Εισαγωγή στην Περιβαλλοντική Υδραυλική

Abstract

Το παρόν βιβλίο γράφτηκε ώστε να χρησιμοποιηθεί ως βασικό εγχειρίδιο από προπτυχιακούς και μεταπτυχιακούς φοιτητές που ασχολούνται με την επιστήμη της Περιβαλλοντικής Μηχανικής. Περιλαμβάνει θέματα της Υδραυλικής Μηχανικής, εστιάζοντας στον τομέα του περιβάλλοντος. Η ύλη του βιβλίου χωρίζεται σε οκτώ κεφάλαια. Το σύγγραμμα αρχίζει με μία εισαγωγή στις πηγές της υδατικής ρύπανσης και στη διατύπωση των βασικών ορισμών και παραμέτρων που σχετίζονται με τις περιβαλλοντικές διαδικασίες μεταφοράς μάζας. Ακολουθεί το Κεφάλαιο 2, στο οποίο περιγράφεται το θεμελιώδες μοντέλο πλήρους ανάμειξης, περιλαμβάνοντας διερεύνηση των λύσεων για διάφορες περιπτώσεις ροής και εισαγωγής ρυπαντικού φορτίου. Στο Κεφάλαιο 3 διατυπώνεται ο νόμος του Fick για τη διάχυση και παρουσιάζεται η επίλυση της μονοδιάστατης εξίσωσης διάχυσης για διάφορες περιπτώσεις αρχικών και οριακών συνθηκών. Επίσης, εξετάζεται η επίδραση των σταθερών ορίων στην επίλυση της εξίσωσης διάχυσης. Το κεφάλαιο ολοκληρώνεται με τη διατύπωση της μονοδιάστατης εξίσωσης μεταγωγής ‒ διάχυσης και την επίλυσή της για διάφορες περιπτώσεις αρχικών και οριακών συνθηκών. Στο Κεφάλαιο 4 εφαρμόζεται η μονοδιάστατη εξίσωση μεταγωγής – διάχυσης στην περίπτωση φυσικών υδατορευμάτων. Στο Κεφάλαιο 5, παρουσιάζονται οι μηχανισμοί αποξυγόνωσης και επαναερισμού σε ένα φυσικό υδατόρευμα και αναπτύσσεται το μοντέλο προσομοίωσης της ποιότητας ύδατος Streeter ‒ Phelps. Το Κεφάλαιο 6 περιλαμβάνει την περιγραφή των μηχανισμών διάθεσης υγρών λυμάτων σε υδάτινους, κυρίως θαλάσσιους, αποδέκτες. Στο Κεφάλαιο 7 περιγράφονται οι διαδικασίες ποιότητας του νερού σε λίμνες και ταμιευτήρες, εστιάζοντας στις ποσοτικές σχέσεις που περιγράφουν τη ροή και τη διασπορά, την καθίζηση και τη θερμική στρωματοποίηση. Τέλος, στο Κεφάλαιο 8 παρουσιάζονται οι βασικές αρχές της διαδικασίας της στερεομεταφοράς σε φυσικά υδατορεύματα, με αναφορά στα κριτήρια έναρξης κίνησης κόκκων και στον τρόπο υπολογισμού του ρυθμού στερεομεταφοράς και του αιωρούμενου φορτίου. Στο τέλος κάθε κεφαλαίου υπάρχει σειρά προβλημάτων, υποδειγματικά λυμένων, για την κατανόηση των θεμάτων που εξετάζονται. Το υλικό αυτού του βιβλίου είναι χρήσιμο σε τελειόφοιτους προπτυχιακούς αλλά και πρωτοετείς φοιτητές μεταπτυχιακών προγραμμάτων σπουδών, που σχετίζονται με την επιστήμη του Πολιτικού Μηχανικού με εξειδίκευση στη μηχανική περιβάλλοντος, όπως επίσης και σε μηχανικούς που ασχολούνται με προβλήματα αυτού του είδους.

This book was created to be used as a basic textbook by undergraduate and graduate students dealing with the science of Environmental Engineering. It includes hydraulic engineering topics focusing on the environmental field. The material of the book is divided into eight chapters. The book begins with an introduction to the principles of water pollution and the formulation of the basic definitions and parameters related to environmental mass transfer processes and is followed by Chapter 2 describing the fundamental model of complete mixing, including the solutions for various cases of flow and pollutant loads. In Chapter 3, Fick's law of diffusion is formulated and the solution of the one-dimensional diffusion equation is presented for various cases of initial and boundary conditions. Also, the effect of boundaries is examined. The chapter concludes with the formulation of the one-dimensional advection - diffusion equation and its solution for various cases of initial and boundary conditions. In Chapter 4, the one-dimensional advection - diffusion equation is applied in the case of natural streams. In Chapter 5, the deoxygenation and reaeration mechanisms in natural streams are described and the Streeter-Phelps water quality simulation model is developed. Chapter 6 includes the description of the wastewater disposal mechanisms in water bodies. Chapter 7 describes water quality processes in lakes and reservoirs, focusing on the quantitative relationships that describe flow and dispersion, sedimentation, and thermal stratification. Finally, in Chapter 8 the basic principles of the process of sediment transport in natural streams with reference to the criteria for the initiation of sediment movement and the calculation of the sediment transport rate and the suspended load are presented. At the end of each chapter there are problems with exemplary solutions, for the understanding of the topics that were examined. The material in this book is useful to senior undergraduate and first-year graduate students of studies related to the science of Civil Engineering with a specialization in environmental engineering, as well as to engineers dealing with problems of this kind.