随着水利水电工程建设的快速发展,宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池一体化消能工逐步引起了大家的关注。它因具有消能率高、节约工程投资等特点而被广泛应用于许多高坝泄洪工程中。但随着单宽流量和水头的增加,掺气问题、空化空蚀问题以及消能率低问题日益突出,尤其下泄水流在流经阶梯溢流坝前几级阶梯面时极易发生空蚀破坏现象。目前,人们对宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池一体化消能工的研究主要都是以模型试验为主,研究对象常常都是针对阶梯溢流坝整体消能效果和掺气的研究,而对宽尾墩下阶梯溢流坝与WES曲面连接形式对宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池一体化消能工中阶梯面掺气和负压的影响规律未见过多描述。故本文基于阿海电站溢流表孔,采用物理模型试验,组合不同挑坎+不同首级台阶角度的过渡台阶,并分析其对宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池一体化消能工的溢流坝面掺气特性、坝面的水流流态、压强分布、流速分布及消能率等水力特性的影响,为阶梯溢洪道更适用于大单宽流量下及优化宽尾墩下阶梯溢流坝与WES曲面的衔接形式提供参考意见。主要研究成果如下:(1)试验研究,改变不同的水库水位和流量,对比分析宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池一体化消能工的溢流坝面掺气特性、坝面的水流流态、压强分布、流速分布及消能率等水力特性。(2)试验结果显示,没有掺气坎条件下,掺气空腔长度随着首级台阶台面角的增大而增大;空腔最大负压随着台面角的上升而减小,且随着台面角的上升,最大负压从第二级阶梯的立面转移到第一级阶梯的立面;消能率随着首级台阶台面角的增大而略有增大,首级台阶台面上挑消能效果略优于下跌或水平。(3)试验结果显示,掺气坎条件下,随着前置掺气坎角度增大,首级台面角增加不超过10°时,阶梯溢流坝面上底空腔长度和掺气浓度逐渐增大,负压减小,可有效保护阶梯,防止空蚀破坏。且流速减小,压强增大,消能率也随之略有增长,更利于对下游的保护作用。前置掺气坎为10°,首级台阶台面角为10°时最优组合方案。本文仅对掺气坎+首级台阶角度下的宽尾墩下阶梯溢流坝与WES曲面连接形式进行模型试验,针对其他连接形式如改变掺气坎高度,改变阶梯溢流坝坡度等尚需后续工作研究。