درصورتی که رژیم جریان از فوق‌بحرانی به زیربحرانی تغییر حالت دهد، عمق جریان در مسیری کوتاه به شدت افزایش می‌یابد. در نهایت به‌دلیل آشفتگی در سطح آب افت انرژی محسوس صورت گرفته و از مقدار سرعت نیز به مقدار قابل ملاحظه‌ای کاسته می‌شود. این پدیده که به پرش آبی موسوم از نوع جریان‌های متغیر سریع است که از ابتدا تا انتهای آن تلاطم و پیچش سطحی آب وجود دارد و به عنوان پدیده اتلاف کننده انرژی شناخته می‌شود. هرچند مطالعاتی در زمینه پله منفی ابتدایی، شیب معکوس و زبری بستر روی خصوصیات پرش هیدرولیکی وجود دارد، اما مطالعات منتشرشده‌ای در زمینه کاربرد همزمان هر سه مورد مذکور وجود ندارد. لذا در این پژوهش اثر همزمان پله منفی ابتدایی، شیب معکوس و زبری بستر بر خصوصیات پرش با استفاده از شبیه‌سازی عددی با نرم‌افزار Flow-3D صورت گرفت. همچنین یک رابطه تحلیلی برای محاسبه نسبت اعماق مزدوج به کمک رابطه مومنتوم استخراج شد. در این پژوهش از مدل‌های آشفتگی RNG و k-? استفاده شد. همچنین، از دو نوع شبکه‌بندی استفاده شد. در شبکه‌بندی نوع اول، در تمام راستاها اندازه سلول‌ها یکنواخت بود. ولی در شبکه‌بندی نوع دوم، در جهت جریان (x) و عمق جریان (z) اندازه سلول‌ها غیر یکنواخت در نظر گرفته شد. با توجه به نتایج مدل‌سازی عددی، مدل آشفتگی RNG آشفتگی میدان جریان را در مقایسه با مدل آشفتگی K-? با دقت بیشتری محاسبه نمود. میزان شاخص‌های آماری NRMSE، R2 و d برای نتایج شبیه‌سازی عددی نیمرخ سطح آب به ترتیب 1/10، 993/0 و 994/0 به‌دست آمد. همچنین مقدار این شاخص‌ها برای نتایج شبیه‌‌سازی نیمرخ سرعت به ترتیب 36/16، 944/0 و 97/0 محاسبه شدند. بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که تطابق مناسبی بین نتایج آزمایشگاهی و شبیه‌سازی عددی وجود داشته است. بنابراین نرم‌افزار Flow-3D توانایی خوبی را برای شبیه‌سازی پرش هیدرولیکی در شرایط مختلف دارا است. خطای مدل عددی در محاسبه مقادیر نیمرخ سرعت در مقایسه با نیمرخ سطح آب بیشتر بود، که علت آن را می‌توان در تلاطم شدید جریان و نوسانات سرعت لحظه‌ای در هر راستای قائم در محدوده وقوع پرش هیدرولیکی و تشدید اختلاط آب و هوا دانست. مقایسه نتایج حاصل از شبیه‌سازی با نتایج آزمایشگاهی پروفیل سطح آب، پروفیل سرعت، نسبت اعماق مزدوج، طول غلتاب و طول پرش هیدرولیکی و نسبت افت انرژی نشان دهنده قابلیت مدل عددی در شبیه‌سازی سه بعدی میدان جریان پرش هیدرولیکی آزاد می‌باشد. همچنین نتایج شبیه‌سازی تأثیر کاربرد همزمان پله منفی ابتدایی، شیب معکوس و زبری بستر بر کاهش درصد اعماق ثانویه نشان داد، بیشترین کاهش مربوط به ارتفاع پله منفی ابتدایی 3 سانتی‌متر، زبری ? سانتی‌متر و شیب معکوس 3-? می‌باشد که برابر 19/28? بود. به طور متوسط ترکیب پله منفی ابتدایی، شیب معکوس و زبری بستر، 5/32 درصد طول نسبی پرش را کاهش می‌دهد. که بیشترین کاهش مربوط به ارتفاع پله منفی ابتدایی 3 سانتی‌متر، زبری ? سانتی‌متر و شیب معکوس 3-? می‌باشد. همچنین وجود پله منفی ابتدایی، شیب معکوس و زبری بستر باعث افزایش افت نسبی انرژی در مقایسه با حالت کلاسیک شده است. افت انرژی در ارتفاع پله منفی 3 سانتی‌متر، زبری ? سانتی‌متر و شیب معکوس 3-? بیشترین افزایش را داشته و مقدار آن 4/27? می‌باشد. کلمات کلیدی: پرش هیدرولیکی، نرم‌افزار Flow-3D، معادله تحلیلی، پروفیل سرعت، افت نسبی انرژی، طول غلتاب، طول پرش هیدرولیکی