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(三)地面水環境現狀調查與評價

▲了解河流、湖泊、河口海灣和近海水體的基本環境水力學特征及相應的調查方法

1、 河流的基本環境水力學特征及相應的調查方法

(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、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;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。

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;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，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7天枯水流量變化規律，選樣時在水文年鑒中每年找出一個連續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.有足夠實測資料的計算公式

V=Q/F A=BH H=F/B

b.經驗公式：

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合作用。

A、分子擴散：流體中由于分子運動引起的質點分散現象，服從Fick定律。

B、紊動擴散：由水流的脈動引起的質點分散現象

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象。

D、然河流中常用橫向混合系數(My)和縱向離散系數(DL)來描述河流的混合特性。

E、橫向混合系數(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(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，河槽越不規則，a越大。

2、 湖泊(水庫)的基本環境水力學特征及相應的調查方法

(1)湖泊水文情勢

深水型、淺水型湖泊，溫度分層現象，異重流現象

A、湖泊蓄水量的變化

W入=W出+W損±ΔW

式中：W入-時段內湖泊來水總量，包括湖面降水量、水氣凝結量、入湖的地表與地下徑流。

W出-時段內湖泊出水總量，包括出湖的地表與地下徑流、工農業及生活用量。

W損-時段內湖泊的水面蒸發與滲漏等損失總量。

ΔW-時段內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)河流形態的基本分類：恒定均勻流(或穩定流) ;非恒定流(或非穩定流)

(2)設計時段流量(及預測時段流量)

①明確設計流量的統計時段長(如：枯水期、最枯月、連續最枯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(主要的環境水力學參數)及調查方法

①河段水文特征值(主要的環境水力學參數)：

河寬、水深、流速、流量、擴散系數、坡度和彎曲系數等。

②水文特征值的主要調查方法種類：

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(水力學公式或經驗公式)。

(4)水質的混合作用與計算方法

①水質的混合作用;

水質分布由不均勻變化為均勻的過程稱為混合，混合作用主要體現在各種形式的擴散和離散，如：分子態擴散、紊動擴散和剪切離散等。

②混合系數(擴散系數)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反映，其計算方法主要有兩種，即：

a、經驗公式計算;

b、水力學模型率定。

2、湖泊(水庫)

(1)與環境影響評價關系密切的水文現象：

①湖泊(水庫)的水面形態可分為寬闊型和狹窄型;

②湖泊(水庫)根據平均水深可分為深水型和淺水型;

③深水型湖泊(水庫)可能會出現溫度分層現象，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、擴散及衰減規律;

⑤湖泊(水庫)由于水力坡度、異質流及風力作用，會產生水體的定向流動;

⑥湖泊(水庫)的混合作用擴散和對流同時存在。

(2)湖泊(水庫)的主要環境水力學特征值及調查方法

①蓄水量

湖泊(水庫)的蓄水量可用質量守恒公式計算：

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(包括污染物質)的分布及遷移轉化規律。

③水溫

根據湖泊(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)的水溫分布狀態可采用經驗公式計算制定：

α：年入流總量/湖泊(水庫)總容積

α<10穩定分層型;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)的水溫分布狀態基本沒影響;β>1.0，穩定型湖泊(水庫)會出現水溫的臨時混合狀態。

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、年內分豐、平、枯水期確定蓄水量;

c、通過相應統計時段內的湖泊(水庫)平均水深和水面積界定計算蓄水量;

d、通過統計時段的入湖(庫)水量、出湖(庫)水量、湖(庫)損失水量(如蒸發、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

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、潮流是內外海潮波進入沿岸海域及海灣產生變形而形成的淺海水域特有的潮波運動形態。

4、河口海灣和近海水體的基本環境水力學特征及相應的調查方法

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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