חיפוש

מה זה הידרולוגיה?

מה זה הידרולוגיה

"הידרו" מגיע מהמילה היוונית ל… מים. הידרולוגיה היא חקר המים והידרולוגים הם מדענים שחוקרים מים. המשך לקרוא כדי ללמוד עוד.

מהי הידרולוגיה?

מים הם אחד ממשאבי הטבע היקרים ביותר שלנו. בלעדיה לא יהיו חיים על פני כדור הארץ. הידרולוגיה התפתחה כמדע בתגובה לצורך להבין את מערכת המים המורכבת של כדור הארץ ולעזור בפתרון בעיות מים. יסוד הידרולוגיה זה נותן לך מידע על מים על פני כדור הארץ ועל המעורבות של בני האדם והשימוש במים.

הידרולוגיה היא חקר המים

מים הם אחד ממשאבי הטבע החשובים ביותר שלנו. בלעדיה לא יהיו חיים על פני כדור הארץ. אספקת המים הזמינה לשימושנו מוגבלת מטבעה. למרות שיש הרבה מים על פני כדור הארץ, הם לא תמיד נמצאים במקום הנכון, בזמן הנכון ובאיכות הנכונה. נוסף לבעיה, ההוכחות ההולכות וגוברות לכך שפסולת כימית שהושלך שלא כהלכה אתמול מופיעה באספקת המים שלנו היום. הידרולוגיה התפתחה כמדע בתגובה לצורך להבין את מערכות המים המורכבות של כדור הארץ ולעזור בפתרון בעיות מים. להידרולוגים תפקיד חיוני במציאת פתרונות לבעיות מים, וקריירות מעניינות ומאתגרות זמינות למי שבוחר ללמוד הידרולוגיה.

מים ואנשים

אומדנים של שימוש במים בארצות הברית מצביעים על כך שכ-355 מיליארד ליטרים ליום (אלף מיליון ליטרים ליום, בקיצור Bgal/d) נמשכו לכל השימושים במהלך 2010. סך זה ירד בכ-17 אחוז מאז 1980. הוצאת מי תהום טריים (76.0 Bgal/d) במהלך 2010 היו 8 אחוזים פחות מאשר במהלך 1980. משיכות מים עיליים טריים לשנת 2010 היו 230 Bgal/d, 18 אחוז פחות מאשר בשנת 1980.

רוב השימוש במים שלנו נסתר. תחשוב על מה אכלת לארוחת צהריים. המבורגר, למשל, דורש מים לגידול חיטה ללחמנייה, לגידול חציר ותירס להאכלת הבקר ולעיבוד הלחם והבקר. יחד עם צ'יפס ושתייה קלה, הארוחה הכל-אמריקאית הזו משתמשת בכ-1,500 ליטר מים – מספיק כדי למלא בריכת שחייה קטנה. מה עם הבגדים שלך? כדי לגדל כותנה עבור זוג ג'ינס לוקח בערך 400 ליטר. חולצה דורשת כ-400 ליטר. איך מגיעים לבית הספר או לחנות? כדי לייצר את כמות הפלדה המוגמרת במכונית נדרשו בעבר כ-32,000 ליטר מים. באופן דומה, הפלדה באופניים במשקל 30 קילו דרשה 480 ליטר. זה מראה שהתעשייה חייבת להמשיך ולשאוף לצמצום השימוש במים באמצעות תהליכי ייצור שצורכים פחות מים, ובאמצעות מיחזור מים.

מהי הידרולוגיה?

הידרולוגיה היא המדע המקיף את ההתרחשות, התפוצה, התנועה והמאפיינים של מי כדור הארץ ויחסיהם עם הסביבה בכל שלב של המחזור ההידרולוגי. מחזור המים, או המחזור ההידרולוגי, הוא תהליך מתמשך שבו מטוהרים מים על ידי אידוי ומועברים מפני השטח של כדור הארץ (כולל האוקיינוסים) אל האטמוספירה ובחזרה אל היבשה והאוקיינוסים. כל התהליכים הפיזיקליים, הכימיים והביולוגיים המעורבים במים כשהם עוברים את מסלוליהם השונים באטמוספרה, מעל ומתחת לפני כדור הארץ ובאמצעות גידול צמחים, מעניינים את מי שחוקר את המחזור ההידרולוגי.

