推移质的起动及输移规律是河流动力学的重要课题,其在河流动力学理论及实际工程中都具有重要的意义。本文在前人研究的基础上,通过床面均匀颗粒位置试验及理论分析,对三维床面泥沙暴露角分布规律、泥沙起动条件、起动标准、泥沙起动的全概率及推移质输沙率进行研究。主要研究内容及结论如下:(1)在前人特殊堆积形式的三维暴露度模型基础上,构建了一般堆积形式的三维暴露度模型,并以均匀玻璃球代替泥沙颗粒,通过试验研究统计分析得出了暴露角的分布规律,结果表明:三维床面泥沙颗粒暴露角在(0,1.57)rad内近似服从暴露角均值μ_β=0.96、方差σ_β=0.26的正态分布。(2)通过对二维床面均匀泥沙颗粒相对位置关系的分析,确定了瞬时作用流速及有效作用高度,从理论上建立了平坡泥沙临界起动条件与床面泥沙暴露度的关系,确定了床面泥沙起动模式难易程度,即滚动起动与滑动起动条件取决于泥沙颗粒的暴露角。当暴露角θ小于42.8°时,泥沙更易于滚动起动;当暴露角θ大于42.8°时,泥沙更易于滑动起动。进而同时考虑两种起动模式的泥沙起动全概率,推导了推移质单宽输沙率公式及输沙强度计算公式,经实测资料验证,公式对于高、中、低输沙率都具有较好的适用性。(3)基于三维床面泥沙颗粒特殊堆积形式下相对位置关系,同时考虑水流脉动特性,从理论上建立了三种起动模式下的临界起动切应力随边界雷诺数的变化关系及起动概率公式,得出滚动起动所需的临界水流条件最低,并确定了其临界起动切应力与起动概率之间的对应关系。进一步通过分析得出,本文的滚动临界起动切应力公式与希尔兹曲线在大边界雷诺数时基本重合,可以良好的预测水力粗糙条件下的起动。分别对临界起动条件中的拖曳力系数C_D和上举力系数C_L做敏感性分析,结果表明泥沙起动受水流和床沙的双重影响,在相对暴露度取均值时,拖曳力系数的取值对跃移模式的临界起动切应力Θc没有影响,但滚动起动及滑动起动时C_D值对Θc影响极大;上举力系数的取值对跃移模式的Θc影响最大,水力粗糙时,其对滚动模式下的Θc影响甚微,对滑动模式下的Θc影响稍大。(4)基于三维泥沙颗粒一般堆积形式下的暴露角分布规律,采用滚动起动模式,同时考虑水流随机性及泥沙颗粒位置随机性,推导出单颗泥沙起动的全概率公式,当临界起动切应力为0.054时,P=0.6887,这与Choi and Kwak(2001)的研究结果一致。进一步基于单位床面上单颗泥沙的表层概率,建立了单位床面上单颗泥沙起动概率与起动颗粒百分数之间的关系式;以单位床面上单颗泥沙起动概率0.2679作为起动标准,推导了泥沙垂线平均起动流速公式,经实测起动流速资料对比验证,结果表明本文公式与实测值符合较好。