دانلود رایگان کتاب فرسایش و رسوب جولین (PIERRE Y. JULIEN) ویراش دوم

درباره کتاب رسوب و فرسایش جولین

کتاب رسوب و فرسایش  (Erosion and Sedimenttion) جولین یک کتاب درسی مناسب برای دانشجویان تحصیلات تکمیلی در رشته های مهندسی رسوب و فرسایش، مهندسی رودخانه، مهندسی آب و سازه‌های هیدرولیکی، علوم آب، مهندسی سواحل بنادر و سازه های دریایی و …  است که با پیشرفت‌های تکنولوژیکی اخیر در زمینه مهندسی رسوب همراه هستند.

این کتاب  یک خلاصه مختصر است که در طیف دانشجویان و متخصصان این رشته‌ها کاربرد دارد. در این کتاب روش‌هایی انتخاب‌شده که اهداف یادگیری را برآورده می‌کنند،همچنین تاکید بر نظریه و کاربردهای میدانی را بررسی می‌کند. پیش نیاز‌های مطالعه این کتاب عبارتند از دانش کارشناسی مکانیک سیالات و درک اساسی از معادلات دیفرانسیل جزئی. فصل‌های این کتاب شامل انواع تمرین‌ها، مثال‌ها، مسائل، مسائل کامپیوتری و مطالعات موردی است.

این کتاب هر نوع، جنبه خاصی از این حرفه را از مشتقات نظری از طریق تمرینات و مشتق‌ها گرفته تا راه‌حل‌های عملی مهندسی از طریق تجزیه و تحلیل مثال‌های ساده و مطالعات موردی پیچیده نشان می‌دهد. بیشتر مسائل را می‌توان با چند معادله جبری حل کرد؛ تعدادی از آن‌ها به استفاده از کامپیوتر (نرم افزار متلب) نیاز دارند (که در کتاب حل‌المسائل کتاب حاضر همراه با کد‌های متلب ارائه شده‌اند).

مسائل و معادلات مشخص‌شده با یک الماس (♦) مهم هستند؛ از آن مهم‌تر می‌توان به مواردی اشاره کرد که دارای دو الماس (♦♦) هستند. پاسخ به برخی مسائل برای بررسی محاسبات ارائه شده‌است. تست‌ها و تکالیف درسی ممکن است شامل مسائلی بدون پاسخ باشند. پیشرفت‌های تکنولوژیکی اخیر در مهندسی، استفاده از کامپیوترها را برای تحلیل‌های کمی فرسایش، انتقال و رسوبگذاری تشویق می‌کند. الگوریتم های متعددی در این متن می‌توانند به راحتی برنامه‌ریزی شوند. به جای استفاده از بسته‌های نرم‌افزاری قدیمی،کتاب درسی، خلاقیت دانشجویان را در تدوین ابزارها و برنامه‌های خود با بهترین نرم‌افزارهای موجود در هر زمان، ارتقا می‌دهد.

ویرایش دوم این کتاب به طور قابل‌توجهی اصلاح و بهبود یافته‌است. اهداف خاصی با تجدید نظرها ارائه شده‌اند که شامل: (‏۱)‏ شفاف‌سازی و تقویت مهم‌ترین مفاهیم و اصول از طریق توضیحات، ارقام، مثال‌ها و مسائل جدید؛ و (‏۲) ‏گسترش و به روز رسانی محتوای فنی با توجه به پیشرفت‌های اخیر در ادبیات و عملکرد مهندسی. در طول بازنگری‌ها، اهداف اصلی، حفظ این متن بوده‌است که شامل: (‏۱)‏ یادگیری مختصر و موثر در  مفاهیم و مشتقات جدید؛ و (‏۲)‏ به عنوان مرجعی برای استفاده‌های آتی در کارهای مهندسی مورد استفاده قرار گیرد.

در مقدمه کتاب رسوب و فرسایش جولین آمده…

فرسایش و رسوب‌گذاری اشاره به حرکت ذرات جامد به نام رسوب دارد. فرآیندهای طبیعی فرسایش، انتقال و رسوب‌گذاری که در شکل ۱ ترسیم شده‌اند، در طول زمان، زمین‌شناسی فعال بوده و چشم‌انداز کنونی جهان ما را شکل داده‌ است.

امروزه آن‌ها می‌توانند باعث مشکلات شدید مهندسی و زیست‌محیطی شوند. فعالیت‌های انسانی معمولا فرآیندهای فرسایش، انتقال و رسوب را تسریع می‌کنند. به عنوان مثال، فرسایش پذیری خاک با شخم و خاک‌ورزی افزایش می‌یابد. علاوه بر تولید رسوب مضر، فرسایش ممکن است با کاهش تولید خاک‌های حاصلخیز موجب آسیب جدی به زمین‌های کشاورزی شود.

