在无压引水式水电站上，一般都需要在前池中设置进水口，以达到控制水流和改善进入压力水管时的水流流态的目的。进水口的型式基本上可以分为两类：一类是设有闸门及启闭设置的喇叭口式进水口；一类是不设闸门的虹吸式进水口。前一类进水口的设计，有大量的资料可供参考；后一类进水口的适用范围有一定局限性，故采用不很普遍，因而积累的设计经验不多。
　　水电站采用虹吸式进水口，有如下优点：①能迅速切断水流，有利于机组的调节保证；②可省掉所有的闸门及其启闭设备，使施工简化，操作方便；③结构简单，运行可靠。但也存在如下缺点：①整个流道为曲线型，运行中必须保证不漏气，因此施工工艺和质量要求较高；②不能在上游水位变幅较大的情况下使用；③需要配备抽气设备和真空破坏设备。由于这些缺点的存在，特别是最后一点，往往成为虹吸式进水口被否定的主要因素。近年来，由于射流泵应用于虹吸式进水口的抽气设备，十分经济合理，所以目前虹吸式进水口在无压引水式中小型水电站中得到应用和推广。本文就虹吸式进水口的设计作些探讨。
1　虹吸式进水口的一般形式
　　虹吸式进水口的水流，是由前池底部通过拦污栅进入虹吸式流道，越过驼峰后经过渐变段进入压力水管，其一般形式如图1所示。虹吸式进水口之所以形成这种反弯曲线形状，是由于它的进口断面必须置于上游最低水位以下一定深度，以保证在运行时不因产生旋涡而吸进空气；而它的驼峰部必须置于上游最高水位以上，以保证在停机时，水流不致翻越驼峰进入压力水管。另外，它的断面形状也是变化的。例如，它的进口断面因为要布置拦污栅，为了满足过栅流速和清污的要求，一般均作成面积较大的矩形断面。它的驼峰部分，在运行时，要处于负压状态下工作，为了减轻汽蚀现象，驼峰顶板希望尽量压低，但流速不能过大。因此，这部分的断面形状通常采用扁方形。另外，同进水口相连的压力水管，一般都是圆形，由扁方形过渡到圆形断面，必须设置渐变段，才能满足水力学方面的要求，所以，在平面上也具有逐步变化的形状。为此，要确定虹吸式进水口的复杂形状，应首先对有关的主要参数进行选择。

2　虹吸式进水口主要参数选择
　　进水口主要参数包括：进口断面的高度H及宽度B，驼峰顶点断面的高度h及宽度b，驼峰顶点的最大高度（p＋h）及与进口断面的水平距离L等。现分述如下：　
2．1　进口断面高度H及宽度B；进水口面积F根据最大引用流量Q和允许流速V确定。流速V一般控制在0．8m／s～1．0m／s范围内，最大不应超过1．2m／s。由于进口断面顶部须置于上游最低水位以下h₀深度处，为了减少前池底部的开挖量，矩形进口断面的高度H不宜太大，但对于拦污栅的布置及清污来说，断面的宽度B也不宜太大，为此，断面型式以采用方形或接近方形较好。在确定断面宽度B时，还应考虑同驼峰断面宽度b的连接形式。一般情况下，使B＝b，或者使B按直线变至b而不要采用曲线变化形式，以简化施工。　
2．2　驼峰断面的高度h及宽度b；驼峰断面的面积f可根据最大引用流量Q及通过驼峰的最优流速V₀确定，即f＝Q／V₀。钢筋混凝土最优流速在2．0m／s～2．5m／s之间，可根据下列经验公式估算：

　　式中，R为驼峰断面的水力半径。以m计；V₀为通过驼峰断面的平均流速，以m／s计。
　　对矩形断面来说，水力半径R＝bh／2（b＋h），式（1）中的V₀和断面尺寸b、h是相互关连的，用试算确定。为了减轻驼峰部分的汽蚀现象，高度h应尽量压低，而为了水头损失不大，宽高比不宜过大，一般b／h＝2～3时，运行条件及经济指标较好。在驼峰断面的平均流速V₀及面积f确定后，可以在此范围内选择b和h的具体数值。另外，b、h之值与驼峰至压力水管之间的渐变段长度有关，一般可用下列公式校核：
　　

