THỦY VĂN: LỊCH SỬ, ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ HỌC TẬP - KHOA HỌC - 2025

Các thủy văn là khoa học mà giao dịch với việc nghiên cứu các nước trong tất cả các khía cạnh của nó, bao gồm cả phân phối của mình trên hành tinh và chu kỳ thủy văn của nó. Nó cũng giải quyết mối quan hệ của nước với môi trường và sinh vật.

Các tài liệu tham khảo đầu tiên về nghiên cứu hành vi của nước có từ thời Hy Lạp cổ đại và Đế chế La Mã. Các phép đo dòng chảy của sông Seine (Paris) do Pierre Perrault và Edme Mariotte (1640) thực hiện được coi là sự khởi đầu của thủy văn khoa học.

Trạm khí tượng thủy văn ở Vườn quốc gia Serra da Bocaina, Brazil. Nguồn: Halley Pacheco de Oliveira, từ Wikimedia Commons.

Sau đó, các phép đo thực địa tiếp tục và các dụng cụ đo ngày càng chính xác được phát triển. Thủy văn hiện nay nghiên cứu chủ yếu dựa trên việc áp dụng các mô hình mô phỏng.

Trong số các nghiên cứu gần đây nhất, đánh giá về sự rút lui của các sông băng do hiện tượng ấm lên toàn cầu là nổi bật. Ở Chile, bề mặt băng của lưu vực Maipo đã rút đi 25%. Trong trường hợp của các sông băng Andean, sự suy giảm của chúng có liên quan đến sự ấm lên của Thái Bình Dương.

Lịch sử

Các nền văn minh cổ đại

Do tầm quan trọng của nước đối với sự sống, việc nghiên cứu hành vi của nó đã là đối tượng quan sát từ thuở sơ khai của loài người.

Các nhà triết học Hy Lạp khác nhau như Plato, Aristotle và Homer đã phân tích chu trình thủy văn. Khi ở Rome, Seneca và Pliny đã quan tâm đến việc tìm hiểu hành vi của nước.

Tuy nhiên, những giả thuyết được đưa ra bởi các nhà hiền triết cổ đại ngày nay được coi là sai lầm. Marco Vitruvius người La Mã là người đầu tiên chỉ ra rằng nước thấm vào lòng đất là do mưa và tuyết.

Ngoài ra, vào thời điểm này, một lượng lớn kiến ​​thức thủy lực thực tế đã được phát triển, cho phép xây dựng các công trình lớn như các cầu dẫn nước của La Mã hoặc các kênh tưới tiêu ở Trung Quốc, cùng những công trình khác.

Thời phục hưng

Trong thời kỳ Phục hưng, các tác giả như Leonardo da Vinci và Bernard Palissy đã có những đóng góp quan trọng cho ngành thủy văn; Họ có thể nghiên cứu chu trình thủy văn liên quan đến sự thẩm thấu của nước mưa và sự trở lại của nó qua các suối.

Thế kỷ XVII

Người ta coi thời kỳ này thủy văn là một ngành khoa học đã ra đời. Các phép đo thực địa đã được bắt đầu, đặc biệt là các phép đo do Pierre Perrault và Edmé Mariotte thực hiện ở sông Seine (Pháp).

Edmond Halley. Nguồn: Unknown, qua Wikimedia Commons

Tác phẩm được thực hiện bởi Edmond Halley ở Biển Địa Trung Hải cũng rất nổi bật. Tác giả đã thành công trong việc thiết lập mối quan hệ giữa bay hơi, lượng mưa và dòng chảy.

Thế kỷ XVIII

Thủy văn đã có những bước tiến quan trọng trong thế kỷ này. Nhiều thí nghiệm đã được thực hiện cho phép thiết lập một số nguyên tắc thủy văn.

Chúng ta có thể làm nổi bật định lý Bernoulli, trong đó nói rằng trong một dòng nước, áp suất tăng khi tốc độ giảm. Các nhà nghiên cứu khác đã có những đóng góp liên quan đến các đặc tính vật lý của nước.

Tất cả các thí nghiệm này tạo thành cơ sở lý thuyết cho sự phát triển của các nghiên cứu thủy văn định lượng.

