受紊流的驱动作用,推移质呈现出不同的运动状态。同时推移质也影响紊流,二者相互作用,形成不同的床面形态,床面形态是推移质与紊流相干结构相互作用的重要内容,分析床面形态的形成有助于阐明相干结构与推移质的相互作用机制。本文开展推移质平衡输沙试验,基于图像处理、PTV（Particle Tracking Velocimetry）方法和卡尔曼滤波算法,分析床面推移质泥沙颗粒运动规律。在此基础上使用SFM（Structure From Motion）方法重构床面三维地形并与颗粒运动对比,以研究推移质运动与紊流相干结构相互作用机理。论文的主要内容及研究结果如下:（1）改进传统识别推移质运动颗粒质心的两步法,结合PTV方法在获得颗粒粗略质心的基础上,加以改进,获得颗粒的精确质心,实现质心较为精确的识别。而后采用卡尔曼滤波确定颗粒在不同帧图像中的位置。结果表明,通过本文方法,可从颗粒尺度较好识别推移质运动轨迹,为推移质运动机理研究提供新思路。（2）对推移质运动参数进行统计分析表明,颗粒的流向速度服从于伽马分布,展向速度服从正态分布,颗粒运动数量随水流强度的增加而有所变化,颗粒角度多集中于0附近,表明颗粒多沿水流方向运动。（3）对推移质运动进行量化分析表明,推移质运动强度在床面沿横向方向存在高低间隔的带状结构,水槽中间区域明显,至水槽两侧结构逐渐消失。将床面地形图与推移质运动强度图进行对比,发现当床面形成交替间隔的沙脊和沙垄结构时,沙垄区域推移质运动强度大,沙脊区域推移质运动强度小。水槽两侧推移质运动较少且无明显沙条带结构,二次流无法解释这一现象,而流向涡模型能够很好地解释推移质运动强度及床面沙脊沙垄结构沿横向间隔分布的特征。推移质床面沙条带结构和大尺度流向涡结构间相互耦合,形成稳定的时间平均尺度床面结构。（4）不同测量水深下的紊流结构复杂,综合分析紊流结果的POD（Proper Orthogonal Decomposition）模态,时间系数以及特征值,结果表明在同一测量水深下,单阶模态能量百分比随着模态阶数的增加而减小;在不同测量水深下,前50阶模态所蕴含的湍动能随着测量水深的增加而增加。同时发现模态中包含正负条带结构,条带结构的数量和尺度大小与模态能量以及水流中的大尺度结构相关。