溶解氧浓度是评价水体质量的重要指标，溶解氧浓度直接影响着水生动植物的生存繁衍，也对于水生态的保护和治理有着重要作用。低溶解氧浓度与水体富营养化问题密不可分。水体溶解氧来源有大气复氧，植物光合作用产氧。而大气是河流溶解氧的主要来源，研究气-水之间复氧规律对改善河流水环境具有重要意义。前人已针对表征复氧速率的复氧系数进行了大量研究，然而，广泛应用于河湖生态修复的扰流曝气装置引起的水体流速变化对河流复氧规律的影响尚不清晰。因此要进行水生态的保护和水体富营养化的防治，深入了解大气-水体复氧规律并切实维持水体溶解氧浓度显得尤为重要。本文将设计研发出深控型水平推流曝气装置，基于此装置研究人为扰动下河流流速激励对水体-大气复氧过程的影响，发现复氧激增现象并建立湍流复氧过程理论公式。
　　(1)设计研发深控型水平推流曝气装置。搜集增氧曝气机有关专利和装置的工作性能指标，并加以比对。针对现有曝气机的不足，设计研发出改善城市二级河道连通性的深控型水平推流曝气装置。相对于其他曝气机，本装置在提高水体溶解氧的同时，也可有效改变河道局部水流流速。
　　(2)基于本装置研究河流流速激励对水体-大气复氧过程的影响，并发现复氧激增现象。使用本装置在天津市外环河中进行原位试验，探究河流紊动下流速变化对复氧过程的影响。并利用复氧方程式计算试验中的复氧系数，并将所得结果与经典复氧系数公式进行对比。研究发现，经典的Owens公式等河流复氧系数经验公式均低估了人为扰动下的复氧系数，即河流复氧在人为扰动下发生激增现象，流速激励对复氧过程有明显影响。
　　(3)水体紊动对复氧系数的影响。用湍流动能作为代表水体紊动的物理量，分析水体紊动与复氧激增之间的关系。研究发现，湍流动能与河流复氧系数呈现显著正相关关系。区别于自然流动，人为扰动提升了水体纵向和垂向湍流动能，加速了中下层水体溶解氧扩散，提高了复氧率，进而发生了复氧激增现象。
　　(4)湍流复氧过程理论公式推导。利用量纲分析和π定理，对与复氧系数有关的水力要素进行归纳化简，建立并利用多元线性回归模型进行参数估计，得到有湍流动能修正的复氧系数计算公式。上述结果表明，湍流动能对复氧系数的影响显著，人为扰动改变了天然河流的复氧规律，水体流速激励加速了复氧进程。
　　探究水体-大气之间的复氧规律有利于预测水体溶解氧浓度的变化和蓝藻爆发等河流水体富营养化问题的产生。同时该研究成果为基于水力学原理的增氧设备复氧功效机制提供了科学依据，助力城市河流生态修复新型装备的推广应用。