南水北调工程作为一项跨流域调水的重大工程，是21世纪我们国家基础设施建设的一项重点战略工程。特别是南水北调西线工程，位于青藏高原东南部，将从长江上游干支流引水入黄河上游，其海拔高度均在3000m以上，需要建坝壅高水位，开凿隧洞引水。受地形条件限制，水流多余的能量需要在隧洞进口段内消除。输水洞作用水头高，流速急，水位变幅大，定流量，变闸门开度，使隧洞内的消能工布置十分困难，而消能效果的好坏和水流输送的稳定性，将直接影响工程的安全运行。 本文以阿安输水工程为研究对象，从满足水力学条件及经济实用两方面综合考虑，提出调整闸下射流边墙体型、闸后斜坡段以及消力池体型等多个修改方案，实现了变水头无压输水隧洞的体型优化，使其满足泄流安全、消能充分、稳定输水的多重要求。 由于变水头无压输水隧洞洞内输水及消能的特殊性，对变水头无压输水隧洞的基本水力特性、洞内消能和稳定输水问题进行了试验研究和理论分析。 针对明流洞内存在强烈的水面波动，引入简单有效的稳流消波设施-稳流板、消波栅和压波板，并通过对比性试验和波动分析，提出压波板的合理尺寸和倾角。模型试验成果表明，稳流消波设施的引入，可以有效平抑水跃段的表层回流、阵发性波动和跃后水面波动，同时大大削弱明流洞内的水面波动，达到了稳定明流洞内水流流态的效果。 本课题的试验成果可以为南水北调西线阿安输水隧洞的设计提供依据，同时也给类似的工程设计提供参考。