1.1.2. Формування основ наукової гідрології

Сімнадцяте століття стало переломним у розвитку суспільства та науки. З початком Нового часу розпочалось взаємопов’язане становлення науки і техніки сучасного типу (експериментальної, точної, технологічної, комплексної, динамічної). Створення приладів та механізмів, розвиток фізичних теорій, математичних та прикладних методів досліджень позначився і на розвитку природничих наук, зокрема, метеорології та гідрології.

Важливою подією була наукова праця П’єра Перро “Про походження джерел”, 1674 р. З нею пов’язують початок розвитку наукової гідрології. (У 1974 році ЮНЕСКО на міжнародній гідрологічній конференції у Парижі відмітила 300-річчя наукової гідрології). Перро було доручено збудувати водопровід до Лувра. Під час цієї роботи він провів розрахунки водозабезпеченості (балансу води). Він виміряв окремі елементи колообігу води і доказав, що сума опадів в одному з районів верхньої частини басейну р. Сєна приблизно у шість раз перевищує витрату води відповідної притоки Сєни. Тобто опади з запасом забезпечують стік води в річках. Він також доказував, що частина вологи атмосфери, з якої формуються опади, попадає в межі суходолу з моря. Подібні розрахунки продовжив та розвинув Е. Маріотт.

Англійський астроном і геофізик Е. Галлей в цей же час першим виміряв випаровування з поверхні моря і прямо вказав на те, що океан є джерелом водяної пари, яка породжує опади над суходолом.

Також почали створюватись перші сітки гідрологічних спостережень. Поступово розвиваються океанологічні експедиційні спостереження. В середині XVII століття Кірхер вперше дав узагальнену карту відомих океанічних течій. У 1725 році Марсільї опублікував “Фізичну історію моря”. Але океанографічні експедиції 18 та першої половини 19 століття були ще відносно малочисельні і описові.

У XVIIІ-XIX століттях були продовжені дослідження водного балансу та колообігу води у природі було започатковано розвиток океанології; продовжені великі географічні відкриття; гідрографічні описи водних об’єктів суходолу; розвивалась система гідрологічних спостережень; створювались відповідні прилади та пристрої; розвивались фундаментальні фізичні, хімічні, біологічні та географічні основи гідрологічних досліджень; створювались нові методи досліджень та прогнозів; зародилися основи окремих гідрологічних дисциплін та комплексних дисциплін про певні типи водних об’єктів. У XIX столітті вперше були поставлені питання про взаємодію і взаємозалежність суспільства та природи.

Важливою властивістю розвитку гідрології стало те, що дослідження проводились все більш систематично послідовно, спадково і взаємопов’язано. В кінцевому результаті це дозволило підійти до узагальнень не дивлячись на зростаюче коло і спеціалізацію її напрямків.

1.1.3. Сучасна гідрологія

Характерними ознаками сучасної гідрології є перетворення її у складний комплекс наук при наростанні ролі об’єднуючих, інтеграційних тенденцій. У XX столітті вона збагатилась новими методами та технологіями досліджень, перейшла до опису більш загальних, глибоких, суттєвих законів розвитку системи водних об’єктів, набула великого практичного значення. На початку століття гідрологію суходолу стали викладати у вищих навчальних закладах. У 1904 році в США видано перший навчальний посібник з гідрології (Д. Мід). Одним з перших курсів лекцій були також лекції професора Петербурзького політехнічного інституту С. Максимова, прочитані ним у 1914 році. Приблизно в цей же час з’являються перші підручними з океанології: О. Крюммеля “Підручник з океанографії” 1907-1911 рр.; І. Шпіндлєра “Гідрологія моря” 1914-1915 рр.; Ю. Шокальського “Океанографія” 1917 р. Початок викладання у вищих навчальних закладах вказує на зрілість та внутрішню єдність наук, а також на їх важливе прикладне значення.

У першій третині XX століття відбувається якісний стрибок у застосуванні точних, математичних методів досліджень в гідрології. Це пов’язано із застосуванням положень гідромеханіки та гідравліки, статистичних методів (теорії ймовірностей), створенням власних розрахункових методів. Наведемо деякі приклади. У 1905 році Е. Брікнер вперше дав повну систему рівнянь для аналізу світового водного балансу і провів розрахунки (оцінки) його складових. У 1911 році Е. Ольдекоп видав наукову працю “Випаровування з поверхні річкових басейнів”. Деякі питання колообігу води були розглянуті також кліматологами. У 1903-1905 роках В. Екман створив теорію вітрових (дрейфових) течій. Приблизно в цей же час була створена теорія густинних (градієнтних) течій. Розвивались теорії хвиль та припливів. До 20-х років відносять початки застосування методів теорії ймовірностей до аналізу річкового стоку. Зокрема Д. Кочерін вперше побудував криві забезпеченості середньорічних та добових витрат води в річках, встановив основні риси внутрірічного розподілу стоку, запропонував залежності характеристик стоку, від фізико-географічних факторів. У 30-х роках була розвинута теорія формування та руху паводків у річках, зокрема метод одиничного гідрографу (Л. Шерман, В. Глушков, М. Веліканов). Хоча ідеї про час добігання були висловлені ще на початку століття (М. Долгов, 1916 р.).

