Hidrologia: história, objeto de estudo e pesquisa

A hidrologia é a ciência que lida com o estudo da água em todos os seus aspectos, incluindo a sua distribuição no planeta e seu ciclo hidrológico. Também aborda a relação da água com o meio ambiente e com os seres vivos .

As primeiras referências no estudo do comportamento da água datam da Grécia Antiga e do Império Romano. As medições do fluxo de Sena (Paris) por Pierre Perrault e Edme Mariotte (1640) são consideradas o início da hidrologia científica.

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Estação hidrometeorológica no Parque Nacional Serra da Bocaina, Brasil. Fonte: Halley Pacheco de Oliveira [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], do Wikimedia Commons.

Posteriormente, as medições em campo continuaram e foram desenvolvidos instrumentos de medição cada vez mais precisos. Atualmente, a hidrologia baseia suas pesquisas principalmente na aplicação de modelos de simulação.

Entre os estudos mais recentes, destaca-se a avaliação do recuo das geleiras devido ao aquecimento global. No Chile, a superfície glacial da bacia do Maipo recuou 25%. No caso das geleiras andinas, sua redução está relacionada ao aquecimento do Oceano Pacífico.

História

Civilizações antigas

Devido à importância da água para a vida, o estudo de seu comportamento tem sido objeto de observação desde o início da humanidade.

O ciclo hidrológico foi analisado por diferentes filósofos gregos, como Platão , Aristóteles e Homero. Enquanto em Roma, Sêneca e Plínio se preocupavam em entender o comportamento da água.

No entanto, as hipóteses levantadas por esses sábios antigos são consideradas errôneas atualmente. O romano Marco Vitruvio foi o primeiro a indicar que a água infiltrada no solo vinha da chuva e da neve.

Além disso, nessa época, uma grande quantidade de conhecimento prático sobre hidráulica foi desenvolvida, o que permitiu a construção de grandes obras, como os aquedutos de Roma ou canais de irrigação na China, entre outros.

Renascimento

Durante o Renascimento , autores como Leonardo da Vinci e Bernard Palissy fizeram importantes contribuições à hidrologia; eles conseguiram estudar o ciclo hidrológico em relação à infiltração da água da chuva e seu retorno pelas nascentes.

Século XVII

Considera-se que nesse período a hidrologia nasce como uma ciência. As medições em campo foram iniciadas, particularmente as realizadas por Pierre Perrault e Edmé Mariotte no rio Sena (França).

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Edmond Halley Fonte: Desconhecido [Domínio público], via Wikimedia Commons

Destacam-se também os trabalhos de Edmond Halley no mar Mediterrâneo. O autor conseguiu estabelecer a relação entre evaporação, precipitação e vazão.

Século XVIII

A hidrologia fez avanços importantes neste século. Foram realizados numerosos experimentos que permitiram estabelecer alguns princípios hidrológicos.

Podemos destacar o teorema de Bernoulli , que afirma que em um fluxo de água a pressão aumenta quando a velocidade diminui. Outros pesquisadores fizeram contribuições relevantes em relação às propriedades físicas da água.

Todos esses experimentos constituem a base teórica para o desenvolvimento de trabalhos hidrológicos quantitativos.

Século XIX

A hidrologia é fortalecida como uma ciência experimental. Importantes avanços foram feitos no campo da hidrologia geológica e na medição de águas superficiais.

Nesse período, foram desenvolvidas importantes fórmulas aplicadas aos estudos hidrológicos, destacando-se a equação de Hagen-Pouiseuille do fluxo capilar e a fórmula do poço Dupuit-Thiem (1860).

A hidrometria (uma disciplina que mede o fluxo, a força e a velocidade dos líquidos em movimento) baseia suas bases. Fórmulas para medição de vazão foram desenvolvidas e vários instrumentos de medição de campo foram projetados.

Por outro lado, Miller, em 1849, descobriu que há uma relação direta entre a quantidade de precipitação e a altitude.

Séculos XX e XXI

Durante a primeira parte do século XX, a hidrologia quantitativa permaneceu uma disciplina empírica. Em meados do século, modelos teóricos começam a ser desenvolvidos para fazer estimativas mais precisas.

Em 1922, foi criada a Associação Internacional de Hidrologia Científica (IAHS). O IAHS agrupa hidrologistas em todo o mundo até hoje.

Contribuições importantes são feitas nas teorias de hidráulica e infiltração de água. Da mesma forma, estatísticas começam a ser usadas em estudos hidrológicos.

Em 1944, Bernard lançou as bases da hidrometeorologia, destacando o papel dos fenômenos meteorológicos no ciclo da água.

Atualmente, os hidrólogos em seus diferentes campos de estudo têm desenvolvido modelos matemáticos complexos. Através das simulações propostas, é possível prever o comportamento da água em diferentes condições.

Esses modelos de simulação são muito úteis no planejamento de grandes obras hidráulicas. Além disso, é possível fazer um uso mais eficiente e racional dos recursos hídricos do planeta.

