黄河为举世闻名的高含沙河流,在自然演变过程中,不仅沿垂向发生冲淤变化,在平面上也发生明显的横向摆动。本文选取黄河大柳树河段为研究对象,该河段属于随来水来沙变化的弯曲性河道,主流摆动,冲淤变化大。拟建的大柳树水库位于甘肃与宁夏回族自治区交界处黄河干流黑山峡的出口处,是一项对西北经济欠发达地区和民族地区的工农业生产和经济社会发展都具有十分重要意义的工程。结合河岸冲刷力学模式建立适合黄河大柳树河段的三维水沙冲淤数学模型,对该河段建库前的水流运动、泥沙冲淤及河岸摆动进行实测和数值模拟研究。利用一维、二维水温数值模型模拟了黄河大柳树水库建成后坝下游河段及宁蒙河段冬季水温分布情况和结冰点位置。其研究成果对大柳树水库的合理运行、减少淤积及对宁蒙河段的防凌提供可靠的理论依据,具有重要的理论意义和工程应用价值。建立基于非结构网格下的三维紊流数值模型,利用非结构网格有限体积法离散控制方程,并采用非结构同位网格中的SIMPLE算法进行求解。对黄河沙坡头河段连续弯道段的水流运动进行数值模拟,得到了平面流场分布、纵向流速沿垂线分布及横向流速(二次流)的数值模拟结果,并与实测结果对比符合良好。验证了该模型能够较好地模拟具有复杂边界的天然河流中弯道水流运动情况。在三维紊流模型的基础上,综合考虑河岸冲刷力学机理和河岸形态修正技术,建立河床冲刷变化的三维水沙数学模型,利用该模型对黄河大柳树河段的河势变化情况进行了数值模拟研究。结果表明:模拟结果与实测结果吻合较好,说明本文建立的水沙数学模型能较好地反映黄河大柳树河段的水流运动情况及河床变化规律。由于上游来水来沙条件不同,黄河大柳树河段在2011年11月到2012年10月期间冲刷的同时还伴有横向摆动。最大冲深可达2.5m左右,在弯道区域,凹岸冲刷较凸岸严重,深槽向凹岸摆动。表明弯道环流是河道横向演变赖以实现的重要因素。建立了适合黄河大柳树坝址下游及宁蒙河段的一维、二维水温数学模型,模拟了冬季不同气象条件下坝下游河段水温分布情况及结冰点位置。预计黄河大柳树水库建成后,宁夏河段冬季各旬水温均在0℃以上,零温断面位置将下移到石嘴山至磴口之间,距大柳树坝址约320km。石嘴山至乌海段冰塞问题基本缓解,石嘴山至巴彦高勒河段将成为不稳定封冻河段,巴彦高勒以下河段为稳定封冻河段,昭君坟及以下河段冰情不会有明显变化。大柳树水库的运用,对缓解宁蒙河段的凌情有着显著的作用。