近年来溢洪道不仅作为水库安全运行和调洪泄流的重要组成部分,也是科研关注的重点。其中高水头枢纽溢洪道由于大落差、窄河谷、大单宽流量等原因,其高速水流、水力设计及泄洪消能问题十分突出,已成为工程中的关键性技术问题。目前已有多种挑流鼻坎型式的研究成果,通过射流在空中的扩散、紊动和掺气作用,消除部分能量。若采用现有的挑流鼻坎型式,由于挑射水流携带巨大能量,导致水舌对左右岸以及下游造成严重冲刷。为了水库以及下游建筑物的安全,需要对溢洪道体型进行优化,目的是消除部分水流能量,减少水舌所携带的能量,避免水舌对左右岸以及下游的冲刷,这对大坝安全泄洪具有重要意义。本文采用水工模型试验与三维数值模拟相结合的研究手段,以孔梁水库枢纽为具体的研究对象,针对孔梁水库挑流消能落差大(130m)、流速高(35m/s)、下游河道狭窄弯曲、防护对象距离近(185m)、挑流空间小的特点,对孔梁水库的溢洪道的水力设计以及挑流鼻坎体型的优化选择进行了研究分析,根据多个方案的研究对比,和溢洪道的整体消能率比较,从而得到了阶梯消能+复合消力池+挑流鼻坎的溢洪道体型。通过对优化方案进行数学模型的建立,对挑距与挑流鼻坎的反弧半径、挑射角等之间关系的研究,总结挑流鼻坎的结构性规律,并在6m≤R≤12m、18°≤θ≤24°、16.56m/s≤v≤21.89m/s范围内,通过数学模型对多组流量进行了挑距的计算,根据计算值拟合了挑距公式。上述公式通过与现有公式的对比,证明公式存在一定的合理性,相关成果可应用于类似挑流消能结构的挑距预测,具有重要的工程意义和学术价值。总体而言,本文研究成果可以在高水头枢纽溢洪道的类似水电站消能结构中应用,为溢洪道的水力设计以及避免岸坡、下游的冲刷等问题提供技术支撑。