کتاب هیدرولیک محیط زیستی جریان در مجاری روباز

کتاب هیدرولیک محیط زیستی جریان در مجاری روباز

تالیف: هیوبرت چانسون

کتاب حاضر در ۴ قالب ۱۷ فصل تدوین شده است. مجموعه‌ای کامل و جامع در خصوص موضوع‌های مربوطه به اصول و مبانی جریان در مجاری روباز، اختلاط و انتشار رودخانه‌ها و مصب‌ها، جریان‌های عیر ماندگار در مجاری روباز و بررسی بر هم کنش میان آب جاری و محیط پیرامون است که توسط پروفسور هیوبرت چانسون تألیف و گردآوری شده است. کمبود منابع فارسی در زمینه هیدرولیک جریان در مجاری روباز با نگرش محیط زیستی نو بودن موضوع انتقال و انتشار آلودگی در رودخانه‌ها انگیزه اصلی مترجم برای ترجمه این کتاب بوده است.

محتوا کتاب هیدرولیک محیط زیستی

این کتاب برای ورود دانشجویان، استادان و مدیران به چالش‌های جریان در مجاری روباز و هیدرولیک محیط زیستی توسعه یافته است. پس از بیان مقدمه‌ای مختصر دربخش اول، بخش دوم مبحث اختلاط و انتشار مواد محلول در رودخانه‌های طبیعی معرفی می‌شود. در بخش سوم این کتاب مقدمه‌ای در مورد جریان غیرماندگار در مجاری رویاز ارائه شده است و برهم کنش بین جریان آب و محیط پیرامون در بخش چهارم بحث خواهد شد.

همانگونه که اشاره شد، در بخش دوم کتاب اختلاط و انتشار مواد آلاینده در سامانه‌های طبیعی بیان می‌شوند. کاربردهای این مبحث عبارتند از : رهایی فاضلاب غنی از مواد آلی و غذایی به اکوسیستم، خفه شدن جلبک‌ها و مرجان‌های دریایی، رواناب ناشی از رگبار هنگام وقوع سیلاب و تزریق آب گرم از یک تخلیه‌گاه صنعتی.

در بخش سوم این کتاب محاسبات جریان متغیر تدریجی بیان می‌شود. دراین بخش، ابتدا معادله‌های پایه‌ای جریان‌های یک بعدی غیر ماندگار در مجاری روباز معرفی می‌شوند. سپس کاربردهای ساده این مبحث بیان خواهند شد. انتشار موج و موج‌های ناگهانی مثبت و منفی در فصل دوازدهم و مسئله موج شکست سد در فصل سیزدهم بحث می‌شود. هم چنین مدل‌های عددی ساده در فصل چهاردهم تشریح می‌شوند. با توجه اینکه برهم کنش شدیدی میان جریان‌های آشفته و محیط پیرامون وجود دارد، در بخش چهارم مفاهیم پایه‌ای انتقال ذرات جامد (فصل شانزدهم) و اختلاط آب و هوا در سطح آزاد (فصل هفدهم) معرفی می‌شود. در پایان، بخش پیوست‌ها شامل واژگان تخصصی، فهرست نمادها، ثابت‌ها و ویژگی‌های سیال، تبدیل واحدها و درنهایت منابع و مراجع ارائه شده است.

فهرست مطالب کتاب هیدرولیک محیط زیستی جریان در مجاری روباز

مقدمـه مترجم درباره کتاب هیدرولیک محیط زیستی

پیشگفتار

دربارة مؤلف

بخش اول: مقدمه‌ کتاب هیدرولیک محیط زیستی بر جریان در مجاری روباز

فصل اول: مقدمه 

۱-۱- معرفی

۱-۱-۱- بحث: پیشینة مهندسی هیدرولیک

۱-۲- ویژگی‌های سیال

۱-۳- استاتیک سیالات

۱-۴- جریان در مجاری روباز

۱-۵- تمرین‌ها

فصل دوم: مبانی جریان در مجاری روباز

۲-۱- معرفی

۲-۲- اصول پایه‌ای

۲-۳- هیدرولیک جریان در تبدیل‌های کوچک و بدون اصطکاک

۲-۴- پرش هیدرولیکی‏

۲-۵- جریان در مجاری روباز طویل

۲-۵-۱- معرفی

۲-۵-۲- جریان متعادل یکنواخت

۲-۵-۳- محاسبات جریان متغیر تدریجی (GVF)

