जलविज्ञान

जलविज्ञान : भूपृष्ठावरील व भूमिगत पाण्याचा उगम, त्याचे नैसर्गिक साठे, त्याचे प्रवाह, परिसंचरण व वितरण आणि त्या पाण्याचे रासायनिक व भौतिक गुणधर्म, त्या पाण्याच्या परिसराशी होणाऱ्या प्रतिक्रिया आणि त्याचे सजीव सृष्टीशी निगडित झालेले संबंध, यांचा अभ्यास करणारे शास्त्र. पावसाच्या रूपाने अगर हिमवृष्टीतून जे पाणी पृथ्वीला मिळते अशा जमिनीवरील आणि जमिनीखालील पाण्याचा अभ्यासही जलविज्ञानात येतो. सारांश, पृथ्वीवरील पाण्याच्या संपूर्ण जीवन-इतिहासाचा समावेश जलविज्ञानाच्या विविध शाखांत केला जातो. या शास्त्राकडे विशेष लक्ष विसाव्या शतकातच दिले गेले आहे.

सर्व प्राणिमात्रांना दैनंदिन उपयोगाकरिता पाण्याची आवश्यकता असते. शेती, बागायती, वने, उपवने, नौकानयन, उद्योगधंदे ही पाण्यावर अवलंबून आहेत म्हणून त्याचा साठा, वाटप, निचरा इ. कार्ये करण्याकरिता व त्याच्या प्रवाहावर नियंत्रण ठेवण्याकरिता जलवैज्ञानिक अभ्यासाची आवश्यकता आहे.

पाण्याच्या प्रवाहात अफाट विध्वंसक शक्ती असते. मोठमोठ्या पुरांमुळे मालमत्तेची व जीविताची हानी होते, सर्वसाधारण पावसाच्या पाण्यामुळे निर्माण होणाऱ्या गतिमान प्रवाहांनी जमिनीची धूप होते, तिला निकृष्टता येते, भूपृष्ठाखालील पाण्याची पातळी वाढून पिकांवर अनिष्ट परिणाम होतात, दलदल वाढते तर कालवे, बंदरे, तलाव व इतर विस्तीर्ण जलाशयांत प्रवाहाबरोबर वाहून येणारा गाळ साचतो व शेवटी ती निकामी होतात. या सर्व अनिष्ट परिणामांवर कमीजास्त प्रमाणात मात करता यावी, वाया जाणाऱ्या पाण्याचा शोध घेऊन त्याचा शेती, उर्जानिर्मिती, उद्योगधंद्यांची वाढ आणि गृहकृत्ये यांच्यासाठी जास्तीत जास्त उपयोग करता यावा याकरिता जलविज्ञानात मिळणाऱ्या माहितीचा उपयोग करण्यात येतो.

वातावरणात निरनिराळ्या स्वरूपात असलेल्या पाण्यापैकी भूपृष्ठावर किती पाणी पडेल व वर्षणाची (पावसाची व हिमवर्षाची) तीव्रता काय असेल, हिमनद्यांपासून किती पाणी मिळेल, जमिनीवरून किंवा  नदीनाल्यांतून वाहणाऱ्या पाण्याची मोजमापे व त्याचा वेग, जमिनीत मुरणारे पाणी, त्याचे साठे, भूमिगत प्रवाह व त्यामुळे विहिरी, तळी, झरे यांमधील पाण्याच्या साठ्यावर होणारे परिणाम, तलाव, नद्या इत्यादींसारख्या जलाशयातील पाण्याचे होणारे बाष्पीभवन, पाण्याबरोबर वाहून येणाऱ्या गाळामुळे व रासायनिक द्रव्यांमुळे घडून येणारे परिणाम या सर्वांचा जलविज्ञानात अंतर्भाव केला जातो. त्याकरिता लागणारी निरनिराळ्या प्रकारची मोजमापे घेणे, त्यांचा संग्रह करून ती उपयुक्त होतील अशा स्वरूपात त्यांचे संकलन व पृथःकरण करणे व त्यावरून अनुमाने बांधून पाण्याविषयीच्या सर्व प्रश्नांची उकल करणे ही कामे जलविज्ञानात येतात. वातावरणविज्ञान, प्राकृतिक भूगोल, कृषीविज्ञान, मृदाविज्ञान, महासागरविज्ञान, जलस्थापत्य इ. शास्त्रांचा आणि जलविज्ञानाचा अगदी निकटचा संबंध आहे.

