天然河道总是处在不断地冲淤变化过程中,水流冲刷河床,使河床变形,河床的变形又促使水流结构发生变化,在河道中修筑水工建筑物后,对河床演变将产生较大影响。丁坝作为常用的水工建筑物,广泛应用于航道整治、海岸防护和圈围造陆中,它改变了原有的河床过水断面形态,引起了水流结构改变及河床冲淤变化,并导致河床坡度发生调整。研究丁坝近区水流的绕流机制及对河势的影响有助于优化丁坝的结构设计、提高水工建筑物的稳定性以及加强河道岸线的防护措施。本文通过回顾和总结近年来丁坝附近绕流的研究现状,发现目前丁坝实验研究大多是在单一床面坡度中进行,且长江口丁坝工程的研究缺少对横沙通道河势演变的分析。因此,本文结合了实验分析和实际工程,在微观上,利用水槽试验分别研究了变坡淹没丁坝和非淹没丁坝近区的水流结构,在宏观上,通过数值模拟计算分析了南汇东滩丁坝促淤工程对长江口主要河道水动力的影响。物理实验部分,针对不同水力坡度,利用PIV技术和自动水位测量系统,对淹没和非淹没条件下丁坝近区的水流结构进行了试验研究,得到的结论主要如下:(1)丁坝近区流速呈扇状分布,流速自丁坝迎水面开始沿逆时针方向逐渐增大,至坝头前紊动掺混区流速达到最大,在坝根处流速最小。(2)在不同水槽坡度下,淹没丁坝附近雷诺应力的变化幅度都大于非淹没丁坝的情况。在负坡时,淹没丁坝与非淹没丁坝附近雷诺应力较大的区域都集中分布在丁坝下游紊动掺混区的上段。(3)水流经过淹没丁坝向下游延伸出一条较宽的“海带状”强紊动区域,当水槽坡度为-2‰~0时,淹没丁坝下游强紊动区域随着水槽坡度的增大而减小,当水槽坡度为1‰~2‰时,该强紊动区域随着水槽坡度的增大而增大;而水流经过非淹没丁坝向下游延伸出的强紊动区域呈细长的“狭条形”,该区域随着水槽坡度的升高逐渐向主流区及上游扩散。(4)丁坝下游回流区的变化与水槽坡度的关系不甚明显。但对非淹没丁坝坝头近壁区流速与坝后回流长度的关系分析后,得到了两者的数学表达式,且计算精度较高,并由此论证了在较小的流速变化范围内,坝头边界层的流速决定了坝后回流区的长度。在实际工程应用中,当河流水流速度变化较小时,坝头的粗糙程度及水流的扰动程度将直接影响坝后回流区的大小。(5)丁坝近区各观测点水位的增加幅度与水槽坡度的变化存在较好的对应关系;在负坡时,丁坝对水流的影响范围更大。随着水槽坡度的升高,淹没丁坝上游最高水位位置向下移动,丁坝下游水位恢复点的位置则向上移动;非淹没丁坝坝后跌水的最低点逐渐向下移动。数值模拟部分,针对南汇东滩丁坝促淤工程的实施,采用MIKE21软件建立了长江口二维潮流数学模型,根据实测水文数据对模型进行验证后,模拟计算了工程前后长江口各汊道的水动力变化,得到的结论主要如下:(1)工程后,南槽下段河道受到束窄,南槽的涨、落潮流量出现较大幅度的减小,但南槽中段以下河段的流速出现较大幅度的增加,说明南槽中段以下河槽将会刷深,河势将得到发展;(2)工程后,江亚南沙和九段沙会受到一定程度的侵蚀,江亚北槽会得到发展,南槽、江亚北槽、北槽中上段和横沙通道构成了较强的河系关系,这将加剧北槽中段泥沙淤积的现象,对北槽中下段河段会产生不利的影响;(3)工程后,横沙通道的流速及流量大幅减小,直接削弱了横沙通道的泥沙输运能力,且横沙通道流量和南槽流量存在非常高的相关性,说明南汇东滩丁坝促淤工程的实施不利于横沙通道作为航道的开发和利用。本文揭示了丁坝在不同水力坡度下调整水流结构的机理,同时对各家实验测量得到的回流区长度的差异有了较明确的答案,该成果具有一定的创新性;数值模拟结果第一次指出了长江口“南槽、江亚北槽、北槽中上段和横沙通道”具有较强的河系关系,研究方法及成果都具有一定的创新性。