Hidrologia: definição, escopo, história e aplicação

Leia este artigo para aprender sobre a definição, escopo, histórico e aplicação da hidrologia.

Definição e Escopo da Hidrologia:

Hidrologia é a ciência que lida com todos os aspectos da água disponível na Terra. Inclui estudo da ocorrência de água, suas propriedades, sua distribuição e circulação e também seus efeitos sobre os seres vivos e seus arredores. Não é inteiramente uma ciência pura porque tem muitas aplicações práticas e utiliza muito o conhecimento de outras ciências.

Em termos gerais, todo o assunto pode ser expresso na forma de uma equação matemática.

A equação é:

P = R + L ou

Precipitação = Escoamento + Perdas

Na equação acima, a precipitação indica o fornecimento total de água de todas as formas de queda de umidade e inclui principalmente chuva e queda de neve. O escoamento representa a água excedente que flui sobre a superfície para se juntar a algum rio ou mar.

O termo perdas inclui a porção de água que vai para a atmosfera e no subsolo pelos processos como evaporação e percolação respectivamente. Por razões práticas, a hidrologia não cobre todos os estudos de usos oceânicos e médicos da água.

Depois de estudar esta equação com o pano de fundo do ciclo hidrológico, ficará claro que o termo perdas nunca implica que essa água é perdida e não pode ser usada novamente. É a água que temporariamente desaparece de vista (por exemplo, evaporação, infiltração, etc.) e dadas condições favoráveis, reaparece para executar várias tarefas. Portanto, é necessário estudar todos os três termos da equação, ou seja, chuva, escoamento e perdas.

O assunto da hidrologia envolve principalmente:

Eu. Avaliação da precipitação de captação;

ii. Avaliação de fluxo confiável;

iii. Projeto de cálculos de inundação para segurança de estruturas hidráulicas;

iv. Avaliação de perdas; e

v. Cálculo da vida útil e capacidade dos reservatórios.

História do Desenvolvimento:

Pode-se considerar que a ciência moderna da hidrologia começou com medições de precipitação pluviométrica, evaporação, descarga fluvial por método de área-velocidade, etc. A partir dessas medições iniciadas no século XVII, os cientistas conseguiram tirar conclusões corretas sobre o fenômeno hidrológico observado. O advento da hidrologia não pode, no entanto, ser dito apenas a partir do século XVII. De fato, o conceito de ciclo hidrológico foi professado por muitos filósofos desde tempos imemoriais.

A cronologia de várias fases de desenvolvimento da ciência da hidrologia pode ser amplamente visualizada da seguinte forma:

Eu. Especulação de conceitos - até o século XIV

ii. Observações - 15 a 16

iii. Medidas - século XVII

iv. Experiências - século XVIII

v. Modernização - século XIX

vi. Quantificação de fórmulas empíricas - 1900 a 1930

vii. Racionalização da teoria hidrológica - 1930 a 1950

viii. Teorização por análise matemática - 1950 até hoje

Embora até o final do século XIV os conceitos hidrológicos fossem apenas especulados, muitas estruturas hidráulicas foram construídas. As grandes obras conhecidas na história são os poços abássicos, os kanats persas, os sistemas de irrigação egípcios e chineses, os sistemas de abastecimento de água e drenagem do vale do Indo, os aquedutos romanos, os trabalhos chineses de controle de cheias, etc. do conhecimento prático da hidrologia, embora não tenha sido amplamente enunciado.

Nos dois séculos subsequentes, as tendências da mera especulação mudaram para observação próxima. Durante este período, Leonardo da Vinci reconheceu o ciclo hidrológico como é aceito hoje. O século XVII viu o desenvolvimento de técnicas para medições de precipitação, evaporação, descarga fluvial, etc., que forneceram provas documentadas do princípio do ciclo hidrológico. Os nomes de Pierre Perrault e Edme Mariotte são dignos de nota neste contexto.

No século XVIII, números de estudos experimentais hidráulicos no campo da hidrologia foram realizados. Como resultado, vários princípios hidráulicos foram descobertos. Entre eles, destacam-se o piezômetro de Bernoullis, o tubo de Borda, o tubo de Pitot, o teorema de Bernoulli, a fórmula de Chezy etc. Esses desenvolvimentos contribuíram enormemente para a realização de estudos hidrológicos quantitativos.