فرسایش شدید می‌تواند در طول ساخت جاده‌ها و بزرگراه‌ها زمانی رخ دهد که پوشش گیاهی حفاظتی برداشته شود و شیب‌های تند و پر کننده محافظت نشده باقی بمانند. چنین فرسایشی می‌تواند باعث مشکلات آبشستگی موضعی همراه با رسوبگذاری جدی در پایین‌دست شود. تقریبا %۸۵ از ۵۷۱۰۰۰ پل در ایالات‌متحده آمریکا بر روی آبراهه‌ها ساخته شده‌اند. اکثر این پل‌ها رودخانه‌ها و نهرهایی را که به طور مداوم در حال تنظیم بستر و ساحل خود هستند را در بر می‌گیرند. از پل‌های روی جریان‌های فعال‌تر می‌توان انتظار داشت که مشکلات آبشستگی را در نتیجه تغییر جهت جریان تجربه کنند.

آبشستگی موضعی (Local Scouring) در پایه‌های پل و فرسایش تکیه‌گاه‌ها، شایع‌ترین دلایل خرابی پل در طول سیلاب هستند. عملیات استخراج ممکن است حجم زیادی از رسوب را به طور مستقیم به جریان‌های طبیعی وارد کند. پس از اینکه عملیات استخراج متوقف شد، زباله‌دانی‌های معدن و تخریب ساحل‌ها اغلب با بارش طبیعی باران برای سال‌ها به فرسایش خود ادامه می‌دهند .برای مثال، برخی مشکلات زهکشی و سیل در دره ساکرامنتو، کالیفرنیا، و همچنین مشکلات ساخت و نگهداری کانال‌های ناوبری را می توان مستقیما به فعالیت‌های معدنی نسبت داد. استخراج شن از جریان می‌تواند باعث ناپایداری شدید کانال شود، که ممکن است باعث مشکلات ناپایداری در پل‌ها شود. عملیات کنترل جریان و رودخانه ممکن است تاثیر موضعی جدی‌ای بر فرسایش کانال داشته باشند. تسطیح کانال، که شیب و سرعت جریان را افزایش می‌دهد، ممکن است فرسایش کانال و ساحل را آغاز کند. اگر بستر یک نهر اصلی پایین بیاید، بستر جویبارهای فرعی نیز پایین می‌آیند. در بسیاری از موارد، این تخریب بستر مفید است زیرا ظرفیت حمل سیلاب کانال‌ها را بازیابی می‌کند.

انتقال رسوب بر کیفیت آب و مناسب بودن آن برای مصرف انسان یا استفاده در شرکت‌های مختلف تاثیر می‌گذارد. صنایع متعددی نمی‌توانند حتی کم‌ترین مقدار رسوب را در آبی که برای فرآیندهای تولیدی خاص ضروری است تحمل کنند و مردم هزینه زیادی را برای حذف رسوبات از آبی که هر روز مصرف می‌کند می‌پردازند. ساخت سد به دو شیوه بر ثبات کانال تاثیر می‌گذارد، رسوب ورودی را به دام می‌اندازد و جریان طبیعی و بار رسوب در پایین‌دست را تغییر می‌دهد.در نتیجه، تخریب در زیر سدها رخ می‌دهد و رسوب‌گذاری ممکن است خطر جاری شدن سیل در بالادست مخزن را افزایش دهد.

مشکلات شدید سایش توربین‌ها، لایروبی و ناپایداری جریان و شکست احتمالی اغلب با ساخت سد و مخزن مرتبط است. آسیب را می توان در پایین‌دست محل شکست سد مشاهده کرد. در سال‌های اخیر، حذف سد به طور فزاینده‌ای محبوب شده‌است. توزیع مجدد رسوب، در زمان‌های آلوده، پس از حذف سد، پیشرفت‌های تحقیقاتی جدید را تقویت خواهد کرد. رسوبات نه تنها آلاینده اصلی آب هستند بلکه به عنوان کاتالیزور، حامل و عامل ذخیره شکل‌های دیگر آلودگی نیز عمل می‌کنند. فرسایش به تنهایی کیفیت آب برای تامین شهری، تفریح، مصرف صنعتی و خنک سازی، تاسیسات برق آبی و زندگی آبی را کاهش می‌دهد. علاوه بر این، مواد شیمیایی و مواد زائد به ذرات رسوب جذب می‌شوند. تبادل یونی بین مواد حل‌شده و رسوبات رخ می‌دهد. بنابراین، ذرات رسوب به عنوان حامل و عوامل ذخیره‌سازی آفت‌کش‌ها، فسفر جذب‌شده، نیتروژن و دیگر ترکیبات آلی، فلزات سنگین، اکتینومیدها و زباله‌های رادیو اکتیو و همچنین باکتری‌ها و ویروس‌های بیماری زا، تبدیل به یک منبع نگرانی فزاینده شده‌اند.

