為了備考2014年環(huán)境影響評價工程師考試,中大網校編輯特別整理了環(huán)境影響評價工程師考試科目《環(huán)境影響評價技術方法》歷年考試的重點,以備迎接2014年環(huán)境影響評價工程師考試。
環(huán)境水文與水動力特征
1.自然界的水循環(huán)、徑流形成與水體污染
(1)自然界的水循環(huán)。
地球上的水蒸發(fā)為水汽后,經上升、輸送、冷卻、凝結,在適當條件下降落到地面,這種不斷的反復過程稱為水循環(huán)。如果循環(huán)是在海洋與陸地之間進行的,稱 為大循環(huán);如果循環(huán)是在海洋或陸地內部進行的,稱為小循環(huán)(圖3-14)。人類活 動可以影響小循環(huán),例如大量砍伐森林能減少枯季徑流,而且常常是造成沙漠化的主要原因。
由陸地吹向海洋的水氣
(2)徑流形成及河川徑流的表示方法。
降落的雨、雪、雹等通稱為降水。一次較大的降雨經過植物的枝葉截留、填充 地面洼地、下滲和蒸發(fā)等損失以后,余下的水經坡面漫流(呈片狀流動)進入河網, 再匯入江河,最后流入海洋,這部分水流稱為地面徑流。從地表下滲的水在地下流動,經過一段時間以后有一部分逐漸滲入河道,這部分水流稱為地下徑流。河川徑 流包括地面徑流與地下徑流兩部分。
在徑流形成過程中,常常將從降雨到徑流形成叫產流階段,把坡面漫流及河網 匯流稱為匯流階段。
河流某斷面以上區(qū)域內,由降水所產生的地面與地下徑流均通過該斷面流出 時,這塊區(qū)域稱作流域面積或集水面積。顯然,流域的周界就是分水線,一般可從地形圖上勾繪出來。
在研究河川徑流的規(guī)律時,常用以下的徑流表示方法和度量單位。
流量指單位時間通過河流某一斷面的水量,單位為m3/s。
徑流總量%指在r時段內通過河流某一斷面的總水量,艮P:
W=QT (3-1)
常用單位為m3、104m3 (萬m3)、108m3 (億m3)等。
徑流深h指將徑流總量平鋪在全流域面積上的水層厚度,單位為mm。
若r以秒計,T時段內的平均流量0以m3/s計,流域面積F以km2計,則徑 流深r的計算公式為:
Y = H (3-2)
1000F
徑流模數M:指流域出口斷面流量與流域面積的比值。常用單位為L/(s.km2), 計算公式為:
M = (3-3)
F
徑流系數指某一時段內徑流深與相應降雨深P的比值。計算公式為.?
a = — (3-4)
P
(3)水文現(xiàn)象的變化特點。
水文現(xiàn)象是許多因素綜合作用的結果,它在時間和空間上都有很大變化。對于 河川徑流主要有以下的變化。
①年際變化。一般大江大河多水年比少水年的水量多1?2倍甚至更多,而小河流則多達4?5倍甚至10倍以上。
②年內變化。一般豐水季比枯水季或多水月比少水月多幾倍至幾十倍,而最大日流量比最小日流量大幾百倍甚至幾千倍。
③地區(qū)變化。我國北方地區(qū)雨季短,年降水量少;南方地區(qū)雨季長,年降水 量多。一般北方地區(qū)河川徑流在時間上的變化比南方劇烈。
對于湖泊來說,由于它與河流關系密切,所以湖泊水量的變化基本上受河流水量變化的制約。
關于感潮河段的水文現(xiàn)象,一方面受上游來水量的影響,另一方面還受潮汐現(xiàn) 象的制約,因此它在時間上的變化規(guī)律與天然河川徑流有較大的差異。
