水库中异重流和溯源冲刷物理过程的现象分析与数值模拟研究对水库生产实践与泥沙管理具有重要的工程应用价值,并有助于揭示复杂的水沙运动机制和河床冲淤规律,本文分别从过程现象分析与数值模拟技术及其应用三个方面对其展开研究。在过程现象分析部分:对于异重流,本文简述了异重流的基本特性,并结合小浪底水库2012年异重流实测资料分析了水沙要素垂向及横向分布规律与异重流演变过程。通过扩充水库异重流潜入点实测资料重新率定了有关系数,得到了改进后的异重流潜入点判别公式,并采用水槽试验资料对公式进行了验证;对于溯源冲刷,本文基于简单边界条件下的溯源冲刷概化过程,对溯源冲刷发生和发展机制作出分析和阐述。结合三门峡水库1974～1996年溯源冲刷实测资料分析其影响因素,并验证了各家输沙率经验公式的准确性。分析得出溯源冲刷主要是发生于淤积体陡坡上的冲刷,通过对倾斜床面上的床沙进行受力分析,最终得到了考虑床面倾角的泥沙起动流速公式。在数值模拟技术部分:本文构建了同时适用于异重流及溯源冲刷的水沙输移与河床冲淤耦合的一维数学模型。模型考虑干支流水沙交换,针对干支流倒回灌,提出了改进的零维水库法用于计算复杂支流水系下的倒回灌净流量。模型具有的特性包括:对于异重流,采用改进的潜入点判别公式衔接明流与异重流的计算,并考虑异重流倒灌及其与上层水体比降及流速的相互影响。将明流计算得到的过水面积和断面流量视作守恒物理变量,可以实现潜入点上游浑水明流、下游异重流及上层清水各要素的全解;对于溯源冲刷,认为其属于浑水明流下陡坡上的特殊河床演变现象,求解时根据地形确定陡坡范围及倾角,通过考虑床面倾角的泥沙起动流速公式判别床沙起动。在数学模型应用部分:对于异重流,本文首先结合小浪底水库2002年异重流观测资料对模型进行率定和验证,后模拟了水库2012年调水调沙期包括异重流过程在内的完整水沙运动过程并对参数进行了敏感性测试,分析了异重流流动特点及相关物理因素的影响规律;对于溯源冲刷,本文选取了边界条件相对简单的水槽试验进行初步模拟,进而对1975年三门峡水库溯源冲刷过程进行了模拟,分析了溯源冲刷发展特点及规律。模拟结果表明模型对于水库异重流过程及溯源冲刷试验过程的模拟具有良好准确性,模拟复杂边界条件下的水库溯源冲刷过程的精度还有待进一步提高。总的来说,建立的模型可以较好地描述异重流及溯源冲刷等情形下的水沙输移及河床演变过程,具有较高的工程和科研价值。