Thế kỷ XIX

Thủy văn phát triển mạnh mẽ hơn như một khoa học thực nghiệm. Những tiến bộ quan trọng đã được thực hiện trong lĩnh vực thủy văn địa chất và đo đạc các vùng nước mặt.

Trong thời kỳ này, các công thức quan trọng áp dụng cho nghiên cứu thủy văn đã được phát triển, nổi bật là phương trình Hagen-Pouiseuille của dòng chảy mao dẫn và công thức giếng Dupuit-Thiem (1860).

Thủy văn (môn đo lường dòng chảy, lực và tốc độ của chất lỏng chuyển động) đặt nền móng cho nó. Các công thức đo lưu lượng đã được phát triển và nhiều thiết bị đo hiện trường khác nhau đã được thiết kế.

Mặt khác, Miller, năm 1849, phát hiện ra rằng có mối quan hệ trực tiếp giữa lượng mưa và độ cao.

Thế kỷ 20 và 21

Trong suốt phần đầu của thế kỷ 20, thủy văn định lượng vẫn là một ngành thực nghiệm. Vào giữa thế kỷ này, các mô hình lý thuyết bắt đầu được phát triển để đưa ra các ước tính chính xác hơn.

Năm 1922, Hiệp hội Khoa học Thủy văn Quốc tế (IAHS) được thành lập. IAHS nhóm các nhà thủy văn trên toàn thế giới cho đến ngày nay.

Những đóng góp quan trọng được thực hiện trong lý thuyết thủy lực và thấm nước giếng. Tương tự như vậy, số liệu thống kê đang được sử dụng trong các nghiên cứu thủy văn.

Năm 1944, Bernard đặt nền móng cho ngành khí tượng thủy văn bằng cách nêu bật vai trò của các hiện tượng khí tượng trong chu trình nước.

Hiện nay, các nhà thủy văn học trong các lĩnh vực nghiên cứu khác nhau của họ đang phát triển các mô hình toán học phức tạp. Thông qua các mô phỏng được đề xuất, có thể dự đoán hành vi của nước trong các điều kiện khác nhau.

Các mô hình mô phỏng này rất hữu ích trong việc quy hoạch các công trình thủy công lớn. Hơn nữa, có thể sử dụng hợp lý và hiệu quả hơn các nguồn nước của hành tinh.

Chuyên ngành

Thuật ngữ thủy văn xuất phát từ tiếng Hy Lạp hydros (nước) và logo (khoa học), có nghĩa là khoa học về nước. Do đó, thủy văn là khoa học chịu trách nhiệm nghiên cứu về nước, bao gồm các mô hình lưu thông và phân bố của nó trên hành tinh.

Nước là yếu tố cần thiết cho sự phát triển của sự sống trên hành tinh. 70% Trái đất được bao phủ bởi nước, trong đó 97% là nước mặn và tạo nên các đại dương trên thế giới. 3% còn lại là nước ngọt, và hầu hết nó bị đóng băng ở các cực và sông băng trên thế giới, khiến nó trở thành nguồn tài nguyên khan hiếm.

Trong lĩnh vực thủy văn, các đặc tính hóa học và vật lý của nước, mối quan hệ của nó với môi trường và mối quan hệ của nó với các sinh vật sống được đánh giá.

Thủy văn với tư cách là một ngành khoa học có tính chất phức tạp, vì vậy nghiên cứu của nó được chia thành nhiều lĩnh vực khác nhau. Sự phân chia này đề cập đến các khía cạnh khác nhau tập trung vào một số giai đoạn của chu kỳ thủy văn: động lực học của đại dương (hải dương học), hồ (đá vôi) và sông (nồi chảo), nước mặt, khí tượng thủy văn, địa chất thủy văn ( nước ngầm) và cryology (nước rắn).

Sông băng Quelccaya (Peru). Nguồn: Edubucher, từ Wikimedia Commons

Ví dụ nghiên cứu gần đây

Nghiên cứu thủy văn trong những năm gần đây tập trung chủ yếu vào việc ứng dụng các mô hình mô phỏng, mô hình địa chất 3D và mạng nơ ron nhân tạo.