مشکلات مربوط به رسوب گذاری متنوع هستند. رسوبات ته‌نشین شده در کانال‌های جریان، ظرفیت حمل سیلاب را کاهش می‌دهند که منجر به جاری شدن مکرر و آسیب بیشتر سیلاب به تاسیسات مجاور می‌شود. نهشت رسوبات در کانال‌های آبیاری و زهکشی، در کانال‌های کشتیرانی و آبراهه‌ها، در مخازن و بندرگاه‌ها، در خیابان‌ها و بزرگراه‌ها، و در ساختمان‌ها نه تنها باعث ایجاد مزاحمت می‌شود، بلکه هزینه‌های عمومی زیادی را برای نگهداری، برداشت و یا کاهش خدمات تحمیل می‌کند. رسوب یک نگرانی حیاتی در حفاظت، توسعه و استفاده از منابع آب و خاک ما است. همانطور که در شکل ۲ ترسیم شده‌است، مطالعه رسوب شامل سه عنصر اصلی است: (‏۱)‏ مشاهده؛ (‏۲)‏ فیزیک و؛ (‏۳) ‏ریاضیات؛

این عناصر ممکن است در ابتدا گسسته به نظر برسند. ما این توانایی را توسعه می‌دهیم که: (‏۱)‏ مشاهدات خوبی داشته باشیم؛ (‏۲)‏ مکانیک مساله را درک کنید؛ و (‏۳)‏  راه‌حل‌های مهندسی مناسب را بیابیم. صلاحیت از طریق مهارت‌های این سه حوزه توسعه می‌یابد. درک فیزیکی از طریق تجزیه و تحلیل عمقی معادلات حاکم بر انتقال رسوب ارتقا می‌یابد. مهارت‌های ریاضی نیز از طریق تمرین‌های چندگانه، مثال‌های محاسبه، تکالیف و مسائل کامپیوتری توسعه می‌یابند.

روی هم رفته، این مهارت‌ها در مطالعات موردی متعددی نمایش داده می‌شوند که راه‌حل‌هایی برای مشکلات مهندسی رسوب را نشان می‌دهند. این کتاب بر مکانیک نیوتنی استوار است و مفاهیم مکانیک سیالات و نظریه انتقال رسوب را با هم ترکیب می‌کند.

فصل ۲ به تشریح خواص فیزیکی رسوبات و تجزیه و تحلیل ابعادی می‌پردازد. فصل ۳ اصول اساسی مکانیک سیالات به کار رفته در جریان‌های رسوبی را نشان می‌دهد. فصل ۴ مفهوم نیروی لیفت را توضیح می‌دهد و حرکت ذرات منفرد در سیال‌های غیر لزج را توصیف می‌کند. فصل ۵ به تحلیل سیالات ویسکوز پرداخته و مفهوم نیروی درگ را توضیح می‌دهد. کاربردهای مفهوم آشفتگی در جریان‌های رسوبی در فصل ۶ خلاصه شده‌است. فصل ۷، تحلیل آغاز حرکت ذرات منفرد را به سمت مسائل سه‌بعدی پیچیده با کاربردهایی برای طراحی پایدار کانال بسط می‌دهد. موضوعات پیچیده پیکربندی فرم بستر و مقاومت در برابر جریان در فصل ۸ مورد بررسی قرار گرفته‌است. فصول: بار بس‌تر در فصل ۹، بار معلق در فصل ۱۰، بار کل در فصل ۱۱، رسوب و در فصل ۱۲ با تاکید بر ذخایر پوشش داده شده‌است.

درباره نویسنده

پروفسور Pierre Y. Julien استاد مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه کولورادو آمریکاست. ایشان بیش از ۴۰۰ اثر علمی شامل دو کتاب، ۱۴۵ مقاله ژورنالی، ۱۳۰ ارائه تخصصی، ۱۰۰ گزارش فنی و …. ارائه داده‌اند. با بیش از ۵۰ شرکت و مشاورین متعدد در سراسر دنیا در انجام پروژه‌ها همکاری داشته‌اند و یکی از داوران مجله معتبر علمی ASCE در بخش مهندسی هیدرولیک هستند. در سال ۲۰۰۴ برنده جایزه انیشتین (H. A. Einstein Award) بخاطر خدمات برجسته ایشان در زمینه رسوب و مکانیک رودخانه دریافت نمودند. از دیگر آثار ایشان می‌توان به کتاب مکانیک رودخانه اشاره نمود.