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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(xué)特征及相應(yīng)的調(diào)查方法

1、 河流的基本環(huán)境水力學(xué)特征及相應(yīng)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(dāng)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(dāng)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(dāng)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?dāng)嗝婷娣e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?dāng)嗝婷娣e

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(shè)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(shè)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(shè)計頻率一般多采用50%與75-95%。

(3)河流斷面流速計算

設(shè)計斷面平均流速是指與設(shè)計流量相對應(yīng)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(shí)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(guān)系曲線，且它們呈單一曲線時，可根據(jù)這組曲線由設(shè)計流量求相應(yīng)的斷面平均流速。

B、實(shí)測流量資料較少或缺乏時，可通過水力學(xué)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(yàn)公式：

式中：V-斷面平均流速

Q-流量

A-過水?dāng)嗝婷娣e

H-平均水深

B-河寬

(4)河流的混合

混合包括分子擴(kuò)散、紊動擴(kuò)散、剪切離散等分散過程及其聯(lián)合作用。

A、分子擴(kuò)散：流體中由于分子運(yùn)動引起的質(zhì)點(diǎn)分散現(xiàn)象，服從Fick定律。

B、紊動擴(kuò)散：由水流的脈動引起的質(zhì)點(diǎn)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(yàn)表明，天然河流中實(shí)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(kuò)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(kuò)散、紊動擴(kuò)散的作用遠(yuǎn)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(yàn)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(xué)特征及相應(yīng)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(jié)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(shè)計時段流量(及預(yù)測時段流量)

①明確設(shè)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(shè)計(及預(yù)測)流量的設(shè)計頻率(保證率)。

(3)河段水文特征值(主要的環(huán)境水力學(xué)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(xué)參數(shù))：

河寬、水深、流速、流量、擴(kuò)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(shí)測(或稱測流);

c、公式計算(水力學(xué)公式或經(jīng)驗(yàn)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(kuò)散和離散，如：分子態(tài)擴(kuò)散、紊動擴(kuò)散和剪切離散等。

②混合系數(shù)(擴(kuò)散系數(shù))的計算方法：

混合及擴(kuò)散作用的大小，一般由混合及擴(kuò)散系數(shù)反映，其計算方法主要有兩種，即：

a、經(jīng)驗(yàn)公式計算;

b、水力學(xué)模型率定。

2、湖泊(水庫)

(1)與環(huán)境影響評價關(guān)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(shè)項(xiàng)目排污后的污染物遷移、擴(kuò)散及衰減規(guī)律;

⑤湖泊(水庫)由于水力坡度、異質(zhì)流及風(fēng)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(kuò)散和對流同時存在。

(2)湖泊(水庫)的主要環(huán)境水力學(xué)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(xué)特征：

a、湖流：湖泊(水庫)在水力坡度、密度梯度、風(fēng)力等作用下產(chǎn)生的定向流動;

b、湖水混合：主要受到擴(kuò)散和對流兩種作用;

c、波浪：由風(fēng)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(xué)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(zhuǎn)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(shí)測的方法獲取，湖泊(水庫)的水溫分布狀態(tài)可采用經(jīng)驗(yàn)公式計算制定：

α：年入流總量/湖泊(水庫)總?cè)莘e

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?cè)莘e

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(yīng)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(diǎn)

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(guān)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(kuò)散起主要作用;

c、潮流是內(nèi)外海潮波進(jìn)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(yùn)動形態(tài)。

4、河口海灣和近海水體的基本環(huán)境水力學(xué)特征及相應(yīng)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。可分為閉塞型和開敞型。

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(kuò)散起主要作用。

3)分析計算法(判圖法、水力學(xué)公式計算法)

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