我国西南山区河流具有河道平均比降大、洪枯流量悬殊、河谷深切、河道及地形复杂等特点。西南某补水工程是该地区水环境综合治理工程措施的关键性工程。实际运行过程中汛期水流含沙量较枯期显著增加,取水口取水的水体浊度增加,对河道景观和水环境等存在较大影响。针对此问题,开展了相关研究,本论文重点针对物理模型设计及验证进行研究:1、通过水槽基础试验,对模型沙进行比选,选定了拟焦沙作为模型沙,模拟7组次低含沙异重流形成与运行,探究低含沙浑水异重流向下游运行时头部流速沿程变化特征。结果表明:相同流量不同含沙量所形成的中、底层异重流头部流速,含沙量越大,同一位置头部流速越大;相同流量和含沙量表、中、底层异重流头部流速,表层异重流头部流速最大,底层异重流次之,中层异重流最小。基于前期工作基础,对异重流头部流速公式进行分析、类比,选择符合本次试验特征的头部流速计算公式,水槽试验结果与前人的头部流速理论公式符合较好。2、采用水库物理模型相似律研究成果,针对研究对象水沙特点和边界条件,进行物理模型设计与制作。通过异重流发生(或潜入)相似条件以及水流挟沙力比尺计算,综合确定含沙量比尺为1;水流运动时间比尺为29.8,冲淤时间比尺为35,两者较为接近,可以较好地避免时间变态问题;选取具有代表性的实测水沙过程,以及相应的河道边界以及水库调度等资料对模型进行了验证,其断面垂线流速和沿程含沙量变化与实测资料接近,试验结果所反映的河道水沙变化与原型相似,所建立的物理模型可以用于不同工况下取水防沙治理措施试验研究。3、基于前人的研究基础,分析了各家水库异重流潜入点公式的优缺点,基于实测资料,提出适用于低含沙异重流运动特性的潜入条件判别式,利用该公式预测模型试验潜入点水深,结果表明,模型试验结果与预测结果相符。