导截流是一项非常复杂的系统工程,其成败直接影响着水利枢纽工程的施工安全、施工工期和工程造价。因此,对导截流工程的研究一直是水利枢纽建设中十分重要的课题。分期导截流工程中,后期导流需要通过前期已建成坝体泄流建筑物进行泄流。泄流建筑物内水流流态可能为明渠流、有压流或明满流过渡,使得二维模型无法对分期导流工程进行计算模拟。三维模型虽然能够重现分期导截流工程中导流河道及泄流建筑物内流场,但泄流建筑物尺度通常较河道要小得多,这限制了模型的网格尺寸和时间步长,增加了时间消耗,使其计算耗时过长,不适合实际工程应用。施工截流龙口合龙过程中,随着戗堤的不断推进,水流边界条件剧烈变化使龙口处水力条件复杂,对施工截流过程的非恒定流数值模拟难度较大。现有数值模型无法对分期导截流工程导流流场及非恒定流的动态截流过程进行模拟分析。为了解决这一问题,本文基于耦合算法和动态边界条件,建立了能够对分期导截流工程截流戗堤实时动态推进过程进行计算的一、三维耦合分期导截流数值模型。模型中,通过求解三维RANS方程及标准k-ε模型模拟河道水流,同时求解一维过渡流方程模拟泄流建筑物内水流过流,从而减少网格数量,降低计算耗时,通过一定的耦合方法将一维模型与三维模型耦合求解。模型中通过动态插值算法在动态边界区进行实时插值计算,实现了截流戗堤动态推进的非恒定流模拟。将模型计算水位、流速及流量值与试验数据、解析解及MIKE和Fluent计算结果进行对比,验证了模型计算精度。分期导截流工程中的另一个重要问题是,进行后期导流时通常已建成部分坝体泄流建筑物,并通过坝体泄流建筑物宣泄部分或全部流量。泄流建筑物内水流流速较快,能量较高,自由表面变形较大,且存在自由表面破碎,需采取适当方法对下游消能措施进行必要研究,防止下泄水流对建筑物产生空蚀、振动及冲刷破坏。然而,泄水建筑物内流场复杂性较大,使得基于网格的欧拉方法需要复杂的自由表面捕捉方法来获得水流自由表面,有时还需要在渠道底部或消能区附近加密网格以提高计算结果准确性,造成模型求解困难,且效率较低。因此,本文在DualSPHysics开源代码中引入出入流边界条件,建立GPU加速的三维SPH泄流消能模型,实现了水利枢纽二期导截流工程泄流消能过程的恒定及非恒定流数值模拟研究。由于SPH方法的拉格朗日特性,该模型无需特殊处理既能够自动捕捉自由表面,从而方便地模拟水跃运动中的表面旋滚、自由表面破碎及水流掺气现象。明渠流、局部溃口溃坝及明渠水跃算例数值计算水位和流速值与解析解和试验数据吻合良好,验证了该模型出入流处理及复杂三维水流运动的求解能力。通过GPU加速度测试,模型GPU相对于并行CPU最大加速度可达12（约等于理论最大加速度）。利用一、三维耦合分期导截流模型对大藤峡水利枢纽一、二期施工导流工程泄流能力与二期截流方案进行研究对比。通过分析一期导流流场和测点流速、水位值,一期导流围堰修建后,上游来流绕过围堰从右岸束窄河床导入下游,围堰的修建造成上游水位的升高和下游水位的降低,右岸束窄河床内水流流速增大,使流场更加复杂,对围堰的冲击破坏作用增加。对于大藤峡水利枢纽二期截流工程,计算结果表明:戗堤轴线与水流方向成一定钝角时垂,龙口过流量更小、低孔分流比更大,龙口最大流速更低,故戗堤轴线应设计为与水流方向成一定角度;综合考虑戗堤龙口流速、上游水位高程及戗堤安全,截流时段应选在1 1月以后,流量小于2380 m3/s后进行截流,此时最终落差2.5m,龙口宽度在30-40m左右时龙口流速最大,约为6.6m/s。大藤峡二期导流工程宣泄水流能力较好,能够宣泄48h洪水,满足施工导流要求。本文基于一、三维耦合分期导截流模型的导流流场和截流方案对比研究,能够为类似实际水利枢纽分期导截流工程的合理设计以及确保施工安全提供理论依据和技术指导。采用GPU加速的SPH模型对大藤峡水利枢纽二期导截流工程已建坝体泄水建筑物下游消力池中消力坎对消能效果的影响进行研究分析,实现了 SPH模型在处理大尺度实际水利枢纽工程泄流消能问题中的应用,为类似水利枢纽工程泄流消能研究提供了新的解决思路。通过比较消力池内含消力坎和不含消力坎方案的速度场、跃趾位置和消能率,消力坎能够显著缩短消力池中高速水流区长度,提高消能效率。然后,将有限体积分期导截流模型与SPH泄流消能模型进行外部耦合,利用大范围有限体积模型获得局部SPH模型上下游耦合边界处的平均水位及流速值,作为SPH泄流消能模型的出入流边界条件,对大藤峡水利枢纽二期截流工程已建坝体泄流建筑物下游消力池内水流运动进行了恒定流模拟研究。有限体积与SPH耦合模型能够方便地对水利枢纽分期导截流工程进行大范围模拟计算,且在存在复杂的大变形水流运动部位能够进行三维无网格模拟,有利于对复杂水流运动的三维细节进行合理模拟分析。