水库大坝被认为是显著改变河流水温最重要的原因,尤其是大型水库,下泄水温与自然水温相比有较大差异,水库深层水的下泄对坝下河段及两岸河岸带的水生生物乃至水生态系统产生极其重要的影响。本文在分析和总结国内外相关研究成果的基础上,采取理论分析、已有的概化土槽模型试验、野外试验和数值模拟等手段开展大坝下游河岸带饱和—非饱和流热耦合模型研究。主要研究成果如下:(1)对于室内试验验证,从单个测点的三个分析指标(RMSE,PCC和NSE)来看,基于COMSOL Multiphysics采用Lu(2007)模型和基于HYDRUS-2D采用Chung&Horton模型各有优势,很难判定哪个模型更加适应本次研究。但从整体分析方法来看,本文构建的河岸带饱和—非饱和流热耦合模型,基于COMSOL Multiphysics采用Lu(2007)模型模拟的河岸带温度场与实测值更加吻合。(2)室内试验和数值模拟表明:距离入渗边界和底边界附近的土体在较短的时间内快速下降并达到稳态,其温度大致接近于入渗水温。相反,靠近上边界和右边界的温度则需要较长的时间达到稳态。离入渗边界越近的区域受到水温的影响越明显。随着入渗水头增加,土壤内部平均温度降低,土壤深层低温区域逐渐扩大,温度梯度增加。(3)从工程实例验证结果来看,基于COMSOL Multiphysics模型模拟的均方根误差(RMSE)变化范围在1.14-2.78 ℃,Person相关性系数(PCC)变化范围在0.84-0.99之间,NSE的值在0.61-0.96之间变化,具有较好的模拟效果,能够较为合理的刻画河岸带土体的温度动态变化过程。(4)环境温度及水位的日变化对河岸带潜流层的温度场分布影响较小,由季节引起的环境温度和水温变化对河岸带潜流层的温度场分布影响较大,河岸带潜流层温度场在夏季和冬季分别呈现出“上暖下凉”和“上凉下暖”的温度分层现象,在垂向断面上也可以分为低温区、中温区和高温区3个区。(5)在利用VFLUX 2程序中4个解析模型计算河岸带垂向渗流速度中,对于相位法,用Hatch解和Keery解计算得到的流速结果基本重合,而对于振幅比法,用Hatch解和Keery解计算得到的流速结果在数值上存在着一定的差异,说明当地下水流速较小时,利用振幅比法计算地下水流速,热弥散度β对计算结果产生较大的影响。对于振幅一相位组合法,McCallum解和Luce解计算得到的流速基本重合,其值介于振幅法和相位法之间。通过与COMSOL Multiphysics数值模拟计算结果对比分析,发现在本试验区Hatch振幅法的计算准确性比较高,计算得到的河岸带垂向渗流速度大约在2.47× 10-6-3.15×10-6 m/s。(6)基于Morris敏感性分析方法,分析流热耦合模型中各个参数对模型的影响。结果表明,渗透系数Ks是对模型温度值的输出影响较大的参数,而固体比热容cs、孔隙率n、残心残余含水率Or、饱和含水率Os、van Genuchten模型参数α和β的均值μ较小,它们是敏感性相对较小的参数,对模型输出影响很小;渗透系数Ks的方差σ值较大,说明在对模型温度值输出时,它与其他参数产生较大的相互作用;此外,各参数对模型温度值的影响既有正作用关系,又有负作用关系,这种正负作用关系可以为模型修正提供参考。