ישנם מסלולים רבים שהמים עשויים לעבור במחזוריותם המתמשכת של ירידת גשמים או שלג וחוזרים לאטמוספירה. הוא עשוי להילכד במשך מיליוני שנים במכסות קרח בקוטב. הוא עשוי לזרום לנהרות ולבסוף לים. זה עשוי להיספג באדמה כדי להתאדות ישירות משטח האדמה כאשר הוא מתייבש או להתרחש על ידי גידול צמחים. הוא עשוי לחלחל דרך הקרקע אל מאגרי מי תהום (אקוויפרים) שייאגרו או שהוא עלול לזרום לבארות או למעיינות או חזרה לנחלים על ידי חלחול. מחזור המים עשוי להיות קצר, או שהוא עשוי להימשך מיליוני שנים.

אנשים מנצלים את מחזור המים לשימושים שלהם. מים מופנים באופן זמני מחלק אחד של המחזור על ידי שאיבתם מהקרקע או שאיבתם מנהר או אגם. הוא משמש למגוון פעילויות כגון משקי בית, עסקים ותעשיות; להשקיית חוות ופארקים; ולייצור חשמל. לאחר השימוש, המים מוחזרים לחלק אחר של המחזור: אולי נשפכים במורד הזרם או נותנים להם להיספג באדמה. המים המשומשים בדרך כלל הם באיכות נמוכה יותר, גם לאחר הטיפול, מה שלעתים קרובות מהווה בעיה עבור המשתמשים במורד הזרם.

ההידרולוג בוחן את תהליכי ההובלה הבסיסיים כדי להיות מסוגל לתאר את כמות ואיכות המים תוך כדי תנועתם במחזור (איוד, משקעים, זרימת נחל, חלחול, זרימת מי תהום ורכיבים נוספים). ההידרולוג ההנדסי, או מהנדס משאבי המים, מעורב בתכנון, ניתוח, תכנון, הקמה ותפעול של פרויקטים לשליטה, ניצול וניהול של משאבי מים. בעיות משאבי מים הן גם דאגה של מטאורולוגים, אוקיאנוגרפים, גיאולוגים, כימאים, פיזיקאים, ביולוגים, כלכלנים, מדעני מדינה, מומחים למתמטיקה שימושית ומדעי המחשב ומהנדסים בכמה תחומים.

מה הידרולוגים עושים?

הידרולוגים מיישמים ידע מדעי ועקרונות מתמטיים כדי לפתור בעיות הקשורות למים בחברה: בעיות של כמות, איכות וזמינות. הם עשויים להיות מודאגים במציאת אספקת מים לערים או לחוות שלחין, או בשליטה על הצפות נהרות או שחיקת קרקע. לחלופין, הם עשויים לעבוד בהגנה על הסביבה: מניעה או ניקוי זיהום או איתור אתרים לסילוק בטוח של פסולת מסוכנת.

אנשים שהוכשרו בהידרולוגיה עשויים להיות בעלי מגוון רחב של כותרות עבודה. מדענים ומהנדסים בהידרולוגיה עשויים להיות מעורבים הן בחקירות שטח והן בעבודה משרדית. בשטח הם עשויים לאסוף נתונים בסיסיים, לפקח על בדיקות איכות המים, לכוון צוותי שטח ולעבוד עם ציוד. עבודות רבות דורשות נסיעות, חלקן לחו"ל.

הידרולוג עשוי להשקיע זמן רב בעבודת שטח בשטח מרוחק ומחוספס. במשרד, הידרולוגים עושים דברים רבים כמו פרשנות של נתונים הידרולוגיים וביצוע ניתוחים לקביעת אספקת מים אפשרית. חלק גדול מהעבודה שלהם מסתמך על מחשבים לארגון, סיכום וניתוח של המוני נתונים, ולבניית מודלים של מחקרים כמו חיזוי הצפה והשלכות של שחרור מאגרים או השפעת דליפה של מכלי אחסון נפט תת-קרקעיים.

עבודתם של הידרולוגים מגוונת כמו השימושים במים ועשויה לנוע מתכנון פרויקטי מים בין-מדינתיים של מיליוני דולרים ועד ייעוץ לבעלי בתים לגבי בעיות ניקוז בחצר האחורית.

מים עיליים

רוב הערים מספקות את הצרכים שלהן למים על ידי הוצאתם מהנהר, האגם או המאגר הקרובים ביותר. הידרולוגים מסייעים לערים על ידי איסוף וניתוח הנתונים הדרושים כדי לחזות כמה מים זמינים מהאספקה ​​המקומית והאם זה יספיק כדי לענות על הצרכים העתידיים של העיר. לשם כך, הידרולוגים חוקרים תיעוד של גשמים, עומקי שלג וזרימות נהרות, שנאספים ונאספים על ידי הידרולוגים בסוכנויות ממשלתיות שונות. הם בודקים את מידת זרימת הנהר שכבר נמצאת בשימוש על ידי אחרים.

