Opis:

Publikacja jest dostępna wyłącznie w wersji elektronicznej - Pomorska Biblioteka Cyfrowa.

Profil naukowy Autora (MOST Wiedzy): Romuald Szymkiewicz

Słowa kluczowe: inżynieria wodna, przepływ wód powierzchniowych, przepływ wód podziemnych, budowle hydrotechniczne, hydromechanika, hydraulika, hydrologia, hydrogeologia

Inżynieria wodna należy do tych dyscyplin, w których metody numeryczne są szczególnie szeroko stosowane jako ważne narzędzie analizy i rozwiązywania zagadnień inżynierskich. Praktycznie wszystkie istotne przypadki przepływu wód powierzchniowych i wód podziemnych, a także przepływy w rurociągach i ich sieciach oraz przepływy przez budowle hydrotechniczne (przelewy, zasuwy, upusty denne itd.) mogą być skutecznie rozwiązywane metodami numerycznymi. Są to zagadnienia, które spotykamy w takich dyscyplinach szczegółowych, jak hydromechanika, hydraulika, hydrologia czy hydrogeologia.

Procesy przepływu wody należą do bardziej złożonych zjawisk fizycznych, nie zawsze w pełni rozpoznanych. Nawet wprowadzając daleko posunięte uproszczenia, zwykle otrzymujemy skomplikowane modele matematyczne. Zależnie od założeń co do zmienności parametrów charakteryzujących ruch wody w przestrzeni i czasie, mają one postać równań algebraicznych lub ich układów, równań różniczkowych zwyczajnych, bądź równań różniczkowych cząstkowych. Nawet najprostsze równania algebraiczne opisujące ruch ustalony jednostajny w kanale otwartym lub w rurociągu, przepływ przez przelew itd., są równaniami nieliniowymi, które można rozwiązać tylko w sposób przybliżony. Identyczna sytuacja występuje w przypadku modeli w postaci równań różniczkowych lub ich układów. Zmienne w czasie i przestrzeni parametry modelowanych obiektów, ich nieregularny kształt, zmienne w czasie oddziaływanie zewnętrzne i nieliniowość równań uniemożliwiają znalezienie rozwiązań analitycznych nawet dla najprostszych warunków. Możliwe jest jednak znalezienie rozwiązań przybliżonych za pomocą metod numerycznych. Zarówno wymienione wyżej powody, jak i powszechna dostępność komputerów oraz gwałtownie rosnące ich możliwości obliczeniowe, a także potrzeby praktyczne spowodowały w ostatnich 35 latach duże zainteresowanie inżynierów hydrotechników metodami numerycznego rozwiązywania zagadnień inżynierii wodnej.

Mając na uwadze rodzaje zagadnień występujących w inżynierii wodnej i typy równań opisujących je, w książce omówiono metody rozwiązywania algebraicznych równań nieliniowych i ich układów, równań różniczkowych zwyczajnych i ich układów oraz wszystkich typów równań różniczkowych o pochodnych cząstkowych, tj. hiperbolicznych, parabolicznych oraz eliptycznych. Ponadto omówiono takie zagadnienia, jak rozwiązywanie układów algebraicznych równań liniowych, powszechnie występujących w trakcie rozwiązywania wymienionych wcześniej równań, a także interpolację i aproksymację, które często stosowane są przy rozwiązywaniu wielu problemów w inżynierii wodnej.

Niniejsza książka przeznaczona jest jako pomoc dydaktyczna przede wszystkim dla studentów kierunku budownictwo (specjalność budownictwo wodne) oraz inżynieria środowiska, mających za sobą wykład z podstaw informatyki. Poszczególne zagadnienia omówiono w sposób przystępny, umożliwiający samodzielne rozwiązywanie typowych zadań inżynierii wodnej. Z tego powodu podstawy teoretyczne metod numerycznych ograniczono do niezbędnego minimum, podając jednocześnie źródła bibliograficzne, w których można znaleźć szczegółowe i wyczerpujące informacje na dany temat. Jednak od czytelnika wymagana jest znajomość podstawowych działów matematyki w zakresie kursu matematyki dla wymienionych wcześniej kierunków studiów. W celu ułatwienia korzystania z książki w dodatku zamieszczonym na jej końcu przypomniano syntetyczne informacje o błędach w obliczeniach, reprezentacji maszynowej liczb itd. Zakłada się również, że czytelnik posiada znajomość fizycznych podstaw dotyczących przepływu wody w przewodach pod ciśnieniem, w kanałach otwartych i w ośrodkach porowatych, a także transportu domieszek rozpuszczonych w wodzie. Dla pełniejszej ilustracji omówionych metod i przedstawionych algorytmów, większość zagadnień zilustrowano przykładami rozwiązań.