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间建设地下水库。抽水蓄能电站地下水库由狭长密闭、纵横交贯的地下空间构成。地下抽水蓄能电站
建成运行时其地下水库的水力特性完全不同于常规抽水蓄能电站地表水库的水力特性。针对抽水蓄能
电站地下水库的结构特点与建设现状，初步凝练三大关键水力学问题，分别为：非稳态流动特性、水
气两相流相互影响规律和水力特性与库区形态响应关系。
为叙述方便，下面以地下抽水蓄能电站下水库为例进行论述。对于下水库，尾水隧洞—出（进）水
口—下水库依次连接，发电工况时为出水口，隧洞水体经出水口流出进入巷道，水位上升，称为出
流；抽水工况时为进水口，巷道内水体进入进水口，水位下降，称为进流。
４．１ 非稳态流动特性 常规抽水蓄能电站地表水库水面开阔，运行过程中水位升降平缓，流态稳定，
对于库区及进?出水口水力学特性研究，一般针对特定水位（死水位和正常蓄水位）视其为稳态流动进
行研究，包括进?出水口水头损失大小、孔口流量分配均匀程度、拦污栅断面流速分布均匀程度、进水
口吸气漩涡、连接明渠和库区流速分布及流态等。抽水蓄能电站地下水库由废弃巷道构成，库区巷道
狭长交错，虽然发电工况或抽水工况的流量恒定不变，但库区在死水位上升至正常蓄水位或正常蓄水
位下降至死水位过程中，狭长巷道水位上升或下降明显，水面波动较大，表现为典型的非稳态流动，
包括巷道涌浪传播与反射、水位上升时涌水形成明满流交替、水位下降时水体发生拉空断流、进水口
吸气漩涡和地下水库水头损失增大等。
４．１．１ 巷道涌浪传播与反射 地下水库库区巷道狭长，纵横交错。出流时，水面自死水位开始上升，
水流受巷道壁面限制无法自由扩散，出水口上方水面高于巷道水面，在巷道流动形成涌浪；水体流至
巷道尽头遇到巷道壁面时，将形成反射波，反射波又与来流相遇再次形成涌浪。同时，巷道纵横交
错，涌浪沿狭长巷道自由水面传播，并在巷道末端壁面形成多个方向的反射波后流向各连接巷道，循
环碰撞直至消散。纵横交错的巷道涌浪特征不同于开阔水域的风涌浪或滑坡涌浪。当水位接近正常蓄
水位时，如果巷道洞顶余幅过小，涌浪过大，可能发生明满流交替。进流时，水面自正常蓄水位开始
下降，水面下降过程中，狭长巷道水面形成坡降，纵横交错巷道的水面高低不等，巷道间水位差可能
导致波浪传播；当水位接近死水位时，因巷道狭长，水深逐渐减小，水体可能出现拉空断流。机组启
动和事故断电均是抽水蓄能电站常见的水力瞬变过程，其对于地下水库涌浪问题可能是最不利工况。
死水位抽水工况，机组启动后短时间内进?出水口附近水位将突然下降，容易出现拉空断流；正常蓄水
位抽水工况，机组断电将致使导叶拒动，水体由出流变为进流，进?出水口附近水位将突然壅高，容易
出现明满流交替。上述水力现象的发生，均可能影响电站运行效率和运行安全。
为研究巷道涌浪对地下水库流动稳定性的影响，Ｐｕｍｍｅｒ等 ［４３］ 分别建立了两种简单且规则的单巷
道与多巷道地下水库物理模型，模型的巷道数量、长度、断面面积、坡度及糙率均可小幅度调节。试
验过程中发现，巷道涌浪存在三种波前形态：波状涌浪（ ＵｎｄｕｌａｒＢｏｒｅ）、带二次波的波状涌浪和破碎
涌浪（ＢｒｅａｋｉｎｇＢｏｒｅ）。由于巷道涌浪流动特征尚不明晰，Ｐｕｍｍｅｒ等 ［４３］ 还建立了一个结合物理模型试
验和基于 ＯｐｅｎＦＯＡＭ三维数值模拟的混合模型，研究结果表明，巷道涌浪在巷道连接部位、轴线方向
变化处及末端壁面存在显著的变形与反射过程，主要分为三种类型：部分反射、马赫反射和全反射。
涌浪反射形成的波高被严重低估，马赫反射在地下水库内部延伸范围较广。
巷道涌浪可能对地下水库运行稳定及安全产生影响，其主要流动参数包括波高、波速、周期和衰
减系数，但目前尚未在地下水库设计阶段考虑这些因素。对于常规水电站，泄洪消能会引起尾水洞水
位的扰动，其对机组稳定运行的影响是客观存在的，设置调压室可以将尾水波动对机组的影响控制在
电站与电网的可接受范围内 ［４４］ 。巷道涌浪会引起地下水库水位波动，其流动特性与尾水波动存在相似
性，可能对机组稳定运行产生影响。一方面，需要研究涌浪传播与衰减过程，避免涌浪与地下水库调
压室水位波动频率相同而发生共振；另一方面，在确定涌浪波高与周期基础上，定量分析不同工况下
涌浪对机组出力、机组过流量、机组工作水头等的影响幅度。常规抽水蓄能电站地表水库开敞空阔，
水体在库区流动平稳，因此主要以进?出水口流速分布不均匀系数与和流量分配不均匀程度为衡量双向
水流均衡过渡的控制标准；而对于抽水蓄能电站地下水库，需要在优化进?出水口体型基础上，进一步
分析水体沿库区巷道流动时相关水力指标是否满足要求，充分考虑事故工况下的涌浪问题，提出巷道

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