Úvodem
V prvních poznatcích člověka o základech světa je voda jako první ze živlů. Není rozšířenější látky na zemi; počítá se přibližně, že pokrývá 71,5 % celého zemského povrchu. Moře se jmenuje kolébkou země a řeky kořeny lidských sídel.
A nejen množstvím, ale zvláště svou vlastností vystřídávati neustálé skupenství (plynné, tekuté a tuhé) a pro svůj neustálý oběh (cirkulaci) se podstatně voda liší od látek ostatních.
Nebylo by nás, živočichů ani rostlin, kdyby nebylo vody. I země by měla jinou tvářnost. A přece nebylo ještě ke konci XIX. století samostatné vědy o vodě a není jí skoro doposud. Každá z přírodních věd měla svůj zvláštní oddíl, označený „hydro“ – z řeckého hydor – voda.
Všude voda spolutvoří nebo doprovází přírodní zjevy. Patří všem. V různých vědách bylo o ní jednáno, což způsobilo vlastně rozptýlenost poznatků o ní. Tyto poznatky slučovati a prohlubovati může jen věda, která pojednává o vodě souborně. Vědou tou jest hydrologie. Aby mohla své úkoly dobře plniti, musí být soustředěně pěstována jako věda samostatná.
Nelze již řešiti vodních problémů bez ohledu na postavení, jaké voda zaujímá v přírodě. Jsou to hlavně její skupenství, plynné (vodní páry, vlhkost) a kapalné, která v nekonečných obměnách pronikají veškeré dění. Chyby, jichž se lidstvo dopouštělo hlavně tím, že si všímalo vody jednostranně, např. řeky se upravovaly bez ohledu na zemědělství, na využití energie vodní; krajiny se odlesňovaly, aniž se pamatovalo na jejich klimatickou budoucnost (les je velikým spotřebitelem i zásobárnou vody), v průmyslu se využívalo vody, aniž se předem uvážilo, jaké důsledky, např. hygienické atd. to může mít. To se dá napraviti a nadále lze se toho vystříhati, když bude voda studována samostatně a soustavně a na základě toho bude s ní správně hospodařeno.
Přehled vývoje bádání o vodě
Devatenácté století mohlo tuto vědu jen započíti. Byla to hydrologická práce popisná a soupisná, krátce vodopis (hydrografie). Vodou a jejími vlastnostmi zabývalo se lidstvo od pradávna. Již r. 250 př. Kristem Archimedes a řada badatelů po něm zkoumali některé fysikální (hydromechanické) vlastnosti vody. Nelze zde vylíčiti, jak se postupně drobnými, ale základními poznatky dospělo k ucelenému názoru o vlastnostech vody.
Jest zajímavé, že teprve v 80. letech XVIII. století přistoupily první poznatky o její chemické podstatě (Lavoisier vysvětlil složení vody). Pak se již rychleji přičleňovaly nově vznikající vědy: biologie a zvláště bakteriologie (již v XIX. století) a nauka o elektřině a technické pokroky z toho plynoucí (lodní šroub 1812, vodní turbiny Ponceletova 1826, Fourneyronova 1827 a Peltonovo kolo 1880).
Příroda neposkytuje však vždy tolik vody, jak bylo by člověku milé. Živějším zájmem o vodu bylo probuzeno i úsilí, upraviti její zásoby, po případě průběh toků. Snaha poznati vodstvo, uzpůsobiti je lidským potřebám, zabezpečiti se proti mocným výstředním vlivům přírody (veliká sucha nebo zase povodně) byla nejmocnějším činitelem hydrologického výzkumu v XIX. století. Můžeme říci, že se hydrologie v XIX. století připravovala; začátkem XX. století začala pak řešiti postupně své úlohy a nyní jest v začátcích svého rozvoje.
Aby bylo patrno, co XX. století znamená pro hydrologii, jest nutno alespoň krátce vyznačiti, jak se hydrologie v posledních letech ustaluje, jak vytyčuje své cíle a k jakým metodám dospívá.
Hydrologie jest nauka o vodě a veškerém vodstvu
Vědy hydrologii nejbližší jsou jednak meteorologie s klimatologií a bioklimatologií, jednak geologie s geofysikou a půdoznalstvím.
S nimi spolupracuje hydrologie s geografií. Hydrologie sama pak zvlášť souvisí s fysikou, a to po matematické stránce s hydromechanikou, jež se dělí na hydrostatiku a hydrodynamiku, po stránce pokusné s hydraulikou; dále s chemií (s analytickou chemií a technologií chemickou a zemědělskou).
