Гидрология суши

ГИДРОЛОГИЯ СУШИ (гидрология поверхностных вод суши), раздел гидрологии, изучающий водные объекты суши - реки, озёра, водохранилища, болота, ледники. Гидрология  суши подразделяется по объектам исследования на гидрологию рек (потамология), гидрологию озёр (лимнология, или озероведение), гидрологию водохранилищ, гидрологию болот и гидрологию ледников. Гидрология болот рассматривается также как раздел болотоведения, а гидрология ледников - гляциологии. В качестве самостоятельных разделов гидрологии суши выделяют гидрологию морской устьев рек, пограничную между гидрологией рек и океанологией. Гидрология  суши исследует гидрологический режим поверхностных вод суши и происходящие в них процессы при взаимодействии с атмосферой, литосферой, биосферой и с учётом влияния хозяйственной деятельности человека.

Гидрология  суши располагает большим количеством взаимодополняющих друг друга методов изучения гидрологических процессов, важнейшее место среди которых занимают полевые исследования, подразделяющиеся на экспедиционные и стационарные. Первые из них заключаются в проведении относительно кратковременных (от нескольких дней до нескольких лет) экспедиций на водных объектах, вторые - в проведении длительных (обычно многолетних) наблюдений на специальных гидрологических станциях и постах. Обычно при гидрологических исследованиях сочетают экспедиционный и стационарный методы. Широко применяются дистанционные методы наблюдения и измерений. Огромные возможности даёт использование космических аппаратов для наблюдений за состоянием водных объектов. Снимки со спутников позволяют вести наблюдения за замерзанием и вскрытием рек, разливами и наводнениями, ледяными заторами, состоянием ледников. Получают распространение полностью автономные (работающие без участия людей) автоматические установки, осуществляющие наблюдение за режимом рек, озёр, ледников и передающие информацию в центры сбора и анализа данных.

В гидрологии суши широко используют методы экспериментальных исследований. Различают эксперименты, проводимые в лаборатории и в природных условиях. В первом случае на специальных лабораторных установках проводят эксперименты, полностью контролируемые экспериментатором. Моделируют и изучают различные режимы движения воды и наносов, размывы речного русла, гидрохимические процессы и так далее. Во втором случае наблюдения осуществляют на небольших участках природных объектов, специально выбранных для детальных исследований. В гидрологии суши для изучения отдельных процессов проводят наблюдения на так называемых экспериментальных площадках на склонах речных бассейнов, «экспериментальных водосборах».

Установить связи между различными гидрологическими характеристиками или между ними и другими определяющими факторами (например, высотой местности, осадками, скоростью ветра) в конкретных природных условиях, а также оценить вероятность наступления того или иного гидрологического явления помогают статистические методы, использующие современные приёмы обработки данных наблюдений и математической статистики. Завершающим этапом исследований во многих случаях становятся теоретические обобщения и анализ. Теоретические методы в гидрологии суши базируются, с одной стороны, на законах физики, а с другой - на географических закономерностях пространственно-временных изменений гидрологических характеристик. Среди этих методов на первый план выходят методы математического моделирования, системного анализа, гидролого-географических обобщений, включая гидрологическое районирование и картографирование, геоинформационной технологии.

Как часть гидрологии, гидрология суши, прежде всего, взаимодействует с другими её разделами - гидрографией, прикладной (инженерной) гидрологией, гидрометрией и др. Гидрология суши относится к географическим наукам и тесно связана с другими разделами географии - метеорологией и климатологией, геоморфологией, гляциологией, ландшафтоведением и так далее, а также с другими естественными науками - геологией, биологией и др. Многие общие законы гидрологии суши установлены с привлечением фундаментальных наук - физики, химии, математики.

