长期以来,船闸耗水与枢纽中电站机组发电用水一直是矛盾的双方,尤其是当船闸工作水头和尺度较大时,船闸运行耗水量亦随之大幅增加。设计省水船闸,既可达到节约用水的目的,实现水资源的高效利用,亦可满足船舶的过闸要求。此外,对于高水头船闸而言,采用省水方案可显著削减阀门工作水头,从而有效解决复杂的阀门水力学问题。目前,关于省水船闸水动力学的研究,主要针对单一的实际工程,采用物理模型试验手段进行研究,缺乏系统的研究成果。为此,本文选取尺度为190m×23m(长×宽)的船闸作为研究对象,采用一维和三维水流数值模拟方法,系统研究了20m~40m水头条件下的合理阀门启闭方式、一维和三维输水水力特性、阀门廊道后压力等,得到以下研究成果:1.在同一输水系统条件下,省水阀门采用“慢开快关”,主阀门采用“快开快关”的启闭方式时,带一级省水池船闸主阀门均不适宜提前开启,带两级省水池船闸方案,省水池阀门可采用“动水关阀+提前量”的启闭方式,以缩短船闸输水时间。2.考虑下一级省水阀门提前开启的情况下,船闸输水过程的非恒定流方程组中不应忽略闸室水面升降速度对水力特性的影响。根据银盘省水船闸物理模型实测数据,验证了基于Bernoulli方程所建立的数学模型的可靠性。3.针对该船闸尺度条件下的带一级和两级省水池方案,提出了20m、25m、30m、35m、40m各水头情况下合理的阀门启闭组合方式。同时针对带两级省水池方案,得到了省水阀门提前量、阀门开启时间及全开停留时间间的变化关系。4.针对相同船闸尺度,采用RNG k~ε紊流模型,建立了带两级省水池船闸的三维紊流数学模型。通过动网格技术模拟阀门动态启闭,VOF法预测闸室及省水池自由水面升降,计算得到了水头在23.7m条件下的各输水阀门压力特性和闸室三维细部流场特性。