Thủy văn hoạt động như thế nào

Nước - Chúng tôi uống nó, chúng tôi tắm trong nó, và chúng tôi chơi trong đó. Nước mang lại cho chúng ta sự sống, nhưng quá nhiều hay quá ít cũng có thể lấy đi sự sống. Đó là chất phổ biến nhất trên Trái đất , nhưng thường xuyên không có một giọt để uống. Các thuộc tính đặc biệt của nước mang lại sự sống cho hành tinh này, nếu không thì hành tinh này có thể cằn cỗi và không có sự sống. Ví dụ, nước thực sự nở ra khi nó đóng băng, trở nên ít đặc hơn. Nếu băng không nổi trên mặt nước, hành tinh của chúng ta sẽ là một nơi rất khác ngày nay. Băng sẽ chìm xuống đáy hồ và sông, nơi mặt trời không thể làm tan chảy nó vào mùa xuân, một quá trình cần thiết để tạo ra mây và mưa, tiếp tục dòng chảy của chu kỳ. Điều này sẽ xảy ra hàng năm cho đến khi, cuối cùng, không còn gì ngoài băng và một vùng đất hoang không thể ở được.

Nước tồn tại ở ba trạng thái - rắn, lỏng và khí - tạo nên chu trình thủy văn của Trái đất , hay còn được gọi là chu trình nước. Trong chu kỳ này, nước ngọt đến Trái đất dưới dạng mưa, mưa đá, tuyết và mưa đá, đổ xuống các đại dương và đất liền cả ngày lẫn đêm. Nước va vào đất liền chảy thành các vùng nước lớn hơn, như hồ và sông, hoặc thấm xuống lòng đất và trở thành nước ngầm, nuôi dưỡng cây trồng của chúng ta trong quá trình này. Khi mặt trời ló dạng, nó làm nước nóng lên và tạo thành hơi nước bốc lên và ngưng tụ thành những đám mây, tụ lại, trở nên nặng nề với nước và rơi trở lại Trái đất dưới dạng mưa.

Chu kỳ này đã diễn ra kể từ khi thế giới bắt đầu và đã làm cho sự sống trên Trái đất trở nên khả thi. Trên thực tế, không có nhiều và không ít nước trên thế giới ngày nay so với thời kỳ khủng long còn tồn tại. Hãy coi vòng tuần hoàn nước của Trái đất là phương pháp tái chế cuối cùng. Không có gì ngạc nhiên khi các nhà thủy văn học bị cuốn hút bởi nó.

­

Chuyển đến trang tiếp theo để đọc về các ngành khoa học khác nhau mà các nhà thủy văn học sử dụng để nghiên cứu chu trình nước của Trái đất.

Cảm thấy hơi khô?

Trong khi khoảng 70 phần trăm bề mặt Trái đất được bao phủ bởi nước, 97 phần trăm nước là nước biển mặn, không thích hợp cho con người tiêu dùng. Trong số 3 phần trăm là nước ngọt, 2 phần trăm bị đóng băng thành sông băng , chỉ còn 1 phần trăm nguồn cung cấp nước của toàn thế giới phù hợp để uống. Hãy nghĩ đến điều đó vào lần tới khi bạn tắm thật lâu.

Nội dung

1. Nhà thủy văn học
2. Kiểm soát nguồn nước và kiểm soát ô nhiễm
3. Kiểm soát lũ
4. Lập bản đồ và Công cụ

Thủy văn là nghiên cứu về dòng chảy của nước thông qua các chu trình thủy văn, và các nhà thủy văn học là những người thực hiện nghiên cứu. Trong khi hầu hết mọi người không nghĩ nhiều về nước, các nhà thủy văn học xem xét mọi khía cạnh của nó - nó đến từ đâu và với số lượng bao nhiêu, nó đi đâu, đến đó bằng cách nào và điều gì xảy ra với nó trong quá trình đó.