Очерк развития науки. К числу первых известных гидрологических работ относятся гидрометрические наблюдения древних египтян за колебаниями уровня воды в Ниле на «ниломерах». Древнегреческий философ Фалес считал, что в основе всех явлений лежит «влажная природа», то есть вода, всё возникает из воды и в неё превращается; Гераклит полагал, что в основе всего сущего лежит круговорот веществ (стихий) - огня, воздуха, воды и земли, ему принадлежит знаменитый образ реки, в которую нельзя войти дважды. Геродот провёл первые исследования Нила и Дуная (Истра). О происхождении рек и источников вод размышляли Платон и Аристотель. Витрувий занимался поиском подземных вод. Герон Александрийский первым предположил, что расход воды равен произведению площади поперечного сечения потока на скорость течения. О познаниях древних римлян в гидрологии и гидротехнике свидетельствуют римские акведуки. Леонардо да Винчи одним из первых дал правильное толкование происхождения рек, выделив роль дождевых и подземных вод, впервые наблюдал за динамикой водного потока. Дальнейший прогресс в развитии гидрологических знаний приходится на 17 век. Гидрологические исследования проводил Р. Декарт. Первые количественные оценки в гидрологии суши принадлежат П. Перро (брату Ш. Перро), рассчитавшему, что дождевой воды вполне достаточно для поддержания стока рек, продолжил эти исследования Э. Мариотт. Роль испарения в гидрологических процессах впервые оценил Э. Галлей, он сформулировал представление о круговороте воды в природе и дал ему приближённую количественную оценку. 18-19 века ознаменовались быстрым развитием гидравлики, предопределившей в последующем прогресс в различных разделах гидрологии суши. Большой вклад в гидрологию суши внесли французские инженеры А. Шези и А. Дарси, Д. Бернулли, ирландский учёный Р. Маннинг. В 20 - начале 21 века за рубежом преимущественно развиваются гидрологические прогнозы и расчёты, прикладные инженерные направления гидрологии суши, связанные с гидростроительством, водоснабжением, транспортом, предупреждением природных катастроф и др.

Гидрологические наблюдения в России проводятся с 15 века: в записях русских летописцев сохранились сведения о наводнениях, паводках, замерзании и вскрытии рек. Данные о реках и озёрах приведены в «Книге Большому чертежу» - приложении к «Большому чертежу всему государству Московскому», одной из первых карт России, составленной в 1600 (1598?) и уточнённой в 1627 году. В 1773 году эти сведения были переизданы Н. И. Новиковым под названием «Древняя российская идрография, содержащая описание Московского государства рек, протоков, озёр, кладезей и какие по ним города и урочища и на каком они расстоянии». В 17 веке начались наблюдения за уровнем воды на реке Москва. При Петре I проводились первые гидрологические изыскания для судоходства на Дону, Оке, Волге.

В 1715 году были организованы постоянные наблюдения за режимом Невы у Петропавловской крепости. В изучение рек заметный вклад внесли русские землепроходцы и географы 18 века. Крупные гидрографические работы на реках провела созданная в 1875 при Министерстве путей сообщения навигационно-описная комиссия. В 1881 году были впервые опубликованы данные наблюдений за уровнем воды на отдельных реках. Ценные материалы по гидрографии дали экспедиции П. П. Семёнова Тян-Шанского и Н. М. Пржевальского. В конце 19 века в России были опубликованы крупные обобщающие работы известных естествоиспытателей В. М. Лохтина, Н. С. Лелявского, В. В. Докучаева, А. И. Воейкова, заложившие основы учения о реках. Широкое развитие гидрологических изысканий и исследований, направленных на комплексное использование водных ресурсов для судоходства, гидроэнергетики и орошения, началось в 1920-х годах. В 1919 году был создан российский (с 1926 государственный) Гидрологический институт. В 1920 году был принят план электрификации России (план ГОЭЛРО), выполнение которого потребовало проведения широких гидрологических исследований, осуществлённых с участием В. Г. Глушкова и Е. В. Близняка. В 1929 году создана Гидрометеорологическая служба СССР, на которую возлагалось проведение гидрологических наблюдений и исследований. В 1931 году начались работы по составлению Водного кадастра СССР - систематизированных сведений о режиме рек, озёр, морей, ледников, подземных вод, которыми на первом этапе руководил Л. К. Давыдов. До Великой Отечественной войны усилиями Е. В. Близняка, М. А. Великанова, В. Г. Глушкова, Д. И. Кочерина, С. Д. Муравейского, Б. В. Полякова, Д. Л. Соколовского и др. были разработаны теоретические основы гидрологии суши как самостоятельной науки. В послевоенные годы для восстановления и дальнейшего развития народного хозяйства страны было необходимо значительно расширить гидрологические изыскания и исследования для крупного гидроэнергетического строительства на Днепре и Волге, а также провести мелиоративные мероприятия на юге Европейской части СССР и в Средней Азии, улучшить судоходные условия на Волге и сибирских реках.