No século XIX, os estudos experimentais foram grandemente modernizados. Todas essas atividades estabeleceram uma base sólida da ciência moderna da hidrologia. A maioria das contribuições estava relacionada à hidrologia de águas subterrâneas e à medição de águas superficiais. Lei de Darcy do fluxo de águas subterrâneas, a fórmula do poço de Dupit, a equação de fluxo capilar de Hagen-Poiseuille, a fórmula de descarga do açude Francis. Determinação de Ganguillet e Kutter do coeficiente de Chezy. A fórmula de fluxo de Manning, o desenvolvimento do preço atual-metro, a lei de Dalton são alguns dos desenvolvimentos notáveis ​​deste século.

Até o final do século XIX, a ciência da hidrologia era amplamente empírica. Foi assim porque a base física para muitas determinações hidrológicas quantitativas não era bem conhecida. A seleção de coeficientes e parâmetros a serem usados ​​em fórmulas empíricas tinha que depender da experiência e julgamento. Assim, o ad-hocismo na hidrologia tornou-se mais evidente. Nas primeiras três décadas do século XX, investigações hidrológicas crescentes foram realizadas para o avanço da ciência da hidrologia.

Durante o período de 1930 a 1950, surgiram muitos grandes hidrólogos que deram base racional para resolver problemas hidrológicos no lugar de soluções empíricas. Para citar alguns, Sherman deu teoria hidrográfica unitária, Horton deu método para determinar o excesso de chuva com base na teoria da infiltração, Gumbel propôs o uso de distribuição de valor extremo para análise de frequência, Einstein desenvolveu a função carga de leito para uso na análise teórica de problemas de sedimentação.

Desde 1950, abordagens cada vez mais teóricas têm sido adotadas em problemas hidrológicos. Agora, esses problemas são prontamente submetidos à análise matemática. Com o desenvolvimento da solução de computadores de teorias hidrológicas matemáticas complicadas tornou-se uma realidade.

Aplicação em Engenharia:

O sucesso de qualquer projeto de desenvolvimento de recursos hídricos depende da disponibilidade oportuna e suficiente de água. A avaliação natural adequada deste recurso natural assume grande importância. Por avaliação, tentamos saber em detalhes de onde o recurso vem, para onde vai, a que horas ou quando chega e quanto está realmente disponível.

Portanto, as investigações hidrológicas formam o primeiro passo em qualquer esquema de desenvolvimento de recursos hídricos envolvendo projeto, construção e operação de estruturas hidráulicas. A história das estruturas hidráulicas que falharam mostra que a maioria das falhas se deve a uma análise hidrológica insuficiente, enquanto as estruturas foram projetadas e construídas, e não devido à fraqueza estrutural.

O custo de coletar dados hidrológicos suficientes e sua análise constitui uma parte insignificante do custo total do projeto de desenvolvimento dos recursos hídricos, mas garante uma operação bem-sucedida e a vida útil do projeto e, portanto, torna-se atividade indispensável.

Embora a água seja um dos recursos naturais mais vitais, por vezes, traz destruição por meio de tempestades e inundações. Espera-se que um engenheiro preveja enchentes, para assegurar capacidade de armazenamento adequada para irrigação, geração de energia hidrelétrica, abastecimento de água industrial e doméstico, controle de enchentes, etc.

As aplicações práticas do conhecimento da hidrologia são as seguintes:

Eu. O fluxo de pico e as condições futuras do fluxo, em qualquer ponto do vale de drenagem, podem ser corretamente estimados para qualquer bacia ou área.

ii. A capacidade do vertedouro pode ser projetada com precisão estimando-se a inundação do projeto.

iii. O projeto do trabalho de treinamento fluvial é facilitado.

iv. Rendimentos confiáveis ​​do fluxo para geração de energia hidrelétrica podem ser calculados.

v. O abastecimento de água aos sistemas municipais e de esgotos pode ser adequadamente projetado.

vi. Conta de recursos hídricos de uma bacia hidrográfica pode ser preparada.

vii. A capacidade do reservatório pode ser determinada com precisão.

viii. A operação dos reservatórios pode ser feita de maneira eficiente.