जलस्थित्यंतर चक्र : जलविज्ञानाची मध्यवर्ती संकल्पना जलावर्तन किंवा जलस्थित्यंतर चक्र यावर आधारलेली आहे. महासागरावरून वातावरणात जाणाऱ्या, वातावरणातून जमिनीवर येणाऱ्या व जमिनीवरून पुन्हा महासागरात जाणाऱ्या पाण्याचे परिवहन वर्णन करण्यासाठी जलावर्तन किंवा जलस्थित्यंतर चक्र ह्या संज्ञा वापरतात. महासागरावरील पाण्याची वाफ होऊन ती वाऱ्यामुळे जमिनीवरील वातावरणात शिरते व तेथून हिम अगर पाऊस या रूपाने पुन्हा जमिनीवर कोसळते. ह्या पाण्यापैकी ^१/_३ पाणी महासागराकडे पृष्ठभागीय वा भूमिगत प्रवाहाकरवी परत जाते. उरलेले ^२/_३ पाणी बाष्पीभवनामुळे व वनस्पतींच्या बाष्पोच्छ्‍वासामुळे पुन्हा वातावरणात प्रवेश करते, असे स्थूल मानाने पाण्याचे स्थित्यंतर चक्र सतत चालू असते. या चक्राची चेतनाशक्ती म्हणजे मुख्यत्वेकरून सूर्य, थोड्या प्रमाणात चंद्र, पृथ्वीचे स्वतःभोवती व सूर्याभोवती होणारे भ्रमण, तिचे गुरुत्वाकर्षण व थोड्याफार प्रमाणात ग्रहमाला ही आहे. सागरी पाण्याचे ऊर्ध्वपातन होणे व वनस्पती आणि मानव व मानवेतर प्राण्यांची पाण्याची गरज भागविण्यासाठी त्या शुद्ध गोड्या पाण्याचे वितरण होणे हे कार्य सौर ऊर्जेमुळे शक्य होते.

पृथ्वीवरील एकंदर पाण्यापैकी सु. ९५ टक्के पाणी समुद्रात आहे. त्या पाण्याची वाफ अखंडितपणे होत असते. वातावरणात शिरणाऱ्या वाफेचा हा मोठा व मुख्य हिस्सा आहे. त्यापासून बनणारे काही ढग जरी समुद्रावर वृष्टी करीत असले, तरी बरेच ढग वाऱ्यामुळे जमिनीकडे वाहत जाऊन तेथे अन्य ढगांबरोबर जमिनीवर वृष्टी करतात. पृथ्वीवर वृष्टी करणाऱ्या ढगांतील पाण्याचा काही भाग वर्षण होत असतानाच आर्द्रतेच्या रूपाने वातावरणात शिरतो. काही भाग हिम व गारांच्या वर्षावाच्या स्वरूपात पडतो. त्याचेही बाष्पीभवन लगोलग चालूच असते. झाडाझुडपांवर पडणाऱ्या काही पाण्याचे बाष्पोत्सर्जन ते पाणी जमिनीवर पोहोचण्यापूर्वीच होते. जमिनीवर पडणाऱ्या पावसाचे किंवा बर्फ वितळून वाहणाऱ्या पाण्यापैकी बरेचसे पाणी जमिनीत झिरपते. अशा रीतीने भूमिजलाचे साठे निर्माण होतात. त्यापैकी जो भाग जमिनीच्या वरच्या थरात केशाकर्षणाने कोंडला जातो त्याचे बाष्पीभवन तेथूनच त्वरित होत असते. वरील सर्व पाणी जलविज्ञानाच्या मोजमापाच्या कक्षेत येण्यापूर्वीच अगर प्राणीमात्राला त्याचा उपयोग होण्यापूर्वी अगर उपद्रव पोहोचण्यापूर्वी बाष्परूपाने वातावरणात परत जाते. जमिनीत मुरणारे पाणी झऱ्यांच्या रूपाने जमिनीबाहेर येते व जमिनीवर वाहणाऱ्या इतर पाण्याबरोबर तळी, नद्या, दलदलीचे प्रदेश व समुद्र यांत वाहते व तेथून त्याचे बाष्पीभवन होते. ह्या सर्व वाफेचे वातावरणात संद्रवण होऊन तिचे ढग बनतात व त्या ढगांतून ती वाफ हिम, गारा व पाऊस या रूपाने पुन्हा पृथ्वीच्या पाठीवर कोठे तरी पडते. हा हिमवर्षाव आणि हे झिरपलेले, मुरलेले किंवा वाहून गेलेले पाणी वाफेच्या रूपाने पुन्हा वातावरणात शिरते व पुन्हा पृथ्वीवरील सागरपृष्ठावर व भूमिपृष्ठावर येते. असा हा अनादिअंत चाललेला सृष्टीक्रम म्हणजे जलस्थित्यंतर चक्र होय.

स्थापत्य अभियांत्रिकीत जलविज्ञानाचे महत्त्व : स्थापत्य अभियांत्रिकीच्या कोणत्याही क्षेत्रातील योजनेच्या (उदा., धरणे, कालवे) आखणीस, विशेषतः त्यांच्या सुरक्षिततेच्या उपायांच्या आखणीस, जलविज्ञानात संकलित केलेल्या माहितीचा उपयोग होतो. पाणलोट क्षेत्रातील निरनिराळ्या ठिकाणी पडणाऱ्या पावसाची व त्यामधून वाहणाऱ्या प्रवाहाची मोजमापे व वेग वर्षानुवर्षे व सर्व ऋतूंत घेऊन नोंदली असल्यास त्यावरून पाणी साठवून ठेवण्याच्या कामी पुढील अंदाज बांधता येतात : (१) साठविण्याकरिता पुरेसे पाणी मिळेल का, (२) कमीतकमी किती पाणी मिळेल, (३) अवश्य त्यापेक्षा जास्त पाणी किती व केव्हा येईल, (४) त्याचा सुरक्षित निचरा होण्यास काय सावधगिरी घेतली पाहिजे, सांडवा केवढा व कशा प्रकारचा पाहिजे, (५) कोणत्या प्रकारची धरणे सुरक्षित ठरतील, (६) धरणाचे काम कोणत्या वेळी व किती करावे इ. या बाबींच्या अंदाजावरून धरणाची व जलाशयाची योजना आखता येते जलाशयांची, कालव्यांची व बंधाऱ्यांची सुरक्षितता सांभाळता येते व त्यांची देखभाल करता येते.

