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(三)地面水環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查與評價
▲了解河流、湖泊、河口海灣和近海水體的基本環(huán)境水力學特征及相應的調(diào)查方法
1、 河流的基本環(huán)境水力學特征及相應的調(diào)查方法
(1)河道水流特征的基本分類
A、恒定流與不恒定流
洪水季節(jié)、上游有電站的不恒定泄流、位于感潮河段時,在河道里的水流呈不恒定流流態(tài);當上、下游水邊界均勻(或近似均勻)恒定時,河道里的水流呈恒定流流態(tài)。
B、均勻流和非均勻流
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。不恒定流均屬于非均勻流。
C、漸變流與急變流
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,稱為漸變流;反之稱急變流。
D、急流、臨界流和緩流
隨河道底坡的大小變化劃分,分別為大于、等于和小于臨界底坡,亦即水流的佛洛德系數(shù)Fr大于等于和小于1。
F、一般而言,計算河道水流只需采用一維恒定或不恒定流方程,但在一些特殊情況,如河段為彎道、近建筑物時,需選擇二維甚至三維模型。
G、恒定均勻流
對于非感潮河道,且在平水和枯水期,河道均勻,流動可視為恒定均勻流,此時的基本方程為:
式中:V-斷面平均流速
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H直接代替R
J-水面坡降或底坡
C-謝才系數(shù),常用R1/6/n表示,n為河床糙率
A-過水斷面面積
Q-流量
F、非恒定流
河道非恒定流常用一維圣維南方程描述。
(2)設計年最枯時段徑流量
枯水流量的選擇分兩種情況:固定時段選樣、浮動時段選樣
A、固定時段選樣
每年選樣的起止時間是一定的。如某河流最枯水月或季主要出現(xiàn)在2月或1-3月,則選取歷年2月或1-3月平均流量作為年最枯水月或季徑流序列的樣本。
B、浮動時段選樣
每年選取樣本的時間是不固定的。推求短時段(如30天以下)設計枯水流量時都是按浮動時段選樣。如要研究某河斷面十年一遇連續(xù)7天枯水流量變化規(guī)律,選樣時在水文年鑒中每年找出一個連續(xù)7天平均流量的最小值組成的一個樣本。
年最枯時段徑流量的設計頻率一般多采用50%與75-95%。
(3)河流斷面流速計算
設計斷面平均流速是指與設計流量相對應的斷面平均流速,工作中計算斷面平均流速常遇見三種情況:
A、實測流量資料較多時,如15-20次以上,能繪制水位-流量、水位-面積、水位-流速關系曲線,且它們呈單一曲線時,可根據(jù)這組曲線由設計流量求相應的斷面平均流速。
B、實測流量資料較少或缺乏時,可通過水力學公式計算。
C、用公式計算:
a.有足夠?qū)崪y資料的計算公式
V=Q/F A=BH H=F/B
b.經(jīng)驗公式:
式中:V-斷面平均流速
Q-流量
A-過水斷面面積
H-平均水深
B-河寬
(4)河流的混合
混合包括分子擴散、紊動擴散、剪切離散等分散過程及其聯(lián)合作用。
A、分子擴散:流體中由于分子運動引起的質(zhì)點分散現(xiàn)象,服從Fick定律。
B、紊動擴散:由水流的脈動引起的質(zhì)點分散現(xiàn)象
C、剪切離散:由于脈動平均流速在空間分布不均勻引起的分散現(xiàn)象。
D、然河流中常用橫向混合系數(shù)(My)和縱向離散系數(shù)(DL)來描述河流的混合特性。
E、橫向混合系數(shù)(My):河流的橫向混合
試驗表明,天然河流中實測的My/hu*的比值在0.4-0.8,常用下列公式估算:
My=0.6(1±0.5)hu*
式中:h-平均水深
u*-摩阻流速,(ghI)1/2
河道可取My/hu*為0.6,河道擴散取0.9,河道收縮取0.3。
F、縱向離散系數(shù)(DL):河流的縱向混合
縱向混合時,分子擴散、紊動擴散的作用遠小于剪切離散,因此只考慮剪切離散。
Fischer公式: DL=0.011u2B2/hu*
式中:u-斷面平均流速;B-河寬
國外經(jīng)驗公式:DL=aBu
式中:B-河寬,a=0.23-8.3,均值為2.5,河槽越不規(guī)則,a越大。
2、 湖泊(水庫)的基本環(huán)境水力學特征及相應的調(diào)查方法
(1)湖泊水文情勢
深水型、淺水型湖泊,溫度分層現(xiàn)象,異重流現(xiàn)象
A、湖泊蓄水量的變化
W入=W出+W損±ΔW
式中:W入-時段內(nèi)湖泊來水總量,包括湖面降水量、水氣凝結量、入湖的地表與地下徑流。
W出-時段內(nèi)湖泊出水總量,包括出湖的地表與地下徑流、工農(nóng)業(yè)及生活用量。
W損-時段內(nèi)湖泊的水面蒸發(fā)與滲漏等損失總量。
ΔW-時段內(nèi)湖泊蓄水量的增減值。
B、湖泊的動力特征
C、水溫
