环境影响评价师

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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。

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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