Sådan fungerer hydrologi

Vand - vi drikker det, vi bader i det, og vi spiller i det. Vand giver os liv, men for meget eller for lidt kan også tage livet væk. Det er det mest almindelige stof på Jorden, men alt for ofte er der ikke en dråbe at drikke. Vandets ekstraordinære egenskaber giver liv til denne planet, som ellers kunne være golde og livløse. For eksempel, vand ekspanderer faktisk, når det fryser, bliver mindre tæt. Hvis is ikke flyder på vand, vores planet ville være et helt andet sted i dag. Is ville synke til bunden af ​​søer og floder, hvor solen ikke kunne smelte den om foråret, en nødvendig proces til at lave skyer og regn, som fortsætter strømmen af ​​cyklussen. Dette ville ske hvert år indtil, til sidst, der var ikke andet tilbage end is og et ubeboeligt ødemark.

Vand findes i tre tilstande - fast, væske og gas - som omfatter Jordens hydrologisk cyklus , bedre kendt som vandcyklussen. I denne cyklus, frisk vand kommer til jorden som regn, slud, sne og hagl, strømmer ned over oceaner og land dag og nat. Vandet, der rammer land, løber ud i større vandområder, som søer og floder, eller det siver under jorden og bliver til grundvand, nærer vores afgrøder i processen. Når solen kommer ud igen, det opvarmer vandet og danner damp, som rejser sig og kondenserer til skyer, som samles, blive tunge af vand og falde tilbage til jorden som regn.

Denne cyklus er gået siden verden begyndte og har gjort livet på Jorden muligt. Faktisk, der er ikke mere og ikke mindre vand i verden i dag, end der var, da dinosaurerne var i nærheden. Tænk på Jordens vandcyklus som den ultimative genbrugsmetode. Ikke underligt, at hydrologer er så fascinerede af det.

Gå til næste side for at læse om de forskellige videnskabelige grene, som hydrologer gør brug af til at studere Jordens vandcyklus.

Mens omkring 70 procent af Jordens overflade er dækket af vand, 97 procent af vandet er salt havvand, som er uegnet til konsum. Af de 3 procent, der er ferskvand, 2 procent er frosset ned i gletschere, efterlader kun 1 procent af hele verdens vandforsyning egnet til at drikke. Tænk på det, næste gang du tager et virkelig langt bad.

1. Hydrologer
2. Vandforsyningskontrol og forureningskontrol
3. Oversvømmelseskontrol
4. Kortlægning og værktøjer

Hydrologer

Hydrologi er studiet af vandstrømmen gennem den hydrologiske cyklus, og Hydrologer er de mennesker, der foretager undersøgelsen. Mens de fleste mennesker ikke tænker meget over vand, hydrologer undersøger alle aspekter af det - hvor det kommer fra og i hvilke mængder, hvor det går, hvordan det kommer dertil, og hvad der sker med det i processen.

At gøre dette, de bruger meget matematik og nogle virkelig fede gadgets, og de bliver endda lidt våde nogle gange. Resultaterne er forbløffende. Hydrologer hjælper designere og ingeniører med at konstruere dæmninger og åer for at holde byerne sikre mod oversvømmelser, spore forurening og finde nye vandkilder - de hjælper endda med at spore vand

i rummet.

Fordi vand er overalt og er så afgørende for næsten alt, hvad vi gør, hydrologer spænder over næsten alle grene af videnskab, fra fysik og geologi til astronomi og økologi. Der er så mange måder at studere Jordens farvande på; her er blot nogle få.

Rumlig hydrologi er studiet af bevægelsen af ​​Jordens farvande gennem den hydrologiske cyklus ved hjælp af en rumlig database udviklet i et geografisk informationssystem (GIS). Det betyder, at de forsøger at forbinde det varierende rum, der er landet, med den varierende tid og strøm, der er vandet

[kilde:Purdue University].

