弯道水流在天然河流中极为常见,当支流入汇弯道后其水流结构非常复杂,研究交汇水流的水力特性有利于港口航道工程建设及解决环境工程中污染物排放所涉及的问题。本文采用物理模型实验与三维数值模型相结合的方法,详细分析了入汇角和汇流比的变化对弯道交汇水流沿程水面纵向及横向坡降、流速分布特性、断面环流结构、沿程速度环量、紊动能、分离区特性及床面特征切应力的影响,并得出以下结论:(1)断面φ=60°至φ= 120°断面的流程内,入汇角及汇流比对水面的纵向坡度影响较大,水面高程随汇流比的增大而增大。平均纵向坡降在弯道交汇口(断面φ=90°)上游水面呈下降趋势,在交汇口处急剧增大,在交汇口下游(如断面φ=150°至φ=180°断面)水面坡度略为升高。(2)在凸岸侧,水面沿径向升高,且升高幅度随着入汇角和汇流比的增大而增大。在凹岸侧,交汇断面上游,水面沿径向升高且升高幅度随入汇角的增大而减小,在交汇断面φ=90°处,水面沿径向降低且降低幅度随入汇角及汇流比的增大而增大。在交汇断面下游,水面沿径向升高且升高幅度随入汇角的增大而减小,但随汇流比的增大而增大。沿程水面平均横向坡降均为正值则水面沿径向升高,在交汇口上游断面(如从断面φ=30°至φ=90°断面),水面沿径向升高的幅度随汇流比的增大而增大,在交汇口下游断面(如断面φ=100°至φ= 150°断面),水面沿径向升高的幅度随汇流比的增大而减小。(3)交汇口下游是否出现水流分离区及纵向流速最大值的位置均与入汇角的大小有关。入汇角及汇流比对交汇口上游断面的纵向流速和径向流速的影响较小。在凸岸侧纵向流速随入汇角和汇流比的增大而增大,凹岸侧纵向流速随入汇角和汇流比的增大而减小。交汇口下游断面的径向流速随汇流比和入汇角的增大而增大,并且导致凹岸侧更多环流结构的产生。下游断面的最大平均纵向流速随着入汇角的增大逐渐由凹岸向凸岸移动,入汇角及汇流比的增大,不但引起交汇断面下游水流动力轴线位置摆动,而且导致交汇断面下游凸岸侧产生第二条水流动力轴线。(4)通过提取交汇区剪切层的三维结构,发现交汇区的剪切层分为内部剪切层和外部剪切层,且内部剪切层表面粗糙,外部剪切层表面光滑。交汇口下游高紊动能值随汇流比和入汇角的增大呈现由凹岸向凸岸移动的现象。凹岸侧高紊动能的区域面积也随汇流比和入汇角的增大而增大。凸岸侧的紊动能随汇流比的增大而减小,随入汇角的增大而增大。(5)入汇角及汇流比的变化对交汇口上游断面环流结构的尺度及强度影响较小。交汇口及其下游断面,凹岸侧沿逆时针方向的环流尺度随汇流比和入汇角的增大而增大。凸岸侧沿顺时针方向的环流尺度随汇流比和入汇角的增大而减小。且交汇口下游横断面的水面横向坡降与水面附近二次流结构的尺度和产生的位置有关。速度环量值随入汇角及汇流比的增大而增大,且入汇角的增大可改变交汇口区域速度环量的方向,入汇角及汇流比最大时,速度环量在交汇断面φ=90°处达到最大。(6)分离区的长度及宽度随汇流比及入汇角的增大而增大,且其长度和宽度存在极值。对分离区的长度和宽度进行无量纲分析发现,分离区形状与汇流比和入汇角的大小无关,首次拟合得到了分离区相对长度与相对宽度的无量纲数学关系式。(7)交汇口下游床面较大特征切应力随汇流比的增大由凹岸向凸岸移动的趋势,随入汇角的增大由凹岸向凸岸及下游方向移动。当汇流比和入汇角增大到一定值后,弯道出口附近的凸岸侧与凹岸同时出现较大的床面特征切应力。