近年来，气候变化及人为致害因子导致极端洪涝灾害频发，泄洪能力不足及运行风险（如闸门故障）成为威胁大坝安全的重要因素。

琴键堰是在迷宫式溢洪道的基础上改进的创新性堰型，它能在较小水头下有效提升泄流能力和泄洪效率，且基础长度小，可以直接放置在新建或已建坝的坝顶，被认为是大坝泄洪能力不足的安全有效且经济性很高的解决方案，在新建水库的有效库容优化方面和在病险水库的除险加固方面均有着广阔的应用前景。

由于琴键堰研究历史短，目前主要对具体体型琴键堰泄流能力随水头变化规律的研究较多，而对于其泄流流态，不同溢流前沿的泄流机制，各体型参数对泄流能力影响的程度、敏感性、流动参数与体型参数的交叉影响及其优化的研究还很不充分，更缺乏通用的设计准则。

本项目来自国家自然科学基金，通过物理模型实验与三维数值模拟，获得了琴键堰过流流场的精细结构，对琴键堰的泄流水力特性，关键体型参数和泄流能力进行了系统的研究。

此外，根据国外研究最新动态，本项目进一步对琴键堰的辅助体型参数（如堰鼻形状和护栏墙的高度）和其下游的冲刷形态也进行了一系列的研究。

物理模型试验和数值模拟结果揭示了不同水头工况下的泄流流态及各流型之间的临界转换条件；基于琴键堰各溢流前缘的泄流特性和对总泄流量的贡献，深入分析了各溢流前沿的泄流机制及其对总泄流能力的影响规律；探讨了各几何参数对琴键堰泄流能力影响的程度、敏感性及优化范围；并根据模型试验和数值模拟结果，拟合了标准琴键堰模型的多项式泄流式，并在此基础上增加了琴键堰的主要参数—上下游倒悬比，拟合了含倒悬比和相对水头的双精度琴键堰泄流系数，为琴键堰的设计和应用打下坚实的理论基础。

目前为止，琴键堰几何参数众多，因此其泄流系数理论公式尚不明确，各学者公开发表的成果差异也比较大，本项目虽然也根据课题组设计的模型尺寸和优化参数拟合了琴键堰模型的多项式泄流系数公式，但采用不同参数组合时，对应的泄流系数公式也应当适当调整。

从而，对于特定的琴键堰模型或者实际工程，更需要考虑水力效率，施工成本和施工难度的综合影响，因地制宜的采取合适的优化体型。