地球上的水文現(xiàn)象雖然變化多端,但它們均服從確定的或隨機的兩種基本規(guī) 律。確定規(guī)律主要反映的是物理成因關系,例如地球的公轉導致河川徑流在一年內呈有規(guī)律的季節(jié)性交替變化;又如在一個流域上降了一場大暴雨,必然要產生一場 大洪水等。有些水文現(xiàn)象主要受隨機因素的支配,而現(xiàn)象的產生是隨機的,例如一 個河流斷面上年最大洪峰流量出現(xiàn)的時間和數量等,它們服從的是統(tǒng)計規(guī)律。實際上絕大多數水文現(xiàn)象兩種規(guī)律同時存在,只是程度上不同。
針對水文現(xiàn)象所存在的基本規(guī)律,構成了三種主要研究途徑:成因分析、數理 統(tǒng)計與地區(qū)綜合。
2.河流的基本環(huán)境水文與水力學特征
(1)河道水流形態(tài)的基本分類。
由于河道斷面形態(tài)、底坡變化、走向各異,上、下游水邊界條件各異等,河道 中的水流呈現(xiàn)著各種不同的流動形態(tài)。按不同的標準,可將河道水流分成不同的類型。例如,洪水季節(jié)或上游有電站的不恒定泄流或河道位于感潮段等,在河道里的 水流均呈不恒定流流態(tài);而當上、下游水邊界均勻(或近似為)恒定時,則呈恒定 流流態(tài)。 #
當河道斷面為棱柱形且底坡均勻時,河道中的恒定流呈均勻流流態(tài),反之為非 均勻流。不恒定流均屬非均勻流范疇。
當河道形態(tài)變化不劇烈時,河道中沿程的水流要素變化緩慢,則稱為漸變流, 反之稱為急變流。
隨河道底坡的大小變化,大于、等于或小于臨界底坡時,又有急流、臨界流與 緩流之分,亦即其水流的佛洛德數仄大于、等于或小于1。
河道為單支時,水流僅順河道流動,而當河道有汊口或多支河道相連呈河網狀時,隨叉口形態(tài)的不同在汊口處的分流也不相同。一般而言,河網地處沿海地區(qū), 往往受到徑流或潮流頂托的影響,因而流態(tài)更為復雜。
一般而言,計算河道水流只需釆用一維恒定或不恒定流方程。但在一些特殊情 況,例如研究的河段為彎道時,會有螺旋運動出現(xiàn),在河道的支流入匯處會有局部回流區(qū);研究近岸或近建筑物的局部流場時,流態(tài)又往往各異,需根據需要選擇二 維甚至三維模型求解。
①恒定均勻流。對于非感潮河道,且在平水或枯水期,河道均勻,流動可視為恒定均勻流。這是最簡單的河流流動的形態(tài),基本方程為:
v = Cyfm (3-5)
Q = vA (3-6)
式中:v----- 斷面平均流速,m/s;
R——水力半徑,即過水斷面面積除以濕周,對于寬線型河道,常用斷面平 均水深//直接代替幾m;
/——水面坡降或底坡;
c——謝才系數,常用丄爐/6表示,《為河床糙率;
n
A----- 過水斷面面積,m2;
Q---- 流量,m3/s0
按式(3-5)和式(3-6),在測得水面坡降(或河床底坡)、水深,確定了河床 糙率值后即可求出過流斷面的流速及流量。反之,已知河床底坡、糙率及流量,亦可求出水深及流速。
②非恒定流。河道非恒定流動常用一維圣維南方程描述。河道有側向入流時, 基本方程為:
dA dQ (、
1 = q (3-7)
dt dx
^- + 2^^- + (gA-^TB)^ = -g Sf+^T^- +q(v -v) (3-8)
ot A ox A dx A ox 2
式中:B——河道水面寬度,m;
蘭——相應于某一高程z斷面沿程變化; dx z
z——河底高程,m;
5f——沿程摩阻坡度,通??杀磉_為^?2v|v|/?4/3或《20必/0427?4/3); t 時間;
q——單位河長側向入流,入流為正,出流為負;
Vq--- 側向入流流速沿主流方向上的分量,m/s。
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