Veškerých teoretických poznatků, ať se jich dopracovala hydrologie sama nebo za spolupráce s vyjmenovanými vědami, používá v praksi skupina samostatných oborů, jež se zabývají vodou po všech stránkách spotřeby i ochrany (užitá hydrologie).
Teoretické prohloubení znalostí o vodě, vyvolané často jen praktickými zájmy, vede k dokonalejšímu použití vody nebo k lepší obraně proti ní.
Poznatků hydrologie používá hlavně vodní hospodářství, a to jeho složky;
a) Hydrotechnika (stavitelství vodní, strojní).
b) Plavebnictví, spojené s loďařstvím (provoz, popř. turistika).
c) Technologie vody: rozbor, čištění, úprava.
d) Hygiena a biologie vody: Hydrobiologie s rybářstvím. Balneologie (s lázeňstvím, zřídelnictvím, vodoléčbou a vodním sportem).
e) Vodní právo.
Jak již bylo naznačeno, začala se hydrologie jako samostatný obor vědní rozvíjeti teprve počátkem tohoto století.
Doposud někteří němečtí autoři (Prinz, G. Theim, H. Keller) a řada francouzských, rovněž i severoamerická služba „Geological Survey“ považuje hydrologii za nauku o podzemní vodě. Mezi jinými hlavně Imbeaux na samém konci XIX. století načrtl program hydrologie jakožto souborné nauky o veškeré vodě. Ještě však v roce 1928 prof. W. Koehne, čelný znatel spodních vod, musí ve své „Grundwasserkunde“ upozorňovati, že není hydrologie ani v užším smyslu naukou o spodní vodě. Dodnes chybí hydrologii úplná a přesná terminologie. Rovněž postrádá doposud úplné systematiky.
Mocný rozvoj hydrotechniky, vyvolaný všeobecným pokrokem věd, přispěl jednak k podrobnějšímu poznání fysikálních, pak chemických i jiných vlastností vody, dále k jejímu všestrannějšímu a tedy dokonalejšímu využití.
Pojem vodního hospodářství pochází z poslední doby. Poznalo se totiž, že zdárné hospodaření s vodou nemůže býti jednostranné.
Všechny vlastnosti vody, druhy i funkce vodstev, jimiž zasahují mocně do rozmanitých oborů života, musí býti uvažovány souborně, aby, zasáhneme-li uměle, nevznikl pravý opak toho, co jsme zamýšleli.
Hydrografie není již jen část zeměpisu nebo geofysiky, nýbrž jest přední metodickou součástí hydrologie. Rozvoj hydrografie měl mocný vliv na pokroky v hydrotechnice. Ale pro rozvoj hydrotechniky a s ní spojené správné hospodářství vodní sama hydrografie již nestačí. A tak se tvoří a tříbí též obory „hydrometrie“, „hydromechanika“, „hydraulika“ atd. tím, že se stejnoměrně prohlubují všechny teoretické základy hydrologie. V tom poměru, jak se jednotlivé, stále specielnější poznatky slučují v přirozené směry podle dokonaleji stanovených vztahů, v tom poměru i mohutní rozsah hydrologie a tříbí se souborné i podrobné pojmy.
Rozčlenění hydrologie
Hydrologie pojednává o vodstvu, jež se dělí podle prostředí na:
A) Vodstvo v ovzduší, (vody atmosférické – hydrometeory), srážky kapalné: déšť, rosa, mlha; tuhé: jinovatka, námraza, zmrzlý déšť, krupky, kroupy a sníh.
B) Vodstvo na povrchu země:
- Vody tekoucí (potamologie) v tocích přirozených a v umělých korytech.
- Vody stojaté (limnologie), a to: a) kapalné, v přirozených jezerech (limnologie v užším smyslu), v mořích (oceánologie, zv. též talassologie); v umělých nádržích, rybnících; posléze v různých prostředích, jako v rostlinstvu a zvláště v lesích, bařinách a rašeliništích. b) tuhé, a to: led na tocích a jezerech (kryologie) a věčný sníh a ledovce (glaciologie).
C) Vody pod povrchem země a jejich vývěry: podzemní vody a) prameny, b) spodní vody prolínající, c) puklinové, d) jeskynní, krasové (speläologie), e) vody artézské, tj. vody pod tlakem, f) vody zplynělé a g) vody hlubinné.
Hydrologie pracuje těmito metodami:
- Metodou popisnou, popř. soupisnou – vodopis (hydrografie), hydrotopografie, antropogeografie, vodstva, hydrogeodesie, hydromorfologie a hydroarcheologie; hydrologická statistika.