۲-۶- خلاصه

۲-۷- تمرین‌ها

بخش دوم: مقدمه‌ای بر اختلاط و انتشار آشفتگی در رودخانه‌ها و مصب‌ها

فصل سوم: مقدمه‌ای بر اختلاط و انتشار آشفتگی در آبروهای طبیعی

۳-۱- مقدمه

۳-۲- جریان‌های آشفته و آرام

۳-۳- تعریف‌های پایه‌ای

۳-۴- ساختار بخش

۳-۵- پیوست ۱- کاربردها: نیروی شناوری وارد بر حباب‌ هوای مستغرق

۳-۵-۱- حباب کروی

۳-۵-۲- سرعت بالاآمدن حباب در آب ساکن

۳-۵-۳- سرعت بالاآمدن حباب در گرادیان فشار غیرهیدرواستاتیک

۳-۶- پیوست ۲- ویژگی‌های آب زلال

۳-۷- تمرین‌ها

فصل چهارم: جریان‌های برشی آشفته

۴-۱- معرفی

۴-۲- جت‌ها و جریان‌های حلقوی (وِیک)

۴-۳- جریان‌های لایة مرزی

۴-۴- جریان‌های به‌طور کامل توسعه‌یافته در مجاری روباز

۴-۵- اختلاط در جریان‌های برشی آشفته

۴-۵-۱- معرفی

۴-۵-۲- بحث: اثرات آلودگی بر جریان‌های برشی

۴-۶- تمرین‌ها

۴-۷- حل تمرین‌ها

فصل پنجم: پخش- نظریة پایه‌ای

۵-۱- معادله‌های پایه‌ای

۵-۲- کاربردها

۵-۲-۱- تودة اولیه

۵-۲-۲- تابع گام اولیه C_m(x, 0)

