宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池联合消能形式的广泛使用,以致在高水头、大单宽流量的泄水工况下,阶梯溢流坝面的部分台阶出现负压和掺气不足等现象,最终表现为台阶面的空蚀空化等问题,不同尺寸过渡台阶与掺气坎的组合使用可增加水流掺气而有利于减弱台阶面的空蚀空化。本文依托于国家自然科学基金,采用水工模型的方法,结合阿海电站进行比尺为1:60的物理试验,研究不同尺寸过渡台阶与掺气坎的联合作用对水力特性的影响,为宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池联合消能工的发展提供一定程度的试验依据。本文主要研究结果如下:（1）14组方案对比可知,掺气空腔长度值与过渡台阶的尺寸之间成正相关,且掺气浓度值的变化规律与掺气空腔长度值一致,随过渡台阶的尺寸增大而不断升高,最大掺气空腔长度值为16.25m,最大掺气浓度值为42%,皆出现在方案Ca。故掺气坎与过渡台阶的联合使用,在阶梯面上的掺气空腔长度值与掺气浓度值越大,掺气程度更为充分,可有效地避免台阶面的空蚀破坏。即掺气特性最优的方案为掺气坎挑角为11.3°、过渡台阶为3个2m×1.5m（高×宽）的组合形式。（2）通过对14组方案进行分析可知,过渡台阶面的最大负压出现在一个立面的1号测点,且方案Ca的1号测点负压最小,其值为-0.17kpa,故增设掺气坎、增大过渡台阶的尺寸以及掺气坎的挑角,对削减过渡台阶面的负压有益。所以,过渡台阶面负压最低的方案为掺气坎挑角为11.3°、过渡台阶为3个2m×1.5m（高×宽）的组合形式。（3）对14组方案进行分析可得,最大时均压强出现在桩号0+092.00m,而方案Ca在此桩号处的时均压强值最小为417.51kpa,因此,随着过渡台阶的尺寸与掺气坎挑角的增大,可减轻反弧段以及消力池底板的时均压强值,对于反弧段以及后续各桩号处底板的安全与稳定有利。故时均压强值最小的方案为掺气坎挑角为11.3°、过渡台阶为3个2m×1.5m（高×宽）的组合形式。（4）消力池水深最大值为47.19m,消力池内临底流速为16.13m·s^-1,出现在方案Ca。因此,掺气坎角度与过渡台阶尺寸越大,消力池水深越大,临底流速越小,越有利于下泄水流在消力池内的掺混,则其消能效果相对越优。由此可知,消力池水深且最大临底流速最小的方案为掺气坎挑角为11.3°、过渡台阶为3个2m×1.5m（高×宽）的组合形式。（5）方案Ca的消能率为14组方案中最优,其值为66.71%,由此可知,增设掺气坎可提高消能效果,且掺气坎挑角与过渡台阶尺寸越大,消能率越高;因此,掺气坎挑角为11.3°、过渡台阶为3个2m×1.5m（高×宽）的组合形式为14组方案中相对最优的方案。过渡阶梯与掺气坎体型适当增大,联合消能工各方面水力特性相对更优,消能率也相对较高,对联合消能形式较为有利。故14组试验方案中,试验方案Ca为所有方案中最优,即选取掺气坎高度为1m、掺气坎挑角为11.3°以及由3个2m×1.5m（高×宽）过渡台阶组成的联合过渡形式为最佳试验方案。