我国水系发达,江河水系中蕴藏着十分丰富的水力、水运资源,建设水库工程是开发利用这些资源最普遍的一种方法。统计目前国内水库工程泄洪消能的方式,采用最多的为挑流消能形式,但挑流消能工带来的下游河床冲刷问题直接关系到大坝的安全与稳定,一直是水利学界不断探索的焦点问题。孔梁水库工程具有高水头、大单宽流量、河道地形特殊等特点,可以作为研究高坝挑流泄洪消能引起下游局部冲刷问题的工程实例。本文以重庆巫溪县孔梁水库工程为研究对象,采用水工模型试验与三维数值模拟相结合的研究手段,为高坝挑流工程泄洪消能提供可供参考的研究方法,同时运用理论分析的方法得出预测高坝挑流冲刷下砂卵石河床冲坑深度的估算公式,以期望对高坝挑流冲坑深度进行较为准确的预报。得出的主要成果有:(1)本文基于孔梁水库工程极为复杂的地形条件以及近百米上下游水位差的特殊情况,通过物理模型试验研究得到了满足消能设计要求的溢洪道设计体型。以保证上下游水工建筑物安全运行为前提,根据下游冲坑的物理试验结果来指导上游挑流鼻坎形式,得到了挑流鼻坎优化体型,有效改善了水舌射流方向,避免冲折水流、雾化现象的发生,纠正了冲坑位置向河道左岸偏转而引起边坡失稳的问题,使得冲刷最深点归于主河槽内,有效减小了冲坑范围且使得冲坑形状趋于规则,改善了特殊地形带来的不良水流流态。(2)采用RNG k-ε双方程紊流模型结合VOF捕捉自由水面的数值模拟方法,得到了孔梁水库溢洪道工程从库区到溢洪道再到下游冲坑水垫塘的全程水气二相流三维数值模型。对上游溢洪道相关物理量的验证,得到模拟结果与试验结果较为吻合的结论,说明可以用其来进行下一步的数值模拟试验研究。(3)通过数值模拟得到水垫塘流速场以及流场水气百分比、临底压力场、紊动能及紊动能耗散率分布等信息,分析冲坑内水流形成的类似螺旋流态的三元水流结构,以此来研究冲坑的进一步发展情况;通过冲坑压力场分布特征及冲击点压力峰值,说明入射水流对河床的冲击压力越大,冲刷程度就越厉害;通过分析紊动能、紊动能耗散率分布可知,在冲击点附近,二者的值均达到最大,表明这些区域是水流能量传递和耗散的主要区域。(4)分析影响高坝挑流下游局部冲刷的主要影响因素,包括单宽流量、上下游水位差以及河床组成粒径,并根据孔梁水库工程试验结果及大量原型观测数据拟合出估算冲刷坑深度的经验公式。为了验证公式的适用性,通过其他3个水电站的实测冲刷资料对该公式进行验证,结果表明,计算值与实测值吻合较好,为其他类似高坝挑流冲刷问题提供冲坑深度估算依据。