北方河流冬季浮冰堆积形成的冰盖会极大地增加断面湿周和河道阻力,造成上游水位大幅壅高,形成漫滩水流,特别是一旦河道中形成冰塞、冰坝,将同时堵塞河道,急剧缩小过流面积,进而引发漫堤和凌汛灾害。天然河道断面一般包含浅滩、主槽两部分,因此研究复式断面渠道内不同水深、流量、冰盖糙率下水流的流速特性,对于推动天然河流防冰减灾工作的不断发展,在理论与实际应用方面均有重要科学意义。本文通过大量数值模拟和物理模型试验,明析了冰盖下复式断面渠道水流流速分布和冰盖糙率、水深、主槽宽度间的关系,重点研究了冰盖下复式明渠滩槽交界处水流流速分布特征。论文的主要创新性成果包括:(1)得出冰盖糙率与水深对冰盖下复式断面明渠水流特性的影响。通过建立冰盖糙率可变的复式明渠模型,以玻璃板、泡沫板和纱网板模拟不同糙率的冰盖开展研究。在同一冰盖糙率下,通过调整上游流量和下游控制水位,分析水深变化对断面垂向流速及滩槽交界处动能交换的影响。利用声学多普勒流速仪(ADV)与粒子图像测速仪(PIV)结合的方法测量复式过流断面流速分布,明析了冰盖糙率、流量和水深对流速分布及滩槽动量交换的影响。结果显示,冰盖显著增加河道阻力,进而影响渠道内流速大小与分布。不同糙率的冰盖对河渠断面流速分布和输水能力的影响不同。(2)开展了复式明渠冰水耦合数值模拟研究。通过Fluent进一步建立具有冰盖的不同槽宽复式明渠数学模型,进一步分析宽深比和冰盖糙率对流速分布的影响,对比、验证复式断面明渠的水力特性。得出:流量水深相同时,随着模型冰糙率的增大,滩槽交界垂线流速减小,垂向最大流速在增大,垂向转折流速变化范围也在增加。渠道总宽不变,增大主槽宽度,主槽对横向流速的影响相应减小,表现为横向最大流速与浅滩内平均流速间流速梯度减小。(3)针对河冰经典的两层流动理论和双幂指数流速分布公式,以多组代表性工况率定关键参数mi、mb与η,进一步推求流速分布与流量。提出的流速和流量的推演方法为冰盖下的测流提供了参考。