    式中，D为压力水管直径，以m计。　
2．3　驼峰顶点的最大高度；最大高度是指进口断面底部至驼峰断面顶板之间的高差。它是进口断面高度H，淹没深度h_c，上游最大水位变幅Z，驼峰底部超高ΔZ，驼峰断面高度h的总和（见图1）。由图1可知，驼峰面点的最大负压P_max是水位变幅Z，驼峰断面高度h与底部超高ΔZ之和。即：
　　

　　为了减少汽蚀，一般P_max不宜超过5m水柱。驼峰底板超高ΔZ为0．15m～0．2m，即Z＋h≤4．85m。换言之，就是上游水位最大变幅与驼峰断面高度之和不宜超过4．85m。虹吸式进水口的适用范围受到限制，其原因就在于此。　
2．4　驼峰顶点至进口断面的水平距离L；由图1可见，整个进口是一个均匀收缩的空间弯曲流道，由顶点至进口的水平距离即为此流道在水平面上的投影长度。在确定此长度时，应考虑空间流道上任一法向截面两端的收缩角不大于10°；其次应保证水流进入拦污栅以后，不致造成急剧的转弯。考虑前者的要求，水平距离按下式选取：
　　

　　式中，L为驼峰顶点至进口断面的水平距离；H为进口断面高度；h为驼峰断面高度。
    考虑后者的要求，则水平距离取为：
　　           L≥P         （4^′）

　　式中，P为驼峰底板至进口底板之间的高差。在选择时，应以两者之中的较大值作为设计依据。
3　流道型式的确定
　　目前在设计流道时有两种方法：①在进口部分，分别根据水力学的要求，先取适当的半径和中心夹角作两组反向同心圆，然后以公切线将两个反向圆弧连接而构成一个反弯渐变流道。用这种方法定出的流道，其边界不是一条连续曲线，在局部地方会引起汽蚀和增加水头损失。②解析法，对于流道断面为矩形的流道，可用有参数H、h、P、L的下列指数方程：

式中，Y₁为任意断面上部边界的纵坐标；
　　Y₂为任意断面下部边界的纵坐标；
    t＝x／L；

    K=5（1-H/2L-hP/L²）

    以上各代表符号可参见图2。

　　由上面指数方程确定的流道边界，将是一条连续的光滑曲线，所构成的流道能满足空间反弯、均匀收缩、进口部分曲率大、驼峰部分曲率小的要求。该曲线对称于y轴，在顶部能获得较小的驼峰容积，有利于抽气设备的选择。其不足之处，是进口断面处的斜率不为零，即曲线不能与水平面相切，但相差甚微，设计时可适当调整。
4　进水口淹没深度的确定
　　虹吸式进水口是依靠驼峰部分的负压所形成的吸力工作，在运行时，必须保证进口不产生立轴旋涡，以免吸入空气破坏负压。这样，要求进口断面顶部置于一定的淹没深度以下。

　　关于进水口淹没深度的问题，有几种不同的意见：①进水口处旋涡的产生与进水口内压力水管中流速水头有关，因而最小淹没深度是流速水头的函数；②进水口处旋涡的产生与进口断面中的流速有关，因而最小淹没深度是进口断面流速的函数。实际上，进口处旋涡的形成还受前池边界条件、拦污栅结构型式等的影响，故情况较复杂。通常按经验公式确定最小淹没深度，目前用得较多的有：　　

式中，h_C为最小淹没深度；
      V为进口断面流速；
　　  F为进口断面面积。
5　渐变段长度的确定
　　在虹吸式进水口中，从驼峰断面至压力管道，是由扁方形变至圆形，中间要设渐变段，以便水流顺畅地通过。而驼峰断面的高度往往小于压力水管的直径，而其宽度又往往大于压力水管直径。在这种既有扩散又有收缩的渐变段中，其渐变所需的长度是其中平均流速和水流质点最大偏移值的函数。即：
　　

式中，L₁为渐变段长度；
      V₁为渐变段进口至出口的平均流速；

      Δm为水流质点最大偏移值。

    在由矩形变到圆形的情况下，Δm＝（D－h）／2或Δm＝（√b₁²＋h₁²－D）／2，计算时取两者中的大值。其中b₁、h₁为起始断面的宽度和高度；D为压力水管直径。
　　以上所探讨的几个问题，已用于米易县毛坪电站虹吸式进水口设计。通过几年运行，总体效果好。但毛坪电站前池容量小，前池水位变幅大，有时给运行带来不便，通过工程处理后，运行良好。