新月沙丘是单一来流作用下形成的简单沙丘构型,因其具有自组织演化和高效迁移特性而获得重要关注。新月沙丘的迁移运动所引起的沙埋危害以及所关联的沙漠化扩张一直是流沙治理工程中需要重点考虑的关键问题。自然风场新月沙丘完整演化迁移所需时空尺度过大,而风洞环境下所获取的缩尺新月沙丘又难以复现其稳态迁移运动过程。为了完整且有效地揭示新月沙丘的形态动力特性,本文尝试以水介质替代风介质,以高密度水体环境作为沙丘构型的缩尺手段,开展水下沙丘自演化迁移行为的实验研究。实验立足闭式循环水洞平台,基于可控水流流速调节系统,分别设置定常流速和非定常正弦变化流速的实验来流工况。以质量相同的三角形、正方形和圆形作为沙丘发育的初始沙源构型,通过光学相机以仰视角度记录并获取不同来流和沙源工况下的沙丘演化进程的动态时序图像。通过开发基于Matlab代码平台的图像提取后处理算法,实现对沙丘宏观轮廓图像的精确对比解析。研究表明,定常水流条件下,三种不同初始构型的沙堆均能复现出新月沙丘。其中,三角形首次复现新月构型的速度最快,圆形次之,正方形的最慢。这是由于三角构型的流形效应有效减少了沙丘表面发生横向运动的沙粒数量。三种形状沙源演变成的新月沙丘的轮廓曲线经无量纲化后,表征新月形状的特征点均重合。这本质上印证了定常水流作用下,新月沙丘在“流向-展向”维度上具有自吸引效应。与定常水流条件相类似,在非定常水流条件下,三种不同初始构型的沙堆同样能够复现出新月沙丘,且稳定新月沙丘同样表现出了在“流向-展向”维度上的自吸引效应。然而,与定常实验结果存在差异的是,非定常水流条件下首次复现新月构型从快到慢的初始沙堆形状排序依次是三角形,正方形和圆形。这可能是由于非定常正弦流速的波动特性加速了具有棱角特性沙堆的演化进程。