Методы гидрологических исследований

Современная гидрология располагает большим арсеналом взаи­модополняющих друг друга методов познания гидрологических процессов.

Важнейшее место в гидрологии занимают методы полевых иссле­дований. Исторически это был первый способ познания законов природы, но и в наши дни без использования или учета результа­тов полевых работ не обходится ни одно гидрологическое исследо­вание. Полевые исследования подразделяют на экспедицион­ные и стационарные. Первые из них заключаются в про­ведении относительно кратковременных (от нескольких дней до нескольких лет) экспедиций на водных объектах (в океане, на лед­нике, реке, озере). Вторые состоят в проведении длительных (обыч­но многолетних) наблюдений в отдельных местах водных объек­тов — на специальных гидрологических станциях и постах. Обычно при гидрологических исследованиях сочетают экспедиционный и стационарный методы.

Для наблюдения за гидрологическими характеристиками в вод­ных объектах применяют разнообразные измерители уровня воды и течений и зонды, фиксирующие температуру воды и содержание ряда гидрохимических показателей in situ, т. е. в точке измерения. Для изучения рельефа дна и измерения глубин на реках, в озерах и морях используют эхолоты и гидролокаторы бокового обзора с фиксацией результатов промеров на компьютере. В последние годы была решена проблема пространственной «привязки» резуль­татов полевых работ с помощью «спутниковой навигации» — GPS {global positioning system, или системы глобального позиционирова­ния с помощью спутников).

В последнее время стали широко применяться так называемые нетрадиционные дистанционные методы наблюдения и измерения с по­мощью локаторов, аэрокосмические съемки и наблюдения, автономные регистрирующие системы (автоматические гидрологические посты на реках, буйковые станции в океанах).

С помощью радиолокаторов ведут наблюдения за дождевыми облаками; этот метод в будущем позволит прогнозировать атмо­сферные осадки и вызываемые ими дождевые паводки. Огромные возможности дает использование авиации и космических аппаратов для наблюдений за состоянием водных объектов. Так, с помощью установленных на самолетах ИК-радиометров, работающих в инф­ракрасном диапазоне, можно определять температуру поверхност­ного слоя океанов, морей и озер. Снимки со спутников позволяют вести наблюдения за замерзанием и вскрытием рек, разливами и наводнениями, ледяными заторами, состоянием ледников, тече­ниями в океане и т. д. Космические снимки помогли оценить влияние недавнего повышения уровня Каспийского моря на мор­ские берега и речные дельты. С помощью космических снимков удалось проследить за развитием катастрофического наводнения в дельте р. Терека летом 2002 г. Только космические снимки по­зволяют следить за осыханием и деградацией Аральского моря (на­земные наблюдения в этом районе практически прекратились). Кос­мические снимки позволяют по цвету поверхности моря определять концентрацию хлорофилла — главной характеристики, отражающей состояние морской экосистемы. В будущем несомненно все боль­шее распространение получат полностью автономные (работающие без участия людей) автоматические установки, ведущие наблюдение за режимом рек, озер, морей, ледников и передающие по радио информацию в центры сбора и анализа данных.

Широко используют в гидрологии и методы экспериментальных исследований. Различают эксперименты в лаборатории и экспери­менты в природе. В первом случае на специальных лабораторных установках проводят эксперименты в условиях, полностью контро­лируемых экспериментатором. Так, в лабораториях изучают различ­ные режимы движения воды и наносов, размывы речного русла, гидрохимические процессы и т. д. Во втором случае наблюдения проводят на небольших участках природных объектов, специально выбранных для детальных исследований. Человек не в состоянии регулировать проявление природных процессов, но благодаря спе­циальному выбору ряда внешних условий (например, характера почвы, растительности, крутизны склонов и т. д.), применению специального оборудования и особых методов (включая изотопные) и тщательным наблюдениям может создать условия для исследова­ний, невозможные при обычных полевых работах. Так, в гидроло­гии для изучения отдельных вопросов проводят наблюдения на так называемых «экспериментальных площадках» на склонах, «экспе­риментальных водосборах», «полигонах» в океане и т. д.

Установить связи между различными гидрологическими харак­теристиками или между ними и другими определяющими фактора­ми (например, высотой местности, осадками, скоростью ветра) в конкретных природных условиях, а также оценить вероятность наступления того или иного гидрологического явления помогают статистические методы, использующие современные приемы об­работки данных наблюдений и математической статистики.

И наконец, завершающим этапом исследований во многих слу­чаях становятся теоретические обобщения и анализ. Теоретические методы в гидрологии базируются, с одной стороны, на законах физики, а с другой — на географических закономерностях простран­ственно-временных изменений гидрологических характеристик. Сре­ди этих методов в последнее время на первый план выходят мето­ды математического моделирования, системного анализа, гидролого­географических обобщений, включая гидрологическое районирование и картографирование, геоинформационные технологии.