主要完成单位：南京水利科学研究院
主要完成人员：窦国仁
获奖情况：1987年度国家自然科学二等奖

    河床紊流是水力学和河流学和河流动力学的理论基础，也是紊流力学的重要组成部分。对此课题的研究，将直接推动水力学和河流动力学的发展，更好地解决诸如泥沙运动、水力输送、高速水流等问题。随着测试技术的发展，在河床紊流方面已取得了大量试验资料，但由于问题非常复杂，理论研究依然进行缓慢。本项研究提出了河床紊流随机理论和一些新概念，使明渠和管道水流以及减阻流得到了理论上的全面阐述，并得到了试验资料的全面验证，从而使河床紊流理论有了全面系统的发展。
    提出的河床紊流随机理论主要由三部分组成：（1）根据紊流旋涡结构，建立了紊流随机模型，导出了脉动流速强度、相关矩和谱密度等关系式；（2）根据壁面绕流实际情况，纠正了传统概念，明确了紊流出现光滑区，过渡区和粗糙区的原因，不是由于粘滞底层和壁面糙率的隐蔽作用，而是由于紊流绕过壁面糙率时是否发生分离所致，不发生分离时，糙率对紊流无明显影响，为光滑区，发生部分分离时糙率只起部分作用，为过渡区，全部分离时，分离层厚度已与雷诺数无法，成全决定于糙率，为粗糙区，并导出了上述三者之间的关系式；（3）根据从层流向紊流过渡的实际情况，提出了紊流发生机率的概念，并依据统计原理导出了紊动发生机率公式，从而使层流和紊流得到了理论上的统一考虑。
    将此河床紊流随机理论应用于明渠和管道水流，导出了全部脉动特征值公式以及描述时均结构的公式，获得的时均流速分布公式可适用于各种情况，概括了三个统一，即对数层、过渡层和粘滞层的统一，光滑区、过渡区和粗糙区的统一，层流、层流向紊流过渡和紊流的统一，从而使上述发种情况由一个总公式来描述。由此流速分布总公式又导出了阻力系数总公式，使著名的尼古拉兹阻力系数图得到了理论上的全面概括。
    在水流中加入少量高分子聚合物后，水流转变为粘弹性流，阻力大幅度降低，形成减阻流。将粘弹性流的切应力公式转换成牛顿流切应力公式形式时，得出一个新参数（可称之为减阻参数）并导出了此参数与流动条件和聚合物的化学物理性质间的关系式。应用河床紊流随机理论，导出了减阻流的脉动强度公式，时均流速分布总公式和阻力系数总公式使现有试验成果得到了理论上的全面概托。减阻参数愈大，减阻效果愈大；当减阻参数为1时，这些公式就能变为牛顿的相应公式，因而又实现了减阻流与清水水流的统一。
    河床紊流随机理论可以在很多领域推广应用。已被用于边界层紊流和属于宾汉流体的均质高浓度泥沙流，并已取得了良好的成果。