3.进行水文调查与水文测量 表 水文调查与水文测量内容
项目 具 体 内 容 丰水期、平水期、枯水期的划分; 河段的平直及弯曲; 过水断面积、坡度、水位、水深、河宽、流量、流速及其分布、水温、糙率及泥沙含量等; 丰水期有无分流漫滩,枯水期有无浅滩、沙洲和断流; 河网地区还要调查各河流流向、流速、流量的关系和变化特点 与河流内容相同; 调查感潮河段的范围,涨潮、落潮及平潮时的水位、水深、流向、流速及其分布;横断面形状、水面坡度、河潮间隙、潮差和历时等 湖泊、水库的面积和形状,附有平面图; 丰水期、平水期、枯水期的划分; 流入、流出的水量;水力滞留时间或交换周期; 水量的调度和储量、水深、水温分层情况及水流状况等 预测建设项目的面源污染时,应调查历年的降雨资料 河流 感潮河流 湖泊、水库 降雨 例题:
1.对于湖泊二级评价,一般情况下应调查( B )。 A.丰水期、枯水期和平水期 B.平水期和枯水期 C.丰水期和枯水期 D.枯水期
解析:一般情况可只调查枯水期和平水期;若评价时间不够,可只调查枯水期 2.水力滞留时间是( BD )水文调查应获取的重要参数。
A.河流 B.水库 C.海湾 D.湖泊
(三)熟悉河流、湖泊常用环境水文特征及常用参数的调查方法(P57) 知识点:
1.自然界的水循环、径流形成与水体污染 (1)基本概念
水循环:地球上的水蒸发为水气,经上升、输送、冷却、凝结,在适当条件下降落到地面的过程。
水循环可以分为两类:在海洋和陆地之间进行的,称为大循环;在海洋或陆地内部进行的,称为小循环。
降水:降落的雨、雪、雹等统称为降水。
地面径流:较大的降雨经植物的枝叶截留、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进入河网,汇入江河,最后流入海洋。这部分水称为地面径流。
地下径流: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人河道,这部分水为地下径流。
河川径流:包括地面径流和地下径流两部分。
在径流形成过程中,常常将从降雨到径流形成叫做产流阶段,把坡面漫流及河网汇流称为汇流阶段。
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(2)河川径流的表示方法
流量Q:单位时间通过河流某一断面的水量,单位为m3/s。 径流总量W:在T时段内通过河流某一断面的总水量,W=QT。
径流深 Y:Y=QT/1000F,F为流域面积,单位km2。指将径流总量平铺在全流域面 积上的水层厚度
径流系数α:某一时段内径流深与相应降雨深P的比值,α=Y/P。
径流模数:M=1000Q/F (3)水文现象的变化特点 水体类型 河川径流 湖泊 感潮河段 变化特点 河川径流的主要变化有:年际变化、年内变化、地区变化(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;有些水文现象是受随机因素的支配,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。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,构成了三种主要的研究算算途径:成因分析、数理统计与地区综合。
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 恒定流与不恒定流:当上游、下游水边界均匀(或近似为)恒定时,则呈恒定流流态;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。
均匀流与非均匀流: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。
渐变流与急变流:河道形态变化不剧烈,河道中沿程的水流要素变化缓慢,称为渐变流,反之为急变流。
①恒定均匀流
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。基本方程为:
??CRi Q???A
式中υ—断面平均流速,m/s;
C一谢才系数,常用
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R表示,n为河床糙率; n
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R—水力半径,m;(过水断面积与湿周之比即为水力半径。) i—水面坡降或底坡; Q—流量,m3/s ; A—过水断面面积,m2。 ②非恒定流
河道非恒定流常用一维圣维南方程描述。河道有侧向入流时,基本方程为:
?A?Q??q ?t?x?QQ?QQ2?zQ2?A?2?(gA?2B)??gSf?2?q(?q??) ?tA?xA?xA?xzB—河道水面宽度,m;
?A?xz—相应于某一高程z断面沿程变化;
z—河底高程,m; Sf—沿程摩阻坡度; t—时间;
q—单位河长侧向入流;
vq—侧向入流流速沿主流方向上的分量,m/s。 (2)设计年最枯时段流量 枯水流量的选择一般分为两种情况:
A.固定时段选样,每年选样的起止时间是一定的;
B.浮动时段选样,每年选样的时间是不固定的,适用于推求短时段(例如30d以下)设计枯水流量时。
(3)河流断面流速计算 工作中计算断面平均流速时会碰见三种情况:
A.实测流量资料多,绘制水位-流量,水位-面积,水位-流速关系曲线,由设计流量推求相应的断面平均流速。
B.实测流量资料较少或缺乏不能获得三条曲线时,通过水力学公式计算。 C.用公式计算(目前广泛使用的公式如下)
Q?A??有足够实测资料的计算公式:A?Bh?