ניהול מאגרים יכול להיות מורכב למדי, מכיוון שהם בדרך כלל משרתים מטרות רבות. מאגרים מגבירים את האמינות של אספקת המים המקומית. הידרולוגים משתמשים במפות טופוגרפיות ובתצלומי אוויר כדי לקבוע היכן יהיו קווי החוף של המאגר וכדי לחשב את עומקי המאגר ויכולת האגירה. עבודה זו מבטיחה שאפילו בקיבולת מרבית, לא יוצפו כבישים מהירים, מסילות ברזל או בתים.

ההחלטה כמה מים לשחרר וכמה לאגור תלויה בתקופת השנה, בתחזיות הזרימה למספר החודשים הקרובים, ובצרכים של משקי מים וערים כמו גם משתמשי מים במורד הזרם המסתמכים על המאגר. אם המאגר משמש גם לבילוי או לייצור חשמל הידרואלקטרי, יש לשקול דרישות אלו. יש לתאם החלטות עם מנהלי מאגרים אחרים לאורך הנהר. הידרולוגים אוספים את המידע הדרוש, מכניסים אותו למחשב ומפעילים מודלים ממוחשבים כדי לחזות את התוצאות באסטרטגיות הפעלה שונות. על בסיס מחקרים אלו, מנהלי מאגרים יכולים לקבל את ההחלטה הטובה ביותר עבור המעורבים.

הזמינות של מים עיליים לשחייה, שתייה, שימושים תעשייתיים או אחרים מוגבלת לפעמים בגלל זיהום. זיהום יכול להיות רק מטרד לא יפה ולא נוח, או שהוא יכול להיות איום בלתי נראה, אך קטלני, על בריאותם של אנשים, צמחים ובעלי חיים.

הידרולוגים מסייעים לפקידי בריאות הציבור בפיקוח על אספקת מים ציבורית על מנת להבטיח עמידה בתקני הבריאות. כאשר מתגלה זיהום, מהנדסי סביבה עובדים עם הידרולוגים בתכנון תוכנית הדגימה הדרושה. יש לפקח על איכות המים בשפכים, בנחלים, בנהרות ובאגמים ולסקר את בריאותם של דגים, צמחים וחיות בר לאורך חלקיהם. עבודה קשורה נוגעת לגשם חומצי והשפעותיו על החיים במים, והתנהגות של מתכות רעילות וכימיקלים אורגניים בסביבות מימיות. מודלים מתמטיים הידרולוגיים ואיכות מים מפותחים ומשמשים הידרולוגים לתכנון וניהול וחיזוי השפעות איכות המים של תנאים משתנים.

ניתוחים פשוטים כגון pH, עכירות ותכולת חמצן עשויים להיעשות על ידי הידרולוגים בשטח. ניתוחים כימיים אחרים דורשים ציוד מעבדה מתוחכם יותר. בעבר היו הביוב העירוני והתעשייתי מקור זיהום מרכזי לנחלים ואגמים. פסולת כזו קיבלה לרוב טיפול מינימלי בלבד, או שפסולת גולמית הושלכה לנהרות. כיום אנו מודעים יותר להשלכות של פעולות כאלה, ויש להשקיע מיליארדי דולרים בציוד לבקרת זיהום כדי להגן על מי כדור הארץ. מקורות זיהום אחרים קשים יותר לזיהוי ולשליטה. אלה כוללים מלחי הסרת כבישים, נגר סערה מאזורים עירוניים ואדמות חקלאיות, וסחף מאתרי בנייה.

מי תהום

מי תהום, הנשאבים מתחת לפני כדור הארץ, הם לרוב זולים יותר, נוחים יותר ופגיעים פחות לזיהום ממים עיליים. לכן, הוא משמש בדרך כלל עבור אספקת מים ציבורית. מי תהום מספקים את המקור הגדול ביותר לאחסון מים שימושיים בארצות הברית. מאגרים תת-קרקעיים מכילים הרבה יותר מים מהקיבולת של כל המאגרים והאגמים העיליים, כולל האגמים הגדולים. באזורים מסוימים, מי תהום עשויים להיות האפשרות היחידה. חלק מהעיריות מתקיימות אך ורק על מי תהום.

