中文摘要：

针对动床模型试验中时间变态对短时段非恒定流冲沙过程模拟准确性的影响，采用理论分析和概化条件下的水槽试验等手段，从明渠非恒定、非均匀流紊动结构研究的已有成果出发，根据特定流动条件下轻质模型沙运动和输移过程特点，建立相应的水动力临界条件和分析模式，定量表达其与恒定流情况的系统差异。提出时间变态对模拟过程产生影响的动力机制。在采用轻质模型沙、时间变态显著的动床河工模型中，针对非恒定运动过程占优、水流运动不相似的情况，对模型中的轻质沙运动及河床变形过程给出定量分析，阐明其误差来源和修正原理，提出特定运行条件下实际可行的动床模型试验方法，增加短时段非恒定水流冲沙过程的模拟精度和可靠性。针对重大工程设计实例和相应的动床河工模型试验工作，通过对比模型试验结果和原型实测资料，验证所建立方法的可行性。完善轻质沙动床河工模型中时间变态研究的理论体系，建立由明渠非恒定流动紊动结构分析泥沙运动过程的一般方法。

结论摘要：

本项研究采用水沙动力学数值模拟、大比例实体模型试验、微比尺概化模型研究等多种手段，对时间比尺变态问题进行了理论分析和试验验证，在轻质沙模型时间比尺变态问题上获得如下新进展1) 定量划分模型中恒定流与非恒定流时长的比例及其与原型情况的偏差；2) 定量指出实体模型中下泄高浓度水流历时与原型中情况的偏差。根据试验和数值模拟的结果，提出了在模型试验中划分非恒定流与恒定流阶段的新方法，用于改进实体模型非恒定流试验精度、使实体模型试验更准确地模拟原型中的冲沙过程。针对轻质沙模型通常设计为几何变态的情况，对几何变态率影响水沙运动相似的问题进行了系统研究。结果表明，不同变率及不同尺度模型上的清水试验，模型水平尺度较小（1:1000）时，紊动对泥沙的扩散作用将被夸大，使得悬移质运动不相似；由于满足起动相似的泥沙粒径比尺较大，水平尺度较小（1:1000）的模型若选用比重较大的模型沙，则只能模拟卵石推移质；模拟沙质推移质时需要采用比重较小的模型沙以增大粒径，但将引起诸如时间变态率增大等新问题；小尺度的动床模型试验，泥沙冲淤变形时间比尺较大，模型时间过短，给模型操作带来极大不便，增加了试验的误差源。