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台阶式溢洪道利用台阶的大粗糙度及台阶内水流的高度漩滚使其具有很高的消能率，且在中、低坝中得到了广泛的应用。随着高坝建设的发展，如何将台阶式溢洪道的消能特点应用到高水头、大流量情况下，且避免台阶面遭受空蚀破坏是台阶式溢洪道研究面临的重要课题。
本文采用FLUENT软件对首级台阶设挑坎+通气孔台阶式溢洪道进行了二维数值模拟，模拟坝高80m，溢洪道坡度为30°和40°，单宽流量范围为22.77m3/(s·m)～50.6m3/(s·m)。采用结构网格与非结构网格相结合的网格划分方法，RNGκ～ε紊流计算模型，并引入VOF模型对水气交界面进行追踪。本文研究了首级台阶设挑坎+通气孔台阶式溢洪道的水流形态、自由水面线、压强分布规律、速度分布、台阶底部掺气情况、空腔、漩涡特征及台阶段的消能率等水力特性，并对首级台阶设挑坎+通气孔体形与不设挑坎+通气孔体形的水力特性，以及模型比尺影响等问题进行了比较分析。本文得到以下研究结果：
1、挑坎+通气孔台阶式溢洪道能有效地向台阶近壁面掺气，避免台阶面遭受空蚀破坏。挑坎有助于改善台阶铅直面的压力梯度变化，避免压强突然减小的现象；通气孔与挑坎共同作用能减小台阶铅直面的负压区范围和负压值，且能消除台阶水平面上的负压。
2、当溢洪道坡度为30°时，挑坎下游未出现稳定的空腔，而台阶坡度增大为40°时，在本文研究的流量范围内都出现了稳定的空腔，且流量越小，空腔区域越大。
3、漩涡形状大小及位置主要与台阶几何尺寸有关，滞留在台阶内的水流在台阶铅直面、水平面及下泄主流的约束下形成类三角形状的漩涡流，水流顺时针漩滚形成漩涡。越靠近漩涡中心，漩涡的漩滚程度越弱，且漩涡中心速度低于周边速度。漩涡中心靠上位置的压强小于漩涡中心处压强。
4、台阶式溢洪道具有很高的消能率，且坡度越缓，单宽流量越小，则消能率越高。挑坎+通气孔台阶式溢洪道的消能率比其他体形台阶式溢洪道的消能率高，但差别不大，由此可见，挑坎联合通气孔作用对台阶段的消能率的贡献不是太大。
5、研究表明模型比尺对溢洪道水流形态、自由水面线位置、台阶段消能率等几乎没有影响，而对台阶近壁面掺气体积率、速度大小、台阶面压强分布等有较大影响。