沙波运动是推移质输移的一种床面动态表现形式,它对近河底的水流结构有很大影响,也对河床的冲淤变化产生重要作用。目前,对于沙波运动规律的研究还不充分,一是由于沙波运动本身的复杂性,二是由于缺少精度高、效率高的沙波运动测量设备。因此,探索和开发高精度的新型沙波运动检测技术,并基于该技术研究沙波运动规律对于完善泥沙运动基本理论体系有重要意义。试验在室内精密水槽上进行,以非均匀塑料沙为试验沙。开发了基于图像识别的颗粒级配检测系统,并验证了其可靠性,基于该系统对水槽不同位置沙样组成进行分析;采用ADV和液态示踪剂精细采集典型沙波面处的水流紊动信息;采用高速摄像机记录不同水流强度下沙波形成、演化及沙波面颗粒运动过程;大量采集了不同水流条件下沙波形态参数。典型沙波面水流结构研究表明,沙波面水体具有明显的不稳定二次流结构,主副流强度所占比重不同对下游沙波的作用效果也不同;同一测点水体的时均流速与脉动强度具有一定的互补性;沙波对水流结构的影响范围为5cm左右水深;水流脉动最强区域为波峰点下游80cm且与波高同高处。对瞬时流速序列进行子波分析,表明了湍流具有的不同尺度、频率的涡结构特征;基于傅里叶变换将流速序列进行时间域到频率域的转换并做出能谱图,得到低频、大尺度涡结构占据水体主要能量,大、小涡间存在能量串级现象,指出了高频带小涡能量耗散率为7/4。对沙波面沙粒运动模式进行详细的阐述,联系沙波面湍流特性,建立了迎水波面沙粒不同的起动模式,对沙波面不同位置处床沙运动规律进行了机理性分析;描述了沙纹形成的非线性过程,分析了恒定和非恒定流条件下不同沙波演化时期的水流强度、波高、波速的相关关系,并细分了沙波演化周期;通过对不同水流强度下沙波形态参数的统计分析,描述了沙波形态参数与水流强度的非线性关系;引入的细度模数(Mx)参数较好的描述了水流对床沙拣选作用下的床沙组成;建立了具有统计学和动力学特点的沙波输移速度关系式和基于沙波运动的轻质沙单宽推移质输沙率公式,公式遵循量纲和谐且物理意义明确。