علم هیدرولوژی

[*FATIMA*]

تاریخچه علم هیدرولوژی

گرچه هیدرولوژی به معنای خاص کلمه علم بسیار جدیدی است و شاید بتوان گفت که قدمتی بیش از 80 سال ندارد ولی بشر از همان ابتدای زندگی اجتماعی به طور مستقیم با آب سروکار داشته و همواره برای حل مشکلات خود با آن درگیر بوده و سعی کرده است پیچیدگی های این ماده حیاتی را بشناسد . به همین دلیل دانش بومی اقوام و ملل مختلف در رابطه با آب بسیار غنی می باشد . از این نظر شاید بتوان گفت قدمت علم هیدرولوژی به اندازه قدمت تاریخ تمدن انسان است . اطلاعات ما درباره تاریخ علم هیدرولوژی محدود به نوشته هایی است که دانشمندان دنیای غرب به رشته ی تحریر درآورده اند .

تا جایی که تاریخ نشان می دهد یکی از اولین امپراتوری های جهان در نواحی جنوبی بین النهرین توسط آکاد ( Akkad ) بنیان گذاری شد . دیری نپایید که امپراتوری آکادیان که با بهره گیری از آب آغاز شده بود در اثر یک خشکسالی درازمدت رو به زوال گرایید . بعد از آن نیز تمدن های دیگری که می توان از آنها به عنوان تمدن های آبی یاد کرد یکی پس از دیگری شکوفا و بار دیگر به دلیل عدم رعایت قوانین زیست محیطی نابود شدند .

اولین تجارب هیدرولوژیکی به مفهوم کلاسیک آن مربوط به سومری ها و مصریها در منطقه خاورمیانه است . به طوری که قدمت سدسازی روی رودخانه نیل به 4000 سال قبل از میلاد مسیح می رسد . البته در همین زمان فعالیت های مشابهی در سایر نقاط جهان مانند چین نیز وجود داشته است . از بدو تاریخ تا حدود 1400 سال بعد از میلاد مسیح ، دانشمندان در مورد سیکل هیدرولوژی اندیشه های گوناگونی را ارائه کرده اند که اکثر این اندیشه ها جنبه ی فلسفی داشتند . از این میان می توان به نظریات هومر ، طالس ، افلاطون و ارسطو اشاره کرد . البته در بین آنها کسانی نیز بوده اند که نظرات و تفکرات علمی شان هنوز هم مورد قبول است . مثلاً مارکوس ویتروویوس ( Marcus Vitruvius ) که تقریباً در زمان حضرت مسیح می زیست ، عقیده داشت قسمت اعظم آب های زیرزمینی از آب باران و برف که در زمین نفوذ می کند تأمین می گردد که نظریه ای کاملاً علمی است . در طول این دوره ، انسان ها با اجرای سازه های مختلف هیدرولیکی نظیر چاه ، قنات ، سد و تونل های انتقال آب بسیاری از مطالب هیدرولوژی را عملاً یاد گرفتند .

در دوره ی رنسانس و بعد از آن به تدریج مفاهیم فلسفی هیدرولوژی جای خود را به مشاهدات علمی دادند . مثلاً در این دوره لئونارد داوینچی سیکل هیدرولوژی را به طور صحیحی تشریح کرده و مفاهیم نسبتاً دقیقی از نحوه نفوذ و حرکت آب در زیرزمین ارائه نمود . همچنین موضوع نفوذ آب باران در زمین و ظهور مجدد آن به صورت چشمه توسط برنارد پالیسی ( Palissy ) تشریح گردید . شاید بتوان گفت هیدرولوژی جدید از قرن 17 با اندازه گیری های آب آغاز گردید . به عنوان مثال در این دوره پرالت ( Perault ) توانست مقدار بارندگی ، تبخیر و صعود موئینه ای را در حوضه ی آبریز رودخانه ی سن ( Seine ) اندازه گیری کند و یا ماریوت ( Mariotte ) با اندازه گیری سرعت و سطح مقطع جریان ، دبی رودخانه ی سن را در پاریس اندازه گیری کرد . با این اندازه گیری ها دانشمندان توانستند از مشاهده ی پدیده های هیدرولوژی نتایج صحیحی را استنتاج کرده و براساس این نتایج به برخی از روابط هیدرولوژیکی پی ببرند .