Во 2-й половине 20 века крупный вклад в развитие гидрологии суши внесли: в области теплового и водного баланса - М. И. Будыко, М. И. Львович, Н. И. Коронкевич, В. А. Троицкий и др.; гидрологических прогнозов - Б. А. Аполлов, Г. П. Калинин и др.; речного стока, расчёта его параметров, гидрологического районирования - А. М. Владимиров, Л. К. Давыдов, Б. Д. Зайков, С. Н. Крицкий, П. С. Кузин, М. Ф. Менкель и др.; внутригодового распределения и регулирования стока - А. В. Огиевский, Г. Г. Сванидзе и др.; водных ресурсов - К. П. Воскресенский, А. А. Соколов, А. И. Чеботарёв, И. А. Шикломанов и др.; стока наносов и русловых процессов - Г. В. Лопатин, Н. И. Маккавеев, Р. С. Чалов и др. Исследования озёр проводили Б. Б. Богословский, Г. Ю. Верещагин, Л. Л. Россолимо, А. И. Тихомиров и др.; водохранилищ - А. Б. Авакян, Н.В. Буторин, С. Л. Вендров, Ю. М. Матарзин, В. М. Широков, К. К. Эдельштейн и др.; ледников - Г. Н. Голубев, С. В. Калесник, В. М. Котляков, Г. К. Тушинский и др.; водного режима болот - Д. Дубах, К. Е. Иванов и др. В это время велись крупные гидрологические исследования по всей территории Советского Союза. Значительный импульс получило международное сотрудничество в области гидрологии суши. Большой вклад в её развитие внесло Международное гидрологическое десятилетие (МГД), учреждённое ЮНЕСКО на 1965-74. С 1975 года осуществляется постоянно действующая Международная гидрологическая программа (МГП) ЮНЕСКО, в которой активно участвуют гидрологи России из различных учреждений. Важным вкладом советских гидрологов в МГП явился капитальный труд «Мировой водный баланс и водные ресурсы Земли» (1974).

С 1978 года проводятся работы по Государственному водному кадастру (ГВК), который представляет собой систематизированный, постоянно пополняемый и уточняемый свод сведений о водных объектах, составляющих единый государственный водный фонд, о режиме, качестве и использовании вод. ГВК состоит из трёх разделов: 1) поверхностные воды (реки и каналы, озёра и водохранилища, качество вод суши, селевые потоки, ледники, моря и морские устья рек), 2) подземные воды, 3) использование вод. Данные ГВК подразделяются на архивные материалы (книжки наблюдений, таблицы и др.), долговременные технические носители информации (микрофильмы, магнитные ленты), публикуемые материалы (каталоги водных и водохозяйственных объектов, ежегодные и многолетние данные о режиме и др.). «Ежегодные данные о режиме и ресурсах поверхностных вод суши» служат продолжением издававшихся до 1978 года «Гидрологических ежегодников» и «Материалов наблюдений на озёрах и водохранилищах». В рамках ГВК создаются банк данных о водных ресурсах и автоматизированная информационная система (АИС ГВК). Заметными вехами в развитии гидрологии суши стали Всесоюзные гидрологические съезды (1924, 1928, 1957, 1973, 1986) и Всероссийский гидрологический съезд (2004).

В комплексе мер, осуществляемых в России по защите водных ресурсов от истощения и загрязнения, особая роль принадлежит введённой в 1970-х годах системе мониторинга качества поверхностных вод, осуществляемой Государственной службой наблюдений и контроля за загрязнением объектов природной среды. В конце 20 - начале 21 века проводятся исследования реакции вод суши на крупномасштабные изменения климата и оценка изменений режима водных объектов суши под влиянием хозяйственной деятельности. В 2003 году ГГИ опубликован фундаментальный труд «Мировые водные ресурсы на рубеже XXI века».

