王 伟

(辽宁省河库管理服务中心(辽宁省水文局)，辽宁 沈阳 110003)

阶梯-深潭结构是山区河流中较为常见的地貌形态，是长期发育形成的平衡状态，具有稳定河床和生态友好等特点[1- 2]。近些年一些小型河流生态修复工程尝试通过人工引入阶梯坎，加大局部水流落差，提高河流地下水与地表水、河流与河岸带之间的物质和能量交换强度，改善河道生物多样性，恢复河流自净能力和生态功能[3- 7]。人工引入阶梯坎结构必然对下游河床带来冲刷，影响河床形态，但这些小型河流上的人工阶梯坎高度多数仅有0.5m左右，与普通的拦河闸坝工程相比规模小、结构简单，国内外对其引起的河床冲刷问题研究非常少[8- 13]。徐江研究了天然河流阶梯-深潭发育程度与河道坡度、床沙级配、上游来沙率之间的关系，分析了阶梯-深潭系统增加水流阻力、消减水流动能的作用[14]。Endreny等通过水动力学模拟描述了阶梯水跃过程，提出在阶梯坎下游存在大量潜流交换单元，顺向上涌流和逆向上涌流共同作用影响河床形态[15]。为进一步研究人工阶梯-深潭结构对河床冲刷强度的影响，为基于人工阶梯坎的小型河流生态修复工程提供参考，本文利用水槽试验观察了人工阶梯-深潭结构的形成过程，分析了不同阶梯坎高度及水流条件对下游河床冲刷强度的影响。

1 试验装置与方案

1.1 试验装置

试验通过如图1和图2所示的循环式水槽装置完成，水槽长5m，高1.2m，宽0.4m，最大循环流量为70m3/h。选用级配较好的石英砂(d10=0.6mm，d50=1.1mm，d90=1.4mm)作为河床基质，孔隙率为0.38，干密度为1.6g/cm3。……