در قرن 18 میلادی مطالعات تجربی در زمینه ی هیدرولوژی شکوفایی خاصی پیدا کرد . براساس این مطالعات بود که بسیاری از اصول هیدرولیکی که در هیدرولوژی کاربرد داشتند پایه گذاری گردید . از آن جمله می توان به ابداع وسایلی مانند پیزومتر برنولی ( Bernoulli ) ، لوله پیتو ( Pitot ) ، جریان سنج ولت من ( Voltman ) ، لوله ی بوردا ( Burda ) و نظریه هایی مانند نظریه برنولی ، معادله شزی ( Chezy ) و قوانین دالامبرت ( Dalambert ) اشاره کرد . از این زمان به بعد هیدرولوژی از جنبه های کیفی به کمی سوق داده شد و اندازه گیری بسیاری از پدیده های هیدرولوژی امکان پذیر گردید .

ادامه دارد ...

منبع اصول هیدرولوژی کاربردی
نوشته دکتر امین علیزاده

[*FATIMA*]

قرن نوزدهم را می توان دوران طلایی هیدرولوژی دانست . در این قرن نظریه های هیدرولوژی و هیدرولیک که بر تجارب دوره های قبل پایه گذاری شده بود استحکام بیشتری یافتند و به خصوص پیشرفت در زمینه ی هیدرولوژی آب های زیرزمینی و اندازه گیری اب های سطحی بسیار چشمگیر بوده است . قانون دارسی و فرمول های دوپویی-تیم نمونه ای از پیشرفت های هیدرولوژی آب های زیرزمینی در این دوره است . در این دوره به هیدرولوژی آب های سطحی نیز ، بخصوص هیدرومتری ، توجه زیادی مبذول گردید . فرمول های فرانسیس در مورد سرریزها ، گانگیه ، کوته و مانینگ درباره جریان آب در آبراهه های روباز از جمله ی این مواردند . فعالیت های دالتون در زمینه ی تبخیر نیز بسیار حائز اهمیت بود . چاپ و انتشار کتب و اشاعه دانش هیدرولوژی در این دوره از کارهای مهمی است که صورت پذیرفت . اما با این وجود باز هم تا اواخر قرن هیجدهم میلادی جنبه های توصیفی هیدرولوژی بر جنبه های کمی آن پیشی داشت .

گرچه قسمت اعظم هیدرولوژی جدید در قرن 19 پایه گذاری شد ولی تا این زمان هنوز هیدرولوژی علمی از تکامل زیادی برخوردار نبود . بدین صورت که هیدرولوژی بیشتر توصیفی - تجربی بود . زیرا برای تعیین پارامترهای کمی ، مبانی فیزیک بحدّ کفایت شناخته نشده بود . در اواخر قرن 19 و بخصوص در 30 سال اول قرن بیستم فرض گرایی در هیدرولوژی رونق یافت . در این دوره صدها فرمول تجربی پیشنهاد گردید که می بایست ضرایب و پارامترهای آنها براساس قضاوت و تجربه به دست می آمد . اما چون فرمول های تجربی نمی توانستند عملاً در حل مسائل هیدرولوژی آن طور که باید و شاید مفید واقع شوند ، در بسیاری از کشورها مؤسسات و انستیتوهای تحقیقی در زمینه ی هیدرولوژی تأسیس گردید . این مؤسسات زمینه پیدایش سازمان ها و تشکیلات کنونی بین المللی را که در گستره هیدرولوژی و منابع آب فعالیت دارند فراهم ساختند . از بین این سازمان ها می توان " جامعه ی بین المللی هیدرولوژی کاربردی " را نام برد . بسیاری از پیشرفت های علم هیدرولوژی مرهون وجود همین انجمن ها و سازمان هاست . در این دوره دانشمندان زیادی ظهور کردند که به جای روش های تجربی ، استدلال های منطقی را جایگزین نمودند .