Практическое значение. Эксплуатация водных ресурсов, оценка эффективности их использования невозможны без научного обоснования и соответствующих гидрологических исследований. Гидрологи я суши обеспечивает водопотребителей и водопользователей данными о гидрологическом режиме водных объектов (количестве и качестве воды, пространственно-временных изменениях гидрологических характеристик), представляет гидрологические прогнозы. Промышленность и коммунальное хозяйство заинтересованы в оценке количества и качества потребляемой воды, орошаемое земледелие - в данных о режиме источника, из которого осуществляется водозабор. При строительстве на берегах рек (набережных, причалов и др.), а также сооружении мостов, переходов трубопроводов и линий электропередачи (ЛЭП) через реки требуются знания об уровнях воды, ледовых явлениях, скоростях течения, русловых процессах (размыва или намыва дна и берегов). Речной водный транспорт использует сведения об уровнях воды, скоростях течения, ледовых явлениях, русловых процессах; гидроэнергетика - о современных и ожидаемых колебаниях стока воды; рыбное хозяйство - о физико-химических характеристиках воды (температуре, минерализации, содержании кислорода и так далее). Велика роль гидрологических исследований и в решении такой проблемы, как защита населённых пунктов и земель от наводнений. Особую актуальность приобретают исследования и прогнозы наводнений на реках, вызванных дождевыми паводками или ледяными заторами, а в устьях рек - штормовыми нагонами. Большое значение имеет разработка кратко-, средне- и долгосрочных прогнозов состояния водных объектов. Важна роль гидрологии суши в решении проблем охраны природы, при разработке мероприятий по защите водных объектов от истощения и загрязнения. Гидрологи ведут контроль за состоянием качества воды, разрабатывают приёмы прогноза распространения загрязняющих веществ.

Научные организации и периодические издания. В России исследованиями в области гидрологии суши и внедрением научных разработок в практику занимаются Федеральная служба России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет), которой подчинены региональные управления гидрометеослужбы (УГМС), а им - местные центры по гидрометеорологии (ЦГМС) и разветвлённая гидрометеорологическая сеть; научные учреждения РАН, в том числе Географии институт, Водных проблем институт, Озероведения институт, Институт географии СО (с 1959; г. Иркутск), Институт водных и экологической проблем СО (с 1987; г. Барнаул), Лимнологический институт СО, Федеральное агентство водных ресурсов (с 2004); кафедры МГУ, Санкт-Петербургского, Пермского, Иркутского, Башкирского, Дальневосточного (г. Владивосток) государственных университетов и др. Исследования в области гидрологии суши координируют международные организации: ЮНЕСКО (UNESCO, Department of Water Sciences - координация действий в области науки и образования), Всемирная метеорологическая организация (WMO, Devision of Hydrometeorology - координация в области оперативной гидрологии), Международная ассоциация водных ресурсов (IWRA), Международная ассоциация гидрологических наук (IAHS), Международная ассоциация гидравлических исследований (IAHR) и др.

Российские периодические издания, публикующие материалы в области гидрологии суши: «Метеорология и гидрология» (с 1935), «Гидротехника и мелиорация» (с 1949), «Водные ресурсы» (с 1972), «Водное хозяйство России» (с 1999), «Труды Государственного гидрологического института» (с 1936), «Труды Гидрометцентра Российской Федерации» (с 1947), «Океанология. Гидрология суши. Гляциология» Всероссийского института научной и технической информации (обзор научных публикаций по данной тематике). Международные гидрологические периодические издания:«Water Resources Journal», «Hydrological Sciences Journal», «Journal of Hydrology», «Journal of Hydrologie Engineering», «Hydrology and Earth System Sciences», «Journal of Environmental Hydrology», «IAHS Publication series» и др.

Лит.: Иванов К. Е. Гидрологии болот. Л., 1953; Богословский Б. Б. Озероведение. М., 1960; Соколов А. А., Чеботарев А. И. Очерки развития гидрологии в СССР. Л., 1970; Бисвас А. К. Человек и вода: Из истории гидрологии. Л., 1975; Чеботарев А. И. Общая гидрология (воды суши). 2-е изд. Л., 1975; Важнов А. Н. Гидрология рек. М., 1976; Голубев Г.Н. Гидрология ледников. Л., 1976; Общая гидрология: (Гидрология суши). Л., 1984; Авакян А. Б., Салтанкин В. П., Шаранов В.А. Водохранилища. М., 1987; Эдельштейн К. К. Водные массы долинных водохранилищ. М., 1991; Михайлов В. Н. Гидрология устьев рек. М., 1998; Пуклаков В. В. Гидрологическая модель водохранилища. М., 1999; Новиков С. М. Болота как гидрологический объект // Торфяные болота России: к анализу отраслевой информации. М., 2001; Даценко Ю. С., Эдельштейн К. К. Основы управления водными экосистемами. М., 2001; Матарзин Ю. М. Гидрология водохранилищ. Пермь, 2003; Михайлов В. Н., Добровольский А. Д., Добролюбов С. А. Гидрология. М., 2005.