הידרולוגיה

הידרולוגיה הוא מדע העוסק בתנועה, בתפוצה ובמאזן של מים על פני כדור הארץ וכוכבי לכת אחרים, כולל מחזור המים, משאבי המים וקיימות אגן הניקוז.

תחום ההידרולוגיה כולל את מי התהום ואת משאבי המים שעל פני היבשות – נהרות, נחלים, אגמים, שיטפונות, ניקוז, נגר עילי, תעלות, מים אפורים, מי קולחין וכיוצא בזה. אחת המשימות הקשות ביותר בהידרולוגיה היא מחקר מי התהום וזאת מפני שכמעט כל דבר הקשור במי התהום הוא קשה לתצפית, בקרה ולמדידה.

ההידרולוגיה מתחלקת להידרולוגיה של מים עיליים (שיטפונות, נחלים, נהרות ואגמים), הידרולוגיה של מי תהום (הידרוגאולוגיה) והידרולוגיה ימית.

תת-תחומי ההידרולוגיה כוללים:

• הידרוגרפיה – תת-תחום המתמקד במדידה, מיפוי ותנועה של מים עיליים ומקורותיהם.
• הידרוגאולוגיה – הוא תת-תחום המתמקד במחקר ואפיון של גופי מים מתחת לקרקע, כלומר מי תהום.
• הידרולוגיה ימית – מתמקד בהיבטים כמו כניסות מים מתוקים, מליחות ויחסי גומלין של מי תהום עם מי האוקיינוס.
• הידרומטאורולוגיה – הוא תת-תחום המתקשר גם למדעי האטמוספירה וחוקר את הקשר בין תהליכים מטאורולוגיים והידרולוגיים, למשל סופות גשם ושיטפונות.

תחומי האוקיינוגרפיה והמטאורולוגיה אינם נכללים כיוון שהמים מהווים רק אחד מבין גורמים רבים וחשובים בתחומים אלו.

איש מקצוע העוסק בהידרולוגיה נקרא הידרולוג. הידרולוגים הם מדענים הלומדים מדעי כדור הארץ או הסביבה, הנדסה אזרחית או סביבתית וגאוגרפיה פיזיקלית. באמצעות ניתוחים מתמטיים ופיזיקליים, וטכניקות מדעיות שונות, הם אוספים ומנתחים נתונים כדי לסייע בפתרון בעיות הקשורות למים, כגון שימור הסביבה, אסונות טבע, ניהול מים, הנדסה סביבתית, מדיניות ותכנון.

במסגרת תכנונים ויישומים בהידרולוגיה, עוסקים ההידרולוגים בעולמות המדעיים וההנדסיים הבאים: נגר, ניקוז עילי, הידרוגאלוגיה, הידרומטריה, הידרודינמיקה, הידרוטכניקה, הידרוליקה, הידרולוגיה הנדסית, הנדסה חקלאית, הנדסת מים, תיעול וגישור, קידוח ושאיבה, מעבירים, מובילים, ספיקה, שיטפונות, הסדרה ושיקום נחלים, חלחול, השבה, החדרה, הולכה, ניצול, השבה, מניעת סחף ועוד.

בישראל אמונה רשות המים על המחקר והפיקוח ההידרולוגי. הרשות היא פיתוח של השירות ההידרולוגי.

אטימולוגיה

מקור המונח "הידרולוגיה" מיוונית עתיקה, ומהווה צירוף של המילים "ὕδωρ" (הידרו), שפירושו מים, ו-"λόγος" (לוגיה), שפירושו תורה (הידרולוגיה = תורת המים).

מושגי יסוד במים (הידרולוגיה והידרוגרפיה)

