річках.
Наукові дослідження гідрологічних процесів відбувалися спочатку в надрах фізичної географії, геології і гідротехніки. Для розвитку гідрології важливе значення мали роботи О.І. Воєйкова, М.С. Лелявського, В.М. Лохтіна, Є.В. Оппокова та ін. В кінці XIX ст. Гідрологія виділяється як самостійна наука. Її виділення в самостійну галузь знань було зумовлене практичними запитами щодо використання вод. Особливо широкого розвитку вона набула в XX ст. Велике значення в організації планомірних досліджень водних об’єктів і розвитку гідрології як науки в Росії мав план ГОЕЛРО, яким передбачалось всебічне вивчення природного режиму водних об’єктів й оцінка майбутнього, штучно зміненого їх режиму. Для наукового керівництва роботами з вивчення водних ресурсів в 1919 році у Петербурзі був утворений Російський гідрологічний інститут (з 1926 року Державний гідрологічний інститут – ДГІ), який став провідною науковою організацією в галузі гідрології. Таким він залишається і сьогодні. В ДГІ вирішуються найважливіші проблеми гідрології, узагальнюються і публікуються результати гідрологічних спостережень і досліджень, видаються методичні інструкції і рекомендації для проведення гідрологічних робіт. Аналогічні функції в Україні виконує Український науково-дослідний гідрометеорологічний інститут (укрнді Гідромет).
Річкові наноси
Річковими наносами називаються тверді частинки, які переносяться потоком і формують руслові і заплавні відклади. Річкові наноси утворюються з продуктів вивітрювання, денудації і водної ерозії гірських порід і ґрунтів.