水是一种不可或缺的战略资源,在生态环境、社会生产生活中起着重要作用。一段时间以来,由于污废水的不达标排放引起的水环境问题频发,业已成为经济和社会发展的重要制约因素,科学规划、加大治理力度已刻不容缓。实际工程中的排污口多设置在岸边,污水进入水体后受岸坡地形以及紊流条件的影响,在排污口附近形成较高浓度的污染混合区。对这一区域污染物浓度分布规律的研究,是进行水环境管理、功能区划分和综合治理的重要依据。河流和水库等自然水体的岸坡地形大都不规则,倾斜阶梯或复式岸坡(统称复杂岸坡)是较为常见的岸坡形态。基于岸边排污扩散理论,改进并研制了双层水槽立面二维扩散装置,通过改变内水槽的几何特征或尺寸,来模拟倾斜阶梯岸坡、复式阶梯岸坡和复式梯形岸坡等3种复杂岸坡;通过调节格栅震荡频率,来模拟不同的横向和垂向扩散系数。以罗丹明B为示踪物质,进行瞬时线源排放扩散实验,使用数码相机记录扩散过程浓度场的RGB彩图,借助数字图像处理技术得到二维浓度分布,依据二维线源扩散与三维点源移流扩散的转换关系式,进而得到三维空间浓度分布。分析了断面浓度分布和纵向均匀流中水面与深度平均浓度分布规律,并提出用深度累积浓度矩法来估算横向扩散系数。研究结果表明:(1)断面浓度分布,倾斜阶梯岸坡为:在阶梯处产生了大尺度的顺时针漩涡,使其附近浓度较低;45°倾角岸坡在格栅震荡频率15r/min时,于扩散初期产生了较为明显的重力流。复式阶梯岸坡为:在漫滩上,浓度沿垂向变化不大,污染云团近乎“齐头并进”向主槽扩散;在主槽中,浓度分布依工况差异较大,污染云团形态呈现出多种特征。复式梯形岸坡为:在漫滩上,浓度沿垂向递减,但梯度不大;在过渡部分和主槽中,污染云团形态较为简单。随着振荡频率的增大,污染云团横向与垂向扩散尺度之比变大。(2)水面或深度平均浓度沿横向和纵向递减,且横向梯度远大于纵向,污染混合区呈现出纵向尺度远大于横向的带状分布。对于倾斜阶梯岸坡和复式阶梯岸坡,其深度平均浓度在阶梯处垂直减小,等浓度线与阶梯线重合,污染混合区被阶梯线隔断。复式梯形岸坡的深度累积浓度,在水深渐变段先增大后减小。(3)结合数值模拟计算,推导并提出深度累积浓度矩,来估算横向扩散系数。计算结果表明:横向扩散系数随着格栅震荡频率的增大而增大,但增加的快慢不尽相同。当震荡频率一定时,45°倾斜阶梯岸坡的横向扩散系数比30°的更大。对于复式岸坡,当漫滩宽度较大时,横向扩散系数对漫滩水深较为敏感,漫滩水深较大时横向扩散系数也较大;反之,则不敏感,二者的值比较接近。同种工况下,复式梯形岸坡的横向扩散系数大于复式阶梯岸坡。对复杂岸坡河库岸边排放浓度分布进行实验研究,并揭示其浓度分布规律,可为水环境数学模型的构建、现场观测数据分析以及水环境功能区的计算提供科学依据。