• מעגל המים (המחזור ההידרולוגי) – תנועת המים המחזורית בטבע:
  • השמש מחממת גופי מים, אגמים ואוקיינוסים, וכן קרקעות רטובות, וגורמת להתאדות. אדי מים (גז), שהם הלחות באוויר, מתווספים לאוויר גם מצמחים בתהליך דיות (טרנספירציה).
  • באוויר רווי לחות, תוספת אדי מים מביאה להתעבות האדים לטיפונות מים זעירות (וגם להיווצרות גבישי קרח זעירים בהתאם לטמפרטורה) ונוצרים עננים.
  • תהליכים בעננים גורמים לגדילה של טיפונות גשם (וגבישי קרח), והעננים מורידים גשם (או שלג) על היבשות והימים.
  • ביבשה, מי הגשם (והשלג) זורמים בנחלים ובנהרות לאגמים ולאוקיינוסים, וחוזר חלילה.
  • פן ביני – אזור המגע והגבול הדמיוני בין מי התהום המתוקים למי הים או האוקיינוס המלוחים.
  • התאדות – התהליך שבו מים נוזליים הופכים לאדי מים.
  • התעבות – תהליך שבו אדי מים הופכים למים נוזליים.
  • משקעים – מים יורדים מהאטמוספירה כמו גשם, שלג או ברד.
  • חדירת מים – תהליך או הקצב שבו מים חודרים ונספגים לתוך האדמה.
  • נגר – מים הנאספים ויוצרים זרימה על פני שטח.
  • דיות – (טרנספירציה) שחרור אדי מים מצמחים.
  • אידוי-דיות (אבפוטרנספירציה) – תהליך משולב של אידוי ודיות משטחי מים ומצמחים.
• סוגי המים השונים:
  • מים שפירים – מים מתוקים המתאימים לשתייה. מי גשמים, מי שיטפונות.
  • מים מלוחים – מי ים וימות בעלי רמת מליחות גבוהה שאינם מתאימים לשתייה.
  • מי קולחין – מי ביוב מטוהרים או מים משימוש ביתי שאפשר להשתמש בהם לחקלאות ותעשייה.
  • מים מליחים – מים מלוחים יותר ממים מתוקים ופחות מלוחים ממי ים. מגיעים בדרך כלל ממעיינות וניתנים לשימוש בתעשייה ובחקלאות.
  • מי תהום – מאגר מי מתוקים ראויים לשתייה, הנמצא בשכבת האקוויפר. שכבת מים זו מתחדשת לאחר הגשמים.
  • מים פוסיליים – מאגר מים תת-קרקעי, שנלכדו כתוצאה מתזוזה של השכבות. מים אלו מליחים ומתאימים אך ורק לשימוש בחקלאות. מים אלו אינם מתחדשים.
  • מי מושבים – מים שעברו סינון וטיהור וניתנים לשימוש בעיקר להשקיה.
  • מי שפכים – מים מזוהמים משימוש ביתי, תעשייתי או חקלאי, חלקם רעילים.
• התפלה – הפיכת מים מלוחים ומליחים למים מתוקים הניתנים לשתייה.
• זרימת מים בטבע. בגאוגרפיה משתמשים במונחים שונים לתיאור מים. "נגר" זה זרימת מים. ישנם שני סוגי נגרים:
  • נגר עילי – זרימת מים על פני הקרקע, אגם נהר ים וכו'.
  • נגר תחתי – זרימת מים מתחת לפני השטח, הקשורה גם בזרימה של מי תהום
• קו פרשת המים – קו דמיוני המחבר את הנקודות הגבוהות ביותר בשטח. לקו זה יש משמעות רבה שכן מהקו הזה מי הגשמים היורדים מתפצלים וזורמים לשני כיוונים שונים. קו זה מבדיל בין אגני ניקוז שונים של נחלים שונים.
• נחל – תוואי הדרך בה זורמים כמות גדולה של מים על פני השטח. לרוב מקור המים הוא בגשמים
• יובל – נחל עם כמות מים קטנה שמתחבר או מתפצל מהנחל המרכזי
• ספיקה – קצב הזרימה. כמות המים העוברת דרך שטח נתון (חתך נחל/צינור/תעלה) ביחידת זמן. ספיקה נמדדת ביחידות נפח לזמן. למשל: מטר מעוקב (מ"ק) לשנייה או מליון מטר מעוקב (מלמ״ק) לשנה. ספיקה מיוחסת לחתך אשר בו היא נמדדת.
  • ספיקת שיא – הספיקה הגבוהה ביותר שנמדדת בחתך מסוים במהלך אירוע זרימה נתון. ספיקת השיא היא אחד המדדים לעוצמת השיטפון.
  • ספיקת תכן – הספיקה אשר עבורה יש לתכנן את כושר העמידה של מערכות להעברה או לאגירה של מים. ספיקת התכן מוגדרת על פי תקופת החזרה שלה ונקבעת בהתאם לשיקולי התכנון.
• זרימת בסיס – החלק או נפח בזרימת הנחל שמגיע ממי תהום.
• הידרוגרף – הוא גרף המציג את קצב הזרימה (הספיקה) ביחס לפרק זמן שעבר בנקודה מסוימת בנהר, בערוץ, תעלה או בצינור המשמש לזרימת מים. הידרוגרפים מציגים את השינויים בספיקה הנגרמים משינויים בכמות או עוצמת המשקעים לאורך זמן. הגרפים משמשים בדרך כלל בתכנון של מערכות ניקוז מים וביוב, ולצורך ניהול סיכונים של שיטפונות והצפות באזורים מועדים.
• גדה – הצד של הנחל
• אפיק – רוחב הנחל מגדה אחת לגדה השנייה
• מרחב נחל – השטח שכולל את אפיק הנחל, גדותיו ושטחי ההצפה שמשני עבריו, שמתכסים במים בזמן שיטפונות.
• מוצא – המקום בו מתחילה הזרימה של הנחל
• אגן ניקוז או אגן היקוות של נחל או נהר, הוא כל האזור שמימיו מנוקזים על ידי הנחל או הנהר. הקו המפריד בין שני אגני ניקוז נקרא קו פרשת המים.
• בסיס הסחיפה – המקום הנמוך ביותר אליו זורם הנחל, אשר עד אליו מתרחשות בליה והעמקה של אפיק הנחל. נחלים ונהרות ישחקו את ערוציהם עד שיגיעו למפלס הים. לצורה בה הנחל מתחבר לים קוראים שפך.
  • שפך נהר – נקרא גם אסטואר. נקודת המפגש בין הנהר והים, במוצא הנהר. בעת גאות בים, מי הים חודרים עמוק יותר ליבשה ומתערבבים עם מי הנהר. לרוב, אסטואר הוא מקום מוגן מרוחות וסערות, ומשמש מקום בטוח להקמת נמל.
  • דלתה – פיצול הנהר להרבה יובלים על שטח גדול, עד אשר הוא מתחבר לים. הדלתה מהווה אזור טוב לחקלאות, בשל הסחף ששקע בה שהוא עשיר בחומרים אורגניים ומינרלים זמינים לגידולים חקלאיים.
• אקוויפר – שכבת קרקע ספוגית מתחת לפני השטח שיכולה לאגור בתוכה מי תהום.
• אקוויקלוד – שכבת קרקע אטומה המונעת ממי התהום להמשיך לחלחל לתוך האדמה
• משטר זרימה – כמות המים הזורמים בנהר בהתאם לארבע עונות השנה, לפי גאות או שפל בנהר. דוגמה, באקלים ים-תיכוני עם שלגים בהרים בחורף:
  • באביב – גאות חדה, כמות המים הרבה ביותר: שלגים בהרים, שהצטברו במהלך החורף, מפשירים וגורמים לנהרות להתמלא.
  • קיץ – שפל מתון, לא יורדים משקעים והחום גורם לאידוי מים. זאת בנוסף לשאיבה התמידית מהנהרות.
  • סתיו – שפל חד, כמות המים הקטנה ביותר בנהר: עדיין לא יורדים גשמים משמעותיים וממשיכות תופעות האידוי והשאיבה.
  • חורף – גאות מתונה: גשמים יורדים וגם שלגים בהרים, ומתחילים למלא בהדרגה את הנהרות.
• מהלך הזרימה – מתייחס לכיוון זרימת הנהר, צורת הנהר ועוד.
  • סלע רך – יגרום לנהר להתפתל
  • סלע קשה – יגרום לנהר לזרום ישר