पाण्याच्या प्रवाहाच्या आकारमानावरून व वेगावरून प्रवाहाबरोबर वाळू, माती, गाळ किती येईल यांचा अंदाज लागतो व विविध जलाशयांतील पाण्याच्या साठ्यावर अगर पिण्याच्या पाणीपुरवठ्यावर त्यामुळे होणाऱ्या विपरीत परिणामांचे निराकरण करण्याच्या उपायांची आखणी करता येते. नदीच्या पात्रात मावणार नाही असा पूर येण्याचा संभव व पुराच्या लोंढ्याचे आकारमान काय राहील हे जलवर्षणाच्या नोंदीवरून निश्चित करता येते व त्याप्रमाणे तो पूर थोपवून धरण्यासाठी जलाशयाची योजना व त्याची पूरधारणा यांची आखणी करता येते. जमिनीवर पडणारे पावसाचे पाणी जमिनीत किती मुरते व तेथील भूमिजलाची पातळी जमिनीखाली किती खोलीवर असेल हे अजमावून त्यावरून आयोजित विहिरींना होणारा पाणीपुरवठा ठरविता येतो. हे भूमिजलपृष्ठ (जमिनीखालील पाण्याची पातळी) फार उथळ असेल म्हणजे जमिनीखाली फार खोलीवर नसेल, तर भूमिअंतर्गत पाणी वाहितमलाच्या विल्हेवाटीच्या योजनाक्षेत्रात घुसण्याचा संभव वाढून मैल्यामुळे सर्वच पाणी दूषित होण्याचा धोका निर्माण होतो. उथळ भूमिजलपृष्ठ पिकांस अपायकारक असते, ते घरांना ओल आणते व त्यातील पाणी घरांच्या पायांवर खालून जोर करू शकते. या भूमिजलपृष्ठाच्या पातळीचा अंदाज जलविज्ञानीय नोंदींवरून बांधून त्या पाण्याचा निचरा करण्याचे वा अन्य उपाय योजता येतात.

बाष्पीभवनाने पाणी उडून जाण्याचे प्रमाण कोणत्या दिवसात किती आहे हे ठिकठिकाणी घेतलेल्या जलविज्ञानीय नोंदीवरून कळते आणि त्यावरून जलाशयांतील पाण्यात बाष्पीभवनामुळे किती तूट येईल हे अजमाविता येते. जमिनीवरून वाहून जाणाऱ्या निष्फळ पाण्याचे आकारमान व त्याचा वेग यांच्या जलविज्ञानीय नोंदीवरून अंदाज करून जमिनीवर समपातळीत बांध घालून व प्रवाहाचा वेग कमी करण्याचे अन्य उपाय योजून ते पाणी सत्कारणी लावता येते. यामुळे जमिनीची धूप थांबवून शेतजमिनीचे रक्षण करता येते.

रस्त्यांकरिता बांधावयाच्या मोऱ्या व पूल यांवर प्रवाहाचा जोर कितपत येईल, पुलाची उंची किती ठेवावी लागेल, प्रवाहाला प्रतिबंधरहित मार्ग किती लागेल, पुलाच्या मत्स्यांचा (प्रवाह विभागण्यासाठी पुलाच्या खांबाच्या प्रवाहाच्या विरुद्ध दिशेच्या निमुळत्या आकाराच्या बाजूचा) अडथळा प्रवाहास निर्माण केल्यामुळे काय परिणाम होतील, यांचे अंदाज नदीच्या पात्राच्या व प्रवाहाच्या संकलित मोजमापावरून बांधता येतात. नद्या वगैरे जलाशयांतून नौकानयनास अडथळा येण्याइतका गाळ नदी वाहून आणील की काय व त्यामुळे बंदरे अकार्यक्षम होतील की काय यांचे अंदाज बांधता येतात व त्याप्रमाणे उपाययोजना करता येते.

पर्जन्यमान, पर्जन्यमापके व समानवृष्टी नकाशा : कोणत्याही खोऱ्यातील पाऊस त्याच्या पाणलोटाच्या प्रदेशात ठिकठिकाणी पर्जन्यमापके ठेवून मोजतात. एकाच खोऱ्यातील ठिकठिकाणच्या पर्जन्यमानात पुष्कळ फरक असू शकतो. पर्जन्याची मापे वर्षभर घेतली जातात. गरज भागविण्याइतका पाऊस दरवर्षी क्वचितच पडतो. पाठोपाठच्या अनेक वर्षांच्या पर्जन्यमानावरून प्रासंगिक पुराचा किंवा अवर्षणाचा अंदाज केला जातो.

