随着我国对水电能源的大力开发,对水电站稳定运行的要求越来越高,电站既要满足电网需求量,又要满足正常运行及对库区水位调节,同时还有可能遇到机组故障而切机。由此产生的非恒定流可能会使下游河道水位发生陡涨陡落,流速变率大现象,导致流态恶化等问题,并对河道航运条件等产生不利影响,因此,对水电站下游非恒定流进行研究是非常有必要的。本次研究以某大型水利枢纽的水电站及其下游河道为研究对象,建立了几何比尺为1:100的正态物理模型,并在此基础上搭建了非恒定流测控系统,对了3组实况方案以及12组调峰、泄洪、调峰泄洪组合工况进行了物理模型试验,并针对典型工况对非恒定流特性进行了分析和讨论。通过本次研究,主要得到以下结论:首先通过实测资料整理与实况方案分析,发现梯级电站间河道中水位受下游电站水库回水区影响明显,且已蔓延至5#测站至11#测站之间;同时水电站下游各站水位、流速均与电站下泄流量保持性良好,电站下泄流量越大,沿程各站间水位差值越大,受回水区影响越小。其次,通过对不同工况下非恒定流特性的分析,得到沿程各站水位、流速均随着电站下泄流量的变化而变化,在非恒定流演进过程中,沿程坦化现象明显。水位、流速变幅沿程逐渐降低。同时发现,除电站调节流量变幅直接影响河道中水位和流速变幅的大小外,电站最小下泄流量也决定着水位及流速变幅的大小。另外针对河道断面地形分析了断面流速的分布状态及复式断面对流速的影响。然后,通过断面流量计算,并对其在断面间的传播和变化过程进行分析,发现流量在该河道下游传播速度较快,传播速度同时也受到下泄起始流量大小和流量变幅影响;最后,通过对模型河道进行表面流场的测量与分析,发现在调峰工况下,电站泄流起始流量为1600m~3/s时,整个河道表面流速均在3m/s以下,全河段满足通航条件;电站下泄起始流量由3000m~3/s开始变化时时,部分河段满足通航条件。在电站调峰泄洪组合工况及极端泄洪工况下,表面流速大,变化快,不良流态较多,下游河道航运存在危险。