Để làm được điều này, họ sử dụng rất nhiều phép toán và một số thiết bị thực sự tuyệt vời, và thậm chí đôi khi chúng còn bị ướt một chút. Kết quả thật đáng kinh ngạc. Các nhà thủy văn học giúp các nhà thiết kế và kỹ sư xây dựng các đập và đê để giữ cho các thị trấn an toàn khỏi lũ lụt, theo dõi ô nhiễm và tìm nguồn nước mới - họ thậm chí còn giúp theo dõi nước

trong không gian.

Bởi vì nước ở khắp mọi nơi và rất quan trọng đối với hầu hết mọi thứ chúng ta làm, các nhà thủy văn học trải rộng hầu hết các ngành khoa học, từ vật lý và địa chất đến thiên văn học và sinh thái học. Có rất nhiều cách để nghiên cứu nước trên Trái đất ; Đây chỉ là một vài.

Thủy văn không gian là nghiên cứu về sự chuyển động của các vùng nước trên Trái đất thông qua các chu trình thủy văn bằng cách sử dụng cơ sở dữ liệu không gian được phát triển trong hệ thống thông tin địa lý (GIS). Điều này có nghĩa là họ cố gắng kết nối không gian khác nhau là đất với thời gian và dòng chảy thay đổi là nước

[nguồn: Đại học Purdue ].

Địa chất thủy văn , hoặc thủy văn nước ngầm , theo dõi dòng chảy của nước qua đất và vào các hệ thống ngầm. Các nhà địa chất thủy văn giúp tìm ra các nguồn nước ngầm (các tầng chứa nước) mà chúng ta có thể khai thác để lấy nước uống. Họ giám sát những thứ này, cũng như dòng chảy của nước vào các địa điểm dưới lòng đất để xác định lượng nước được đưa ra ngoài. Họ cũng tìm ra cách nước chảy qua đất. Điều này nghe có vẻ nhàm chán, nhưng nếu bạn là một nông dân cần độ ẩm đất thích hợp để trồng trọt thì đó là thông tin quan trọng. Các nhà địa chất thủy văn giúp thực hành tưới tiêu và theo dõi ô nhiễm ngấm qua đất vào giếng của chúng ta.

Thủy văn đới Vadose là một tập hợp con của địa chất thủy văn tập trung vào lớp trái đất ngay trên một tầng chứa nước, được gọi là đới vadose. Vùng này rất quan trọng vì nó hoạt động như một thiết bị lọc và sục khí cuối cùng trước khi nước mưa trở thành nước ngầm, đôi khi nước này được lấy thẳng từ lòng đất qua giếng và được sử dụng mà không có phương pháp lọc. Nếu vùng vadose không lành mạnh, thì phần lớn nước uống của chúng ta cũng vậy.

Thủy lực không liên quan gì đến việc khiến chiếc xe của bạn thực hiện những trò chơi thực sự thú vị (tốt, nó có, chỉ là không trong bối cảnh này). Đây là nghiên cứu về dòng chảy vật chất của nước. Các chuyên gia thủy lực sử dụng mô hình toán học để theo dõi dòng chảy của nước từ nguồn này sang nguồn khác. Mục đích chính của việc này không phải là để theo dõi nước mà là các chất gây ô nhiễm trong đó. Ví dụ, nếu một nhà máy đổ chất thải công nghiệp xuống sông, nó sẽ chảy xuống hạ lưu và cuối cùng bị phân tán ra đại dương. Ai biết nó sẽ kết thúc ở đâu? Những người nghiên cứu về thủy lực học.

Khí tượng thủy văn , còn được gọi là thủy văn học, sử dụng các công cụ khí tượng để tìm ra lượng mưa sẽ rơi và ở những khu vực cụ thể nào. Điều này hữu ích vì nhiều lý do - không chỉ để bạn biết khi nào nên cầm ô khi ra khỏi nhà. Khí tượng thủy văn có thể giúp xác định lượng nước sẽ đến một khu vực trong một năm nhất định. Điều này giúp xây dựng các thiết bị kiểm soát lũ lụt và

hệ thống thủy lợi.

Trong một dạng khoa học được gọi là dendrohydrology , các nhà dendrohydrologist sử dụng các vòng cây để giúp xác định lượng mưa lịch sử và các điều kiện khô hạn, dòng chảy, nước chảy, v.v. Biết thông tin này có thể giúp các khu vực không có hồ sơ lịch sử đáng tin cậy dự đoán tương lai thủy văn.

