淤地坝在黄土高原有着悠久的历史,其在水土流失方面具有十分重要的地位。由于大部分淤地坝为小型坝,该地区洪水一般峰高量小,过流时间短,使用次数少,且随着生态环保的观念深入人心,急需开发一种简易安全且环保的泄洪技术。本文基于坝面全断面过水、分散式消能的理念,提出基于生态袋构建过坝柔性台阶式溢洪道的淤地坝工程泄洪解决方案。本文基于RNG k-ε湍流模型、VOF自由表面捕捉技术,对传统台阶式溢洪道全断面过流进行改进,主要研究内容及成果如下:(1)分析了黄土高原中小淤地坝的几何及水文特征,并且对50%坝顶过流时的光滑溢洪道进行模拟,消能率很小造成底端流速很大,对底端造成大冲刷效果,为了实现设计方案对陕北淤地坝的全覆盖研究,确定了淤地坝的特征尺寸及特征流量的范围,建立相应的数值计算模型并进行了验证。(2)为了增强溢洪道的消能率,设计单一台阶式、前掺气台阶式、平台式和差动式四种台阶溢洪道体型方案,模拟分析了其水力特性及消能率,得出了不同体型适用的范围。(3)根据其适用性,将不同的台阶式溢洪道体型方案应用到四座典型淤地坝工程上,并进行模拟计算。最终得出,牛家沟淤地坝和前杜家沟淤地坝在差动式台阶布设体型应用下的消能效果最佳;冯家沟2#淤地坝在纯台阶式溢洪道体型应用下消能最佳;马家沟正沟淤地坝在单一台阶和差动式台阶溢洪道应用下均能够实现良好的消能,均取得了消能率达80%的良好效果。(4)对台阶水平面和竖直面的切应力研究发现,理论分析生态袋的强度能够满足台阶溢洪道的结构稳定需求,基于坝面切应力的分布特性,初步设计采用先纵后横的生态袋结构。生态袋间采用三维排水联结扣连接,使之更适用于溢洪道工程。