本文依托巫山庙堂水库工程,针对高水头阶梯溢洪道底流消能结构的参数优化开展试验研究。采用溢洪道局部正态模型试验与数值模拟相结合的研究手段,开展三方面研究:（1）高水头条件下阶梯溢洪道收敛流速的临界条件;（2）阶梯溢洪道衔接段变坡比阶梯结构对流态影响;（3）消力池平面扩散率对底流消能的影响。主要研究成果如下:（1）基于FLUENT流体计算软件,采用RNG k-ε湍流模型和有限体积法,采用SIMPLE方法进行速度压力耦合,构建了庙堂水库阶梯溢洪道水力特性进行了二维数值模型,与水工模型试验结果吻合良好,说明本数值模型具有可靠性。（2）通过对高水头阶梯溢洪道进行数值模拟研究,确定了阶梯消能结构的负压区范围主要集中在阶梯段的第2～8节阶梯之间,最大负压风险点位置在阶梯段的第二节台阶竖直面0.5H处。（3）通过对不同台阶布置长度的阶梯溢洪道的流速、压强、湍流耗散率对比,揭示了阶梯布置长度是影响阶梯溢洪道收敛流速的关键因素,可以通过缩短阶梯布置长度对阶梯消能结构进行优化。（4）通过不同坡比泄槽间的衔接段结构溢洪道的数值计算结果,分析不同衔接段结构阶梯溢洪道水力特性:（1）变坡比衔接段阶梯溢洪道使下游阶梯段进口速度下降30%,阶梯出口速度降低40%;（2）衔接段的负压区变大,负压幅值增大到-34kpa,增大40倍;（3）阶梯段的负压区变小,设计工况由-62.31kpa变为-14.29kpa、校核工况由81.03kpa变为-18.77kpa,减少5倍的负压。因此变坡比阶梯衔接段结构能够有效的降低流速、缩短消力池长度、降低阶梯段负压和节省工程造价。该技术可以为类似阶梯消能结构优化提供设计依据。（5）通过研究消力池平面扩散率对于消力池消能效果的影响,研究得到扩散率对于减小临底流速作用不大,当扩散率由1增大到1.24时消能率增加4%～6%,说明当扩散率小于1.24时对消力池的消能效率影响不大。