Hydrogeologi , eller grundvand hydrologi , sporer vandstrømmen gennem jorden og ind i underjordiske systemer. Hydrogeologer hjælpe med at finde underjordiske vandkilder (akviferer), som vi kan få fat i til drikkevand. De overvåger disse, samt strømmen af ​​vand til underjordiske steder for at bestemme, hvor meget der tages ud. De finder også ud af, hvordan vand strømmer gennem jorden. Det lyder måske kedeligt, men hvis du er en landmand, der har brug for den rigtige mængde jordfugtighed til at dyrke dine afgrøder, det er vital information. Hydrogeologer hjælper med kunstvanding og overvåger forurening, der siver ned gennem jorden i vores brønde.

Vadose zone hydrologi er en delmængde af hydrogeologi, der fokuserer på jordlaget direkte over en akvifer, kaldet vadose -zonen. Denne zone er vigtig, fordi den fungerer som et sidste filter og beluftningsenhed, før regn bliver til grundvand, som undertiden tages direkte fra jorden gennem brønde og bruges uden rensningsmetoder. Hvis vadosezonen er usund, så er meget af vores drikkevand.

Hydraulik har intet at gøre med at få din bil til at lave virkelig fede tricks (tja, det gør det, bare ikke i denne sammenhæng). Dette er studiet af den fysiske strøm af vand. Hydraulikprofessionelle bruger matematisk modellering til at spore vandstrømmen fra en kilde til en anden. Hovedformålet med dette er ikke at spore vandet, men forurenende stoffer i det. For eksempel, hvis en fabrik dumper industriaffald i en flod, det vil strømme nedstrøms og til sidst blive spredt i havet. Hvem ved, hvor det ender? Det gør de mennesker, der studerer hydraulik.

Hydrometeorologi , også kendt som hydroklimatologi , bruger meteorologiske instrumenter til at finde ud af, hvor meget regn der vil falde, og i hvilke specifikke områder. Dette er nyttigt af mange grunde - ikke bare så du ved, hvornår du skal tage din paraply, når du forlader huset. Hydrometeorologi kan hjælpe med at bestemme, hvor meget vand der når et område i et givet år. Dette hjælper med at bygge oversvømmelsesbekæmpelsesenheder og

kunstvandingssystemer.

I en form for videnskab kendt som dendrohydrologi , dendrohydrologer bruge træringe til at bestemme historiske nedbørs- og tørkeforhold, strøm af strøm, afstrømning, og meget mere. At kende disse oplysninger kan hjælpe regioner uden pålidelige historiske optegnelser med at forudsige den hydrologiske fremtid.

Hvis verdens vandforsyning indeholder den samme mængde vand i dag som i begyndelsen, hvordan er det så muligt at spilde vand? Vil det ikke bare komme tilbage? Hvorfor kæmper folk om vand? Find ud af på

Næste side.

Hydrologer gør ikke bare ting som at kontrollere oversvømmelser og vandforurening. NASA har et hydrologiprogram, der kortlægger havene fra det ydre rum. Andre programmer rundt om i USA udarbejder hydrologiske rapporter om konsekvenserne for et områdes vandforsyning, hvis der blev brugt et masseødelæggelsesvåben i regionen. Disse rapporter kan bruges til at opklare nedfaldet fra et angreb, eller, på den anden side, de kan angive en måde at fjerne en nations vandforsyning [kilde:Global Security].

Vandforsyningskontrol og forureningskontrol

Mens Jorden stadig har den samme mængde vand, den altid har haft, efterspørgslen efter vand er større end nogensinde. Befolkningen vokser, og alle skal fodres og klædes på med materialer, der skal dyrkes ved hjælp af vand. De samme mennesker skal bo i huse bygget af stål, tømmer, eller andre forskellige byggematerialer - igen, disse materialer tager en stor mængde vand at fremstille eller vokse. Selvfølgelig, folk skal også bade og vaske deres tøj og gå på toilettet ... alt dette

tager vand.

Vil du kende den rigtige kicker? Vand falder ikke jævnt over hele Jorden. Et sted kan komme for meget regn, forårsager oversvømmelser og ødelæggelser, mens en anden måske får meget lidt, forårsager tørke. Når vandet går ned i afløbet, det tager et stykke tid, før det bliver behandlet tilbage til noget, der kan bruges igen. Hvis der ikke er nok nedbør i dit område, og befolkningen bruger for meget vand, reserveniveauerne falder hurtigere, end de kan genopfyldes.