Campo de estudo

O termo hidrologia vem do grego hydros (água) e logo (science), que significa a ciência da água. Portanto, a hidrologia é a ciência responsável pelo estudo da água, incluindo seus padrões de circulação e distribuição no planeta.

A água é um elemento essencial para o desenvolvimento da vida no planeta. 70% da Terra é coberta de água, dos quais 97% são salgados e formam os oceanos do mundo. Os 3% restantes são de água doce e a maior parte é congelada nos pólos e geleiras do mundo, por isso é um recurso escasso.

No campo da hidrologia, são avaliadas as propriedades químicas e físicas da água, sua relação com o meio ambiente e sua relação com os seres vivos.

A hidrologia como ciência tem um caráter complexo, portanto, seu estudo foi dividido em vários campos. Esta divisão inclui vários aspectos que se concentram em uma das fases do ciclo hidrológico: a dinâmica dos oceanos ( oceanografia ), lagos ( limnologia ) e rios (potamologia), águas superficiais, hidrometereologia, hidrogeologia ( águas subterrâneas) e criologia (água sólida).

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Geleira Quelccaya (Peru). Fonte: Edubucher [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], do Wikimedia Commons

Exemplos de pesquisas recentes

Pesquisas em hidrologia nos últimos anos têm se concentrado principalmente na aplicação de modelos de simulação, modelos geológicos 3D e redes neurais artificiais.

Hidrologia das águas superficiais

No campo da hidrologia das águas superficiais, modelos de redes neurais artificiais estão sendo aplicados para estudar a dinâmica das bacias hidrográficas. Assim, o projeto SIATL (simulador de fluxo de água da bacia hidrográfica) está sendo usado em todo o mundo para o gerenciamento de bacias hidrográficas.

Programas de computador como o WEAP ( Avaliação e Planejamento da Água ) também foram desenvolvidos , desenvolvidos na Suécia e oferecidos gratuitamente como uma ferramenta integral para o planejamento da gestão de recursos hídricos.

Hidrogeologia

Nesse campo, modelos geológicos 3D foram projetados para criar mapas tridimensionais das reservas de água subterrâneas.

Em um estudo realizado por Gámez e colaboradores no delta do rio Llobregat (Espanha), os aqüíferos atuais puderam ser localizados. Dessa forma, eles conseguiram registrar as fontes de água desta importante bacia que abastece a cidade de Barcelona.

Cryology

A criologia é um campo que sofreu um grande boom nos últimos anos, principalmente devido ao estudo de geleiras. Nesse sentido, observou-se que as geleiras do mundo estão sendo severamente afetadas pelo aquecimento global.

Portanto, modelos de simulação estão sendo projetados para estimar o comportamento futuro de perda de geleiras.

Castillo, em 2015, avaliou as geleiras da bacia do Maipo, constatando que a superfície da geleira recuou 127,9 km 2 , um recuo que ocorreu nos últimos 30 anos e corresponde a 25% da superfície inicial da geleira .

Nos Andes, Bijeesh-Kozhikkodan e colaboradores (2016) realizaram uma avaliação da superfície das geleiras durante os anos de 1975 a 2015. Eles descobriram que durante esse período houve uma redução significativa desses corpos de água gelada.

A principal redução da superfície glacial andina foi observada entre 1975 e 1997, coincidindo com o aquecimento do Oceano Pacífico.

Referências

  1. Comitê de Tarefas da ASCE para Aplicação de Redes Neurais Artificiais em Hidrologia (2000) Redes Neurais Artificiais em Hidrologia. I: Conceitos preliminares. Journal of Hydrologic Engineering 5: 115–123.
  2. Campos DF (1998) Processos do ciclo hidrológico. Terceira reimpressão. Universidade Autônoma de San Luis Potosí, Faculdade de Engenharia. Editora da Universidade de Potosina. San Luis Potosí, México. 540 pp.
  3. Bijeesh-Kozhikkodan 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). Uma análise comparativa do recuo glacial nos Andes Tropicais usando o sensoriamento remoto Investig. Geogr. Chile, 51: 3-36.
  4. Castillo Y (2015) Caracterização da hidrologia glacial da bacia do rio Maipo através da implementação de um modelo glacio-hidrológico semi-distribuído de base física. Dissertação de Mestrado em Ciências da Engenharia, Menção em Recursos e Meio Ambiente da Água. Universidade do Chile, Faculdade de Ciências Físicas e Matemáticas, Departamento de Engenharia Civil.
  5. Koren V, S Reed, M Smith, Z Zhang e DJ Seo (2004) Sistema de modelagem de pesquisas em laboratório de hidrologia (HL-RMS) do Serviço Nacional de Meteorologia dos EUA. Journal of Hydrology 291: 297-318.
  6. Grupo de Hidrologia Subterrânea (GHS), CSIC – Espanha. https://h2ogeo.upc.edu/es/ Revisado em 27 de janeiro de 2019.

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