水电是可再生的清洁能源,是中国能源结构的重要组成部分。近年来,我国经济快速发展,随着工业、农业的发展提速以及城市基础设施建设步伐的加快,社会电力需求紧张的矛盾开始凸现。为缓解社会用电紧张的局势,拥有丰富水力资源的西南地区实施了加强农村水电建设的战略,一大批低水头电站在上游的山区河流上开始兴建。山区河流山洪爆发迅速,洪峰流量大,电站集中泄洪造成的坝下冲刷给低水头电站的安全运行带来很大的挑战,坝下消能结构的型式以及消能效果一直是大家尤为关心的问题。如何使消能结构既具有良好的消能效果,又具有最优的经济性,是每个低水头电站亟需解决的问题。本文在分析大量低水头电站的基础上,设计并建立了具有普遍意义的低水头电站概化模型。通过多组次概化模型试验,研究比较低水头电站坝下几种常见的消能结构的消能效果。概化模型试验研究结果表明,在消力池尾部布置T字墩的结构型式在低水头电站中具有较好的消能效果。完成概化模型试验后,建立了重庆市羊头铺低水头电站工程整体模型,并在整体模型上进行了在消力池尾部布置T字墩的消能结构试验,模型试验结果证明其在实际工程中仍然具有较好的消能效果。随后对该结构型式的一系列优化试验表明,适当调整导尾坝并优化泄洪闸的调度开启方式,不但可以大大降低消力池的尺寸,还能使消能结构的消能效果达到最佳。低水头电站工程中,消能结构是一个集消能建筑物、辅助建筑以及闸门运行调度于一体的工作方式,只有根据实际情况通过系统性研究才能得出经济最优、效果最好的消能方式。