2018年环境影响评价师《导则与标准》环境水文与水动力特征
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环境水文与水动力特征:
1.自然界的水循环、径流形成与水体污染
(1)自然界的水循环。
地球上的水蒸发为水汽后,经上升、输送、冷却、凝结,在适当条件下降落到地面,这种不断的反复过程称为水循环。如果循环是在海洋与陆地之间进行的,称 为大循环;如果循环是在海洋或陆地内部进行的,称为小循环(图3-14)。人类活 动可以影响小循环,例如大量砍伐森林能减少枯季径流,而且常常是造成沙漠化的主要原因。
由陆地吹向海洋的水气
(2)径流形成及河川径流的表示方法。
降落的雨、雪、雹等通称为降水。一次较大的降雨经过植物的枝叶截留、填充 地面洼地、下渗和蒸发等损失以后,余下的水经坡面漫流(呈片状流动)进入河网, 再汇入江河,最后流入海洋,这部分水流称为地面径流。从地表下渗的水在地下流动,经过一段时间以后有一部分逐渐渗入河道,这部分水流称为地下径流。河川径 流包括地面径流与地下径流两部分。
在径流形成过程中,常常将从降雨到径流形成叫产流阶段,把坡面漫流及河网 汇流称为汇流阶段。
河流某断面以上区域内,由降水所产生的地面与地下径流均通过该断面流出 时,这块区域称作流域面积或集水面积。显然,流域的周界就是分水线,一般可从地形图上勾绘出来。
在研究河川径流的规律时,常用以下的径流表示方法和度量单位。
流量指单位时间通过河流某一断面的水量,单位为m3/s。
径流总量%指在r时段内通过河流某一断面的总水量,艮P:
W=QT (3-1)
常用单位为m3、104m3 (万m3)、108m3 (亿m3)等。
径流深h指将径流总量平铺在全流域面积上的水层厚度,单位为mm。
若r以秒计,T时段内的平均流量0以m3/s计,流域面积F以km2计,则径 流深r的计算公式为:
Y = H (3-2)
1000F
径流模数M:指流域出口断面流量与流域面积的比值。常用单位为L/(s.km2), 计算公式为:
M = (3-3)
F
径流系数指某一时段内径流深与相应降雨深P的比值。计算公式为.?
a = — (3-4)
P
(3)水文现象的变化特点。
水文现象是许多因素综合作用的结果,它在时间和空间上都有很大变化。对于 河川径流主要有以下的变化。
①年际变化。一般大江大河多水年比少水年的水量多1?2倍甚至更多,而小河流则多达4?5倍甚至10倍以上。
②年内变化。一般丰水季比枯水季或多水月比少水月多几倍至几十倍,而最大日流量比最小日流量大几百倍甚至几千倍。
③地区变化。我国北方地区雨季短,年降水量少;南方地区雨季长,年降水 量多。一般北方地区河川径流在时间上的变化比南方剧烈。
对于湖泊来说,由于它与河流关系密切,所以湖泊水量的变化基本上受河流水量变化的制约。
关于感潮河段的水文现象,一方面受上游来水量的影响,另一方面还受潮汐现 象的制约,因此它在时间上的变化规律与天然河川径流有较大的差异。
地球上的水文现象虽然变化多端,但它们均服从确定的或随机的两种基本规 律。确定规律主要反映的是物理成因关系,例如地球的公转导致河川径流在一年内呈有规律的季节性交替变化;又如在一个流域上降了一场大暴雨,必然要产生一场 大洪水等。有些水文现象主要受随机因素的支配,而现象的产生是随机的,例如一 个河流断面上年最大洪峰流量出现的时间和数量等,它们服从的是统计规律。实际上绝大多数水文现象两种规律同时存在,只是程度上不同。
针对水文现象所存在的基本规律,构成了三种主要研究途径:成因分析、数理 统计与地区综合。
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2.河流的基本环境水文与水力学特征
(1)河道水流形态的基本分类。
由于河道断面形态、底坡变化、走向各异,上、下游水边界条件各异等,河道 中的水流呈现着各种不同的流动形态。按不同的标准,可将河道水流分成不同的类型。例如,洪水季节或上游有电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态;而当上、下游水边界均匀(或近似为)恒定时,则呈恒定 流流态。 #
当河道断面为棱柱形且底坡均匀时,河道中的恒定流呈均匀流流态,反之为非 均匀流。不恒定流均属非均匀流范畴。
当河道形态变化不剧烈时,河道中沿程的水流要素变化缓慢,则称为渐变流, 反之称为急变流。
随河道底坡的大小变化,大于、等于或小于临界底坡时,又有急流、临界流与 缓流之分,亦即其水流的佛洛德数仄大于、等于或小于1。
河道为单支时,水流仅顺河道流动,而当河道有汊口或多支河道相连呈河网状时,随叉口形态的不同在汊口处的分流也不相同。一般而言,河网地处沿海地区, 往往受到径流或潮流顶托的影响,因而流态更为复杂。
一般而言,计算河道水流只需釆用一维恒定或不恒定流方程。但在一些特殊情 况,例如研究的河段为弯道时,会有螺旋运动出现,在河道的支流入汇处会有局部回流区;研究近岸或近建筑物的局部流场时,流态又往往各异,需根据需要选择二 维甚至三维模型求解。
①恒定均匀流。对于非感潮河道,且在平水或枯水期,河道均匀,流动可视为恒定均匀流。这是最简单的河流流动的形态,基本方程为:
v = Cyfm (3-5)
Q = vA (3-6)
式中:v----- 断面平均流速,m/s;
R——水力半径,即过水断面面积除以湿周,对于宽线型河道,常用断面平 均水深//直接代替几m;
/——水面坡降或底坡;
c——谢才系数,常用丄炉/6表示,《为河床糙率;
n
A----- 过水断面面积,m2;
Q---- 流量,m3/s0
按式(3-5)和式(3-6),在测得水面坡降(或河床底坡)、水深,确定了河床 糙率值后即可求出过流断面的流速及流量。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。河道非恒定流动常用一维圣维南方程描述。河道有侧向入流时, 基本方程为:
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——河道水面宽度,m;
兰——相应于某一高程z断面沿程变化; dx z
z——河底高程,m;
5f——沿程摩阻坡度,通常可表达为^?2v|v|/?4/3或《20必/0427?4/3); t 时间;
q——单位河长侧向入流,入流为正,出流为负;
Vq--- 侧向入流流速沿主流方向上的分量,m/s。
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