Nếu nguồn cung cấp nước của thế giới chứa cùng một lượng nước ngày nay như thuở ban đầu, thì làm sao có thể lãng phí nước được? Nó sẽ không quay trở lại? Tại sao mọi người tranh nhau về nước? Tìm hiểu trên

Trang tiếp theo.

Thủy văn trong quân sự

Các nhà thủy văn học không chỉ làm những việc như kiểm soát lũ lụt và ô nhiễm nước. NASA có một chương trình thủy văn lập bản đồ các đại dương từ ngoài không gian. Các chương trình khác trên khắp Hoa Kỳ chuẩn bị các báo cáo thủy văn về hậu quả đối với nguồn cung cấp nước của khu vực nếu vũ khí hủy diệt hàng loạt được sử dụng trong khu vực. Những báo cáo này có thể được sử dụng để giúp dọn sạch bụi phóng xạ từ một cuộc tấn công, hoặc mặt khác, chúng có thể chỉ ra cách lấy đi nguồn cung cấp nước của một quốc gia [nguồn: Global Security ].

Trong khi Trái đất vẫn có lượng nước như trước đây, nhu cầu về nước đang lớn hơn bao giờ hết. Dân số không ngừng tăng lên, và mọi người cần được cho ăn và mặc những vật liệu phải trồng bằng nước. Mọi người cũng cần phải sống trong những ngôi nhà được xây dựng bằng thép, gỗ hoặc các vật liệu xây dựng khác - một lần nữa, những vật liệu này cần một lượng lớn nước để sản xuất hoặc phát triển. Tất nhiên, mọi người cũng phải tắm giặt quần áo và đi vệ sinh ... tất cả những điều này

lấy nước.

Bạn muốn biết người đá thật? Nước không rơi đều trên toàn bộ Trái đất. Một nơi có thể có quá nhiều mưa, gây ra lũ lụt và tàn phá, trong khi nơi khác có thể có rất ít, gây ra hạn hán. Khi nước đi xuống cống, phải mất một thời gian để xử lý lại thành thứ có thể sử dụng lại được. Nếu không có đủ lượng mưa cho khu vực của bạn và dân số sử dụng quá nhiều nước, mức dự trữ sẽ giảm nhanh hơn mức có thể được bổ sung.

Các nhà thủy văn học không ngừng tìm cách để tìm ra nhiều nước hơn để đáp ứng nhu cầu hiện tại. Các cơ sở xử lý nước lấy nước đã được sử dụng cho chất thải và biến nó trở lại thành nước ngọt tại chỗ có thể được tiêu thụ trở lại. Các nhà thủy văn học không chỉ tìm cách cải thiện những công trình này, họ còn cố gắng tìm ra những giếng nước mới dưới lòng đất và có lẽ quan trọng hơn là tìm ra cách duy trì những nguồn cung cấp này trước nguy cơ ô nhiễm ngày càng gia tăng.

Ô nhiễm là chất thải công nghiệp, khí thải từ ô tô, dòng chảy của thuốc trừ sâu và chất thải chăn nuôi từ các trang trại, và các chất dinh dưỡng thừa trong đất gây ra sự mất cân bằng. Chúng có thể chảy vào hồ, sông và suối; thấm vào mạch nước ngầm; hoặc tích tụ trong không khí và rơi trở lại mặt đất dưới dạng mưa axit. Lập bản đồ quá trình của các chất gây ô nhiễm này thông qua thủy lực môi trường là một cách các nhà thủy văn học giúp xác định vị trí và làm sạch

lên các chất ô nhiễm.

Một cách khác là thông qua các đổi mới như vật liệu mặt đường có thể thấm được. Khi mưa rơi, đôi khi nó chứa các chất ô nhiễm. Ở những nơi có nhiều người, như hầu hết các thành phố, cũng có xu hướng đổ bê tông nhiều. Điều này rửa sạch tất cả các chất ô nhiễm trên đường và đưa chúng vào cống rãnh, hệ thống thoát nước hoặc sông gần nhất, nơi tràn ngập nước và không còn nơi nào khác để đi. Bê tông không thấm nước - nó sẽ không cho phép nước đi qua nó vào lòng đất. Điều này đặt ra một vấn đề, bởi vì lọc các chất ô nhiễm bằng đá và cát là hệ thống lọc nước tự nhiên đầu tiên cho nước ngầm của chúng ta.