पाऊस मोजण्याकरिता उपयोगात आणलेली पर्जन्यमापक साधने दोन प्रकारची असतात. त्यांपैकी एका प्रकारात पावसाचे पाणी एका पात्रात धरतात व दिवसातून काही विशिष्ट तासांनी ते पाणी मोजतात. हा पर्जन्यमापक अत्यंत साधा असून त्यावरून दिवसाच्या २४ तासांत पाऊस किती पडला एवढेच समजते. ही मापे त्या ठिकाणच्या पावसाची सरासरी काढण्यास किंवा दैनंदिन साधारण कामास चालू शकतात. दुसऱ्या प्रकारच्या पर्जन्यमापकात पावसाचे मोजमाप विशिष्ट पद्धतीच्या स्वयंचलित यंत्ररचनेने आलेखपत्रांवर सतत नोंदले जात असते. त्यावरून दिवसाच्या कोणत्याही वेळी पावसाची तीव्रता किती होती हे समजून येते. या पर्जन्यमापकाच्या मोजणीत दोषही कमी राहतात. स्थापत्य अभियांत्रिकीच्या कोणत्याही योजना आखताना दुसऱ्या प्रकारच्या पर्जन्यमापकांच्या नोंदीचाच उपयोग केला जातो. [→ पर्जन्य].

ठिकठिकाणी घेतलेल्या पावसाच्या नोंदींवरून कोणत्याही दोन ठिकाणच्या दरम्यानच्या ठिकाणाचे पर्जन्यमान अंतर्वेशनाने [→ अंतर्वेशन व बहिर्वेशन] ठरवितात. पाणलोटाच्या क्षेत्राच्या नकाशात समान पर्जन्यमानाची ठिकाणे दाखवून ती एका रेषेने जोडतात व समानवृष्टी नकाशा तयार करतात. विशिष्ट ऋतूतील, वर्षातील किंवा अनेक वर्षांतील पावसाच्या सरासरी आकड्यांवरून असे समानवृष्टीचे निरनिराळे नकाशे तयार करतात. ज्या प्रांताचा समानवृष्टी नकाशा तयार करावयाचा त्यातील ठिकठिकाणच्या पर्जन्यमानात जर फार फरक नसेल, तर अंतर्वेशनात फारशी चूक होत नाही पण एखाद्या विशिष्ट भागाचेच पर्जन्यमान पुष्कळ असेल, तर त्या जास्त पर्जन्यमानाची कक्षा ध्यानात घेऊन काळजीपूर्वक अंतर्वेशन करावे लागते.

पाणलोट : ओहोळ, ओढे, नद्यानाले यांतून वाहणारे पाणी म्हणजे पाणलोट. पाऊस, हिम इ. रूपाने पृथ्वीवर पडलेल्या पाण्यापैकी वाफ होऊन अगर झिरपून उरलेले पाणी पाणलोटात येते. पावसाचे पाणी सरळ पाणलोटात येते, त्या पाणलोटास पावसाळी प्रवाह असे म्हणतात. पावसाच्या दिवसांव्यतिरिक्त नदीनाल्यांत जो प्रवाह चालू राहतो, त्यास उन्हाळी प्रवाह म्हणतात. दलदली, तळी वगैरे जलाशयांत पावसाळ्यात साठलेले पाणी ओसंडून वाहते तेव्हा किंवा भूमिगत पाण्याची पातळी नदीनाल्यातील पाण्याच्या पातळीपेक्षा वर असते तेव्हा उन्हाळी प्रवाह चालू राहतो. बर्फ वितळून येणारे पाणी उन्हाळी प्रवाहात मोडते. उन्हाळी प्रवाह व पावसाळी प्रवाह यांमुळे सतत चालू राहणाऱ्या प्रवाहास बारमाही प्रवाह असे म्हणतात.

कोणत्याही पाणलोट क्षेत्रात पडलेल्या पावसाचे पाणी जमिनीवरून वाहून किती प्रमाणात नदीनाल्यांस मिळते हे नदीनाल्यांच्या प्रवाहांची मापे घेऊन ठरवितात. प्रवाहाच्या मोजमापाचे एकक दर सेकंदास वाहणारे घन मीटर क्युमेक्स किंवा दर सेकंदास वाहणारे घनफूट म्हणजे क्युसेक्स पाणी हे आहे. नदीनाल्यातील प्रवाहांना मिळणारे पाणी पाणलोट क्षेत्रात पडलेल्या पावसापेक्षा कमी असते. हा फरक पाणलोट क्षेत्रातील उतार, अडथळे, भूपृष्ठाचे प्राकृतिक स्वरूप यांवर अवलंबून असतो. पाणी जमिनीत मुरण्यास जितका वाव कमी तितका हा फरक कमी असतो. जमीन भिजलेली असताना पाऊस पडला म्हणजे सुद्धा हा फरक कमी असतो.

पाणलोटातून वाहणारे पाणी हे पाणलोट क्षेत्रातील पर्जन्यमानाची तीव्रता व वितरण, त्या क्षेत्राचे आकारमान, स्वरूप, त्यातील झाडेझुडपे तसेच त्या क्षेत्रातील तापमान, वारा, हवेतील बाष्प इ. अनेक बाबींवर अवलंबून असते. या सर्व बाबी लक्षात घेऊन पाणलोटातून दर सेकंदाला किती पाणी वाहील याचा अंदाज करण्याकरिता अनेक अभियंत्यांनी अनुभवसिद्ध सूत्रे शोधून काढली असून त्यांचा वापर परिस्थितीनुसार करण्यात येतो. या सूत्रांपैकी भारतात सर्वसाधारणपणे वापरण्यात येणारी तीन मुख्य सूत्रे खाली दिली आहेत.