Стрімкий розвиток інженерної гідрології поряд з гідротехнічними науками був пов’язаний з величезним розмахом гідротехнічного будівництва і ростом використання водних ресурсів.

В океанографічних дослідженнях поступово перейшли від розрізнених експедиційних досліджень до систематичних, з використанням спеціалізованого флоту. Була також значно розвинута технічна (приладна) база спостережень та вимірювань. Все це також призвело до якісного стрибка в розробці багатьох питань теорій океанологічних явищ та процесів. Особливо це стосується динаміки океану, уявлень про будову та розвиток його дна, знання морських екосистем, ресурсів океану та інших.

Важливою рисою розвитку всієї гідрології у другій половині XX століття є глобалізація теорій і посилення міжнародного співробітництва. (Це також характерно для всього циклу наук про Землю). Океанологічні програми були широко представлені при проведенні Міжнародного Геофізичного року та Року міжнародного геофізичного співробітництва (1957-1958 та 1959-1962 роки), а також при проведенні досліджень глобальних атмосферних процесів (ПВГАП — програма вивчення глобальних атмосферних процесів). Важливими були міжнародна індоокеанська експедиція (1961-1964 рр.), Тропічний експеримент (ТРОПЕКС-1974 р.).

Величезний матеріал дали дослідження на особливих полігонах. Першим з них став західний район північної половини Атлантики. Програма називалась “ПОЛІМОДЕ”. Потім була розроблена об’єднана глобальна система океанографічних станцій (ОГСОС), з’явилась програма вивчання глобальної циркуляції океану (WOCE).

В області гідрології суходолу з 1965 по 1974 рік під егідою ЮНЕСКО було проведено Міжнародне гідрологічне десятиліття (МГД). З 1975 року існує Міжнародна гідрологічна програма (МГП).

На протязі XX століття отримали розвиток також інші галузі гідрології. Це стосується гідрогеології (яка зародилась ще у другій половині XIX століття). Значним стимулом її розвитку було розширення використання підземних вод і пошуків корисних копалин. З початку XX століття проводяться гідрохімічні дослідження. Розвиток гідрохімії пов’язаний з розвитком геохімії, де у першій половині століття були створені наукові праці глобального значення (Вернадський, Ферсман, Виноградов та ін.). Поступово все більшу увагу надають екологічним дослідженням. Проблема взаємодії суспільства та природи була поставлена ще у XIX столітті. Перші географічні дослідження у цьому напрямку провів Дж. П. Марш. У загально-науковому відношенні цікаво навести висловлювання К. Маркса: “...людина живе природою. Це означає, що природа є її тіло, з яким людина повинна залишатися у процесі постійного спілкування, щоб не померти. Те, що фізичне та духовне життя людини нерозривно пов’язане з природою, означає ні що інше, як те, що природа нерозривно пов’язана з собою, так як людина є частиною природи”. Не дивлячись на це досвід більшої частини XX століття вказує на самонадіяність людини, що обернулася найбільшими катастрофами в її історії. В теперішній час ми спостерігаємо значні реальні зрушення в розробці екологічних проблем. Відбувається також екологізація гідрології. Можливо це є ознакою переходу до нового (четвертого) етапу її розвитку.

Розвиток комплексу гідрологічних наук завжди привертав увагу вчених (самоусвідомлення, самопізнання і самоорганізація науки). Погляди дослідника можна відображати за допомогою графічних схем. Їх приклади наведено на рис. 1.3.-1.5. Як бачимо — різноманіття досить велике. Тому спробуємо описати тільки основні напрямки сучасних гідрологічних досліджень.

1. Географічний, комплексний, узагальнюючий. (Включає власне загальну гідрологію, гідрографію, палеогідрологію та деякі інші дисципліни).

2. Геофізичний. (Включає гідрофізику з її розділами, фізику океану, динаміку руслових потоків та ін.).

3. Гідрохімічний, гідробіологічний, гідроекологічний. Інтенсивно розвивається у теперішній час.

4. Методичний. (Включає гідрометрію, застосування математичних, фізико-математичних методів, геоінформаційних технологій та ін.).

5. Технічний, або прикладний. (Включає інженерну гідрологію суходолу, прикладу океанологію, гідропрогнози, прикладну гідроекологію та ін.).

6. Суспільний та комплексноекологічний. (Включає водне право, економіку водокористування, водні рекреації, охорону водних ресурсів та ін.). Досить інтенсивно формується, змінюється.

Всі ці напрямки поділяються у свою чергу за різними типами водних об’єктів.

Розглянувши історію та структуру гідрології спробуємо дати її визначення. Коротко — це наука про природні води. Ще на початку XX століття В. Глушков дав таке визначення “Гідрологія це наука, що вивчає життя води на Земній кулі”. Потім висловлювались різні погляди на це питання. Тим не менше зміст цього образного визначення найбільш правильний. Тому, більш широко, можемо сказати, що гідрологія — це область тяжіння (центр) складного комплексу наукових досліджень, в рамках якого вивчають закони розвитку природних вод, розповсюдження та взаємодію водних об’єктів, їх роль в еволюційних процесах на Землі.