Hydrologer leder konstant efter måder at finde mere vand til at følge med de nuværende krav. Vandbehandlingsanlæg tager det vand, der er blevet brugt til affald, og gør det om til frisk, lokalt vand, der kan indtages igen. Hydrologer leder ikke kun efter måder at forbedre disse faciliteter på, de forsøger også at finde nye underjordiske brønde med vand og, måske endnu vigtigere, finde ud af, hvordan man vedligeholder disse forsyninger med den stadigt voksende trussel om forurening.

Forurening er industriaffald, emissioner fra biler, afstrømning af pesticider og animalsk affald fra gårde, og ekstra næringsstoffer i jordbunden, der forårsager ubalance. Disse kan løbe ind i søer, floder og vandløb; sive ned i grundvandet; eller samles i luften og falder tilbage til jorden som sur regn. Kortlægning af disse forurenings forløb gennem miljøhydraulik er en måde, hvorpå hydrologer hjælper med at lokalisere og rengøre

op forurenende stoffer.

En anden måde er gennem innovationer som permeable belægningsmaterialer. Når regnen falder, den indeholder nogle gange forurenende stoffer. På steder med mange mennesker, ligesom de fleste byer, der har også en tendens til at være meget beton. Dette skyller alle forurenende stoffer ud på vejen og sætter dem i den nærmeste kloak, afløbssystem eller flod, som flyder over med vand og ikke har noget andet sted at gå. Beton er uigennemtrængeligt - det tillader ikke vand at passere gennem det i jorden. Dette udgør et problem, fordi filtrering af forurenende stoffer med sten og sand er det første naturlige vandfiltreringssystem til vores grundvand.

Et svar på dette problem kan være permeabel beton. Denne overflade tillader vand at passere gennem den, ligesom jord. Det fjerner trykket fra kloaksystemerne i byområder, hvor alt vand og affald skal drænes under en stor regn. Det hjælper også med oversvømmelseskontrol samt forureningskontrol. Omkostningerne, imidlertid, er undertiden uoverkommeligt høje. At grave gader op og udskifte betonen er ikke en lille opgave. Den bedste måde at starte processen med permeabel planlægning på er at starte under planlægningsfasen af ​​et projekt.

Dette er blot en af ​​de mange måder, hydrologer arbejder på for at holde vores grundvand sikkert. Andre hydrologer undersøger forureningsniveauer i sne, jord og endda gletschere.

På den næste side, finde ud af, hvordan hydrologer kan forudsige, og undertiden endda forhindre, oversvømmelser.

Oversvømmelseskontrol

Enhver, der nogensinde har oplevet en oversvømmelse eller kendt nogen, der har forstået, at oversvømmelser er alvorlige forretninger. De kan fjerne hele samfund og udjævne hundredvis af års historie på få sekunder.

Nogle oversvømmelser kan komme pludselig - disse kaldes Styrtflod eller kritiske oversvømmelser . Nogle gange behøver det ikke engang at regne nogen steder i nærheden, for at der kan opstå en oversvømmelse. Oversvømmelser kan forekomme, når der kommer kraftig regn opstrøms, og vandet strømmer nedstrøms, samler mere fart, når det går. En anden form for kritisk oversvømmelse sker, når en slags oversvømmelsesenhed, som en dæmning eller å, går i stykker, og vandet strømmer ud.

Ikke-kritiske oversvømmelser er oversvømmelser, der sker langsomt, over en relativt lang periode. Disse opstår, når kraftig regn falder i dagevis, og floder, søer og vandløb svulmer forbi deres normale grænser. Lad ikke navnet narre dig-ikke-kritiske oversvømmelser kan være lige så ødelæggende som oversvømmelser, hvis de ikke er forberedt på, og de kan også føre til kritiske oversvømmelser.

Hydrologer arbejder konstant på at forhindre og mindske sværhedsgraden af ​​oversvømmelser. Hydroklimatologer bruge nedbørsdata og meteorologisk teknologi til at hjælpe med at bestemme den maksimale nedbør for et område. De forsøger derefter at afgøre, hvornår oversvømmelser kan forekomme, og hvor meget regn det vil tage at oversvømme et område.

