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建立了迁移速度的混合长度尺度模型。由于野外观测投入成本大、费时费力、测量间隔长，相关研究
资料相对较少。其中对床面形态特征参数进行的分析较为详细，对床面形态迁移速度的研究则集中于
平均值、代表值 ［１５］ 。Ｃｌａｕｄｅ等 ［１６］ 对法国 Ｌｏｉｒｅ河约 ７００ｍ长的河段进行了中低流量级下的床面形态和
迁移速度测量，发现以床形迁移速度计算的推移质输沙率明显被低估；Ｚｏｍｅｒ等 ［１７］ 将这种现象解释为
床面测量的时间分辨率过低。
在水槽试验方面，前人进行了大量试验并建立了平均床形迁移速度、床形高度和推移质输沙率的
关系 ［１８］ 。随着研究方法和测量技术手段的进步，高时空分辨率的床面高程数据被获取，床面形态特征
参数和 Ｓｈｉｅｌｄｓ数、床面切应力和输移阶段等水沙参数的关系被引入 ［１２，１９］ ，开展了大量床面形态特征
参数和迁移速度的相关研究。Ｔｅｒｗｉｓｓｃｈａ等 ［２０］ 利用水槽试验获取了时间分辨率 ５ｍｉｎ的 ＤＥＭ 数据集，
计算并展示了通过三维床面形态提取与传统剖面提取的迁移速度的差异。
在上述研究中，水槽试验仍然是探究河床形态动力学机制的主要手段。在无扰动的条件下，持续
观测水流运动作用下床面形态的发展和演变是理想的水槽试验模式。因此，本文采用从水槽边壁观测
床面形态的方法，通过在水槽侧边架设摄像机，拍摄得到边壁床面形态演变、发展的影像视频，采用
ＡＩ视觉大模型对视频图像进行分析，识别和提取水体－ 床面交界线，获得了高时空分辨率床面形态动
态发展数据。通过改进的 Ｌｏｅｓｓ优化算法提取床面形态特征参数，利用加权相位差和幅度差的方法优
化已有迁移速度提取过程，实现了长时间序列床面形态特征参数及其迁移速度的自动化、高效率提
取。最后利用所得到的数据，详细分析了动态平衡状态下床面形态特征参数及迁移速度分布规律和时
空发展、分布特征。研究成果可为深入理解床面形态内在变化机制和形态动力学数值模拟提供依据。

２ 试验方案和方法

２．１ 试验条件和工况设置 试验在中国水利水
电科学研究院泥沙试验大厅的大型水槽内开展，
试验段长约 ３０ｍ，宽度 １ｍ，高度 ０．７ｍ。水槽
两侧边壁为玻璃，便于开展摄影测量。水槽供
水循 环 系 统 由 地 下 水 库、水 泵、电 磁 流 量 计、
变频器等构成。试验流量 Ｑ介于 ２０～４０Ｌ?ｓ，采
用电磁流量计和变频器进行闭环反馈控制。水
槽尾部设置集沙坑收集推移质输沙量，并定期
加回试验段上游。水面坡度通过水槽首尾设置
的摄像头提取的水面相对位置来确定。
水槽底部铺 设 厚 度 约 １０ｃｍ，主 要 粒 径 介
图 １ 试验床沙级配
于 ０．１～１ｍｍ的石英砂，试验前对床沙进行了
３次采样筛分，级配分布如图 １所示，中值粒径为 ０．４５ｍｍ，床面底坡为 １．５‰。观测段位于试验段
中部，架设一台海康威视 ＤＳ － ２ＣＤ２Ｔ８７ＷＤＡ４ － Ｌ型摄像机从水槽侧面对床面进行拍摄，摄像机图像
采集分辨率为 ３８４０ × ２１６０，图像有效识别区域顺水流长约 ０．８ｍ，高约 ０．４ｍ。整体试验布置如图 ２
所示。
参考已有研究成果，通过设置泥沙输移阶段和悬浮指标，以确保泥沙输移以推移质为主 ［１２］ ：（１）
Θ ｗ ｓ
输移阶段 Ｔ＝ ＜３３，Θ 、Θ ｃ 分别 Ｓｈｉｅｌｄｓ数和临界 Ｓｈｉｅｌｄｓ数；（２）悬浮指标 Ｚ ＝ ＞２．５，ｗ取床沙中
ｓ
ｓ
Θ ｃ κ ｕ

值粒径 Ｄ 的沉降速度，κ为卡门常数取 ０．４，ｕ 取平均摩阻流速。试验共设置 ９种工况，相关参数见

５０
２
表 １。利用能量守恒原理计算 ［２１］ 总切应力 τ ＝ ρ ｇｈＳ＋ ρ Ｕ（Ｓ－ Ｓ），其中，ρ 为水的密度，ｇ为重力加速
ｗ ｂ ｗ
度，ｈ为水深，Ｓ为水面坡度，Ｓ为床面坡度，Ｕ为平均流速。
ｗ
ｂ
３
— １ ３ ４ —