۵-۲-۳- افزایش ناگهانی غلظت توده در مبدأ

۵-۲-۴- اثر مرزی‌های جامد

۵-۳- پیوست ۱- اهداف ریاضی

۵-۴- تمرین‌ها

فصل ششم: انتقال- پخش

۶-۱- معادله‌های پایه‌ای

۶-۲- کاربردهای پایه‌ای

۶-۲-۱- جابه‌جایی-پخش یک جبهة تیز

۶-۲-۲- تودة اولیه واردشده در ۰ = t و ۰ = x

۶-۲-۳- اختلاط عرضی دو آبراهه با غلظت‌های متفاوت

۶-۲-۴- تزریق ناگهانی تودة آلودگی در یک رودخانه

۶-۳- کاربردهای دو یا سه‌بعدی

۶-۴- تمرین‌ها

۶-۵- حل تمرین‌ها

فصل هفتم: اختلاط و انتشار آشفتگی: ۱- اختلاط عمودی و عرضی

۷-۱- مقدمه

۷-۲- مقاومت جریان در مجاری روباز

۷-۳- اختلاط عمودی و عرضی در جریان‌های رودخانه‌ای آشفته

۷-۴- کاربردهای اختلاط آشفتگی

۷-۴-۱- اختلاط عرضی پایین‌دست منبع نقطه‌ای پیوسته

۷-۴-۲- اختلاط عرضی پایین‌دست محل تزریق توده

۷-۴-۳- اختلاط کامل عرضی

۷-۵- بحث

۷-۵-۱- اختلاط اولیه

۷-۵-۲- کاربردها

۷-۶- پیوست ۱- محاسبات ضریب اصطکاک

۷-۷- پیوست ۲- مدل گام تصادفی

۷-۸- پیوست ۳- اختلاط آشفتگی در پرش هیدرولیکی‏ و حفره‌ها

۷-۹- تمرین‌ها

۷-۱۰- حل تمرین‌ها

فصل هشتم: اختلاط و انتشار آشفتگی: ۲- انتشار طولی

۸-۱- مقدمه

۸-۲- انتشار یک‌بعدی آشفتگی

۸-۳- انتشار طولی در آبراهه‌های طبیعی

۸-۳-۱- معادلة پایه‌ای

۸-۳-۲- ضریب انتشار در رودخانه‌های طبیعی

۸-۴- مدل‌های تقریبی برای برآورد انتشار طولی

۸-۴-۱- تقریب ابر منجمد

۸-۴-۲- بحث: حل هایامی

۸-۵- کاربردهای طراحی

۸-۵-۱- کاربرد شمارة ۱

۸-۵-۲- کاربرد شمارة ۲

۸-۶- تمرین‌ها

۸-۷- حل تمرین‌ها

فصل نهم: انتشار آشفتگی در سامانه‌های طبیعی

۹-۱- مقدمه

۹-۲- انتشار طولی در رودخانه‌های طبیعی با نواحی مرده

۹-۲-۱- مقدمه

۹-۲-۲- معادلة پایه‌ای

۹-۲-۳- حل تحلیلی (تزریق لحظه‌ای توده)

۹-۳- انتقال و انتشار مواد آلایندة واکنش‌پذیر

۹-۳-۱- معادلة پایه‌ای

۹-۳-۲- کاربردها

۹-۳-۲-۱- غلظت تودة آلودگی ناگهانی در یک رودخانه

۹-۳-۲-۲- افزایش ناگهانی غلظت توده در مبدأ

۹-۳-۳- بحث

۹-۴- انتقال همراه با واکنش

۹-۴-۱- معادلة پایه‌ای

۹-۴-۲- تعیین مقدار اکسیژن محلول در آبراهه‌های طبیعی

۹-۴-۲-۱- ثابت نرخ اکسیژن‌دهی دوباره و نرخ واپاشی

۹-۴-۳- تحلیل تضعیف DO

۹-۵- پیوست ۱- انتقال تودة هوا- آب در جریان‌های هوا- آب

۹-۶- پیوست ۲- حلالیت نیتروژن، اکسیژن و آرگون در آب

۹-۷- پیوست ۳- ضریب پخش مولکولی در آب

۹-۸- تمرین‌ها

۹-۹- حل تمرین‌ها

فصل دهم: اختلاط در مصب‌ها

۱۰-۱- معرفی

۱۰-۲- سازوکارهای پایه‌ای

۱۰-۲-۱- اختلاط در اثر وزش باد

۱۰-۲-۲- اختلاط در اثر جزر و مد

۱۰-۲-۳- اختلاط در اثر جریان رودخانه

۱۰-۲-۴- بحث: اختلاط ناشی از حفره‌های جزر و مدی

۱۰-۳- کاربردها

۱۰-۳-۱- زبانة شوری

۱۰-۳-۲- چرخش عمودی ماندگار

۱۰-۴- اختلاط آشفتگی و ضریب انتشار در مصب‌ها

۱۰-۵- کاربردها

۱۰-۵-۱- کاربرد شمارة ۱: دریاچة اینو-هانا، هاما-ماتسو (ژاپن)

۱۰-۵-۲- کاربرد شمارة ۲: رود ایپراپا، کویینزلند (استرالیا)

