深水水库往往存在显著的水温分层现象,引起出库水温异于天然来流,尤其是春夏季节的出库低温水,给水库下游的水环境和水生态带来了不利影响。深水水库常采用分层取水来改善出库水温,其中隔水幕布是一种较为新型的分层取水方案,其分层取水效果和结构安全稳定至关重要。本文以中国三板溪水库为例,通过数值模拟实验和物理模型试验,首先进行坝前水温分层流机理和出库水温溯源分析,然后针对深水水库广泛存在的出库水温问题,提出了合理实用的隔水幕布分层取水工程布置方案,再进一步评价隔水幕布对出库水温的改善效果和库区水动力水温场的影响,最后解析了动水环境和水温分层下的幕布水动力特征及其受力机理。本文主要研究结论如下:1)开展了深水水库坝前水温分层流机理与出库水温溯源分析。研究表明出库水温受坝前垂向水温分布影响较大,与库水位和出库流量分别呈负相关和正相关。不同工况下的出库水温与410⁴30m（取水口顶上方5±10m）范围内某一高程水温相同。下泄主流带位于390⁴50m（取水口顶上方5±30m）高程范围内,对出库水温的贡献率约为82%,表层和底层的贡献率均较低。最大影响层位于取水口顶上方7.5m的422.5m水层。最后提出了出库水温快速量化公式,该公式涉及五个特征变量:最大影响层(h_main)、上特征高程(h_up)、下特征高程(h_down)、进水口满发(Q_full)和实际出库流量（q）,其中上特征高程(h_up)和下特征高程(h_down)为主流带垂向范围的三等分点。2)提出并对比了三种水库隔水幕布工程布置方案,包括悬挂式、浮式和浮挂结合式。对三种方案的结构组成、施工和变水位运行方式、优缺点和适用范围进行了对比分析,其中悬挂式隔水幕布适用于幕布受力较小情况,浮式隔水幕布适用于断面形状接近矩形或横向跨度较大的浅水水库,而浮挂结合式隔水幕布适用于幕布受力较大的大型深水水库,如三板溪水库。3)评价了隔水幕布改善出库水温效果及对库区水温的影响。底部幕布减小水库年均和春夏季出入库温差,顶部幕布则增加。随着幕布挡水比增大,底部幕布下的年均水体稳定度先增大后减小,最大值出现在62.5%挡水比,而顶部幕布下的水体稳定度单调下降。挡水比大于80%的底部幕布可降低水库出入库温差,且不提高库区水体稳定度。从适用范围来说,底部幕布适用于减小水库出入库温差,降低水库兴建对流域水温特性的不利影响,尤其是改善春夏季节的出库低温水问题,如三板溪水库和中国西南大部分深水水库;顶部幕布适用于:a)相比于出库水温,优先考虑降低库区水体稳定度;b)需降低夏季出库水温。此外,隔水幕布不能在全年持续提高或降低出库水温,其作用体现在改变出库水温年内变化的相位和幅度。4)解析了不同布置方式隔水幕布的水动力特征及受力机理。底部幕布表面最大压差点位于幕布上侧,其位置随弧长比增大而下移。均质水体中,底部幕布和顶部幕布的水动力特征十分相似,流场和表面压差呈对称分布,幕布受力规律基本一致。幕布受力服从经典的绕流运动阻力方程,挡水比或弧长比增加、倾斜比减小均可增大阻力系数,阻力系数与挡水比、弧长比、倾斜比分别呈幂、二次和线性函数关系。最后提出了不同布置方式下的幕布受力快速量化公式,并通过水槽数模实验和三板溪水库幕布受力试验进行了公式验证。5)得出了水库水温分层对隔水幕布水动力及受力特性的影响。相比于均质水体中幕布仅受动水压差作用,分层流体中的幕布受力被分解为静水压差和动水压差,其中后者比重更大。对于底部幕布,越低处幕布表面静水压差越大,动水圧差越小。随着幕布上方过流高度减小,静水压差和动水压差均显著增大,而后者增速更快。水温分层增强时,静水压差增大,动水压差减小,幕布总受力减小。相比于无分层,强分层下的幕布受力减小约37%,以无分层工况下的幕布受力作为设计依据更加安全可靠。对于顶部幕布,其静水压差指向水库上游,但由于动水压差很大,顶部幕布总受力远大于底部幕布。本文分别从实施效果和结构安全角度,系统探讨了隔水幕布分层取水方案在实际应用中的关键技术问题。所得研究成果极大丰富了水库分层流理论和分层取水工程方案,有利于改善流域水温时空分布特征,降低水库蓄水对生态环境的负面影响。