在北方平原地区,多孔水闸经常出现与设计工况不同的部分孔小开度开启的情况,下泄水流流速较大,能量集中,出消力池后出现二次水跃,极易对闸后河渠造成冲刷破坏。选择合理的消能工形式,科学确定结构尺寸至关重要。通过数值模拟和物理模型试验对比二道坎式消力池和传统的挖深式消力池水流特性和消能效果,为改善闸后消能防冲设施损毁状况提供依据。主要研究内容和成果如下:(1)分析了多孔闸门在部分孔小开度开启时对下游造成的危害,讨论了非标准水跃的国内外研究现状及控制措施。(2)按照水闸的设计条件,计算确定了二道坎消力池的主要设计参数和尺寸,通过改变水闸开启孔数、闸孔开度以及上下游水位制定了 12种试验方案。(3)利用CFD流体力学软件建立了 RNG k-ε三维紊流数值模型,在CFD软件中对12种工况进行数值模拟运算,得到了不同工况的水流流态图。分析结果表明,当闸门开启孔数、开度以及上下游水位都相同时,工况2、4、6、8、10、12的闸后急流段长度明显小于工况1、3、5、7、9、11。利用CFD软件对模拟结果进行后处理,从回流区长度、水位、断面流速和压强四个角度分析二道坎消力池和挖深式消力池的消能效果,结果表明二道坎消力池的消能效果更佳。(4)根据几何相似、运动相似和动力相似原则以1:100比例建立水闸物理模型。对应数值模拟的工况进行物理试验,通过对比数值模拟和物理试验中的水流流态、主流中心水位、水闸泄流流量,得出二道坎消力池的消能效果更佳。