本研究首先对消力池优化研究的理论与国内外相关的研究进行了总结,并对相关的数值模拟理论进行了简要的介绍。以实际工程为研究对象,选择影响数值模拟结果的三种因素进行分析,包括计算范围、网格划分形式、湍流模型;在筛选出合适的数值模拟参数后,针对水闸消能防冲设计条件,选取最不利工况作为消能防冲设计条件,并对选取的工况进行数值模拟,分别分析上下游水位差和过闸单宽流量对过闸单宽能量的影响。在最不利工况下,采用正交试验的方法,分析不同方案下消能率和相对临底流速的变化,得出优化方案。在正交试验的基础上,采用响应面法,建立消力池体型、消能率、相对临底流速、综合目标函数四个评价指标,对消力池体型进一步寻优,优化后的尺寸组合方案比正交试验的优化体型组合方案更优,消力池体型更小,为工程提出了实际可行的研究方法。主要研究内容如下:（1）先选择影响数值模拟结果的三种因素进行分析,包括计算范围、网格划分形式、湍流模型,分析结果表明,三种因素对计算结果有不同程度的影响。具体分析如下:1)闸前上游段计算长度取值与闸室总宽度相近的长度,如果计算长度取值超过闸室总宽度,对计算结果的影响改变不明显,因此闸前上游段计算长度选取90m。防冲槽下游计算长度对消力池内部的水力特性影响较小,考虑到计算量防冲槽下游段计算长度选取40m。2)网格划分采用非均匀粗网格、非均匀细网格、基于粗网格下的局部加密网格和基于细网格下的局部加密的四种网格划分形式,计算结果表明,网格尺寸应大小适中,网格尺寸越小计算精度越高,但是计算网格越密计算时间越长,增加计算成本,因此采用在基于粗网格下的局部加密网格可以取得相同甚至更高精度的结果。3)在湍流模型选取中,Standard k-ε、Realizable k-ε、RNG k-ε和LES四种湍流模型计算结果与参考文献中的数据相差较小,表明它们均适合于湍流数值计算。综合考虑,采用RNG k-ε湍流模型较适合于水跃计算。（2）在数值模型参数确定以后,通过对水闸消能设计条件即最大单宽能量E=ρgqΔH进行求取。先对四种消能防冲工况的不同闸门开度,按照水闸设计规范计算各个开度下的过闸单宽流量,最终选取过闸流量最大的消能设计工况和上下游水位差最大的消能校核3工况进行数值模拟,并对数值模拟的结果进行分析。从过闸单宽流量与能量计算值与数值模拟值对比可见,消能设计工况开度为4.0m是水闸消能设计最不利工况。（3）在消能防冲最不利工况下,采用四因素五水平的正交表,对25种消力池体型组合方案进行正交试验。正交试验结果表明在综合考虑消能率和相对临底流速的情况下,对消力池的深度、长度、扩散角和尾坎坡度进行数值模拟分析。在不考虑消力池体型的情况下,正交试验消力池体型优化的最优尺寸组合为消力池的深度3.0m、长度34m、扩散角14°和尾坎坡度90°。（4）在正交试验结果的基础上,采用响应曲面法对消力池体型、消能率、相对临底流速和综合目标函数分别开展多元回归拟合,在考虑消力池体型的情况下,建立目标函数与消力池深度、消力池长度、扩散角、尾坎坡度的多项式响应面回归方程。以消力池深度、消力池长度、扩散角、尾坎坡度为优化设计变量,消能率、相对临底流速和综合目标函数为目标函数,基于响应曲面模型的4因素优化设计,建立基于二次多项式响应模型的函数关系式。研究发现消力池深度、消力池长度、尾坎坡度对目标函数的交互作用显著,且消力池深度与尾坎坡度的交互作用比消力池深度与消力池长度的交互作用大。针对本文的水闸消力池,优化参数组合为消力池深度2.88m、消力池长度31.5m、扩散角13.6°、尾坎坡度87.4°。在此参数组合下,消能率为61.9%,相对临底流速为1.384,比初始方案的消能率提高了 12.6%,相对临底流速降低了 7.11%。本文的研究方法和成果能够为该水闸消力池体型优化设计研究提供改进措施和建议,对水闸消力池体型优化设计有着重要意义。同时也能够为同类消力池体型优化设计和研究提供一定的参考。