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随着复杂性科学的迅猛发展，对于远离平衡开放系统的研究也逐渐成为复杂科学界的热门话题，这方面理论方法的研究也日益壮大。诸多交叉学科开始将研究对象转向了开放系统模式。而河流网络是典型的开放系统之一，本文借鉴于开放系统的处理理念，试图分析了河网的分布、形态和输运方式几个方面诠释其演化的机制。
1)河网演化的动力学研究，基于河道的随机延伸，提出了广义的Langevin方程，通过构建河网的演化模型，建立Langevin方程的确定侵蚀项和随机项，然后将随机的Langevin方程转化成Fokker-Planck方程，描述河道延伸的转移概率密度。通过对Fokker-Planck方程进行傅里叶积分变化，得到其广义指数幂分布，兼有随机性和确定性实际系统中，基本都有类似的分布。t→0时，广义指数幂退化为高斯分布，t→t0时，广义指数幂变形为幂律分布，将这种分布外推至无穷，对应于现今的实测分布。这个时间演化，展示了河网从演化初期到成熟的历史画卷:河长分布从高斯分布到广义的指数幂分布的连续变化揭示了河网从最初的无序幼年期到趋向于有序的发育期最后演化为有序的成熟期。首次描绘了河网标度规律建立之前的景象。
2)河型转变的协同学理论研究，河型转化的实质是河道为适应其输入的变化而进行的自组织结构调整，是通过水流与河道之间的反馈作用实现的。然而，耦合不仅与水流流态、含沙量有关，还与几何结构、河岸河床地质有关。对于这样复杂的耦合结构描述是相当困难的。本文借鉴了广义流原理表征水沙组合，考察“流”的变化从而揭示其驱动的河道结构相变机制。“流”从低序相转变到高序相过程中，流量在一定得范围内，其广义流会由极小向极大的突变，意味着河道的两个输入参量水和沙之间的耦合要发生突变，当水流量x01＜6时，水沙耦合加强，使系统的输沙率增加，河道处于冲刷状态;当水流量6＜x01＜9时，水沙耦合减弱，系统的输沙率减小，河道转变为淤积状态;当水流量x01＞9时，水沙耦合加强，使系统输沙率再次增加，河道转变为冲刷状态。
3)湍流结构的形成过程，通过从李代数的角度来解析Naveir-Stokes方程，借以深入了解河流及沙尘暴中沙粒的输运机制和运动轨迹。通过计算，得到了其形式解。对解的形式进行数值调研，得到了层流和湍流以及类似中心、焦点、鞍点等非常丰富的流线结构。考察了这些结构与竖向压力梯度、流体密度、雷诺数等特征量的关系，以期获得结构的形成条件和进一步揭示沙尘暴起沙过程或水流流态与携沙能力的关系。