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蜿蜒型河流是最常见的河型之一，不仅在垂向上具有河床的冲淤变化，而且在平面上还有明显的横向摆动特征。蜿蜒河道内往往存在复杂的水沙运动，河床变化剧烈，河岸堤防易受冲蚀，在防洪、航运、港口和桥梁等规划设计中必须加以考虑。开展蜿蜒河道水沙运动规律分析研究，探索蜿蜒河道演变过程与来水、来沙条件变化的响应规律，对于流域规划、水利工程建设、河流生态环境改善均具有重要的理论与实践意义。 本研究利用室内试验和数学模型两种手段来开展弯道主次流交互作用研究，首先通过不同曲率的室内弯道水槽实验观测弯道内的流场和冲淤地形分布，分析不同控制条件下的流场与冲淤地形的空间分布规律，明确弯道形成的关键动力要素及其对主次流交互作用的影响;其次利用经过实验数据率定和验证的全项二维数学模型(CCHE2D)及准二维非线性数学模型，模拟平床及动床条件下的流场结果与河流蜿蜒过程，并通过情景分析探讨主次流交互作用对不同曲率、流量、粒径变化的响应机制，揭示蜿蜒河道发展过程中的水流及输沙特征，分析次生流对主流的非线性反馈作用及其对蜿蜒河道演变的影响，探讨蜿蜒河道演变过程中“水动力—泥沙—河岸侵蚀”三者的交互作用机制，从而为江河整治及河流长期规划提供更加科学的理论依据并解决相关的实际问题。主要研究结论如下: (1)主流在弯道内的迁移过程是曲率次生流和地形次生流共同起作用的过程，在发展过程中地形次生流不断克服曲率次生流带来的向凸岸靠近的趋势，进而推动主流从凸岸摆动到凹岸。在定平床弯道水槽中，曲率次生流起主要作用，推动主流高流速带偏离河道中心线位置向凸岸方向摆动，其摆动距离随次生流作用增强而增强;地形次生流有效促进了主流在蜿蜒河道内的迁移，在小曲率弯道中，地形次生流使得纵向流速梯度增大而带来床面冲淤，弯道将出现以向下游的平移为主的演变趋势;在大曲率弯道中，地形次生流推动主流高流速区由凸岸摆动到凹岸，使弯顶位置横向冲淤梯度增大，弯道出现以横向扩张为主的演变趋势。蜿蜒河道从轻微弯曲逐渐发展到强烈蜿蜒是地形次生流的作用远大于曲率次生流的产生的效果。 (2)利用CCHE2D全项二维模型模拟各组水槽实验所得流速计算结果较为可靠，其冲淤量计算与实测结果虽然在局部细节上有所差异，但整体来看趋势一致，说明CCHE2D二维模型能够较好模拟弯道中主流速带及冲淤带的横向摆动趋势。模型计算结果与控制参数的相关性分析表明，弯道主流高流速带的横向迁移与断面横向坡度、泥沙中值粒径和控制流量存在线性相关关系，其关系可以用线性函数描述。由该函数表达式可知，主流带的偏移率与横向坡度参数高度正相关，与泥沙中值粒径中度负相关，与流量存在较弱的正相关关系。 (3)利用准二维非线性水动力数值模型和基于“流速梯度造床”假说的河岸侵蚀模型BERM耦合，可以建立不受曲率限制的蜿蜒河道演变的非线性数值模型。该模型考虑了表征主次流非线性交互作用的影响，其计算结果能够较为准确的描述弯道发展过程中次生流的变化对于主流高流速带摆动的影响。情景分析结果表明，主次流之间的非线性作用减缓了弯道横向扩张速度，从而抑制蜿蜒河道的横向摆动。这种非线性作用随弯道的最大偏转角和横向坡度的增大而增大，而随着弯道波长而减小。忽略这一作用带来的误差在小曲率弯道平床条件下并不显著，但随着曲率增大或地形冲淤增加其误差将逐渐增长。非线性数值模型在大曲率条件下其计算结果明显优于线性模型，其应用能够显著改进蜿蜒河道由小曲率向大曲率发展过程的模拟精度。