在水利工程中,大单宽、低弗劳德数引起的振荡水跃一直是比较难解决的问题。本文针对因客观条件限制而无法通过改变消力池几何尺寸来消除大单宽、低弗劳德数引起的振荡水跃问题,尝试在扩散段末增加收缩墩,形成收缩墩-跌坎联合消能工来解决这一难题。本文采用模型试验与数值模拟的方法,研究了该联合消力池在不同下游水位下消力池内流态及水力特性的变化,分析引起振荡的原因与避免条件及其消能机理。主要结论有:(1)依据模型试验与流场模拟结果,跌坎消力池在大单宽、低弗劳德数条件下会出现振荡水跃问题,引起振荡的原因是来流与池内水体在剪切面上形成了不稳定大尺度剪切漩涡,相对于固体边壁,由于增设跌坎,池内形成水垫层,使得该不稳定漩涡更加难以抑制,从而造成了池内水流的大幅振荡;模型试验表明,跌坎消力池在不改变其整体几何尺寸,仅靠局部体型优化或增设其它辅助消能工,消力池内振荡流态很难消除。(2)跌坎消力池在池首增加收缩墩后,改变了水流入池条件,淹没射流入池后与跌坎消力池入池水流混掺后形成横向、纵向扩散和剪切,破坏了入池水流与消力池水垫层面上的不稳定大尺度漩涡,消除了池内的振荡流态。(3)当下游水位由高到低变化时,消力池内出现三种典型的稳定流态:淹没射流与过淹没底流复合流态、淹没射流与略淹没底流复合流态、自由射流流态。在下游水位为2398.54m、2394.86m、2392.54m 时,消能率分别为 55.5%、60.5%、62.0%,比相同上、下游水位下跌坎消力池的消能率明显增大,这表明收缩墩-跌坎联合消能工不但可消除大单宽、低弗劳德数下消力池内的振荡水跃,还可适应下游水位的大幅变化,可不设尾坎或设置低尾坎。(4)相对于跌坎消力池,收缩墩-跌坎消力池中前部水流紊动剧烈,能量耗散相对较大,在x=50m断面紊动能及耗散率最大值为6.75m2/s2和41.6m2/s3,远大于跌坎消力池数值;消力池内压强与流速分布三元特性明显。下游水位从高至低,消力池内前半段压强逐渐减小,后半段大小相近;入池流速相近,池首两侧回流流速则逐渐增大;消能率也逐渐增大,可见来流与消力池内水体紊动剪切、混掺更加剧烈。