(१) डिकिन्झ यांचे सूत्र Q = CM ^3/4

(२) रीव्ह यांचे सूत्र    Q = CM ^2/3

या दोन्ही सूत्रांत Q– पाणलोट प्रवाह (क्युसेक्समध्ये), C– विशिष्ट गुणांक (याचे मूल्य वर दिलेल्या अनेक बाबींवर अवलंबून असते) व M– पाणलोट क्षेत्र (चौ. मैलामध्ये) आहेत.

डिकिन्झ सूत्रात विशिष्ट गुणांक पाणलोट क्षेत्राच्या परिस्थितीप्रमाणे वापरावा लागतो. भारतातील हा मोठ्या नद्यांच्या बाबतीत हा गुणांक १२० ते ७४५ असला, तरी बंगालच्या बाबतीत तो ८२५ व दक्षिण भारतातील नद्यांच्या बाबतीत १,५०० ते १,७५० पर्यंत आलेला आढळला आहे. रीव्ह सूत्रात विशिष्ट गुणांकाचे मूल्य समुद्रकिनाऱ्यापासून पहिल्या ८० किमी.च्या पट्ट्यात ४५०, त्यानंतरच्या ८० ते २,५०० किमी.च्या पट्ट्यात ५६० आणि डोंगराळ भागातील काही सीमित क्षेत्रात ६७५ यासारखे असते. कधीकधी काही क्षेत्रांत ह्या गुणांकाचे मूल्य २,७०० पर्यंत गेलेले आढळले आहे.

(३) इंग्लिस या अभियंत्यांनी महाराष्ट्र व गुजरात येथील पंख्याच्या आकाराच्या पाणलोट क्षेत्रास लागू पडेल असे खालील सूत्र दिले आहे.

येथे Q– पाणलोट प्रवाह (क्युसेक्समध्ये), A– पाणलोट क्षेत्र (चौ. मैलात) आहेत. मेट्रिक पद्धतीप्रमाणे मोजमापे घेतल्यास

येथे Q– पाणलोट प्रवाह (क्युसेक्समध्ये), A’– पाणलोट क्षेत्र (चौ. किमी. मध्ये) आहेत.

भारतातील परिस्थितीवरून पर्जन्यमान व पाणलोट यांचे एकमेकांशी असणारे प्रमाण स्ट्रेंज या अभियंत्यांनी तयार केले. पावसाचे पाणी वाहून जाण्याचे प्रमाण जास्त असेल अशा परिस्थितीच्या पाणलोट क्षेत्रास उत्तम व पावसाचे पाणी जास्त मुरेल अशा क्षेत्रास कनिष्ट असा भेद करून त्यांनी एक कोष्टक बनविले.

सर्वसाधारण कल्पना येण्यास वरीलप्रमाणे केलेले हिशोब पुरेसे असले, तरी कोणत्याही महत्त्वाच्या प्रकल्पापूर्वी प्रकल्पाच्या संबंधित क्षेत्रातील मोजमापे प्रत्यक्ष घेतात. कमीतकमी दहा वर्षांपर्यंतची सतत मोजमापे घेऊन त्यावरून पाणी किती मिळेल वगैरेचा सरासरी अंदाज बांधतात. प्रवाहाची मापे घेण्यास प्रवाहाचा वेग व प्रवाहपात्राच्या काटच्छेदांचे क्षेत्रफळ प्रथम काढावे लागते. वेगमापक यंत्राने प्रवाहाचा वेग मोजतात. अशा यंत्रातून बाहेर आलेला पंखा प्रवाहाच्या वेगाप्रमाणे कमी जास्त जोरात फिरतो व त्याचे ठराविक काळातील फेरे मोजले जातात व त्यावरून वेग ठरवितात किंवा तरणारे चेंडू किंवा लाकडी दांडू पाण्याच्या प्रवाहाबरोबर विशिष्ट अंतर किती वेळात जातात त्या वेगाची मापे, काठाजवळ व प्रवाहात थोड्याथोड्या अंतरावर घेऊन त्यांची सरासरी काढतात. वरच्या  पातळीच्या वेगापेक्षा तळाशी पाण्याचा वेग कमी असतो म्हणून वरच्या पातळीच्या वेगास ०·८० ते ०·९५ पर्यंतच्या गुणांकांनी गुणून एकंदर प्रवाहाचा सरासरी वेग ठरवितात. यास प्रवाहाच्या काटच्छेदाने गुणून एकूण पाणी किती वाहते ते काढता येते. प्रवाहाच्या पातळीखालील पाण्याची खोली प्रवाहाशी काटकोन करणाऱ्या रेषेत निरनिराळ्या ठिकाणी मोजून तयार केलेल्या आकृतीचे क्षेत्रफळ म्हणजे प्रवाहाच्या काटच्छेदाचे क्षेत्रफळ येते.

