长江与洞庭湖之间构成了复杂的江湖关系,随着三峡工程及上游干支流水库的建设与运用,江湖关系还将发生新的变化。由于洞庭湖河网范围大、分汇流关系复杂,一般采用一维河网数学模型进行研究。但由于一维模型的诸多不足,使得当前河网系统水动力特性(如江湖蓄泄关系、洪水演进特性等)还缺乏系统、深入的研究。此外,长江与洞庭湖汇流段水流的三维特性十分明显,水沙运动复杂。为此,本文以长江与洞庭湖复杂河网为研究对象,开展了以下几个方面的研究：(1)对适合大范围江湖河网模拟计算的网格划分方法进行了探讨,提出了能适应大范围复杂河网的网格划分方法,即对狭长水道采用四边形结构网格,对其余部分采用非结构三角形网格,然后进行拼接,形成整体非结构网格。该方法优点在于既能满足长河段、大范围模型计算的需要,又可使用少的网格单元,减少计算量。采用该方法,成功对长江与洞庭湖复杂河网进行了网格划分,结果表明,网格能很好适应不规则的河道边界和连通复杂的三口洪道河网,网格疏密相间,既保证了网格质量,又大大节省了网格单元。(2)基于非结构混合网格,建立了长江中游宜昌至黄石河段及洞庭湖区的整体二维水动力学数学模型,采用实测资料对模型进行了验证。考虑到荆江三口洪道中将会布置堰、闸等水工建筑物,为不影响模型的整体计算,直接通过内部的线边界对宽顶堰等过水建筑物进行处理。考虑到洞庭湖区有大量的分蓄洪区且三口洪道存在季节性断流,为此提出了简单易行的干湿边界处理技术。为检验干湿边界处理模拟效果,选取荆江分洪区,假定1998年分洪情况下进行了干河床的洪水演进计算,结果表明模型能较好模拟干河床的洪水演进过程。(3)基于非结构混合网格,选取长江塔市驿至白螺矶、洞庭湖南津港至城陵矶段作为计算河段,建立了二、三维复合水沙模型,采用实测资料对模型进行了验证。对二、三维复合模型关键技术进行了探讨,主要包括：三维模型与二维模型采用相同的平面网格,便于交界面的衔接；对于三维模拟范围中水深较浅区域,直接将将其退化为二维计算区域,可大幅减少计算工作量；二维和三维水沙数学模型均采用有限体积算法构建,有利于提高模型内部的协调性和整体性能。(4)采用FORTRAN、VB、VC、OpenGL语言建立了数学模型可视化及动态演示平台。该平台包括前处理模块、模型库、后处理模块及数据库模块等部分,能实现计算全过程的可视化操作,并能实现计算数据的二、三维显示。基于Google Earth软件,将计算结果云图自然嵌入三维航拍地貌之中,同步实现缩放、鸟瞰、漫游等多种查看功能。以江湖汇流河段为例,将计算得到的水深、浓度等值线云图在Google Earth上进行了动态演示。(5)选取1998年洪水条件,采用江湖河网整体二维水流模型,进行了三峡工程投运前的洪水演进计算。计算结果表明：下荆江水面纵比降一般小于上荆江；涨水过程中各河段水面比降一般大于落水过程,但下荆江调关以下河段比降随涨、落水变化不明显,而受洞庭湖汇流影响显著。(6)选取1998年洪水条件,采用江湖河网整体二维水流模型,进行了三峡工程运用前后对江湖洪水演进影响的计算分析。计算结果表明：三峡工程运用后,长江中游干流的洪峰流量不同程度的被削减；荆江三口分流的洪峰流量也相应减少；长江干流及洞庭湖区各站的洪峰水位均有不同程度的降低,采用城陵矶防洪调度方式后,可以不启用荆江分洪区,就能使沙市水位在45.0m以下,防洪形势明显缓解。(7)对三峡工程运用以来江湖汇流比进行了统计,分析了江湖不同汇流比与汇流流量之间的关系。采用江湖汇流段二、三维复合模型,对不同汇流比情况下城陵矶汇流段流场进行了模拟计算,得到了如下认识：当河道水位较低时,水流基本沿河道主槽流动；而当水位较高时,上层水流漫滩而行,而下层水流则仍沿河道主槽流动。在长江来流占主导地位时,江湖汇流段断面横向环流为顺时针,否则为逆时针。(8)采用江湖汇流段二、三维复合水沙模型,进行了考虑三峡工程运用至2018年城陵矶汇流段的河床冲淤计算,计算结果表明：三峡工程运用初期,江湖汇流段河床冲刷以冲槽为主,滩地略有淤积,总体河势随未发生大的变化,但弯道凹岸近岸河床冲刷明显,岸线冲刷后退。