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【摘要】水利工程的不利环境影响之一就是在泄水时可能导致坝下总溶解气体过饱和。随着三峡工程蓄水发电及越来越多的高坝工程的投入运行，过饱和问题开始被人们愈发普遍关注。本文我们将针对水利工程总溶解气体过饱和问题展开分析及探讨。
【关键词】水利工程；泄水；总溶解气体；饱和；影响
【分类号】：TV698.1
1、泄流消能方式对TDG过饱和生成的影响
大坝消能的主要方式有挑流消能、面流消能、底流消能。其中水头比较高的70 m以上高坝应用挑流的有80%；而中、低水头工程多采用面流消和底流消能。四川大学在2006到2009年间，先后对多个大坝泄水时进行了TDG过饱和生成的原型观测，表1为大坝泄水时过饱和TDG的观测结果。
（表1）
根据原型观测结果，四川大学建立了挑流消能时水垫塘内TDG生成的数学模型：
式中，Gk为水垫塘出口下游TDG饱和度（%）；Geq为当地大气压强相应的平衡饱和度（%）；? 为水垫塘底板平均相对压强（kPa）；P0为当地大气压强（kPa）； 为修正系数；kk为水流流经二道坝时的TDG释放系数；hk为二道坝高（m）；ht为二道坝上水深（m）。
当大坝采用面流消能或底流消能时，压强修正系数Φ2和水流流经二道坝时的TDG释放系数kk的取值范围会因为压强、水深、紊动强度的改变而改变，参数的选取需要进一步的大量原型观测数据来进行研究验证。
2、泄水流量对TDG过饱和生成的影响
图1绘出了紫坪铺观测期间某时段内泄洪洞流量及彩虹桥（坝下500 m）和柏条河（约坝下9 km）TDG饱和度随时间的变化过程。可以看出，下游河道TDG饱和度变化过程随着下泄流量的变化而变化，且变化趋势一致。随着沿程水流的输移扩散作用，愈往下游，TDG变化幅度愈小。
（图1）
图2为三峡工程泄水期间TDG饱和度与泄洪流量的关系。可以看出，TDG饱和度随泄洪流量增大而增大。
（图2）
可以看出，在汛期发电流量基本不变时，TDG饱和度随泄洪流量增大而增大。结果表明，TDG饱和度与泄洪流量（或泄洪流量与发电流量的比值）在一定范围内近似线性相关。
分析TDG饱和度与泄洪流量的关系认为，泄洪流量增大时，水垫塘内紊流强度更高，导致水体内TDG承受平均压强更大，TDG浓度更高，所以水垫塘内生成的过饱和水体与发电尾水掺混后的水体中的TDG过饱和度也越高。
3、泄水建筑物布置方式对TDG过饱和生成的影响
在对采用挑流消能的大坝泄水观测中发现，尽管其消能方式相同，但是由于泄洪建筑物的布置方式的不同，TDG饱和度的差异很大。以二滩为例，通过表2的观测数据可以看出，在汛期发电流量相差不大时，当工况1采用3#、4#、5#表孔及2#泄洪洞同时泄水，泄洪流量为3622 m3/s，坝下观测到的总溶解气体饱和度最大值为127.9%；当改由2#泄洪洞泄水，泄水流量减小到约为工况1的一半时，坝下观测到的TDG饱和度仅下降了5.2%；而当工况3采用1#泄洪洞泄水时，泄水流量减小到1261 m3/s，坝下观测到的总溶解气体饱和度反而增加，最大值达到140.0%。由此说明，坝下TDG过饱和度与泄水建筑物的泄洪布置方式密切相关。
二滩观测发现，在相同泄洪和发电流量下，泄洪洞泄洪产生的TDG过饱和水平高于其它泄洪建筑物。分析认为，不同泄水建筑物泄水过程中，掺气过程及下游水体消能过程中压力、紊动等水动力学特性是影响其过饱和TDG产生水平的重要因素。具体成因有待通过深入细致的水动力学模型试验或数值模拟进行揭示。
（表2）
4、发电尾水对TDG过饱和生成的影响
为研究发电尾水生成TDG过饱和的影响，观测了大渡河上龚嘴水电站和澜沧江上漫湾水电站的发电水体在坝前和尾水洞出口的TDG饱和度，其中龚嘴水电站坝前TDG饱和度的测量点深度为发电进水口水深，漫湾水电站由于仪器功能限制，采用进水口表面TDG饱和度。
5、结束语
经过本文的研究，我们可以认为，泄洪消能方式、泄洪流量与泄水建筑物的布置方式是影响坝下过饱和TDG生成的主要因素。支流汇入、水深、紊动特性是影响过饱和TDG沿程恢复释放的重要因素。该研究结果对评价TDG对环境的影响具有重要意义，可为TDG过饱和问题的理论研究提供基础数据和参考依据。
参考文献：
[1]李然，李嘉，李克锋，邓云，冯镜洁.高坝工程总溶解气体过饱和预测研究[J].中国科学（E辑：技术科学），2009，12：2001-2006.