ניצול המים

בהידרולוגיה והידרוגרפיה בודקים ומודדים את ניצול המים בפעילויות אנושיות וכלכליות שונות. דוגמאות לצורות ניצול שונות הן:

• אנרגיה – שימושים בזרימת מי נהרות או בזרמים של גאות ושפל באוקיינוס ליצור חשמל הידרו-אלקטרי
• חקלאות – שימושים במים להשקיה או לאספקה לבריכות דגים
• תחבורה – שימושים בנתיבי שייט לאורך נהרות או הים
• מקום יישוב – התפתחות ופיתוח של מקומות ישוב לאורך נהרות או החופים
• תעשייה – ניצול של מים לצורכי תעשייה, לקירור מכונות וכיוצא בזה.

ראו גם

• מים נושקים למים – ספרו אוטוביוגרפי למחצה של סמי מיכאל, המתאר את עבודתו בשירות ההידרולוגי.

קישורים חיצוניים

• חוג להידרולוגיה ומשאבי מים באוניברסיטה העברית בירושלים
• האגודה הישראלית למשאבי מים – החברה הישראלית לגיאודזיה וגאוגרפיה/חברה ישראלית להידרולוגיה
• מילון למונחי הידרולוגיה (1971), באתר האקדמיה ללשון העברית
• science/hydrology הידרולוגיה, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)
• מדריך לשיקום נחלים במרחב חקלאי