本发明提供一种模拟水电站叠梁门分层取水甩增负荷实验系统，包括：供水装置，包括蓄水池及具有供水泵的供水管，所述供水管上具有控制所述供水管开关的第一开关阀；实验水箱；实验模拟装置，包括分层取水结构、引水管、第二开关阀及第一控制柜，所述第二开关阀用于控制所述引水管的开关；回水装置，包括回水槽、回水池及量水堰。第一开关阀与第二开关阀的同步通断实现机组甩增负荷非恒定流过程的模拟，实现模拟水电站发电机组甩增负荷过程时间的精准控制，保证实验过程水位的持续稳定，为电站进水口和叠梁门结构的设计、运行提供可靠的实验数据，确保工程运行安全。本发明还提供一种模拟水电站叠梁门分层取水甩增负荷实验系统的实验方法。