- Metodou měřicí (hydrometrie), popř. stanovící: a) Měří se: množství ovzdušných srážek, a to deště (ombrometrie nebo též pluviometrie), sněhu (nivometrie), ledu (kryometrie), vlhkost (hygrometrie), množství výparu (evaporimetrie, též atmometrie), popř. kondensace; b) Zjišťují se fysikální stavy tekoucí i stojaté vody: stavy hladiny, hloubky vody (bathometrie), spády, rychlost vody (doposud zváno hydrometrií) a množství vody, popř. vydatnost pramenů; proudění a jeho směr; dále teplota vody; tlak a práce; viskosita vody; elektrická vodivost a radioaktivita vody; schopnost vody rozpouštěti látky nebo unášeti hmoty; schopnost jímati plyny nebo pronikati hmotami (kapilarita, vzlínavost, průceznost) a posléze spolutvořiti látky (voda krystalová); c) Stanoví se chemické složení vody, její barva a chuť. d) Zjišťují se biologické poměry ve vodě nebo vodou vyvolané.
- Metodou výzkumnou, a to buď obecně analyticky, nebo konkrétně pokusnicky. Tato metoda se rozvinula právě v tomto století.
- Metodou zpravodajskou: a) Uveřejňují se výsledky činnosti, dobrá zdání při spoluřešení hydrotechnických úloh. b) vysílají se návěsti, předpovědi (prognosní služba) o vodním stavu, o průtočném množství, o výšce sněhové pokrývky a zásobách vod v ní, o chodu ledu, o zásobách podzemních vod a vydatnosti pramenů, o přetvoření říčních koryt; c) spolupracuje se (hydrologové všech odvětví a zemí) na kongresech, poradách a výstavách; d) tvoří se odborné názvosloví – národní i mezinárodní, s jednotnými značkami; e) spolupracuje se při normalizaci. Dále je to f) účast ve školství a posléze g) bibliografická služba hydrologická – sbírati prameny odborné literatury a je uveřejňovati, sestavovati odborné naučné slovníky a vyměňovati uveřejněné poznatky.
Hydrologické instituce
Hydrologii pěstují hlavně státní úřady (v novější době ústavy), jež jsou rozčleněny buď podle odborů hydrologie anebo podle zemí, též podle přirozených oblastí. Bývají připojovány k meteorologickým ústavům nebo k ústředním státním úřadům (ministerstvo veřejných prací, dopravnictví, zemědělství). Podzemní vody jsou nejčastěji v programu práce geologických institucí. Jen málo z hydrologických ústavů nese přímý název „hydrologický“ (pražský a leningradský). Obyčejně se nazývají hydrografickými institucemi, ač svoji činnost již dávno neomezují jen na vodopis.
Tyto instituce, založené většinou teprve počátkem XX. století, doznaly v posledních desetiletích vesměs podstatných změn ve své organisaci.
Bylo předně nutno přizpůsobiti se vzrůstajícím požadavkům hydrotechniky. Ale zvláště bylo třeba pro soustavné a správné vodní hospodářství soustavně studovati poměry, vodstva i vlastnosti vody v jejich vzájemné souvislosti. Vznikly sice v posledních desítiletích specielní ústavy, obírající se vodou buď jen po stránce hygienické („Preussische Landesanstalt für Wasser -, Boden-, und Lufthygiene“, Berlin-Dahlem), nebo ještě úžeji – balneologické, s hlediska hydrobiologie nebo bioklimatologie, zvláště pak výzkumné ústavy s pokusnými laboratořemi, a to některé jen pro věci plavby (Hamburg), využití vodní energie (v Mnichově a řada laboratoří při velkých výrobnách hydraulických motorů), anebo posléze specielní ústavy vodárenské („Bayer. Landesamt für Wasserversorgung“); při této specialisaci se však přece dbalo o užší a živější styk odborných institucí s původními, pouze hydrografickými.
Bylo vícekráte přiznáno při nezdarech jednostranného řešení úloh, kde voda byla nejdůležitějším činitelem, a zdůrazňuje se to stále na hydrologických konferencích mezinárodních, že bez spolupráce všech odvětví hydrologie nelze se dopracovati i sebe odbornějším badáním o vodě a vodstvu správných výsledků a nelze jich pak náležitě v praksi využíti.