Med disse oplysninger, hydrologer arbejder med organisationer, ligesom USA's Federal Emergency Management Agency (FEMA), at hjælpe med at planlægge byudvikling og beredskab. Dette er baseret på tanken om, at en større oversvømmelse sker hvert hundrede år. En hydrologs mål er at finde ud af, hvad de værste oversvømmelsesmuligheder er i et tidsrum på hundrede år og designe omkring denne mulighed for at minimere skaden og omkostningerne ved genopbygning. Sommetider, hvis omkostningerne ved at bygge en oversvømmelsesenhed til et hundrede års oversvømmelsesstyrke er meget mere end omkostningerne ved genopbygning, ingeniører vil bygge for muligheden for en 25- eller 30-års oversvømmelse- den værst mulige oversvømmelse, der kan ske hvert 25. til 30. år. Dette sker normalt i fjerntliggende områder, som parker eller skove, hvor der ikke er mange mennesker, der evt

være påvirket.

Hydrologernes arbejde bestemmer, hvor og hvordan man bygger ikke kun oversvømmelsesanordninger som dæmninger, dæmninger og kulverter, men også hvor man skal placere hele byer og kvarterer. Sikkerhed er det vigtigste. Vellykket oversvømmelseskontrol er ikke altid synlig, men mislykkede forsøg er alt for indlysende.

Nogle hydrologer går til jordens ender for at studere vandsystemet - nogle går endnu længere. Find ud af, hvor langt nogle er villige til at gå på den næste side.

Kortlægning og værktøjer

Vand er overalt, men det er ikke altid tilgængeligt. Hydrologer bruger modeller, kort og figurer for at hjælpe dem med at skelne mellem, hvor vandet er-underjordiske akviferer og fjerntliggende gletsjere er ingen match for en velinformeret hydrolog.

Rumlige hydrologer bruge GIS (globale grænsefladesystemer) og GPS (globale positioneringssystemer) til at hjælpe dem med at kortlægge streamflow, forurening og forskellige miljøproblemer. Disse kan ligne alt fra en linjediagram til en tredimensionel model i fuld skala af en flod eller et underjordisk vandsystem. Disse højteknologiske systemer gør brug af koordinater, målinger og data for at generere detaljerede billeder af området.

Hydrologer vil gå ret langt for at få oplysninger om vandets bevægelse. Fjernmålingssatellitter kredser om jorden, tage billeder af havene og hvad der sker i dem. Satellitterne producerer topografiske kort over havet, som hjælper hydrologer med at studere havene og deres bevægelser som helhed. Der er endda et koralrev-fjernfølerværktøj. Rev er en stor økologisk ressource, hjælper med at producere ilt og bevarer en miljøbalance for hele planeten. At vide, hvor disse rev er, og hvordan man studerer dem, er meget vigtigt.

Parametrisk hydrologi er en mere teoretisk gren af ​​hydrologi. Det bruger computermodellering til at komme med relationer mellem begivenheder i den hydrologiske cyklus. Det bruger derefter disse relationer til at generere mulige nye begivenheder.

Samlet set, hydrologer er en stor og forskelligartet gruppe. De er dedikeret til bevarelse af Jordens vand på alle nødvendige måder. Hydrologer hjælper med at opretholde menneskets levebrød ved at hjælpe med at regulere oversvømmelser, forurening og spildevand. Ikke kun det, de kommer til at lave nogle virkelig fascinerende modeller. Hydrologi er en gren af ​​videnskab, der altid vil være efterspurgt, især som vores befolkning fortsætter med at vokse, og efterspørgslen efter ferskvand stiger.

For at lære mere om vandet, der er rundt omkring os, følg linkene på den næste side. De giver dig mere information.

