天然河道多为复式河道,其横断面通常由滩地和主槽两部分组成。在枯水季节,水流主要集中在河道的主槽中流动;当洪水来临时,水流会漫过河道滩地,形成漫滩水流。相比单一断面,复式断面的水流运动更加复杂。当水流漫滩后,主槽与滩地上两部分水体之间相互作用,断面水流的流速分布、床面剪切应力和阻力等水力因素都将发生变化,单一断面的水流计算公式已经不再适用,需要研究新的方法来描述复式断面的水流运动,因此研究复式断面的水力学特性具有重要意义。本文结合英国科学工程研究协会洪水水槽设施(SERC-FCF)的试验资料,对复式断面的垂向平均流速、床面剪切应力、达西—魏斯巴哈阻力系数和曼宁系数进行了分析。本文在查阅大量文献的基础上,总结了适用于计算复式断面过流能力的12种方法,其中包括6种经验法和6种理论分析法,通过这些方法的计算值与实测值的对比分析,得出了每种方法的计算精度。另外本文还介绍了用于水流数值模拟的HEC-RAS、CES和MIKE 21三种模型,并结合试验数据验证了这三种模型在复式断面水流运动研究中的适应性。本文所得的主要结论如下:(1)复式断面主槽部分的流速大,滩地部分的流速小,垂向平均流速在横向上存在流速梯度,尤其是在滩槽交界面处梯度最大;床面剪切应力的分布趋势与平均流速的分布相似,其变化规律与水深和滩槽过水面积之比有关;达西-魏斯巴哈阻力系数和曼宁系数的变化与床面条件、滩槽宽度比和水深都有一定的关系。(2)在12种复式断面过流能力的计算方法中,对角线分割法(DCM)、水平分割法(HDM)和Huthoff法(HCM)的计算精度都较高,可应用于复式断面的过流能力计算,而单一断面法的计算精度最差,因此不宜应用于复式断面过流能力的计算。由于Huthoff法具有一定的理论基础,所以该方法更具有普适性。(3)HEC-RAS的主槽部分计算值偏大,而滩地部分的计算值偏小;相比较HEC-RAS的计算结果,CES和MIKE 21的计算结果与实测值比较吻合,模拟效果较好,说明这两种数学模型可以应用于复式断面水流的研究。