در سال 1932 میلادی شرمن نظریه روش " هیدروگراف واحد " را برای تخمین مقدار رواناب پیشنهاد کرد . نظریه تیس در حل مسائل مربوط به هیدرولیک چاه ها دگرگونی زیادی در این زمینه فراهم نمود . روش پیشنهادی گامبل در سال 1941 برای تجزیه و تحلیل آماری داده های هیدرولوژی کمک شایانی به حل مسائل عملی نمود . همچنین می توان از فعالیت ها و روش های ارائه شده توسط اینشتاین ( برادر آلبرت اینشتاین ) در مطالعات رسوب رودخانه ها نام برد . در این دوره آزمایشگاه های هیدرولیک و هیدرولوژی زیادی در سراسر دنیا تأسیس شدند . وجود این آزمایشگاه ها در مشخص کردن ضرایب و پارامترهای فرمول های تجربی بسیار مفید واقع گردید .

از سال 1950 به بعد روش های نظری در هیدرولوژی بسیار معمول گردید به طوریکه اکثر فرمول ها و روش های تجربی در قالب ریاضی مورد تجزیه و تحلیل قرار می گرفتند . وجود ماشین های حسابگر سریع باعث شد تا بتوان نقش پارامترهای مختلف را در پدیده های هیدرولوژی بهتر بررسی کرد . مثلاً به دلیل وجود این نظریه ها و در اختیار بودن کامپیوتر ، دانشمندان قادر شدند نظریه های انتقال مواد را در پدیده ی تبخیر به کار برده و یا آنکه از اصول تحقیق در عملیات سود جسته و سیستم های منابع آب را دقیق تر بررسی نمایند .

ادامه دارد ...

منبع اصول هیدرولوژی کاربردی
نوشته دکتر امین علیزاده

[*FATIMA*]

به طور خلاصه تاریخچه علم هیدرولوژی را می توان به دوره های زیر تقسیم بندی کرد :

1/ دوره تفکر ( Period of speculation ) از آغاز تا سال 1400 میلادی

2/ دوره مشاهده ( Period of observation ) از 1400 تا 1600 میلادی

3/ دوره اندازه گیری ( period of measurment ) از 1600 تا 1700 میلادی

4/ دوره آزمایش ( Period of experimentation ) از 1700 تا 1800 میلادی

5/ دوره نو اندیشی ( Period of modernization ) از 1800 تا 1900 میلادی

6/ دوره فرض گرایی ( Period of empiricism ) از 1900 تا 1930 میلادی

7/ دوره استدلال گرایی ( Period of rationalization ) از 1930 تا 1950 میلادی

8/ دوره تحقیقات نظری ( Period of theorization ) از 1950 میلادی به بعد

از میان دانشمندان علوم آب در ایران باید از کرجی ( ابوبکر محمد بن الحسن الحاسب الکرجی ) نام برد . کرجی از بزرگترین علمای ریاضی ایران است و در علم آب شناسی و هیدرولوژی آب های زیرزمینی نیز مهارت زیاد داشته است . در زمانی که بسیاری از دانشمندان اروپایی هنوز سیکل هیدرولوژی را نشناخته بودند وی در کتاب " استخراج آب های پنهانی " که به فارسی نیز ترجمه شده است به روشنی حرکت آب در طبیعت ، منشأ اب های زیرزمینی و شور شدن آب ها و مسایل مرتبط دیگر را تشریح کرده و برای استخراج آب های زیرزمینی توسط قنات راه حل های فنی و عملی ارائه داده است .

اولین سد قوسی جهان در حدود 750 سال پیش در نزدیک روستای کریت طبس بنا شده است که ارتفاع آن بالغ بر 80 متر است . طومارهای به جا مانده از نحوه تقسیم آب زاینده رود در دوره حکومت صفوی نشان از درک عمیق دانشمندانی همچون شیخ بهاءالدین عاملی ( شیخ بهائی ) از هیدرولوژی آب های سطحی دارد .

منبع اصول هیدرولوژی کاربردی
نوشته دکتر امین علیزاده