۱۰-۵-۳- کاربرد شمارة ۳: تنگة گیبرالتار

۱۰-۶- پیوست ۱- مشاهده‌های اختلاط و ضریب انتشار در مصب‌ها

۱۰-۶-۱- مشاهده‌های میدانی اختلاط در حفره‌های جزر و مدی

۱۰-۷- تمرین‌ها

۱۰-۸- حل تمرین‌ها

تمرین‌های مروری

بخش سوم: مقدمه‌ای بر جریان غیرماندگار در مجاری روباز

فصل یازدهم: جریان‌های غیرماندگار در مجاری روباز؛ ۱- معادله‌های پایه‌ای

۱۱-۱- مقدمه

۱۱-۲- معادله‌های پایه‌ای

۱۱-۲-۱- معرفی

۱۱-۲-۲- شکل انتگرالی معادله‌های سنت- ونانت

۱۱-۲-۳- شکل دیفرانسیلی معادله‌های سنت- ونانت

۱۱-۲-۴- برآورد مقاومت جریان

۱۱-۳- روش‌ مشخصه‌ها

۱۱-۳-۲- شرایط مرزی

۱۱-۳-۳- کاربرد: انتگرال عددی روش مشخصه‌ها

۱۱-۴- بحث

۱۱-۴-۱- معادلة دینامیک

۱۱-۴-۲- محدودیت‌های معادله‌های سنت- ونانت

۱۱-۴-۳- خلاصه

۱۱-۵- تمرین‌ها

۱۱-۶- حل تمرین‌ها

فصل دوازدهم: جریان‌های غیرماندگار در مجاری روباز؛ ۲- کاربردها

۱۲-۱- مقدمه

۱۲-۲- انتشار موج‌ها

۱۲-۲-۱- انتشار یک موج کوچک

۱۲-۲-۲- انتشار یک دبی مشخص (موج یک‌طرفه یا مونوکلینال)

۱۲-۳- مسئلة موج ساده

۱۲-۳-۱- معادله‌های پایه‌ای

۱۲-۳-۲- کاربرد

۱۲-۴- امواج ناگهانی مثبت و منفی

۱۲-۴-۱- معرفی

۱۲-۴-۲- موج ناگهانی مثبت

۱۲-۴-۳- موج ناگهانی منفی

۱۲-۵- مسئلة موج سینماتیک

۱۲-۵-۱- معرفی

۱۲-۵-۲- بحث

۱۲-۶- مسئلة موج پخشیدگی

۱۲-۶-۱- معرفی

۱۲-۶-۲- بحث

۱۲-۶-۳- روش کانژ- ماسکینگام

۱۲-۷- پیوست ۱- توابع خطای گوسی

۱۲-۷-۱- تابع خطای گوسی

۱۲-۷-۲- تابع خطای مکمل

۱۲-۸- تمرین‌ها

۱۲-۹- حل تمرین‌ها

فصل سیزدهم: جریان‌های غیرماندگار در مجاری روباز؛ ۳- کاربرد موج شکست سد

۱۳-۱- مقدمه

۱۳-۲- موج ناشی از شکست سد در آبراهه‌های افقی

۱۳-۲-۱- شکست سد در یک مجرای خشک

۱۳-۲-۲- شکست سد در یک مجرای افقی از ابتدا پرشده با آب

۱۳-۳- اثرات مقاومت جریان

۱۳-۳-۱- اثر مقاومت جریان بر موج شکست سد روی مجرای افقی

۱۳-۳-۲- موج  شکست سد روی یک مجرای شیب‌دار

۱۳-۳-۳- سایر شرایط موج شکست سد

۱۳-۴- شکست سد خاکی

۱۳-۴-۱- مقدمه

۱۳-۴-۲- شکاف خاکریز

۱۳-۵- سایر شرایط جریان

۱۳-۶- تمرین‌ها

۱۳-۷ – حل تمرین‌ها

فصل چهاردهم: مدل‌سازی عددی جریان‌های غیرماندگار در مجاری روباز

۱۴-۱- مقدمه

۱۴-۲- روش‌های تفاضل محدود صریح

۱۴-۲-۱- روش پخشی لاکس

۱۴-۲-۲- روش جهشی (لیپ فراگ)

