中文摘要：

分汊河道是一种特定且时常遇到的河道形态，前人有关分汊河道的研究主要集中在其均质水流结构特征和地形地貌演变规律等方面，对于汊道中分层流的研究却十分零星。分层流流经分汊型河道时会发生一系列未知的复杂水力现象，单一河道的成果已不能适用。本课题将对分汊河道中温度形成的分层流的运动特性展开研究，利用物理模型试验探求在不同分汊形态和不同冷热水入流条件下，分层流穿越分汊前、中、后三个阶段时独特的运动过程和规律；量测汊道温度分层流沿程的三维流速结构、温度、紊动能和雷诺应力等，剖析其横向二次流的结构和发展规律；同时利用物理模型试验数据建立基于汊道温分流的各项异性三维数学模型，开展"数值试验"进一步细化探究汊道温度分层流的运动特性；结合物模试验和数值试验的结果，剖析汊道温分流的交界面紊动特性，建立其稳定条件、摩阻系数、掺混强度和垂向热扩散系数等紊动特性参量与汊道形态特征等驱动因子之间的响应关系。

结论摘要：

分汊河道是一种时常遇到的河道形态，前人有关分汊河道的研究主要集中在其均质水流结构特征和地形地貌演变规律等方面，对于汊道中分层流的研究却十分零星。分层流流经分汊型河道时会发生一系列未知的复杂水力现象，明显不同于单一的顺直和弯曲河道。通过建立不同分汊形态的物理模型对汊道温差剪切分层流进行试验研究，并构建基于汊道分层流的各项异性三维数学模型，开展“数值试验”，结合物理模型与数值试验结果，探究了分汊河道中温差剪切分层流的运动特性。针对不同分汊形态和不同上游来水分层情形，详细测量了汊道温度分层流沿程的三维流速结构、温度、紊动能、雷诺应力等参量，剖析其横向二次流的结构和发展规律，揭示了分层流流经分汊河道的运动过程和规律特征。随着上下层流速比由大变小，汊道分层流发生从二层流、连续分层流到完全混合流的转捩；对于大分汊角的分层流，支汊前半段外岸形成分离区，内岸为高流速区，高流速区沿程由内岸转移到外岸，而高温区则相反，由外岸转移到内岸，显著不同于弯曲河道分层流，其高温区只集中在一侧岸边；不同流速比条件下断面二次环流的数量与方向沿程一直处于变化中；紊动能高值区主要出现在上下层分界处、高流速与分离区过渡地带等区域。有温度差异与无温度差异的纯剪切分层流，其断面主环流方向相反，高流速在断面上转移的位置亦不同，有温差与无温差分层流分别从断面底部和表层转移到对岸；支汊宽度比变化后，分离区出现的位置与尺寸发生改变，左右支汊的流速分布、二次环流、紊动能等亦随之变化；同时剖析了汊道温差剪切分层流的交界面稳定性，流速比与分汊角度是影响汊道交界面稳定的主要因子，不同分汊角条件下，水流稳定性差异显著，大分汊角时，分层流在支汊前半段的内岸侧容易局部失稳，少量低温冷水上升到表层，随后又恢复分层状态，小分汊角时，在支汊后半段的外岸侧容易局部失稳，首次建立了分汊河道分层流的稳定判据。并对摩阻系数、掺混强度和垂向热扩散系数等紊动特性参量进行了深入分析，垂向热扩散系数在大分汊角时与小分汊角时沿程变化情况不同，主要由于支汊内水流结构差异所致；掺混强度在不同来流条件下沿程发生波动变化,显著不同于顺直河道分层流沿程减小的规律；界面摩阻系数沿程降低，且与流速比分汊角密切相关，建立了分汊河道温差剪切分层流交界面摩阻系数与影响因子的响应关系。