Математико-картографическое моделирование в гидрологии

курсовая работа

2.1 Предмет и объект гидрологии (Место гидрологических процессов и явлений в геосистеме)

Природные воды на Земле и гидрологические процессы изучает комплекс наук, объединяемых общим понятием гидрология. По направленности и методам исследований гидрологию подразделяют на крупные разделы: общая гидрология, изучающая наиболее общие закономерности гидрологических процессов и явлений; гидрография, занимающаяся изучением и описанием конкретных водных объектов; прикладная (или инженерная) гидрология, разрабатывающая методы расчёта и прогноза различных гидрологических характеристик; гидрометрия, разрабатывающая методы измерений и наблюдений при изучении природных вод, и специальные разделы гидрологии, такие, как физика природных вод (или гидрофизика), химия природных вод (или гидрохимия), биология природных вод (или гидробиология).

Общая гидрология по объектам исследования подразделяется на три большие части: гидрологию морей, занимающуюся изучением океанов и морей; гидрологию суши, изучающую водные объекты суши, - реки, озёра, водохранилища, болота, ледники; гидрологию подземных вод, изучающую воды, находящиеся в свободном состоянии в верхней части земной коры [9].

Предметом общей гидрологии как науки являются природные воды Земли и процессы, в них происходящие при взаимодействии с атмосферой, литосферой и биосферой и с учётом влияния хозяйственной деятельности человека.

Задача общей гидрологии состоит в рассмотрении основных и наиболее общих закономерностей процессов в водных объектах, выявлении их взаимосвязей с процессами, протекающими в атмосфере, литосфере и биосфере [9].

Гидрология, изучающая природные воды, относится к наукам географическим и тесно связана с другими физико-географическими - метеорологией и климатологией, геоморфологией, гляциологией, картографией и т.д. Эта связь отражает объективно существующее единство природы, проявляющееся во взаимосвязи и взаимодействии всех компонентов природной среды. Но связь вод и других компонентов природной среды обоюдная, поэтому и соответствующие науки тесно взаимосвязаны [10].

Гидрологические процессы можно рассматривать с разных точек зрения, например, с позиции физической географии, чем, в основном, занимается наука общая гидрология. Это качественный подход к гидрологии, который необходим при изучении этой науки. Также важно изучение этих процессов с точки зрения количественного оценивания гидрологических явлений. Отсюда неизбежно следует использование формул (моделей) и вообще (если смотреть широко) математических методов. При таком подходе не только не закрывается путь к качественному (физическому) анализу гидрологических процессов, скорее наоборот - открывается широкая возможность проникать в глубь явлений, но на качественно более высоком (более абстрактном) уровне. В известном смысле можно делать гидрологические «открытия», контактируя непосредственно не с природным объектом (речным водосбором, озером и т.д.), а с его математической моделью [10].

В общем случае объектом исследования гидрологии является речной бассейн или, если на нем имеются инженерные объекты (например, ГЭС, водохранилища и т.п.), - водохозяйственный комплекс (ВХК), подверженный внешнему воздействию геологических (например, изменение базиса эрозии) и метеорологических факторов (осадки, температура воздуха и т.д.) [10].

Первая задача, решаемая в гидрологии, - оценить текущее состояние ВХК, т.е. определить пространственно-временное изменение гидрологических характеристик речного бассейна (уровни, расходы воды и т.д.). Оценивать можно либо путем непосредственных измерений (гидрометрия), либо с помощью гидрологических карт, полученных путем обобщения данных наблюдений, либо путем расчетов по различным математическим моделям. Использование того или иного способа зависит от того, что мы понимаем под текущим состоянием речного бассейна. Гидрологические карты используются при значительном временном интервале осреднения характеристик (лимитирующий сезон, год). По мере уменьшения интервала осреднения (сутки, часы) и по мере нарастания зарегулированности стока (т.е. превращения речного бассейна в ВХК), географические методы оценки состояния заменяются расчетными (по моделям) и измерительными.

Вторая задача, решаемая в гидрологии, - по наличию сведений в текущем состоянии ВХК сделать, прогноз его будущего состояния. При прогнозе информация о текущем состоянии применяется в качестве начальных условий.

Третья задача, решаемая в гидрологии, - с помощью прогнозной информации управлять состоянием ВХК, например, осуществлять сезонное или многолетнее регулирование речного стока. При решении задач оптимального управления, так или иначе, используют математические модели гидрологических процессов, в которые управляющие воздействия входят в виде варьируемых задаваемых функций или параметров [10].

Таким образом, во все три задачи входят математические модели, что довольно красноречиво говорит об их месте в ряду дисциплин гидрологического цикла.

Также возможно рассматривать моделирование в гидрологии, с философской точки зрения. Известно выражение о путях познания, сформулированное В.И. Лениным: «От живого созерцания к абстрактному мышлению и от него к практике, таков диалектический путь познания истины, путь познания объективной реальности». Таким образом, все гидрологические дисциплины можно поместить на ту или иную ступеньку познания (например, гидрометрию - на ступеньку живого созерцания). Моделированию гидрологических процессов соответствует ступенька абстрактного мышления, когда реальный, неисчерпаемый по своей сложности гидрологический объект (процесс) сопоставлен с его моделью (не обязательно математической, хотя чаще всего именно с ней). И эта модель будет отражать наиболее важные стокоформирующие факторы независимо от второстепенных (с точки зрения конкретной гидрологической задачи) обстоятельств [10].

Делись добром ;)