南水北调工程是我国水资源调配的战略性工程,供水7年以来,有效缓解了我国北方黄淮海平原严重的水资源短缺问题[1]。随着中线工程的运行,水资源配置效果日益突出,供水量继续快速增长,优化了我国的水资源分配模式,积极支持了受水区和水源区的经济和社会发展,并有效促进了沿线地区生态环境的发展。在中线工程实际调度运行中,倒虹吸设计单元工程作为重要的组成部分,其出口处设置有节制闸,在工程运行后参与联合调度,随着调水工况及环境的日益复杂,工程运行期间出现了一些新的现象,对南水北调中线工程平稳输水存在一定的影响和隐患。例如,中线工程大流量输水期间,部分倒虹吸节制闸在闸门全开的情况下,管身内出现明满流交替,管身出口处出现了规律性的“噗、噗”异响声,并伴随着水体快速喷涌而出,形成涌浪拍打弧形闸门面板。同时,在倒虹吸出口尾墩末端,出现了呈对称分布的漩涡带,在出口闸室段形成了周期性水位波动现象。出口处水流频繁拍打闸门、涡带扰流和水位波动等现象的存在,将对工程平稳调水和结构安全产生不可预测的影响。本文针对南水北调中线工程倒虹吸输水建筑物在大流量输水期间出口所产生水位异常波动现象的问题进行分析研究,探究倒虹吸出口产生水位异常波动的机理,提出相应的工程应对措施,为中线工程的安全运行提供科学依据。具体的研究成果包括以下几部分:（1）收集查阅相关流体力学计算理论及文献,阐述输水建筑物在水位波动领域的研究现状,涉及本文主研的大型倒虹吸出口水位异常波动机理的研究价值;（2）收集南水北调中线工程中所有倒虹吸出口发生异常水位波动的水情数据,经过比对分析选取较为典型的倒虹吸进行现场实测。对现场实测数据进行整理,初步总结倒虹吸出口异常波动规律,分析波动原因;（3）根据设计图纸建立“倒虹吸-渠道”计算流体力学三维模型,采用Flow-3D流体数值仿真计算软件,选取大涡模拟（Large Eddy Simulation,简称LES）湍流模型及VOF方法,对实测流量进行模拟计算,结合现场实测数据对模型进行验证,确保Flow-3D软件对倒虹吸出口超常水位波动数值仿真模拟的准确性;（4）通过对不同输水工况下的倒虹吸出口水位的数值仿真计算,根据计算结果探究闸墩两侧边壁涡旋的产生、分布及脱落规律,探究倒虹吸出口水力特性的变化规律,剖析波动机理及产生原因,提出减小以及消除水位波动的工程措施,为中线工程的安全运行提供科学依据;（5）结合倒虹吸出口产生水位异常波动的内在机理及原因,提出减小以及消除水位波动的工程措施。通过对不同应对措施的论证对比,选取工程最优方案,为南水北调中线工程大型倒虹吸输水工程的安全运行提供理论依据。