中文摘要：

宽尾墩、阶梯溢流坝和消力池一体化是水利工程中的一种新型溢流消能方式。项目重点研究三维全域数值模拟和三级消能机理、坝面上负压的位置和定量分析、系统的水工模型试验和原型观测资料的收集，采用理论分析与水工模型试验进行对比、数值模拟的结果与试验数据对比分析、单体与整体相比较、模型试验与原型观测数据对比分析的技术路线，总结其规律。该课题的研究对西部山区大量高水头大单宽河流具有很大的开发前景，由于宽尾墩、阶梯溢流坝和消力池一体化型式的研究还处于起步阶段，其三维数模计算还未进行，缺少系统的试验资料，其水力特性、消能机理和掺气及空化特性均需进一步探索，以便寻求减轻空蚀破坏的有效措施，保证大坝的安全运行。该研究涉及诸多学科领域，对水利水电工程学科的理论进展有十分重要的科学意义。

结论摘要：

宽尾墩、阶梯溢流坝和消力池一体化是水利工程中的一种新型溢流消能方式，兼有宽尾墩和阶梯溢流坝面的优点，但对其消能机理研究极不充分。在本课题中，如此复杂体型水工建筑物的三维数值模拟得以实现。课题组采用理论分析与水工模型试验进行对比、数值模拟结果与试验数据对比分析、单体与整体相比较的技术路线，重点研究了三级消能机理、坝面负压位置、墩体对水流特性的影响等内容，模拟了墩后水翅、气腔及阶梯面上的旋滚，重现了抛物线型水气交界面，建立了流量、宽尾墩位置、佛汝德数、堰上水头、闸室过水宽度之间的关系，导出了堰上水头、堰顶至宽尾墩出口高程差、相对跌坎高度、堰面末端坡度、阶梯坡度、气腔尺度之间的关系式。研究成果对宽尾墩布置、墩型设计、阶梯坝面尺度与坡度的选取具有重要参考价值，并已应用于索风营水电站工程。研究期间，课题组已发表和已录用的学术论文共计8篇，包括在国际权威学术期刊美国土木工程师协会（ASCE）《Journal of Hydraulic Engineer》发表2篇，超过预定计划5篇，其中SCI收录1篇，EI收录7篇。