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水 利 学 报

２０２５年 ６月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５６卷 第 ６期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２５）０６ － ０７８０ － １１

接复杂布置形式隧洞的抽水蓄能电站侧式进?出水口优化研究

高学平，罗 畅，朱洪涛，刘殷竹
（天津大学 水利工程智能建设与运维全国重点实验室，天津 ３０００７２）

摘要：抽水蓄能电站进?出水口有时难以避免与复杂布置形式隧洞相接，当两者距离较近时，出流工况进?出水口
存在严重的偏流现象，会导致拦污栅断面流速不均匀、各孔口流量分配不均匀等问题。然而，实际工程中受地形
地质条件等限制，复杂布置形式隧洞可调整的范围非常有限，给进?出水口水力设计优化带来了很大困难。为解
决进?出水口接复杂布置形式隧洞时所出现水力学问题，本文采用数值模拟的方法，研究了接复杂布置形式隧洞
进?出水口的水力特性，并提出了相应的优化方法。结果表明：当进?出水口接复杂布置形式隧洞时，出流工况孔
口流量比均超出 ０．９～１．１的范围，拦污栅断面流速不均匀系数大于 ２。在不改变隧洞布置形式的条件下，提出了
优化方法，即通过减小中墙后退距离改善孔口流量分配，通过调整扩散段底部坡度改善拦污栅断面流速分布。进
一步分析了复杂布置形式隧洞的影响范围，明确了复杂布置形式隧洞距离进?出水口小于 ２０Ｄ时，应考虑其对进?
出水口水力特性的影响。研究成果可为抽水蓄能电站进?出水口的设计和优化提供指导。
关键词：抽水蓄能电站；侧式进?出水口；复杂布置形式隧洞；拦污栅断面流速；流量分配；数值模拟
中图分类号：ＴＶ６７１ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２４０３１０
文献标识码：Ａ

１ 研究背景

抽水蓄能电站设计规范 ［１ － ２］ 指出，进?出水口水力设计应减少输水隧洞对进?出水口出流带来的不利影
响，靠近进?出水口的输水隧洞宜避免转弯，或将转弯布置在离进?出水口较远处。但实际工程中，为保
证输水隧洞能在各种地形、地质条件下都能平顺地接进?出水口，其通常布置为具有坡度或平面转弯或立
面转弯的单一形式，有时是三者兼具的复杂布置形式隧洞。接复杂布置形式隧洞的进?出水口，出流工况
水流在垂向和水平方向均发生偏转，极易导致孔口流量分配不均、拦污栅断面流速分布不均等问题。随
着我国抽水蓄能电站建设速度的不断加快，地理位置优越的选址逐渐减少 ［３］ ，进?出水口接复杂布置形式
隧洞的情况将不断增加，给进?出水口体型的设计和优化带来巨大的挑战。本文以一接复杂布置形式隧洞
的抽水蓄能电站进?出水口为对象，展开进?出水口水力特性及其优化方法的研究。
目前，针对输水隧洞对进?出水口水力特性影响的研究，主要关注坡度隧洞、立面转弯隧洞、平面转
弯隧洞等单一形式隧洞，并通过调整隧洞坡度、转弯隧洞体型参数（如转弯半径、转弯角度等）、转弯后
直隧洞长度等来改善进?出水口的水力特性。斜直隧洞、立面转弯隧洞影响进?出水口出流时的拦污栅断
面流速分布。对于斜直隧洞，其坡度通常在 ２％～１０％之间，隧洞坡度过大容易导致主流偏向进?出水口顶
板侧，并在近底板附近产生反向流速。高学平等 ［４］ 研究了输水隧洞坡度对进?出水口水力特性的影响，研
究结果表明，当输水隧洞坡度等于扩散段垂向扩散角时，进?出水口内部流态较好，反向流速区的沿程范
围、拦污栅断面流速不均匀系数及水头损失系数均最小。对于立面转弯隧洞，当弯道距离进?出水口较近

收稿日期：２０２４ － ０５ － ２３；网络首发日期：２０２５ － ０１ － ０６
网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｌｉｎｋ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｕｒｌｉｄ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２５０１０３．１４０３．００２
基金项目：国家自然科学基金项目（５２１７９０７７）
作者简介：高学平（ １９６２ － ），教授，主要从事水力学研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｘｐｇａｏ＠ｔｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
通信作者：朱洪涛（１９９５ － ），助理研究员，主要从事工程水力学研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｈｔｚｈｕｓｌｘ＠ｔｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
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