F??h?B???
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????Q???经验公式:h?rQ?
1(1????)??B?Q?r??式中υ——断面平均流速;
Q——流量; A——过水断面面积; B——河宽; h——平均水深
α﹑β、γ、δ——经验参数,由实测资料确定。 (4)河流水体混合 混合是流动水体单元相互掺混的过程,包括:分子扩散;紊动扩散;剪切离散等分散过程及其联合作用。
表 水体混合过程(重点)
水体混合过程 定义 流体中由于随机分子运动引起的质点分散现象(即由于物质分子的热运动而产生的扩散) 公 式 Pxi??Dm分子扩散 ?c ?xi式中,c为浓度;Pxi为xi方向上的分子扩散通量;Dm为分子扩散系数 紊动扩散 流体中由水流的脉动引起的质点分散现象 ?c? Pxi?uxic???Dtxi?xi式中,Pxi为xi方向上的紊动扩散通量;C为脉动平均浓度;c’,u’xi为脉动浓度值及各向脉动流速值;Dt为紊动扩散系数 剪切离散 由于脉动平均流速在空间分布不均匀引起的分散现象 Px??uxc??-DL????C?? ?x式中,Px为断面离散通量; ?表示断面各点值与断面均值之差;DL为离散系数; ux断面各点流速与断面均值之差,C断面各点浓度与断面均值之差 My=0.6(1± 0.5)hu* 式中,My为横向混合系数,m2/s;h为平均水深,m;u*为摩阻流速,m/s 纵向离散系数的Fischer公式:DL=0.011u2B2/hu* 式中,u为断面平均流速;B为河宽 ??混合 泛指分子扩散、紊动扩散、剪切离散等各类分散过程及其联合产生的过程 3..湖泊、水库的环境水文特征
湖泊:内陆低洼地区畜积着停止流动或慢流动而不与海洋直接联系的天然水体称为湖泊。
水库/人工湖泊:人类为了控制洪水或调节径流,在河流上筑坝,拦蓄河水而形成的
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水体为水库,也称人工湖泊。
从深度分,湖泊和水库分为深水型和浅水型;从水面形态分可分为宽阔型和窄条型。 (1)湖泊、水库的水量平衡关系式: W入=W出十W损士△W
式中 W入——湖泊、水库的时段来水总量;
W出——湖泊、水库的时段内出水量;
W损——时段内湖泊、水库的水面蒸发与渗漏等损失总量; △W——时段内湖泊、水库蓄水量的增减值。 (2)湖泊、水库的动力特征 湖流:湖、库水在水力坡度力、密度梯度力、风力等作用下产生沿一定方向的流动。 按成因,可分为风成流、梯度流、惯性流和混合流。
湖流环状流动可分为水平环流、垂直环流和兰米尔环流(在表层形成的螺旋形流动)。 湖水混合:湖、库水混合的方式分为紊动混合(由风力和水力坡度作用产生)和对流混合(由湖水密度差异引起)。
波浪:湖泊中的波浪主要是由风引起的,又称为风浪。 波漾:湖、库中水位有节奏的升降变化,称为波漾或定振波。 (3)水温 ①是否所有的湖泊、水库都有水温分层: 容积和水深较小的湖泊,没有温度垂直分层。
容积和水深较大的湖泊或水库,水温呈垂向分层型。水温垂向分布有三个层次,上层温度较高,下层温度较低,中间称为温跃层。
②如何区分湖泊水库水温是否分层:
A.区别方法较多,比较简单的而常用的是通过湖泊、水库水替换的次数指标α和β经验性标准来判别。
α=年总入流量/湖泊、水库总容积 β=一次洪水总量/湖泊、水库总容积
当α<10,认为湖泊,水库为稳定分层型;若α〉20,认为湖泊、水库为混合型。而洪水时以β指标作为第二判别指标,当β<1/2时,洪水对湖泊水温分层几乎没有影响。若β〉1,认为在大洪水时可能是临时性混合型。
B.一种最简单的经验判别法,即以湖泊、水库的平均水深H>10m时,认为下层水常不受上层影响而保持一定的温度,此种为分层型;反之若H≤10m,则湖泊、水库可能是混合型。
注:常用水文特征值的获取方法主要有收集资料法、实测法和公式计算法。首先应向有关的水文测量和水质监测等部门收集现有资料,当资料不足时,应进行一定的水文调查和水质调查,特别需进行与水质调查同步的水文测量。一般情况,水文调查与水文测量在枯水期进行,必要时,其他时期可进行补充调查。水文测量的内容与拟采用的环境影响预测方法密切相关。
例题:
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