中文摘要：

泄流显著改变河流下游的溶解氧水平。由于水库底层水体溶解氧浓度较低，如不采取增氧措施直接泄流，势必对下游水生环境产生不利影响。本研究以高水头、大流量的洞塞式泄流为主要应用背景，以环境压力剧烈变化条件下溶解氧行为为研究对象，采用理论分析、室内实验和数值模拟方法进行研究，主要内容包括观测计算掺气条件下组合式洞塞水气二相混合泄流的流速、压力、溶解氧浓度以及紊动特性参数；分析水气二相相互作用模式；研究水体溶解氧对流扩散行为的影响因素和机理，阐释掺气参数（掺气孔位置、大小及掺气量）与溶解氧复杂行为的互动规律；揭示掺气参数与泄流能力、消能率和空化数的内在关联；确定掺气与洞塞段几何参数优化的方法与步骤，阐明组合式洞塞水气二相混合泄流的安全、高效和环境友好运行条件。本项目目标是为洞塞式泄流环境友好运行的工程应用提供设计依据，同时可为相关标准和规范的制定提供参考。

结论摘要：

泄流显著改变河流下游的溶解氧水平。水库底层等溶解氧浓度较低的水体直接下泄，势必对下游水生环境产生不利影响。本研究以高水头、大流量的洞塞式掺气泄流为主要应用背景，以环境压力剧烈变化条件下溶解氧输移扩散行为为研究对象，采用理论分析、室内实验和数值模拟相结合的方法进行研究。分析结果发现（1）洞塞泄流条件下，水头损失系数随洞塞段相对长度增加先降后增，随洞塞半径收缩比降低而增加。（2）二级组合洞塞泄流条件下，第1和第2 级洞塞半径收缩比对水头损失系数和消能比影响较大，相对长度对其影响较小。为有效提高水流空化数，提出了一种渐缩渐扩洞塞体型。在水头损失系数和最小空化数权重相等的前提下，探讨了几何体型参数的优化方法和步骤。（3）水气二相混合水平直管泄流条件下，复氧效率和氧吸收系数与进口气体体积分数、输移时间（或雷诺数）和进口溶解氧相对浓度密切相关。进口气体体积分数越大，进口溶解氧相对浓度越小，输移时间越长，复氧效率越大；进口气体体积分数越小，进口溶解氧相对浓度越小，输移时间越长，氧吸收系数越大。（4）水气二相混合洞塞泄流条件下，复氧效率与洞塞几何体型参数密切相关。洞塞相对长度越大，洞塞半径收缩比越小，溶解氧浓度增量越大。洞塞半径收缩比是影响复氧效率的重要参数。（5）二级组合洞塞水气二相混合泄流条件下，水头损失系数、复氧效率、氧吸收系数与上下游洞塞相对距离密切相关。随着相对距离增加，水头损失系数先增后降，复氧效率和氧吸收系数则先降后增。水头损失系数与复氧效率、氧吸收系数分别呈现一定的负相关。上述结论可以为洞塞掺气泄流的安全、高效和环境友好运行提供有力的理论支持。项目支持下，课题组在Journal of Environmental Engineering-ASCE, Journal of Hydrodynamics等知名期刊和会议上发表(含录用)论文12篇，其中被SCI、EI收录9篇，培养研究生4名。