相较于光滑溢洪道,台阶式溢洪道便于机械化施工、消能率高、掺气效果显著,近30多年来,在国内外水利水电工程中得到了广泛的应用。台阶式溢洪道上的水流为复杂的水气两相流,目前大多学者采用直接的方法开展其水力参数的研究,并借鉴光滑溢洪道水力计算理论研究台阶式溢洪道的水面线计算问题,但所得水力参数规律复杂且尚未得到成熟可靠的水面线计算方法。为了总结相对简单的规律并提出相对可靠的水面线计算方法,本文通过将台阶式溢洪道与相对应的光滑溢洪道同一断面处的水力参数进行对比,引入系列相对水力参数开展系统的研究,以期揭示台阶式溢洪道滑行流相对水力参数变化规律并提出水面线计算新方法,为台阶式溢洪道设计提供理论参考和技术支持。本文采用物理模型试验的方法,对台阶式溢洪道的消能率、相对水力参数变化规律、无因次相对水力参数变化规律及其在水面线计算中的应用进行了系统、深入的研究。论文的主要创新点在于通过引入相对水力参数,将水力参数沿程复杂的曲线变化规律转变成了相对水力参数沿程较好的线性相关关系,并在因次分析的基础上结合定量研究给出了无因次相对水力参数及水面线计算的经验公式,为台阶式溢洪道滑行流非均匀流段复杂水力参数及水面线计算提供了新思路。主要结论如下:（1）揭示了台阶式溢洪道滑行流总消能率及相对消能率规律。总消能率在整个流程内沿程呈线性相关关系,决定系数平均值为0.9975,而相对消能率在非均匀流段内沿程呈线性相关关系,决定系数平均值为0.9968,在准均匀流段内沿程呈曲线递增趋势且递增梯度逐渐减小。非均匀流段内的相同流程长度处,总消能率及相对消能率与单宽流量呈负相关关系,与台阶高度及坡度呈正相关关系;非均匀流段内的相同位置处,相对消能率与坡度呈正相关关系,而总消能率受坡度的影响则十分有限。（2）揭示了台阶式溢洪道滑行流非均匀流段相对水力参数变化规律。非均匀流段内,水深、流速、弗劳德数及断面比能沿程均呈复杂的曲线关系,且各因素对其的影响亦较为复杂。引入相对水力参数后,采用相对、间接的方法所得到的相对水力参数规律明显优于采用直接的研究方法所得到的水力参数规律。非均匀流段内,相对流速、相对弗劳德数及相对断面比能沿程均呈线性相关关系,决定系数平均值分别为0.9945、0.9957和0.9973,且均与单宽流量呈负相关关系,与台阶高度及坡度呈正相关关系。（3）揭示了台阶式溢洪道滑行流非均匀流段无因次相对水力参数变化规律,提出了无因次相对水力参数计算的经验公式。非均匀流段内,无因次相对流速、相对弗劳德数及无因次相对断面比能沿程均呈线性相关关系,决定系数平均值分别为0.9946、0.9966和0.9976;无因次相对流速及相对弗劳德数线性关系的斜率均与相对临界水深呈负相关的幂函数关系;无因次相对流速、相对弗劳德数及无因次相对断面比能线性关系的斜率均与坡度呈正相关的线性关系。在对无因次相对水力参数线性关系斜率定量研究的基础上,提出了无因次相对水力参数计算的经验公式,为台阶式溢洪道复杂水力参数计算提供了新思路。（4）提出了台阶式溢洪道滑行流非均匀流段水面线计算新方法—无因次相对水力参数法。基于无因次相对水力参数的计算经验公式并根据相对水力参数的定义,提出了台阶式溢洪道滑行流非均匀流段水面线计算的无因次相对流速法、相对弗劳德数法及无因次相对断面比能法。通过与现有水面线计算方法相比较,综合考虑计算精度、计算简便程度、适用范围及工程实际,推荐优先采用相对弗劳德数法计算台阶式溢洪道滑行流非均匀流段的水面线,其次为无因次相对流速法及无因次相对断面比能法。