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图 ３ 地下水库通气洞布置方案

的影响程度。同时，应关注通气洞与巷道连接处气体速度与压强，该位置硐室截面突变，可能导致通
气洞内部气体流动不稳定。
在设计阶段给出合理的通气洞布置方案是一个难点，目前关于通气洞合理流速的研究多集中于地
下厂房、采矿区及住宅区等通风安全领域 ［６０］ 或高速泄洪系统的掺气减蚀问题 ［６２］ ，以上研究方向与地
下水库通风问题的关注点和流动特性均有较大不同，因此，亟需提出一个合理的通气洞风速阈值或相
关判别准则为地下抽水蓄能电站通气洞布置提供指导，保障电站机组正常运行。
４．３ 水力特性与库区形态响应关系 地下水库由巷道群构成，受矿脉位置和开挖稳定性限制，其空间
形态相对复杂。从工程投资经济性和矿区生态保护与恢复的角度考量，地下水库的基本建设原则是尽
量利用废弃矿井原有的地下空间，进行低程度的二次开挖和加固。
顾大钊 ［３７］ 构建的储水用地下水库理论框架和技术体系指出，巷道（群）建设及优化是地下水库建
设的关键技术之一，包括同层水库间巷道优化设计和上下层水库通道建设技术。地下水库库区形态涉
及空间拓扑结构、巷道连接方式、断面型式等。朱超斌等 ［６３］ 基于空间句法建立拓扑模型优化地下水库
的通达性与蓄能能力，空间拓扑结构优化的目的在于提高大尺度空间的整体连通性以基本保证库内水
流平顺，一般不单独考虑局部流态及非稳态水力特性。对于存在多个进?出水口且巷道群分布范围广的
地下水库，主巷道通过若干连接巷道相连，连接巷道可以有效控制巷道涌浪。但是，连接巷道导致库
区出现许多双通型及三通型岔口，岔口处水流混乱，可能出现环流甚至漩涡，影响发电水头 ［５７］ ，多岔
口的相互影响也有待深入研究。地下水库巷道断面型式不同，局部水力特性差异较大，未完全充满水
体的巷道内部会形成二次流 ［６４］ ，影响水体流动稳定性；断面型式既影响巷道输水能力 ［６５］ ，也影响相邻
巷道间的水位差。Ｖａｓｉｌｅｉｏｓ等 ［６６］ 通过改变巷道糙率和横截面积，证明巷道横截面积与水位差之间有密切
关系，且当横截面积大于某一临界值后，相邻巷道水位差与横截面积无关。现有研究主要从地质结构或
社会经济方面优化地下水库空间，缺乏反映库内水气流动特征的指标，无法对充水后地下水库实际运行
过程进行综合评估。后续研究可在现有基础上，将巷道涌浪高度、吸气漩涡临界淹没水深和通气洞风速
等为约束条件纳入库区形态优化体系中，全面分析库区形态的不确定性对水力特性的影响。
地下水库复杂空间结构特征制约巷道水体流动，而水循环过程又影响围岩与支护结构的稳定性及
水沙运动过程 ［４３，６７］ ，库内水力特性与库区形态密切相关。库区形态应当在废弃矿井已有空间上进行优
化，需研究库区原有形状、改进形状与理想对称形状下水力特性的变化规律，建立水力特性与库区形
态响应关系，形成地下水库空间结构优化方法。

５ 结论

目前，抽水蓄能电站地下水库的设计与建造在我国乃至全世界范围仍处在摸索阶段，相关理论与
技术尚未成熟，本文从抽水蓄能电站地下水库的模式及特点出发，总结了地下水库建设进展，提出了
地下水库运行过程中的关键水力学问题，得到以下结论：
（ １）利用废弃矿井建设抽水蓄能电站地下水库，有利于废弃矿井生态修复，具有广阔的前景，但
由于地下空间结构复杂，库区水动力特性有待深入研究。

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