Thủy văn nước mặt

Trong lĩnh vực thủy văn nước mặt, các mô hình mạng nơ ron nhân tạo đang được áp dụng để nghiên cứu động lực học của các lưu vực thủy văn. Do đó, dự án SIATL (Mô phỏng dòng nước đầu nguồn) đang được sử dụng trên toàn thế giới để quản lý lưu vực.

Các chương trình máy tính như WEAP (Đánh giá và Lập kế hoạch Nước), được phát triển ở Thụy Điển và được cung cấp miễn phí như một công cụ toàn diện để lập kế hoạch quản lý tài nguyên nước, cũng đã được phát triển.

Địa chất thủy văn

Trong lĩnh vực này, các mô hình địa chất 3D đã được thiết kế cho phép tạo bản đồ ba chiều về trữ lượng nước dưới đất.

Trong một nghiên cứu do Gámez và các cộng sự thực hiện ở vùng châu thổ sông Llobregat (Tây Ban Nha), các tầng chứa nước hiện tại có thể được định vị. Bằng cách này, các nguồn nước của lưu vực quan trọng cung cấp cho thành phố Barcelona đã được đăng ký.

Cryology

Mật mã học là một lĩnh vực đã có sự phát triển vượt bậc trong những năm gần đây, chủ yếu là do việc nghiên cứu các sông băng. Theo nghĩa này, người ta đã quan sát thấy rằng các sông băng trên thế giới đang bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi sự nóng lên toàn cầu.

Do đó, các mô hình mô phỏng đang được thiết kế để ước tính hành vi mất mát trong tương lai của các sông băng.

Castillo, vào năm 2015, đã đánh giá các sông băng của lưu vực Maipo, phát hiện ra rằng bề mặt băng đã lùi lại 127,9 km ² , một sự thoái lui đã xảy ra trong 30 năm qua và tương ứng với 25% bề mặt ban đầu của sông băng.

Tại dãy núi Andes, Bijeesh-Koznticodan et al. (2016) đã tiến hành đánh giá bề mặt sông băng trong những năm 1975 đến 2015. Họ phát hiện ra rằng trong giai đoạn này, khối lượng nước đóng băng này đã giảm đáng kể.

Sự sụt giảm chính của bề mặt băng Andean được quan sát thấy từ năm 1975 đến 1997, trùng với sự ấm lên của Thái Bình Dương.

Người giới thiệu

1. Ủy ban đặc nhiệm ASCE về ứng dụng mạng nơ ron nhân tạo trong thủy văn (2000) Mạng nơ ron nhân tạo trong thủy văn. I: Khái niệm sơ bộ. Tạp chí Kỹ thuật Thủy văn 5: 115–123.
2. Campos DF (1998) Các quá trình của chu trình thủy văn. Tái bản lần thứ ba. Đại học Tự trị San Luis Potosí, Khoa Kỹ thuật. Biên tập Universitaria Potosina. San Luis Potosí, Mexico. 540 tr.
3. Bijeesh-Koznticodan V, SF Ruiz-Pereira, W Shanshan, P Teixeira-Valente, AE Bica-Grondona, AC Becerra Rondón, IC Rekowsky, S Florêncio de Souza, N Bianchini, U Franz-Bremer, J Cardia-Simões. (2016). Một phân tích so sánh về sự rút lui của băng ở Andes nhiệt đới bằng cách sử dụng điều tra viễn thám. Geogr. Chile, 51: 3-36.
4. Castillo Y (2015) Đặc điểm hóa thủy văn sông băng của lưu vực sông Maipo thông qua việc triển khai mô hình thủy văn băng bán phân bố dựa trên vật lý. Luận văn Thạc sĩ về Khoa học Kỹ thuật, Đề cập đến Tài nguyên Nước và Môi trường. Đại học Chile, Khoa Khoa học Vật lý và Toán học, Khoa Kỹ thuật Xây dựng.
5. Koren V, S Reed, M Smith, Z Zhang và DJ Seo (2004) Hệ thống mô hình nghiên cứu trong phòng thí nghiệm thủy văn (HL-RMS) của Cục Thời tiết Quốc gia Hoa Kỳ. Tạp chí Thủy văn 291: 297-318.
6. Nhóm Thủy văn Ngầm (GHS), CSIC - Tây Ban Nha. https://h2ogeo.upc.edu/es/ Đã sửa đổi ngày 27 tháng 1 năm 2019.