जलालेखन : जलविज्ञानात भूपृष्ठावरील व भूपृष्ठाखालील पाणी यांचा समावेश होतो. त्यापैकी भूपृष्ठावरील पाण्याचा विचार जलालेखन विभागात येतो. भूपृष्ठावरून वाहणारे पावसाळी प्रवाह, नेहमी वाहणारे प्रवाह, उन्हाळी प्रवाह, तलाव, तळी वगैरे जलाशयांतील साठे, नद्यानाले यांतील पाण्याचा थोडक्यात म्हणजे भूपृष्ठावरील (समुद्राखेरीज) सर्व पाण्याचा उगम व त्याच्या क्रियाप्रक्रिया यांचा अभ्यास जलालेखनात येतो. कोणत्याही पाण्याच्या प्रवाहाचे निरनिराळ्या प्रकारचे व निरनिराळ्या वेळेच्या मोजमापांच्या कालक्रमानुरूप केलेल्या आलेखास जलालेख हे नाव देतात. काही आलेख एखाद्या विशिष्ट वेळेचा किंवा काही कालावधीच्या किंवा विशिष्ट कालावधीच्या सरासरी मोजमापांवरून काढतात. अशा जलालेखांवरून प्रवाहात वेळोवेळी झालेली वाढ अगर तूट ही दिसून येतात व त्या अवधीतील प्रवाहातील पाण्याचे आकारमान समजते. महाराष्ट्रातील कोयना जलविद्युत् प्रकल्पाकरिता कोयना नदीच्या पाणलोट क्षेत्रात जून ते ऑक्टोबर या पावसाळ्याच्या दिवसांत निरनिराळ्या बारा ठिकाणी पर्जन्यवृष्टीची मापे घेतली होती. त्याच काळात जळकेवाडीजवळील धरणाच्या जागी कोयना नदीच्या प्रवाहाचीही मापे घेतली होती. त्याच्या सरासरीवरून तयार केलेला संकलित जलालेख आ. २ मध्ये नमुन्याकरिता दाखविला आहे. पर्जन्यमानाप्रमाणे नदीच्या पात्रात होणारा बदलही या संकलित जलालेखावरून ध्यानात येण्यास मदत होते.

बाष्पीभवन : पाण्याच्या द्रव अवस्थेतून बाष्प अवस्थेत होणाऱ्या रूपांतरास बाष्पीभवन म्हणतात. कोणत्याही महत्त्वाच्या प्रकल्पाच्या क्षेत्रात पाणी किती मिळेल यासाठी प्रत्यक्ष मापे त्या क्षेत्रात घेणे जसे अवश्य असते त्याच कारणाकरिता बाष्पीभवन किती होईल व त्यामुळे जलाशयातील साठ्यात किती तूट येईल, हे प्रत्यक्ष मापे घेऊन (किंवा अनुभवसिद्ध सूत्रे वापरून) अजमावितात. त्याकरिता काहिलीसारख्या पसरट पात्रात पाणी भरून, त्या पात्राच्या सभोवार हवा खेळती राहील अशा तऱ्हेने ते त्या क्षेत्रात ठेवतात व बाष्पीभवनाने त्यातील पाणी किती कमी होते याची वेळोवेळी मापे घेतात. अशा प्रयोगावरून आढळलेल्या तुटीच्या सु. ७० ते ८० टक्के तूट तलावासारख्या विस्तृत जलाशयात होईल असा अंदाज धरतात. बाष्पीभवन हे त्या त्या क्षेत्रातील उन्हाची तीव्रता, हवेतील आर्द्रता, वारे, हवा, पाणी यांचे तापमान, समुद्रसपाटीपासून उंची, क्षेत्रांचे सर्वसाधारण स्वरूप इ. गोष्टींवर अवलंबून असते. यांपैकी काही गोष्टींत आकस्मिक व तात्पुरते फेरबदल होतात हे लक्षात ठेवून वरीलप्रमाणे केलेल्या अंदाजात सु. २५ टक्के कमीजास्त फरक पडेल, हे गृहीत धरतात.

भूमिजल: भूपृष्ठावरील पाण्याचे व भूमिगत पाण्याचे अन्योन्य प्रमाण सदासर्वकाळ व सर्व ठिकाणी निश्चित एकच असत नाही. तथापि भूपृष्ठावरील गोड्या पाण्याच्या जलाशयातील साठ्यापेक्षा भूमिगत साठा सर्वसाधारणपणे जास्त असतो. रेणवीय आकर्षणाने, केशाकर्षणाने अथवा गुरुत्वाकर्षणाने पाणी जमिनीत राहते. जमिनीच्या वरच्या थरात तेथील मृदेच्या, वाळूच्या अगर सच्छिद्र खडकाच्या छिद्रांतून रेणवीय आकर्षणाने व आर्द्रतारूपाने पाणी राहते त्यास मृदार्द्रता म्हणतात. झाडांची मुळे ही आर्द्रता शोषून घेतात अगर त्या पाण्याची वाफ होऊन ते उडून जाते. वरील थरातील छिद्रे पाण्याने भरल्यानंतर म्हणजे ते थर पाण्याने भिजून चिंब झाल्यानंतर जमिनीत मुरणारे अधिक पाणी झिरपत झिरपत गुरुत्वाकर्षणाने खालच्या थरात उतरत जाते. ज्यांतून पाणी झिरपत नाही असे जलाभेद्य थर लागल्यावर हे मुरणे थांबते. नंतर त्याची वाटचाल उताराकडे म्हणजे जमिनीतून बाहेर पडणाऱ्या मार्गाकडे सुरू होते. ह्या वाटचालीच्या प्रवाहाचा वेग फार मंद असतो. जमिनीच्या ज्या प्रकारच्या थरातून हा प्रवाह वाहत असतो त्या थराच्या विरलपणावर भूमिगत प्रवाहाचा वेग अवलंबून असतो. मोठी वाळू अथवा कंकर यासारख्या विरल थरातून प्रवाहाचा वेग दिवसास १०० ते २०० मी. असतो, तर काही घट्ट किंवा सघन थरात वर्षास १५ मी. इतका कमीही असतो. हा वेग दिवसास १५ मी. असला, तरी तो त्या थरातील विहिरींना चांगला पाणीपुरवठा होण्यास पुरेसा असतो.

