(1.天津大学 水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津 300072；2.华能澜沧江水电股份有限公司，昆明 650214)

1 研究背景

我国水能资源丰富，理论蕴藏量6.94亿kW，技术可开发量5.42亿kW。其中西部高海拔地区理论蕴藏量2.055亿kW，位居全国第一，技术可开发量1.16亿kW，是未来水电开发的重点。但西部高海拔地区具有气压低、氧气稀薄的特点，平均海拔超过4 000 m，平均气压在65.25 kPa以下，不足海平面的2/3，空气密度0.57～0.89 kg/m3，含氧量只有平原地区的40%～50%。高坝泄洪的高速水流涉及水气两相流复杂机理，会受到环境气压的影响。

国外水电工程海拔普遍较低，除空泡动力学机理性研究外，几乎没有高海拔水电工程水力学特性的研究成果。国内已建工程海拔大多在2 000 m以下，少量高海拔地区的水电工程在设计时对环境气压的考虑简单粗糙。Plesset[1]在考虑了空泡表面张力的情形下，用 Rayleigh方法计算了外压变化时蒸汽泡直径的变化。吴建华[2]分析水中的空气含量随周围压力和温度的变化，当压力降低时，空气含量将减少，如果原型和模型含气量不同，扩散空化将不同，所得的初生空化数也将不同。朱宗铭等[3]通过研究发现环境压力越小，水轮机冲蚀和空蚀交互磨损程度越严重。因此，环境气压对高速水流的流态空化等特性具有一定程度的影响[4-8]。杨吉健等[9]指出处于高海拔地区的工程必须考虑空蚀破坏的可能性。夏叶青等[10]在设计西藏拉洛水利枢纽多功能泄洪隧洞时，将洞身设计为有压隧洞并采用圆形断面，确保考虑高原地区低压的影响后洞身压力仍满足要求。……