Staré hydrografické instituce byly nuceny doplňovati své programy novými obory činnosti. Tak zvláště jest patrno, jak nepostačilo zůstati při potamologickém výzkumu. Právě počátkem XX. století, a to zvláště německé ústavy počínají sledovati i poměry podzemních vod, zejména jejich pohyb a vznik; všímají si blíže přetvoření řečišť, popř. studují, jak vybudovati nová koryta podle poznaných vlastností splavenin. Podnikají se v přírodě soustavná měření výparu z hladiny, půdy, z povrchu sněhové pokrývky, ledu. V laboratořích nebo na pokusných lysimetrických polích se studují podrobně podmínky výparu a kondensace, průsaku a vzlínání; sledován jest vznik, vlastnosti a odchod ledu v řekách, hlavně takových, do nichž jsou vestavena vodní díla.
Bylo nutno dále zříditi zvláštní oddělení pro rozbor vod, pro dozor nad řekami, pro přípravu vody pro různé průmyslové účely, jakož i pro znovuúpravu takových vod anebo při čištění vod odpadových.
Hydrometrie se nezabývá již jen měřením stavu hladiny, rychlosti a množství vody. Musila se také přizpůsobiti vzrůstající specialisaci, jež přivodila zároveň bohatší rozčlenění pracovního programu, protože jde o vodu, jež spojuje tolik zjevů.
Zhuštěním sítě pozorovacích stanic hydrologických jakož i rozšířením jejich programu, dále pak nakupením hydrometrických dat z podrobnějších a častějších měření vyvolána byla potřeba upraviti statistické zpracování získaných dat. Výsledky pokusných badání, zlepšené způsoby zpracování (graficky, popř. strojně) výsledků a posléze zájem o ně účelně a co nejdříve je zpřístupniti a přiřaditi k ostatním (publikování občasné i pravidelné), to všechno byly příčiny, proč se dosavadní hydrografické ústavy musily přeorganisovati anebo přeměniti na hydrologické.
Nejmocněji pak do rozvoje hydrologie zasáhl hydrologický výzkum, pěstovaný samostatnými pokusnými laboratořemi, zvláště po stránce hydrotechnické. Jsou zřízeny obyčejně při vysokých školách, při státních ústředních odborných úřadech anebo posléze při velikých výrobnách.
Hydrologické pokusnictví se skoro ve všech státech teprve počátkem tohoto století propracovalo k samostatnosti, k vlastním metodám a soustavnému pracovnímu postupu. Nemálo k tomu přispěla hospodářská stránka stavebního podnikání a rozvoj pokusnictví i v jiných oborech než vodních.
Čilejší tempo říčních úprav, jimiž bylo řešeno několik zájmů najednou (ochrana před zátopami, využitkování vodní energie, plavba, zásobování vodou, popř. i meliorace), přeneslo se do tohoto odvětví hydrologie.
Budují se stále nové pokusné ústavy a stávající se doplňují specielními odbory (pokusný výzkum podzemních vod, těsnění staveb). Možno říci, že pokusnictví podmínilo vůbec rozvoj hydrologie a že v žádném odvětví nevykazuje hydrologie v tomto století takových pokroků jako v pokusnictví a ve všem, co jest s ním spojeno (stavitelství vodní a jeho školství).
Pokusnictví neomezilo se pouze na laboratoře. Konají se pokusy i v přírodě, a to ve zvlášť zvolených územích, např. v zalesněném a bezlesém, anebo v území jednotného geologického útvaru, kde se studuje tzv. „hydrologická bilance“ tj. poměry vodní, ovzdušnými srážkami počínaje až po spodní vody a návrat vody výparem zpět do ovzduší.
Všimneme-li si blíže dat vzniku nebo podstatné přeměny hydrologických institucí, seznáme, jaký pokrok vykazuje hydrologie právě od začátku XX. století. Vlastně vyrostla v něm k samostatnosti, třeba že ne dosud úplně a ne všude.
Přehledy nám ukazují, jaké byly těžké, ale přece strmě stoupající její cesty. Ovšem že povaha jednotlivých zemí, která si žádá řešení zvláštních úloh (např. ve Švýcarsku, Norsku a naproti tomu opět v Holandsku, Egyptě, Estonsku), nedala často hydrologii rozvinouti se po všech stránkách. Leckde vyspěla tato věda v určitý úzký směr jen pro mimořádnou zdatnost, ale také jen specielní odbornost pracovníků. Stavby vodní a s nimi spojené jiné zájmy technické stále ještě jsou nejmocnější vzpruhou této v podstatě prastaré, ale stále ještě málo soustředěné a rozvinuté vědy.
Ing. Josef Rón, Dvacáté století – století techniky, Nakladatelství Vladimír Orel 1932
