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河流连接了陆地与海洋，是水循环在陆地上的分支，是陆地表面过程的最重要的部分。而地表过程是全球变化研究的重要环节。河流对于人类的生态和经济效益巨大，对于当前中国经济快速发展时刻尤其具有重大意义。水沙关系是研究河流及其流域环境演变的关键，而河流沉积物是水沙关系的外在体现。水下底床沙波是沉积物特别是推移质的集体运动形式，研究水下沙波在河流中分布的趋势和控制性因素，特别是不同流量下的沉积特点，对于理解沉积物的搬运和沉积规律，意义明显。长江处于欧亚板块东部季风区这个全球变化的敏感位置，冬夏季风的势力衰减左右了其气候走势，夏季风带来的降水的强度和季节性分布决定了长江流域洪枯水情。由此，长江是一个研究本区域环境变迁的良好的切入点。同时，人类活动高强度的改造着长江流域环境。以三峡工程为代表的工程将极大改变今后的长江水沙关系。三峡最终建成前后流域环境产生的变化，是令人感兴趣的话题。为了探求水下沙波的分布规律，采用ADP流速仪、旁侧声纳和浅地层剖面仪对武汉以下长江主航道进行了走航式测量。本次研究在封坝前建立了长江中下游水下沙波微地貌的数据库，包括沙波的直观影像，代表性沙波的几何尺寸等。长江中下游（武汉以下）的河道底床沙波，根据其沙波高度，可以分为四类：Ⅰ—大型沙垄，波高8m＞h≥4m，波长一般在60-260m；Ⅱ—沙垄，波高4m＞h≥2m，波长一般在20-120m区间；Ⅲ—小型沙垄，波高2m＞h≥0.5m，波长一般小于20m；Ⅳ—不可辨别沙纹（受仪器垂直分辨率7.5cm限制）。以10 km为间隔，平均选取100个断面采集床底表层沉积物样品，同时在走航测量过程得到一些实时数据：ADP水深、河宽、水面坡降、过水面积、平均粒径、ADP流速。从武汉到河口，ADP水深逐步增加（15-25 m）；河宽从1 500m增加到约5 000 m；水面坡降A河段为1-2×10-5；B河段达到极值(约4×10-5)，然后逐渐减小，一般小于1×10-5；过水面积从18，000 m2增加到70，000 m2；平均粒径总体上反映A、B、C段较粗，在0.15-0.30 mm之间波动，C段后部分有所变细；D段上部分也较粗，然后向河口E段明显变细；ADP实测流速在A-D河段变化不大，在1.0-1.4 ms-1间波动，向河口E河段明显减小。ADP实测流速沿程变化不大，围绕1.20 ms-1上下波动。在上述分析的基础上，根据河床断面面积—坡降散点图的聚类分布特征，可以将研究区域1 000 km的河段，划分出5段不同类型的河床地貌，从上游至下游分别为A-B-C-D-E五段。A段中沙波分布可以分为2类。波高大于5 m，波长范围在20-70 m之间的较大沙波，多呈新月牙形状，据观测多分布在单一河道中；另一类较小沙波（波高小于2m，波长10m以下、多为Ⅲ、Ⅳ类，甚至不可辨别），沙脊线呈平行或弯曲状分布，基本出现在分汊河道中。B段大沙垄（Ⅰ、Ⅱ）波长一般在几米到60-70 m之间；沙波形态也多为新月牙形，但没有A段规模大。C段河床中出现大型复合型沙垄。下部波高一般为5-7 m，波长可长达154-267 m；上部沙波较小，波高一般为2.0-2.5 m，波长为10-20 m（057／056采样点）。总体来说，上覆之小沙波较之下部更为对称。D段中沙波总体比C段减小，波高介于5.6-7.7 m，长度56-102 m（026／025采样点）。以新月牙型为主，也存在平行或者弯曲脊线的小型沙波，本段沙波较之上游趋于对称。E段中的沙波继续变小，沙波高度介于1.6-2.4 m，长度介于140-155 m（012／011采样点和014／013采样点之间），形态几乎对称。