水是人类赖以生存发展的重要保障。我国虽然水资源蕴藏丰富,但是在时间和空间上分布极不均匀,因此我国水利枢纽工程建设蓬勃发展。泄水建筑物的安全泄洪是保障水利枢纽工程安全的基础。溢洪道和泄洪洞是普遍应用的两种泄水建筑物,可用于泄放规划库容外多余的洪水,确保大坝安全泄洪,防止大坝发生安全隐患。本文以某实际水利枢纽工程中的泄洪建筑物为对象,研究了阶梯溢洪道和泄洪洞的水力特性以及泄洪洞的掺气减蚀效果,包括水工模型试验与数值模拟计算两种方法。通过两种研究方法探讨了阶梯溢洪道的水力特性参数分布规律,并借助于数值计算结果,定量地分析了其相对于光滑溢洪道的消能优势;通过水工模型试验对泄洪洞的水力特性参数进行分析,在不影响泄洪洞水流流态的基础上,得出了泄洪洞掺气减蚀的最佳方案。主要内容和研究成果如下:(1)总结了国内外对阶梯溢洪道泄洪消能和泄洪洞掺气减蚀的研究现状,重点对阶梯溢洪道内的流速分布、压强分布、消能率和泄洪洞掺气减蚀的影响因数进行了详细的研究与总结。(2)介绍了几种泄水建筑物的消能方,详细介绍了阶梯效能率的研究方法。对物理模型试验中的相似关系和比尺的选择及紊流数值模拟的研究方法进行了详细介绍。(3)采用ICEM CFD软件进行结构化网格划分,利用FLUENT软件对阶梯溢洪道和光滑溢洪道进行数值模拟计算。通过阶梯溢洪道的数值计算结果和阶梯溢洪道的实测的水面线、流速、压强数据进行对比,以验证数值计算的可靠性,并通过分析给出了阶梯溢洪道流速及压强的分布规律。通过计算与阶梯溢洪道相对应的光滑溢洪道的相对效能率,定量的分析出阶梯溢洪道的消能优势。(4)对水工模型试验泄洪洞原设计方案和掺气减蚀方案进行了4个方案的详细介绍。通过测量和监测各方案下的水流流态和水力特性参数,研究了原设计方案下泄洪洞的水力特性。通过对比分析泄洪洞在加入掺气减蚀设施后的水流流态、沿程水面线、压强分布、流速、掺气浓度、空腔长度、通风率度等水力特性参数,最终得出在不影响原水流流态条件下可有效减免空蚀的最优方法。通过对阶梯溢洪道泄洪消能和泄洪洞掺气减蚀特性的研究,为实际工程实施提供了设计参数和理论依据,可以被类似工程参考和借鉴。