本文通过对非均匀沙起动、沙垄演化及其相应的水流结构及动力特性的实验研究,揭示出了一定符合现实意义的水流泥沙动力过程的规律,为运用非线性分析的方法进一步深入研究河流动力过程提供了必要的理论准备与试验资料本项实验中,采用在试验室里水槽里放置天然的非均匀沙,然后通过调节水流条件,利用声学多普勒流速仪(ADV),先是量测了平整床面上非均匀沙起动前后沿铅垂线方向上各测点处的瞬时流速过程。在床面经过一段时间变形出现沙垄后,又量测了一个典型沙垄上不同位置沿铅垂线方向上各测点处的瞬时流速过程。然后运用湍流统计理论的数学工具,对所得的瞬时流速进行时均流速与脉动流速的分离,并计算出脉动强度、脉动动能、雷诺应力、流速脉动分量的频率分布、流速脉动分量的偏斜因子与平时因子、以及各测点处流速脉动分量的自相关系数和积分尺度,最后绘制成能直观地反映湍流脉动物理过程的曲线图形。在研究非均匀沙起动时,采用了对比分析的研究方法探讨非均匀沙起动前后水流结构的发展变化以及非均匀沙起动后对湍流结构的影响。在研究沙垄演化时,先是观察并记录了床面变形的物理过程,然后通过比较同一垂线上距床面不同距离的各测点的湍流统计特征量,以及比较沙垄不同位置的垂线上各测点的湍流统计特征量,总结了沙垄演化过程中的湍流动力特性。本文的研究中还发现了沙垄床面上湍流猝发现象以及沙垄波谷及背水面波腰处出现的周期性拟序结构,对沙垄演化进行了较浅显的微观动力过程分析。