काही विशिष्ट भूरचनेमुळे ज्या भूमिगत क्षेत्रात पाणी साचून राहते आणि जे नंतर झऱ्यांसाठी व विहिरींसाठी उपलब्ध होते, त्या क्षेत्रांना जलभृत किंवा जलधर म्हणतात. जे भूमिगत पाणी वातावरणातील हवेच्या दाबाखाली असते, त्या जलभृतास मुक्त (मोकळा) जलभृत म्हणतात. जलभृताच्या वरच्या पातळीस भूमिजलपृष्ठ म्हणतात. भूमिगत पाण्याच्या प्रवाहासही द्रवीय ढाळ किंवा उतार असतो व तो भूमिजलपृष्ठाच्या निर्गम द्वाराकडे उतरत असतो. मुक्त जलभृताच्या भूमिजलपृष्ठाच्या वरच्या थरांत केशाकर्षणाने पाणी चढते. भूमिजलपृष्ठाच्या वर किती उंचीपर्यंत हे पाणी चढेल हे त्या थरातील आंतररेवणीय आकर्षणावर अवलंबून असते. ०·२५ जे २·५० मी. इतक्या उंचीपर्यंत पाणी चढू शकते. ही केशाकर्षित आर्द्रता होय. ही आर्द्रता व मृदार्द्रता यांमध्ये कोरडा थर असतो. दोन जलाभेद्य थरांत जर जलभृत असेल, तर त्यास बंदिस्त जलभृत म्हणतात व ह्यातील पाणी वातावरणातील दाबापेक्षा जास्त दाबाखाली असते. काही जलाभेद्य थर मर्यादित

क्षेत्राचे किंवा उथळ असतात. ज्या थरात भूमिजलपृष्ठपासून बऱ्याच उंचीवर थोडेफार पाणी साचते त्यास टांगता जलभृत म्हणतात. याच्या आजूबाजूला कोरडा थर असतो. जलभृतांचे व भूमिजलाचे प्रकार आ. ३ मध्ये दाखविले आहेत.

जमिनीतून बाहेर येणारे झरे, विहीरी, कूपनलिका, पाझर, पाझर विहिरी किंवा पाझर बोगदे या मार्गांनी भूमिजल विविध उपयोगांसाठी उपलब्ध होते. एखाद्या जलाशयाच्या अगर वाहत्या नदीच्या बाजूस मुक्त जलभृत असेल व त्याच्या पाण्याच्या पातळीपेक्षा भूमिजलपृष्ठ वर असेल, तर जलभृतातील पाणी जलशयातील अगर नदीतील पाण्यात झिरपते. एखाद्या ठिकाणचे भूमिजलपृष्ठ बाजूच्या भूपृष्ठापेक्षा उंच असेल, तर जलभृतातील पाणी झऱ्यांच्या रूपाने जमिनीवर वाहते. विहिरीत अगर कूपनलिकांत जे भूमिजल येते, जे पंपाच्या साह्याने वर खेचून उपयोगात आणता येते. विहीर ज्या जलभृतापर्यंत खोल गेली असेल त्यावर विहिरीचा पाणीपुरवठा अवलंबून राहतो. जमिनीवरील केवळ केशाकर्षित आर्द्रतेपासून विहिरींस पाणीपुरवठा होऊ शकत नाही. टांगत्या जलभृतास विहीर भिडली असेल, तर मर्यादित पुरवठ्यानंतर विहीर कोरडी पडते. मुक्त जलभृताच्या तळाच्या जलाभेद्य थरापर्यंत खोल गेलेल्या विहिरीत भूमिजलपृष्ठाच्या पातळीत पाणी रहाते. एकाच मुक्त जलभृतातील निरनिराळ्या विहिरींतील पाण्याच्या पातळीवरून भूमिजलपृष्ठात वेळोवेळी घडून येणारे फरक अजमावितात. जमिनीखालील एक वा अधिक जलाभेद्य थर छेदून विहीर बंदिस्त जलभृतात पोहोचली असेल, तर जलभृतातील दाबामुळे विहिरीत पाणी वर चढते व काही ठिकाणी ओसंडून वाहते. अशा विहिरीस ‘आर्टेशियन (कारंजी) विहीर’ म्हणतात [⟶ आर्टेशियन विहीर].