Một câu trả lời cho vấn đề này có thể là bê tông thấm. Bề mặt này cho phép nước đi qua nó, giống như đất. Nó làm giảm áp lực của hệ thống thoát nước thải ở các khu vực đô thị, nơi toàn bộ nước và chất thải phải thoát ra ngoài khi có mưa lớn. Nó cũng giúp kiểm soát lũ lụt cũng như kiểm soát ô nhiễm. Tuy nhiên, chi phí đôi khi cao đến mức nghiêm trọng. Đào các đường phố và thay thế bê tông là một nhiệm vụ không nhỏ. Cách tốt nhất để bắt đầu quá trình lập kế hoạch thẩm thấu là bắt đầu trong giai đoạn lập kế hoạch của một dự án.

Đây chỉ là một trong nhiều cách mà các nhà thủy văn học làm để giữ an toàn cho nước ngầm của chúng ta. Các nhà thủy văn học khác nghiên cứu mức độ ô nhiễm trong tuyết, đất và thậm chí cả sông băng.

Trên trang tiếp theo, hãy tìm hiểu cách các nhà thủy văn có thể dự đoán, và đôi khi có thể ngăn chặn lũ lụt.

Anyone who has ever experienced a flood or known someone who has understands that floods are serious business. They can take out entire communities and level hundreds of years of history in just seconds.

Some floods can arrive suddenly -- these are called flash floods or critical floods. Sometimes it doesn't even have to be raining anywhere nearby for a flash flood to occur. Flash floods can happen when a heavy rain occurs upstream and the water flows downstream, gathering more momentum as it passes. Another type of critical flooding happens when some sort of flood-retention device, like a dam or levee , breaks and water rushes out.

Non-critical floods are floods that happen slowly, over a relatively long period of time. These occur when heavy rains fall for days on end, and rivers, lakes and streams swell past their normal boundaries. Don't let the name fool you -- non-critical floods can be just as devastating as flash floods if they're not prepared for, and they can lead to critical flooding as well.

Hydrologists work constantly to prevent and lessen the severity of floods. Hydroclimatologists use rainfall data and meteorological technology to help determine the maximum rainfall for an area. They then try to determine when floods might occur and how much rain it would take to flood an area.

Với thông tin này, các nhà thủy văn học làm việc với các tổ chức, như Cơ quan Quản lý Khẩn cấp Liên bang Hoa Kỳ ( FEMA), để giúp lập kế hoạch phát triển thành phố và ứng phó khẩn cấp. Điều này dựa trên ý tưởng rằng cứ một trăm năm lại có một trận lụt lớn xảy ra. Mục tiêu của một nhà thủy văn học là tìm ra khả năng lũ lụt tồi tệ nhất trong khoảng thời gian một trăm năm và thiết kế xung quanh khả năng đó để giảm thiểu tác hại và chi phí xây dựng lại. Đôi khi, nếu chi phí để xây dựng một thiết bị chống lũ lụt với cường độ lũ lụt hàng trăm năm cao hơn nhiều so với chi phí xây dựng lại, các kỹ sư sẽ xây dựng cho khả năng xảy ra một trận lũ lụt kéo dài 25 hoặc 30 năm - trận lũ lụt tồi tệ nhất có thể xảy ra. xảy ra sau mỗi 25 đến 30 năm. Điều này thường xảy ra ở các khu vực hẻo lánh, như công viên hoặc rừng, nơi không có nhiều người có thể

bị ảnh hưởng.

Công việc của các nhà thủy văn học xác định vị trí và cách thức xây dựng không chỉ các thiết bị chống lũ như đê, đập và cống mà còn cả vị trí đặt toàn bộ thành phố và vùng lân cận. An toàn là điều quan trọng nhất. Kiểm soát lũ lụt thành công không phải lúc nào cũng rõ ràng, nhưng những nỗ lực không thành công thì quá rõ ràng.

