0 引言

高水头泄洪洞通常水头高、隧洞长、运行水头变幅大，其高速水流的空化空蚀问题突出，必须设置强制掺气设施，保证水流掺气，从而减少空蚀破坏[1]。张立恒等[2]通过试验指出，掺气空腔回水深度主要与空腔末端射流冲击角有关，当冲击角大于9^∘ 时，空腔开始积水。而对于低 Fr 数、缓底坡的泄洪洞，由于缓坡条件下水流入射角角度一般大于形成空腔积水的临界值，掺气空腔易积水阻塞、掺气流态差，严重影响掺气效果[3-5]。诸多学者[6-10]针对缓底坡条件下掺气坎布置型式及掺气效果开展了大量研究和评估，但不同水利工程的水流条件不同，保障缓底坡隧洞掺气设施的掺气效果稳定性仍是目前的工程难题。

新疆和田玉龙喀什水利枢纽工程中孔泄洪洞最大运行水头 80m ，下泄流量 1020m³/s ，闸门孔口流速为33m/s ，明流段流速超过 30m/s ，挑坎段最大流速近45m/s ，坝址处大气压仅为常压下的 78% 左右，高速水流的空化空蚀问题显著。原设计方案“短有压 + 缓底坡”布置存在掺气设施效果不佳及水翅冲击洞顶等问题，本研究通过改进隧洞体型布置，探索更有效的解决方案，以提高掺气设施的稳定性和泄洪安全性，为类似高水头泄洪洞设计工程提供参考。

1原方案泄洪洞体型布置

中孔泄洪洞原方案总体上采用“短有压洞 + 缓底坡长无压洞”布置形式（图1），主要由引渠段、喇叭口段、有压洞身段、有压洞出口渐变段、闸门井段、无压洞进口渐变段、无压洞身段，泄槽段、挑流鼻坎段和护坦段等组成。……