浊流是一种发生在水下、含低浓度泥沙、并沿床面运动的自然流动现象，地表和海洋中的浊流非常普遍。一般认为其是控制海底地形地貌的主要因素。此外，浊流沉积物不仅是海底油气资源的重要产生及储存场所，其高速和超大范围运动的特性也导致其对海底工程设施具有极强的破坏性。浊流的运动是一个重力驱动、湍流支撑、涉及与环境有强烈物质交换的复杂过程。通过对环境水体的卷入以及与床面泥沙的动态交换，浊流可以在很小的平均坡度下将大量泥沙输运至极远的（上千公里）距离，而其中物理机制的认识还很不充分。因此，研究浊流运动具有很重要的科学意义和工程价值。

本文建立了新的垂向积分模型体系。从一般的分散两相湍流理论入手，证明了在一般情形下使用混合物不可压缩流动近似的合理性。通过对浊流沿深度方向进行分区，得到了能够考虑环境水体影响的浊流运动-泥沙冲淤-床面变形相耦合的新模型，从而能更合理地考虑水体卷入、侵蚀沉积、环境水体沿程压力梯度及约化重力这四个对浊流最为重要的影响因素，并能够考虑环境水体密度变化及其流动对于浊流运动和演化过程的影响。

针对以密度为主变量的系统，构造了满足保平衡性质的数值格式，并证明了该数值格式守正性。另外，针对泥沙浓度与运动耦合的浊流黎曼问题，本文求解了其精确解，得到了适用于浊流的双稀疏波近似公式，发现了有别于明渠流动的浊流黎曼问题的特殊结构。同时，分析指出了在环境水体密度变化时，浊流黎曼问题可能出现新的解结构。

利用新模型探索了环境水体的密度变化和流动对浊流定常平衡态产生的影响。通过对典型特例的模拟和分析，发现在本文所取条件下，单纯的环境水体密度变化或流动均不会对新模型的定常平衡态的远处渐近性质产生影响，但会影响浊流上游的流动特性，并会改变浊流的自加速条件。

最后，本文以阿加迪尔峡谷浊流为背景，进行了真实尺度的浊流数值模拟研究。通过模拟结果与地学资料的对比研究，推断出了当地发生的真实浊流的规模上限；模拟结果表明，该浊流全局总侵蚀体积与初始泥沙总体积近似成幂次关系。

另外，作为笔者转博之前硕士阶段研究成果的核心部分，本文附录总结了对液滴高速冲击薄液层的数值模拟研究结果。针对液滴冲击后形成的皇冠状水花的运动规律，以及粘性在其中发挥的作用，通过CLSVOF方法进行了数值模拟研究。模拟结果和理论分析表明，在冲击后的不同阶段中，粘性引起的能量耗散在量级上有变化。在冲击初期，粘性引起的耗散主要发生在液滴与液层相接的颈部，且量级小至可忽略；在皇冠状水花形成之后，粘性引起的耗散主要发生在壁面附近，因而可以使用前人基于浅水系统的理论推导；而两者之间的第二阶段，能量的主要耗散区从液滴颈部向壁面移动，耗散量级在冲击形成皇冠及皇冠运动的整个过程中占主要部分。