随着我国社会主义现代化建设进入新时代,加速重点水利工程建设,充分发挥水利建设经济支撑功能和生态环境效应依然十分重要。在水利水电工程建设中,高水头泄水建筑物的体型优化、泄流能力、掺气减蚀等问题依然十分突出,因此,对高水头泄水建筑物体型和水力特性的研究依然十分必要。本论文以纳雍县坪山水库泄洪洞为研究目标,通过建立泄洪洞的水工模型及放水观测试验,对原设计方案进口边墩体型进行了修改完善,并提出了基本方案。在此基础上,结合FLUENT计算软件,对泄洪洞基本方案的泄流能力、体型优化、掺气减蚀等问题进行了深入的试验研究和数值模拟分析,主要研究内容及成果如下:(1)观测了原方案不同频率洪水及弧门开度时泄洪洞各部位流态、沿程水面线及流速分布;发现了进口边墩两侧绕流明显,溢流堰面水流不稳等问题。通过对边墩上延和体型进行修改,使泄洪洞进口和溢流堰面上流态得到了较大改善。(2)通过对基本方案泄槽段断面掺气水深、流速、及空化数进行分析发现,泄洪洞0+454m断面的平均流速为28m/s,已属于高速水流,其水流空化数为0.30左右,说明陡槽下段需要增设掺气设施。经过不同掺气槽坎组合方案的比选,确定了掺气设施的合理位置和体型。经放水试验观测,增加掺气设施后,下泄水流平稳顺畅,并形成稳定的掺气空腔,掺气减蚀效果良好。(3)根据泄洪洞消能区地形和基本方案放水试验结果,将原设计方案出口消能工由底弧挑流鼻坎调整为窄缝挑流鼻坎。放水试验表明,采用推荐的单侧贴角导向窄缝挑流鼻坎,可使水舌纵向充分拉开,落点集中于河槽中心,避免了水舌砸岸现象。(4)通过对泄洪洞三维数值模拟,得到了泄洪洞泄流能力、流态、沿程水面线、压力分布及流速分布等水力特性。经与模型试验的实测值对比分析发现,泄洪洞溢流堰面流态和压力分布、沿程水面线、压力分布及典型断面流速分布均符合良好,说明本次采用的数值模拟方法是合理可行的。(5)根据模型试验和数值模拟结果,分析验证了泄洪洞泄流能力满足设计要求,给出了溢流堰面及泄洪洞不同部位的合理体型及布置形式。