近年以来,我国城市及乡镇频繁出现特大暴雨天气,导致城镇内河水位极速上涨,造成内涝现象的发生,这就对城市和乡镇的防洪排涝能力提出了严峻的挑战。传统泵站的不对称分布导致在相同土建面积下,过流截面积小,降低了土地使用效率,一体化泵闸应运而生并形成了一定规模的产业体系和用户需求,但是仍然存在使用效率不高,内部流态不明确,设计理论缺失等问题,限制了一体化泵闸技术的进一步发展,因此有必要进一步开展相关研究。本文以某工程对一体化泵闸建设需求,首先通过三维软件对一体化泵闸的闸门、开敞式进出水流道、泵装置叶轮进行建模,使用ANSYS Mesh模块进行网格划分,通过网格无关性分析,最终选取316万网格数量进行数值模拟,本文采用SST k-ω湍流模型对一体化泵闸及开敞式进、出水流道进行数值计算。搭建相应物理模型试验平台,通过数值光固化3D打印对闸门模型和叶轮模型进行制作,并设计搭建了一套一体化泵闸试验台。通过高速摄像机对开敞式进、出水流道流动特性进行拍摄,与数值模拟结果进行对比。研究一体化泵闸的能量特性,数值模拟结果表明:（1）设计流量工况下,泵装置扬程为2.7310m,效率为59.99%。结合轴向流速分布云图、压力分布云图和流线图能够看出:开敞式进水流道内流线均匀收缩,坡降较为合理;开敞式出水流道内,导叶出口处附近存在较大回流旋涡,对出水流态产生一定的影响。在此基础上,对一体化泵闸提出优化方案:移动一体化泵闸安装位置、改变泵装置结构进行优化选型,数值模拟结果表明:（2）改变一体化泵闸安装位置时,其效率和扬程均在小范围内变化,其中,方案4,即一体化泵闸与进水流道坡底处的间距为8D时,一体化泵闸泵装置的扬程达到2.7606m,效率提高至60.49%,与原始位置相比,扬程提升0.0296m,效率提升0.5%。（3）改变一体化泵闸结构后,泵装置的能量性能有较大幅度的提升,当仅在泵一侧进行一处优化时:方案4即在泵装置后部加装直导管提升幅度最小,扬程为2.9110m,效率为63.41%,但相比于原始方案,泵装置扬程提升0.180m,效率提升3.4%;方案1即在泵前加装喇叭口提升幅度最大,扬程为2.9921m,效率为64.66%,相比于原始方案,泵装置扬程提升0.261m,效率提升4.7%。当在泵装置前后侧都进行优化时:方案6,即泵装置前后部同时加装直导管对泵性能提升最小,扬程为3.0813m,效率为66.12%,但相比于原始方案,泵装置扬程提升0.350m,效率提升6.1%;方案5,即在泵装置前后部同时加装喇叭口方案对泵性能提升最大,扬程为3.1283m,效率为67.63%,相比于原始方案,泵装置扬程提升0.397m,效率提升7.6%。（4）结合轴向流速分布云图、压力分布云图和流线图可以得出,在泵装置前部加装的导流结构能够提升水泵的进水条件,从而提升泵装置扬程和效率;在泵装置后部加装导流结构后,能够改善或减小不良流态,从而改善出水流道内的流态,提升出水流道内的水力性能。其中:方案5,即同时在泵装置前后加装喇叭口对整体性能提升最明显,不仅能够为水泵提供良好的进水条件,还能够使得泵出口处原本平行于水流方向的巨大旋涡被打散为两个小型的旋涡,使得出水流线在距离导叶出口处3D之后便开始恢复平行,明显改善出水流道内的流态。