הידרולוגים מעריכים את נפח המים המאוחסנים מתחת לאדמה על ידי מדידת מפלס מים בבארות מקומיות ועל ידי בחינת רישומים גיאולוגיים מקידוח בארות כדי לקבוע את ההיקף, העומק והעובי של משקעים וסלעים נושאי מים. לפני ביצוע השקעה בבארות בגודל מלא, הידרולוגים עשויים לפקח על קידוח בארות בדיקה.

הם מציינים את העומקים שבהם נתקלים במים ואוספים דגימות של קרקעות, סלע ומים לצורך ניתוחי מעבדה. הם עשויים להפעיל מגוון בדיקות גיאופיזיות על החור שהושלם, תוך שמירה ומדויקת של יומן התצפיות ותוצאות הבדיקה שלהם. הידרולוגים קובעים את קצב השאיבה היעיל ביותר על ידי מעקב אחר מידת ירידת מפלס המים בבאר השאובה ובשכנותיה הקרובות ביותר. שאיבה מהירה מדי של הבאר עלולה לגרום להתייבשותו או להפריע לבארות השכנות. לאורך החוף, שאיבת יתר עלולה לגרום לחדירת מי מלח. על ידי תכנון וניתוח נתונים אלה, הידרולוגים יכולים להעריך את התשואות המקסימליות והאופטימליות של הבאר.

מי תהום מזוהמים נראים פחות, אבל יותר ערמומיים וקשים לניקוי, מאשר זיהום בנהרות ובאגמים. זיהום מי התהום נובע לרוב מסילוק לא נכון של פסולת ביבשה. מקורות עיקריים כוללים כימיקלים תעשייתיים וביתיים ומזבלות אשפה, לגונות פסולת תעשייתיות, מי זנב ושפכי תהליכים ממכרות, בורות מי מלח של שדות נפט, מיכלי אחסון נפט תת קרקעיים וצינורות דולפים, בוצת ביוב ומערכות ספיגה. הידרולוגים מספקים הנחיות לגבי מיקום בארות ניטור סביב אתרי סילוק פסולת ומדגים אותן במרווחי זמן קבועים כדי לקבוע אם שטיפה לא רצויה – מים מזוהמים המכילים כימיקלים רעילים או מסוכנים – מגיעה למי התהום.

באזורים מזוהמים, הידרולוגים עשויים לאסוף דגימות קרקע ומים כדי לזהות את סוג והיקף הזיהום. לאחר מכן, הנתונים הכימיים משורטטים על מפה כדי להראות את הגודל והכיוון של תנועת הפסולת. במצבים מורכבים, מידול ממוחשב של זרימת מים והגירת פסולת מספק הדרכה לתוכנית ניקוי.

במקרים קיצוניים, פעולות תיקון עשויות לדרוש חפירה של הקרקע המזוהמת. כיום, רוב האנשים והתעשיות מבינים שכמות הכסף המושקעת במניעה נמוכה בהרבה מזו של ניקיון. לעתים קרובות מתייעצים עם הידרולוגים לבחירת אתרים מתאימים למתקני סילוק פסולת חדשים. סכנת הזיהום מצטמצמת על ידי איתור בארות באזורים של מי תהום עמוקים וקרקעות אטומות. שיטות אחרות כוללות ציפוי תחתית המזבלה בחומרים אטומים למים, איסוף כל תשטוף עם ניקוז ושמירה על משטח המזבלה מכוסה ככל האפשר. מעקב קפדני תמיד הכרחי.

קריירה בהידרולוגיה

סטודנטים שמתכננים להיות הידרולוגים צריכים דגש חזק במתמטיקה, סטטיסטיקה, גיאולוגיה, פיזיקה, מדעי המחשב, כימיה וביולוגיה. בנוסף, יש צורך ברקע מספיק בנושאים אחרים – כלכלה, מימון ציבורי, משפט סביבתי, מדיניות ממשלתית – כדי לתקשר עם מומחים בתחומים אלה ולהבין את ההשלכות של עבודתם על הידרולוגיה. תקשורת ברורה בכתב ובדיבור היא דרישה בסיסית חיונית לכל אדם מקצועי. הידרולוגים צריכים להיות מסוגלים לעבוד היטב עם אנשים, לא רק כחלק מצוות עם מדענים ומהנדסים אחרים, אלא גם ביחסי ציבור, בין אם מדובר בייעוץ למנהיגי ממשלה או הסברה לציבור הרחב בנושאי מים. הידרולוגיה מציעה מגוון אפשרויות קריירה מעניינות ומאתגרות להיום ומחר. זה תחום ששווה לשקול.

תוכן עניינים