۱۴-۲-۳- بحث

۱۴-۳- روش‌های تفاضل محدود ضمنی

۱۴-۴- تمرین‌ها

تمرین‌های مروری

بخش چهارم: برهم‌کنش میان جریان آب و محیط پیرامون

فصل پانزدهم: برهم‌کنش میان جریان آب و محیط پیرامون؛ ۱- مقدمه

۱۵-۱- معرفی

۱۵-۲- واژگان علمی

۱۵-۳- ساختار این بخش

فصل شانزدهم: برهم‌کنش میان جریان آب و محیط پیرامون؛ ۲- فرایند انتقال رسوب

۱۶-۱- مقدمه

۱۶-۲- ویژگی‌های فیزیکی رسوبات

۱۶-۲-۱- مقدمه

۱۶-۲-۲- سرعت سقوط ذره

۱۶-۳- آستانة حرکت بستر رسوبی

۱۶-۳-۱- مقدمه

۱۶-۳-۲- آستانة حرکت بار بستر

۱۶-۳-۳- آستانة تعلیق رسوبات

۱۶-۴- انتقال رسوبات

۱۶-۴-۱- نرخ انتقال بار بستر

۱۶-۴-۲- نرخ انتقال تعلیق

۱۶-۵- نرخ انتقال بار رسوبی کل

۱۶-۵-۱- معرفی

۱۶-۵-۲- مقاومت جریان در آبراهه‌های طبیعی

۱۶-۵-۳- محاسبات طراحی

۱۶-۶- تمرین‌ها

فصل هفدهم: برهم‌کنش میان جریان آب و محیط پیرامون؛ ۳- خودهوادهی

۱۷-۱- مقدمه

۱۷-۲- هوادهی سطح آزاد در جریان‌های آشفته: سازوکارهای پایه‌ای

۱۷-۲-۱- معرفی

۱۷-۲-۲- سازوکار هوادهی موضعی/ منفرد: ورود هوا در جت‌های غوطه‌ور

۱۷-۲-۳- فرایند هوادهی بین‌وجهی: خودهوادهی روی سرریز پلکانی

۱۷-۲-۴- فرایند هوادهی بین‌وجهی: خودهوادهی در وجه مشترک جت آب

۱۷-۳- تحلیل ابعادی و تشابه

۱۷-۳-۱- مقدمه

۱۷-۳-۲- کاربردها

۱۷-۳-۳- تشابه دینامیکی و اثرات مقیاس

۱۷-۴- روش‌شناسی پایه‌ای در مطالعات جریان هوا- آب

۱۷-۴-۱- مقدمه

۱۷-۴-۲- پردازش سیگنال و تحلیل داده‌ها

۱۷-۴-۳- ا ندازه‌گیری‌های جریان غیرماندگار

۱۷-۵- کاربردها

۱۷-۵-۱- کاربرد جریان جت غوطه‌ور

۱۷-۵-۲- کاربرد جریان روی سرریزهای پلکانی

۱۷-۶- پیوست ۱- پخش حباب هوا در جریان جت غوطه‌ور

۱۷-۷- پیوست ۲- پخش حباب هوا در جریان‌های فوق‌بحرانی خودهوادهی شده

۱۷-۸- پیوست ۳- پخش حباب هوا در جت‌های آبی با سرعت زیاد

۱۷-۹- تمرین‌ها

بخش پنجم: پیوست‌های کتاب هیدرولیک محیط زیستی

پیوست ۱

واژه‌نامه تخصصی

پیوست ۲

فهرست نمادها

پیوست ۳

ثابت‌ها و ویژگی‌های سیال

پ۳-۱- شتاب ثقل

پ۳-۲- ویژگی‌های آب

پ۳-۳- ویژگی‌های گاز

پیوست ۴- تبدیل‌ واحدها

پ۴-۱- مقدمه

پ۴-۲- واحدها و ضریب‌های تبدیل

پیوست ۵- منابع و مراجع کتاب هیدرولیک محیط زیستی جریان در مجاری روباز