水电站建设中涉及到的水力学问题众多。本文着重研究了水电站长引水渠道水力瞬变过程中的波涌情况、水电站尾水河道疏挖以及水电站长引(尾)水压力隧洞(管道)的水力过渡过程的基本理论和计算方法,并在实际工程中推广应用。利用建立在经物理模型验证后的数值仿真计算技术,以白龙江横丹水电站和西藏雪卡水电站为实例,进行了水电站规划设计阶段遇到的明渠非恒定流运动的仿真计算研究。在水电站尾水河道疏挖研究中,给出了复杂地形条件下天然河道水面线的计算方法;对拟建中的黄河羊曲水电站尾水疏挖进行了优化研究,在考虑龙羊峡水库不同回水高程条件下,量化计算了黄河羊曲水电站尾水疏挖最优方案的运行效果。最后将水电站水力过渡过程仿真计算应用于大、中型水电站的水力过渡过程计算,并与模型试验结果对比分析。主要结论如下:(1)在长引水渠道水力瞬变过程计算研究中,通过对白龙江横丹水电站长引水渠道波涌计算表明:白龙江横丹水电站引水发电系统总体设计是合理的,建议将渠底高程降低0.5 m,既能满足正常运行时Q=161.8 m~3/s的设计流量,又可取消侧堰工程。在雪卡水电站水力瞬变过程计算研究中,对四台机工作状况下,进行了水力瞬变计算与部分规范公式的比对。按规范计算了四台机运行时前池正常蓄水位时的水面线和前池最高水位时的水面线,而水力瞬变计算给出非恒定流出现的最高水面线及最低水面线的上下包络线,更符合水流运动的特点。水力瞬变仿真计算同时可以提供渠道进口流量、侧堰溢流过程线;渠道瞬态水面线;波涌上下游传播与反射过程等,与设计规范相比可以提供更多的信息,且更合理地描述非恒定流运动。(2)完整的一维恒定非均匀流仿真计算模型,能较好地符合天然不规则地形条件下水流的运动规律,既考虑了上下游断面间的宽度、高程变化,又反映了沿程和局部的水头损失,其结果应更贴近于实际工程。采用预测—校正求解法,应用一维恒定非均匀流仿真计算模型,增加急流的均匀流水深与临界水深判断公式,可以较好地解决天然河道复式断面正坡、倒坡交替出现,突扩、突缩频繁发生的复杂地形条件下水面线计算的连续性问题。对于复杂地形糙率系数,先预设糙率系数,经采用预测—校正求解法多次反复试算,确定羊曲峡、野狐峡峡谷段的糙率系数n=0.04,中间吾托盆地段糙率系数n=0.03,此时水面线计算结果与实测水面线资料吻合良好,所确定的糙率系数也符合工程规范和技术人员的经验。由水面线计算结果看出,虽然个别断面计算与实测的最大误差达到0.54 m,但大多数断面两者的水位误差在0.4 m以内,可满足工程设计精度要求。应用一维恒定非均匀流计算模型,拟定2种不同疏挖长度的方案,重点研究河道疏挖3 472 m,疏挖比降为0.05%、0.1%、0.15%,疏挖宽度为50 m、80 m、140 m的疏挖效果。共组合了8套疏挖地形,在每套疏挖地形上,分别预报了各级流量下的水面线、特征断面的水位～流量关系。综合分析后,推荐开挖方案Ⅱ-0.05%-50,即开挖末端到达野狐峡进口,开挖比降为0.05%,开挖宽度为50 m,开挖工程量为123.19万m~3。此时推荐方案平均流量625.0 m~3/s下,厂房尾水位由开挖前的2 595.49 m降低到2 590.34 m,降低了5.15 m;随着流量的增大,电站尾水位降低的幅度越来越小,当流量超过2 500 m~3/s以后,开挖河道电站尾水位几乎不再降低。对于给定的龙羊峡坝前水位,野狐峡断面都有相应的水位~流量关系曲线。数学模型在推荐的开挖宽度为50 m、开挖比降为0.05%的河道地形上,针对每一级龙羊峡水位,以野狐峡水位~流量关系为下边界条件,计算开挖河段不同流量下的若干条水面线成果。结果表明,龙羊峡水位很低时,羊曲河道水面线较陡,几乎不受回水顶托;当龙羊峡水位较高时,河道水面线变缓,接近水平,说明此时已完全被淹没在龙羊峡库区。在龙羊峡水库不同坝前水位时,平均流量625 m~3/s羊曲水电站尾水水位降幅为0.48 m～4.47 m。河道流量愈大,水位降幅愈小,反之亦然。(3)水电站水力过渡过程用管道一维非恒定流方程及其初边条件控制,内加调压室、串联管、分岔管、机组特性等,采用特征线法求解,其计算结果与试验资料吻合良好。该模型也用于几个电站水力过渡过程仿真计算,解决了工程设计问题。水力学仿真计算的工程应用,进一步提高了数值仿真的可信度及对物理现象的认识。