上述五个河段的底床沙波地貌的差异，反映了不同的河流动力条件。本研究利用ADP实测流速，对研究区水动力参数模拟如下：福劳德数Fr（Froude Number）在A-C段变化不大，A段相对于B、C略微高，波动在0.1上下。D段开始明显下探到0.08以下，E段更是减小到0.02。边界剪切力t0（Boundary Shear Stress）的模拟值在B段出现极大值，随之逐渐减小。单位水流能量ω（Unit Steam Power）的模拟结果总体趋势跟t0类似，峰值出现在B段，而后C-E河段依次递减。雷诺数Re*（Renault Number）在A-C河段呈递增趋势，在C段出现极值，向D-E河段趋于平缓。无量纲参数T的延程分布在A、B河段数值高，C段达到极值。相对全程平均值10.6而言，C段平均值高达14.7。在实测水文数据和模拟参数二者的的基础上，本文试图探求底床沙波分布区域差异性的动力地貌解释：A河段处于中游蛇曲河型向下游分汊河型过渡地带。河道逐渐受到下游第四纪阶地和山地的控制，尤其是受到B河段黄石—武穴基岩岬角的影响，导致洪水期大流量不能迅速下泻、水面坡降较缓。造成河床堆积明显，床底长期处于沉积搬运状态，大沙垄Ⅰ、Ⅱ明显发育，高数值的波痕对称指数（R.S.I=3-4.1）表明床底搬运强烈。相比之下，B河段进入基岩河段，以单一顺直河型为主，在黄石一武穴段河宽变窄（最小处仅650 m），河流能量迅速集中，水面坡降值远高于A河段。单位水流能量ω、边界剪切力τ0等也随之增大，导致床底长期处于强烈冲刷搬运状态。B段高能量集中区也存在大沙波但总体小于A段。C河段为典型的分汊河型。河床过水面积、水深与河宽都明显增加，但水面坡降明显减缓。曲率最大，平均达1.32，河间心滩沙坝极为发育。大型沙波在C河段规模最大，体现了该河床充分堆积和搬运的特点。C河段虽然水流动力能量总体不如B，但无量纲参数和雷诺数值高，表明床底推移质运动大，符合波痕对称指数（R.S.I=3-3.5）所反映的强烈的底床搬运特征。本河段的复合型沙波，反映洪枯季均有明显的泥沙运动。D河段以单一河型为主、分汊河型为次，平均曲率仅为1.03。沙波规模较上游小，但仍有一定规模。河流水文动力参数明显减小，波痕对称性变好（R.S.I=2-3），向下游方向床底沉积物搬运减弱的趋势。E河段属于河口区，明显受到径流和潮流双向流场的影响，沙波对称状好（R.S.I=1-1.2）。河宽与过水面积发展到最大，导致水流能量分散，Ⅳ类沙波发育。尤其需要指出的是：长江中下游河床中的大型沙波（Ⅰ、Ⅱ）基本分布在水面坡降0.2-2.0×10-5和过水面积在10，000-35，000 m2的区间；在河床沉积物中的分布有两个平均粒径区域：0.02-0.05 mm和0.15-0.35 mm，尤其集中在后者。洪季大流量对大沙波更具有决定意义，所以选取较之野外实测(40，000 m3s-1)时更大的60，000 m3s-1作为代表流量，模拟洪季底床搬运动力。洪季驱动A、B河段大型沙波（Ⅰ、Ⅱ型）的流速在2.3-3.5 ms-1之间，相比之下，形成C、D河段大型沙波的动力稍弱，流速在1.2-2.2 ms-1之间。在本研究区域内，颗粒雷诺数和无量纲参数T在判断床面形态特别是大型沙垄形成与否时，较之其他参数更具有指示意义。本区ADP流速平均值都在1.20ms-1左右，变幅不大，ADP流速很可能已经达到了形成大型沙波的临界流速而作为一个背景值存在，一俟其他要素成熟便推动底床形成大型沙波。区域地质地貌的差异性，导致了水下沙波地貌的沿程变化。本文对沙波几何尺寸和平面分布状况进行了统计和描述。结果表明，水下沙波的大小和平面形态可以较好的反映水沙关系在长江中下游河道中的变化。