(2)湖泊水量
1、河流:
(1)河流形態(tài)的基本分類:恒定均勻流(或穩(wěn)定流) ;非恒定流(或非穩(wěn)定流)
(2)設計時段流量(及預測時段流量)
①明確設計流量的統(tǒng)計時段長(如:枯水期、最枯月、連續(xù)最枯7天平均流量等);
②設計(及預測)流量的設計頻率(保證率)。
(3)河段水文特征值(主要的環(huán)境水力學參數(shù))及調(diào)查方法
①河段水文特征值(主要的環(huán)境水力學參數(shù)):
河寬、水深、流速、流量、擴散系數(shù)、坡度和彎曲系數(shù)等。
②水文特征值的主要調(diào)查方法種類:
a、既有水文資料收集利用;
b、河段水文特征值實測(或稱測流);
c、公式計算(水力學公式或經(jīng)驗公式)。
(4)水質(zhì)的混合作用與計算方法
①水質(zhì)的混合作用;
水質(zhì)分布由不均勻變化為均勻的過程稱為混合,混合作用主要體現(xiàn)在各種形式的擴散和離散,如:分子態(tài)擴散、紊動擴散和剪切離散等。
②混合系數(shù)(擴散系數(shù))的計算方法:
混合及擴散作用的大小,一般由混合及擴散系數(shù)反映,其計算方法主要有兩種,即:
a、經(jīng)驗公式計算;
b、水力學模型率定。
2、湖泊(水庫)
(1)與環(huán)境影響評價關系密切的水文現(xiàn)象:
①湖泊(水庫)的水面形態(tài)可分為寬闊型和狹窄型;
②湖泊(水庫)根據(jù)平均水深可分為深水型和淺水型;
③深水型湖泊(水庫)可能會出現(xiàn)溫度分層現(xiàn)象,即為所說的分層型湖泊(水庫);
④分層型湖泊(水庫)、混合型湖泊(水庫)和臨時混合型水庫的各自水文特征直接影響到湖泊(水庫)中的污染物及水生生物分布,也影響到建設項目排污后的污染物遷移、擴散及衰減規(guī)律;
⑤湖泊(水庫)由于水力坡度、異質(zhì)流及風力作用,會產(chǎn)生水體的定向流動;
⑥湖泊(水庫)的混合作用擴散和對流同時存在。
(2)湖泊(水庫)的主要環(huán)境水力學特征值及調(diào)查方法
①蓄水量
湖泊(水庫)的蓄水量可用質(zhì)量守恒公式計算:
W入=W出+W損±△W
②湖泊(水庫)的動力學特征:
a、湖流:湖泊(水庫)在水力坡度、密度梯度、風力等作用下產(chǎn)生的定向流動;
b、湖水混合:主要受到擴散和對流兩種作用;
c、波浪:由風引起的水面涌浪;
d、波漾:湖泊(水庫)的水面有節(jié)奏的升降變化。
湖泊(水庫)的動力學特征直接影響著湖泊(水庫)水體的溫度,水生生物及各種物質(zhì)(包括污染物質(zhì))的分布及遷移轉化規(guī)律。
③水溫
根據(jù)湖泊(水庫)的水溫分步特征,可將湖泊(水庫)分為分層型、混合型、臨時混合型。
水溫分布主要采用實測的方法獲取,湖泊(水庫)的水溫分布狀態(tài)可采用經(jīng)驗公式計算制定:
α:年入流總量/湖泊(水庫)總容積
α<10穩(wěn)定分層型;α>20,混合型。
β:一次入流洪水總量/湖泊(水庫)總容積
β<1/2,對湖泊(水庫)的水溫分布狀態(tài)基本沒影響;β>1.0,穩(wěn)定型湖泊(水庫)會出現(xiàn)水溫的臨時混合狀態(tài)。
④湖泊(水庫)蓄水量的確定:
a、分豐、平、枯水代表年確定蓄水量;
b、年內(nèi)分豐、平、枯水期確定蓄水量;
c、通過相應統(tǒng)計時段內(nèi)的湖泊(水庫)平均水深和水面積界定計算蓄水量;
d、通過統(tǒng)計時段的入湖(庫)水量、出湖(庫)水量、湖(庫)損失水量(如蒸發(fā)、滲漏等)界定計算蓄水量的變化量。
3、河口、海灣
①河口、海灣的水環(huán)境特點
河口是指入海河流受到海潮影響的河口段。
海灣是指與入海河流關系密切的近海水域。
a、入海江河的淡水徑流比海水密度小,在沒有受到潮流及海浪作用時,常承托在近岸海水的上層,形成明顯的淡水和海水交接峰面;
b、在潮流及海浪的作用下,入海河流的淡水與近岸海水逐漸混合均勻。
②河口、海灣的基本水流狀態(tài)
a、常受到潮汐及潮流的影響,加速了河口及海灣水域的污染物在局部水域混合;
b、潮流對河口及海灣水域的污染物輸移和擴散起主要作用;
c、潮流是內(nèi)外海潮波進入沿岸海域及海灣產(chǎn)生變形而形成的淺海水域特有的潮波運動形態(tài)。
4、河口海灣和近海水體的基本環(huán)境水力學特征及相應的調(diào)查方法
河口是指入海河流受到潮汐作用的一段河段,又稱感潮河段,它與一般河流最顯著的區(qū)別是受到潮汐的影響。
海灣是海洋凸入陸地的那部分水域??煞譃殚]塞型和開敞型。
河口鹽水楔在河口、海灣和近海水域,潮流對污染物的輸移和擴散起主要作用。
3)分析計算法(判圖法、水力學公式計算法)
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(責任編輯:中大編輯)
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