Forskere har for nylig fundet rester af vand i vulkansk glas opsamlet fra månen, får dem til at stille spørgsmålstegn ved, hvordan månen blev til. En gammel idé var, at en useriøs planet, på størrelse med Mars, smadret i jorden, får store stykker af vores planet til at bryde af. Disse stykker kom sammen og dannede månen, selvom der er lette atomer, såsom brint, ikke var i stand til at overleve. At finde vand i klipperne kunne stille spørgsmålstegn ved månens alder og oprindelse [kilde:National Geographic].

Masser mere information

Relaterede HowStuffWorks -artikler

• Sådan fungerer vand
• Sådan fungerer Jorden
• Sådan fungerer vandkraftværker
• Sådan fungerer hydrauliske maskiner
• Sådan fungerer Great Barrier Reef
• Sådan fungerer kort
• Sådan fungerer oversvømmelser
• Hvad hvis Hoover -dæmningen brød?
• Hvad er en dæmning?
• Vandforsyningsløsninger
• Hvordan fungerer en blødgøringsanordning?
• Indsamling og genbrug af vand
• Hvorfor kan vi ikke fremstille vand?

Flere store links

• U.S. Geological Survey (USGS)
• national geografi
• Hydrologi og vandressourcer - University of Arizona
• CulvertBC
• Prognose Jorden fra The Weather Channel

Kilder

• Adgang til videnskab. "Parametrisk hydrologi." "Dendrohydrologi." (6. juli kl. 2008) http://www.accessscience.com/topic.aspx?searchStr=hydrology&term=Hydrology
• Australsk regering - Bureau of Meteorology. "Hydrometeorologi." 22. marts 2000. (6. juli, 2008) http://www.bom.gov.au/hydro/has/hydrometeorology.shtml
• Baird Software. "Modellering, GIS, Visualisering. "2004. (10. juli, 2008) http://www.bairdsoftware.com/bairdsoftware/en_html/sda_gallery.html
• Kyst- og miljøhydrauliklaboratorium, "Vandressourcer." (3. juli kl. 2008) http://www.cehl.uno.edu/water.html
• Culvert BC. "Estimering af designoversvømmelser for skovveje i British Columbia." (6. juli kl. 2008) http://www.culvertbc.com/Text/tool_estimatingdesignfloods.html
• Feldman, Gene. Kuring, Norman. Franz, Bryan. Stumpf, Richard P. Robinson, Julie A. Green, Edmund P. Noordeloos, Marco. "Fjernfølelse af koralrev." NASA. 4. december kl. 2003. (8. juli, 2008) http://oceancolor.gsfc.nasa.gov/SeaWiFS/reefs/
• Feldman, Gene. "Overvågning af jorden fra rummet med SeaWiFS:Hvorfor studere havene fra rummet?" NASA. (9. juli, 2008) http://oceancolor.gsfc.nasa.gov/SeaWiFS/TEACHERS/sanctuary_2.html
• Intro til hydrologi:Noter om rumlig hydrologi. (8. juli kl. 2008) http://cobweb.ecn.purdue.edu/~abe526/resources1/maidment/gishyd.html
• Keinath, Thomas M. "Vand." World Book Encyclopedia 2007 udgave. Vol. 21. Chicago:World Book, Inc, 2007.
• Ligner, Gene E. "Vandforurening." World Book Encyclopedia 2007 udgave. Vol. 21. Chicago:World Book, Inc, 2007.
• Minard, Anne. "Månevand fundet, rejser spørgsmål om oprindelsesteori. "National Geographic. 9. juli, 2008. (10. juli, 2008) http://news.nationalgeographic.com/news/2008/07/080709-moon-water.html
• Purdue Universitet. "Hydrogeologi." 8. maj kl. 1998. (6. juli, 2008) http://www.purdue.edu/envirosoft/groundwater/src/geo.htm#menu
• The American Heritage Science Dictionary. "Vadose Zone." (3. juli kl. 2008)
• University of Arizona. "Vadose Zone Hydrologi." (6. juli kl. 2008) http://ag.arizona.edu/SWES/research/program8.htm
• Ung, Samantha. "Mount Shasta -gletsjere vokser, på trods af opvarmning. "Prognose Jorden. 9. juli, 2008. (9. juli, 2008) http://climate.weather.com/articles/glacier070908.html