बंदिस्त जलभृतात पावसाचे पाणी शिरण्याच्या मार्गाच्या उंचीवर विहिरीतील पाण्याची उंची अवलंबून असते. एकाच जलभृतात जर अनेक विहिरी असतील, तर त्यांपैकी एका विहिरीतील पाणी उपसण्याचा परिणाम अन्य विहिरीतील पाण्याच्या पातळीवर होतो. विहिरीच्या घेरातील घन थरामुळे अगर बांधकामामुळे विहिरीत येणाऱ्या पाण्यावर मर्यादा पडते. जलभृतात घुसलेल्या विहिरीच्या भागाचे बांधकाम सच्छिद्र बनवून पाणीपुरवठा वाढवितात. नदीच्या किंवा नाल्याच्या पात्रात वाळूचा खोल व विस्तृत थर असेल, तर वरून जरी नदी कोरडी दिसली, तरी खालच्या थरात पाणी आढळते. अशा वाळूच्या थरात पाझर विहिरी करून वाळूतून गाळून शुद्ध होऊन आलेल्या पाण्याचा पुरवठा पिण्याच्या कामाकरिता करतात. काही जलभृतांत सच्छिद्र आवरण असलेले आडवे बोगदे बांधतात, त्यांत जलभृतातील पाणी जमा करतात आणि नंतर ते वापरतात, यास पाझर बोगदे म्हणतात (आ. ३).

भूमिगत पाण्याची निरनिराळ्या प्रकारची मापे विहिरीतील पाण्याचा उपसा करून घेतात. सतत एकंदर पाणी किती मिळेल, विहिरीतील पाण्याच्या निरनिराळ्या पातळ्यांत पाणी आत येण्याचा वेग काय असेल, याबद्दलची मोजमापे वेळोवेळी विहिरीतील पाणी उपसून घेतली जातात. साधारणपणे विहिरीत पाणी येण्याचा जो वेग असतो तो त्याच्या आसपासच्या भूमिजलाचा वेग असतो. भूमिजलांचे प्रवाहवेग मोजण्याच्या दुसऱ्या एका पद्धतीत योग्य असे मार्गण द्रव्य (ज्या द्रव्याचा मार्ग त्याच्यामधून बाहेर पडणाऱ्या भेदक किरणांचा विशिष्ट उपकरणांच्या साहाय्याने मागोवा घेऊन निश्चित करता येतो असे द्रव्य) जलभृतात पोहोचवून प्रवाहाच्या दिशेने काही ठराविक अंतरावर मार्गण द्रव्यमिश्रित पाणी येण्यास किती वेळ लागतो, हे निश्चित करून भूमिजलाचा प्रवाहवेग ठरवितात.

पाण्याची गुणवत्ता: जमिनीवरील पाण्याच्या प्रवाहाबरोबर गाळ वाहून येतो. हा गाळ शेतीसारख्या उपयोगाकरिता पाणी वापरावयाचे असेल तर उपयुक्त ठरतो, अन्यथा तो उपद्रवी ठरतो. गाळाचे मोजमाप करण्याकरिता व त्याचा प्रकार ठरविण्याकरिता प्रवाहातील पाण्याचे नमुने घेतात. ते पाणी जाड फडक्यातून गाळून गाळणीवरील साका (पाण्याच्या प्रवाहातून वाहून आलेला गाळ) वाळवितात. वाळविलेल्या साक्याच्या वजनावरून गाळाचे पाण्याशी प्रमाण ठरविता येते व प्राकृतिक लक्षणांवरून ते पाणी किती उपद्रवी आहे, हे ठरविता येते. भूपृष्ठावरील व भूमिगत पाण्याच्या सान्निध्यात येणारी कित्येक रासायनिक व खनिज द्रव्ये त्यात विरघळलेली असतात. पिण्यासाठी, शेतीसाठी, औद्योगिक क्षेत्रासाठी असे पाणी परीक्षा केल्याशिवाय वापरणे घातक ठरते. पाण्याच्या उपयोगानुसार उपद्रवी वाटणाऱ्या लवणांचे निराकरण करता यावे म्हणून प्रथम पाण्याची रासायनिक परीक्षा करणे आवश्यक असते [ ⟶ पाणीपुरवठा]. पाण्यातील गाळाच्या प्राकृतिक लक्षणांवरून व पाण्याच्या रासायनिक परीक्षेवरून पाणी कोणत्या क्षेत्रातून आले याचीही कल्पना करता येते.

पहा: जलीय वातावरणविज्ञान पाणीपुरवठा भूमिजल वर्षण, विहीर सिंचाई.

संदर्भ : 1. American Society of Civil Engineering, Hydrology Handbook, New York, 1949.

   2. Bharat singh, Introduction to Irrigation Engineering, Roorkee, 1957.

   3. Jogalekar, G. D. Irrigation Engineering, Poona.

   4. Kazmann, R. G. Modern Hydrology, New York, 1965.

   5. Wisler, C. O. Brator, E. F. Hydrology, New York , 1959.

ओक, भ. प्र.

“