[2]黄奉斌，李然，邓云，曲璐.过饱和总溶解气体释放过程预测[J].水利水电科技进展，2010，02：29-31+48.
【关键词】水利工程；泄水；总溶解气体；饱和；影响
【分类号】：TV698.1
1、泄流消能方式对TDG过饱和生成的影响
大坝消能的主要方式有挑流消能、面流消能、底流消能。其中水头比较高的70 m以上高坝应用挑流的有80%；而中、低水头工程多采用面流消和底流消能。四川大学在2006到2009年间，先后对多个大坝泄水时进行了TDG过饱和生成的原型观测，表1为大坝泄水时过饱和TDG的观测结果。
（表1）
根据原型观测结果，四川大学建立了挑流消能时水垫塘内TDG生成的数学模型：
式中，Gk为水垫塘出口下游TDG饱和度（%）；Geq为当地大气压强相应的平衡饱和度（%）；? 为水垫塘底板平均相对压强（kPa）；P0为当地大气压强（kPa）； 为修正系数；kk为水流流经二道坝时的TDG释放系数；hk为二道坝高（m）；ht为二道坝上水深（m）。
当大坝采用面流消能或底流消能时，压强修正系数Φ2和水流流经二道坝时的TDG释放系数kk的取值范围会因为压强、水深、紊动强度的改变而改变，参数的选取需要进一步的大量原型观测数据来进行研究验证。
2、泄水流量对TDG过饱和生成的影响
图1绘出了紫坪铺观测期间某时段内泄洪洞流量及彩虹桥（坝下500 m）和柏条河（约坝下9 km）TDG饱和度随时间的变化过程。可以看出，下游河道TDG饱和度变化过程随着下泄流量的变化而变化，且变化趋势一致。随着沿程水流的输移扩散作用，愈往下游，TDG变化幅度愈小。
（图1）
图2为三峡工程泄水期间TDG饱和度与泄洪流量的关系。可以看出，TDG饱和度随泄洪流量增大而增大。
（图2）
可以看出，在汛期发电流量基本不变时，TDG饱和度随泄洪流量增大而增大。结果表明，TDG饱和度与泄洪流量（或泄洪流量与发电流量的比值）在一定范围内近似线性相关。
分析TDG饱和度与泄洪流量的关系认为，泄洪流量增大时，水垫塘内紊流强度更高，导致水体内TDG承受平均压强更大，TDG浓度更高，所以水垫塘内生成的过饱和水体与发电尾水掺混后的水体中的TDG过饱和度也越高。
3、泄水建筑物布置方式对TDG过饱和生成的影响
在对采用挑流消能的大坝泄水观测中发现，尽管其消能方式相同，但是由于泄洪建筑物的布置方式的不同，TDG饱和度的差异很大。以二滩为例，通过表2的观测数据可以看出，在汛期发电流量相差不大时，当工况1采用3#、4#、5#表孔及2#泄洪洞同时泄水，泄洪流量为3622 m3/s，坝下观测到的总溶解气体饱和度最大值为127.9%；当改由2#泄洪洞泄水，泄水流量减小到约为工况1的一半时，坝下观测到的TDG饱和度仅下降了5.2%；而当工况3采用1#泄洪洞泄水时，泄水流量减小到1261 m3/s，坝下观测到的总溶解气体饱和度反而增加，最大值达到140.0%。由此说明，坝下TDG过饱和度与泄水建筑物的泄洪布置方式密切相关。
二滩观测发现，在相同泄洪和发电流量下，泄洪洞泄洪产生的TDG过饱和水平高于其它泄洪建筑物。分析认为，不同泄水建筑物泄水过程中，掺气过程及下游水体消能过程中压力、紊动等水动力学特性是影响其过饱和TDG产生水平的重要因素。具体成因有待通过深入细致的水动力学模型试验或数值模拟进行揭示。
（表2）
4、发电尾水对TDG过饱和生成的影响
为研究发电尾水生成TDG过饱和的影响，观测了大渡河上龚嘴水电站和澜沧江上漫湾水电站的发电水体在坝前和尾水洞出口的TDG饱和度，其中龚嘴水电站坝前TDG饱和度的测量点深度为发电进水口水深，漫湾水电站由于仪器功能限制，采用进水口表面TDG饱和度。
5、结束语
经过本文的研究，我们可以认为，泄洪消能方式、泄洪流量与泄水建筑物的布置方式是影响坝下过饱和TDG生成的主要因素。支流汇入、水深、紊动特性是影响过饱和TDG沿程恢复释放的重要因素。该研究结果对评价TDG对环境的影响具有重要意义，可为TDG过饱和问题的理论研究提供基础数据和参考依据。
参考文献：
[1]李然，李嘉，李克锋，邓云，冯镜洁.高坝工程总溶解气体过饱和预测研究[J].中国科学（E辑：技术科学），2009，12：2001-2006.
[2]黄奉斌，李然，邓云，曲璐.过饱和总溶解气体释放过程预测[J].水利水电科技进展，2010，02：29-31+48.