Một số nhà thủy văn đi đến tận cùng Trái đất để nghiên cứu hệ thống nước - một số còn đi xa hơn. Tìm hiểu xem một số sẵn sàng đi bao xa ở trang tiếp theo.

Nước ở khắp mọi nơi, nhưng không phải lúc nào cũng có thể tiếp cận được. Các nhà thủy văn học sử dụng các mô hình, bản đồ và số liệu để giúp họ phân biệt đâu là nước - các tầng chứa nước ngầm và các sông băng ở xa không phù hợp với một nhà thủy văn học có hiểu biết tốt.

Các nhà thủy văn học không gian sử dụng GIS (hệ thống giao diện toàn cầu) và GPS (hệ thống định vị toàn cầu) để giúp họ lập bản đồ dòng chảy, ô nhiễm và các vấn đề môi trường khác nhau. Chúng có thể trông giống như bất kỳ thứ gì từ biểu đồ đường đến mô hình 3 chiều tỷ lệ đầy đủ của hệ thống sông hoặc nước dưới đất. Các hệ thống công nghệ cao này sử dụng tọa độ, phép đo và dữ liệu để tạo ra hình ảnh chi tiết về khu vực.

Các nhà thủy văn học sẽ đi khá xa để có được thông tin về sự chuyển động của nước. Các vệ tinh viễn thám quay quanh Trái đất , chụp ảnh các đại dương và những gì đang xảy ra trong đó. Các vệ tinh tạo ra bản đồ địa hình của đại dương, giúp các nhà thủy văn học nghiên cứu các đại dương và chuyển động của chúng nói chung. Thậm chí còn có một công cụ viễn thám rạn san hô . Rạn san hô là một nguồn tài nguyên sinh thái tuyệt vời, giúp sản xuất oxy và giữ cân bằng môi trường cho toàn bộ hành tinh. Biết được những rạn san hô này ở đâu và làm thế nào để nghiên cứu chúng là rất quan trọng.

Thủy văn tham số là một nhánh lý thuyết hơn của thủy văn. Nó sử dụng mô hình máy tính để đưa ra các mối quan hệ giữa các sự kiện trong chu kỳ thủy văn. Sau đó, nó sử dụng các mối quan hệ này để tạo ra các sự kiện mới có thể xảy ra.

­

Nhìn chung, các nhà thủy văn học là một nhóm lớn và đa dạng. Họ cống hiến cho việc bảo tồn nước trên Trái đất bằng bất kỳ phương tiện nào cần thiết. Các nhà thủy văn học giúp duy trì sinh kế của nhân loại bằng cách giúp điều tiết lũ lụt, ô nhiễm và nước thải. Không chỉ vậy, họ có thể tạo ra một số mô hình thực sự hấp dẫn. Thủy văn là một ngành khoa học sẽ luôn luôn có nhu cầu, đặc biệt là khi dân số của chúng ta tiếp tục tăng và nhu cầu về nước ngọt tăng lên.

Để tìm hiểu thêm về nước xung quanh chúng ta, hãy theo các liên kết trên trang tiếp theo. Họ sẽ cung cấp cho bạn thêm thông tin.

Nước, Nước ở mọi nơi?

Các nhà khoa học gần đây đã tìm thấy tàn tích của nước trong thủy tinh núi lửa được thu thập từ mặt trăng, khiến họ đặt câu hỏi về cách mặt trăng hình thành. Một ý tưởng cũ là một hành tinh giả mạo, có kích thước tương đương với sao Hỏa, đã đập vào Trái đất, khiến những mảnh lớn của hành tinh chúng ta bị vỡ ra. Những mảnh này kết hợp với nhau và tạo thành mặt trăng, mặc dù bất kỳ nguyên tử nhẹ nào, chẳng hạn như hydro, đều không thể tồn tại. Việc tìm thấy nước trong đá có thể dẫn đến câu hỏi về tuổi và nguồn gốc của mặt trăng [nguồn: National Geographic ].

Những bài viết liên quan

Các liên kết tuyệt vời hơn

­