高坝泄流溶解氧过饱和影响因子主成分分析

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1、万方数据第28卷第11期2010年11月水电能源科学WaterResourcesandPowerV01．28No．11Nov．2010文章编号：1000—7709(2010)11-0094—04高坝泄流溶解氧过饱和影响因子主成分分析王煜1’2戴会超2(1．三峡大学水利与环境学院。湖北宜昌443002；2．河海大学水利水电学院，江苏南京210098)摘要：针对高坝泄洪可能造成大坝下游水体溶解氧过饱和给下游水生生物带来较大影响的问题，采用主成分分析法对三峡一葛洲坝坝下近坝区溶解氧过饱和主要影响因素的权重进行了分析，得出对坝下近坝区

2、溶解氧饱和度影响最大的是泄洪方式、泄洪建筑物总泄洪量、坝上溶解氧饱和度、水电站泄流量、上下游水位。可为有效控制三峡一葛洲坝区域下游近坝区气体过饱和问题提供借鉴。关键词：大坝泄流I溶解气体饱和度；影响因子I主成分分析法中图分类号：TV65文献标志码：A大坝泄水过程中，下泄水流发生强烈紊动，形成无数水珠，使气体通过水气交界面进入水体的数量大幅提高，从而使大坝下游河道溶解气体的含量明显提高，将对下游水生生物带来不利影响[1]。因此，研究高坝泄流溶解气体饱和度及其影响因子是建立生态水利的前提之一。目前，对大坝的溶解氧过饱和的研究侧重于

3、形成机理、影响因素及数学模型方面[2]，国外主要研究低水头大坝泄水过饱和问题，国内研究主要处于过饱和机理、影响因素、经验估算模式的探索阶段，对高坝泄流造成下游近坝区溶解氧过饱和的各影响因素的权重关系尚无明确的定论。鉴此，本文利用主成分分析法分析了高坝泄流溶解氧过饱和影响因子，获得了各影响因子的权重关系，为有效控制高坝泄洪时下游河道的气体氧饱和度提供借鉴。1高坝下游气体过饱和的影响因素大坝泄流引起下游河道产生溶解氧过饱和的主要影响因素为坝前溶解氧饱和度、单宽流量、泄流方式、水垫塘下游尾水渠水深、水电站泄水量、坝下游水体的紊动强度

4、、大气压和水温[3~6]。而各因素对下游气体饱和度影响的程度，即对下游近坝区水体溶解氧过饱和的贡献率，至今尚无统一的研究结论。在这7个主要影响因素中，坝下近坝区的水体紊动强度主要取决于泄洪方式、泄洪建筑物尺寸、泄流量的大小，因此本文不再将紊动强度作为独立的影响因子列出。由于高坝泄洪时段主要发生于汛期，而某一泄水建筑物在汛期的水温和大气压变化不大，故本文不考虑水温和大气压变化对水体溶解氧的影响，基于坝前水体溶解氧饱和度、单宽流量、泄流方式、水垫塘下游尾水渠水深、水电站泄水量5个因素研究了高坝泄洪时坝下近坝区溶解氧饱和度的权重关系

5、。2主成分法分析高坝下游气体过饱和影响因子2．1主成分分析法主成分分析法的基本思路见文献E73。2．2总体变量的设定以下游近坝区溶解氧饱和度作为影响目标，以坝上溶解氧饱和度、上游来流量、泄洪孔泄洪量、泄洪方式、上游水位、下游水位为分变量，分析溶解氧过饱和的各影响因子的权重关系。以三峡一葛洲坝泄洪时近坝区域的溶解氧饱和度为例。总体目标x为三峡坝下黄陵庙江段及葛洲坝坝下庙咀江段溶解氧饱和度综合影响因子，各主要影响因子为参变量即：X=(z1，X2，⋯，z“)7式中，z。为三峡坝上溶解氧饱和度；z：为三峡上游来流量；z。为三峡底孔泄洪

6、流量；z。为三峡中孔泄收稿日期：2010—06—09，修回日期：2010-07—13基金项目：国家杰出青年基金资助项目(50925932){国家自然科学基金资助项目(50979050)作者简介：王煜(1976一)，女，博士研究生、讲师，研究方向为水力学及河流动力学，E-mail：wangyuhoney(罾163．corn通讯作者：戴会超(1965一)，男，教授、博导，研究方向为水力学及河流动力学，E-mail：daihuichao(雪263．net万方数据第28卷第11期王煜等：高坝泄流溶解氧过饱和影响因子主成分分析·95·洪

7、流量；z。为三峡表孔泄洪流量；ze为三峡泄洪孔总泄流量；z，为三蛱水电站泄流量；zs为葛洲坝二江泄水闸泄洪量；z。为葛洲坝大江泄水闸泄洪量；z。。为葛洲坝泄水闸总泄水量；z。，为葛洲坝水电站泄流量；z。：为三峡上游水位；z，a为三峡下游水位；z“为葛洲坝下游水位。其中，zt反映了坝前水体溶解氧饱和度影响因子；劫～zs、zs、z。反映了泄洪方式影响因子，通过泄洪孔数及泄洪孔调度的不同影响坝下近坝区溶解氧饱和度；Xe、z-。反映了泄洪建筑物总泄水量影响因子。在泄洪坝段尺寸不变、泄洪孔运行方式相同的情况下，总的泄洪量反映了单宽的流量

8、，泄洪量越大单宽流量越大，反之亦然；劫、鳓。反映了水电站运行对坝下溶解氧饱和度的影响；z，。、z，。反映了下游水垫塘水深对气体过饱和的影响。由于各影响因素的量纲不同，放本文采用标准化变量主成分分析法。2．3样本选取采用三峡蓄水后水库运行的31组运行工况作为分析样本，见表l。其