第１章
绪 论
1.1 研究背景及意义
我国有三分之二的国土面积为山区与丘陵（谢洪等， 2000），山区河流众多，受到地质活动（地震、滑坡等）和强人类活动的影响，致使坡地及沟谷岩体损伤，而堆积形成的松散物源（曹叔尤等， 2009，2016），在发生强降雨时，极易诱发山洪、山体崩塌、山体滑坡和泥石流等次生灾害（章书成， 1989；Calle et al.，2017）。我国西南山区属于地震高发地带，自 2008年四川汶川地震以来，泥石流、滑坡等自然灾害频发，如 2010年四川省绵竹市清平乡“ 8·13”泥石流灾害（许强， 2010）、2010年“8·13”四川省都江堰市龙池泥石流及 2013年“7·10”都江堰市三溪村泥石流等。大量实地调查和研究表明，泥石流所携带的泥沙大约 90％存在于泥石流阶地和堤坝，约 10％泥沙则会进入河道中（ Keller et al.，2015）。山区河流具有的坡陡流急、洪水陡涨猛落等特性，也使得崩塌、滑坡产生的漂石输移至山区河道内，影响河道水流结构及河床冲淤变化（崔鹏等，2005）。
山区河道中，大量巨大漂石常打破并割裂原有的相对平整的河床，漂石河段内水流结构突变（ Chin，1989；Montgomery et al.， 1997；Knighton et al.，2000）也会引起河床急剧调整，形成大量形态各异的漂石群结构，如阶梯深潭、漂石洲滩等。从生态环境角度来讲，漂石及漂石群的存在，能够降低河道内局部水流流速，减小紊动尺度及紊动能耗散效率，从而大大地改善山区河流生境的水流结构（李文哲等， 2014）。漂石河段的漂石、水流与泥沙三者构成了一个相互作用的复杂关系（见图 1-1）。在三者之间，水流作为唯一的液相因素，是动量、能量与物质的传输介质，水流在其运动过程中挟带并输移泥沙，促成漂石与泥沙的相互影响。一方面，漂石束窄河道，在使水流流向及水流结构发生变化的同时，改变泥沙输移规律；另一方面，泥沙输移规律改变也反作用于河床，引起河床冲淤变化并加剧漂石的掩埋或裸露，漂石群结构形态及洲滩发育也必然受到河床冲淤的影响。因此，三者密切的相互作用共同影响着山区河流的演变过程以及河流生态环境。
图1-1 漂石、水流及泥沙关系
以往关于山区河流粗颗粒河床的研究大多集中在卵砾石河床，但粒径巨大的漂石河段的水沙运动相较于较小粒径组成的河床，在水沙运动及河床冲淤变形规律及机理上存在显著差异，漂石河段的水流结构和河床响应涉及漂石、水流结构及泥沙输移，三者之间互馈作用，内在作用机制复杂，现状研究对其缺乏深入认识。为此，本书以山区河流漂石河段野外调查为基础，通过室内试验、理论分析，研究了不同来水来沙条件下漂石局部水沙运动及河床冲淤变形规律，着重讨论了不同漂石和漂石群分布下的水流结构突变机理，以及大量泥沙补给影响下的漂石洲滩发育过程与植被洲滩河道的水沙输移运动规律。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 漂石河段河床形态
漂石指由冲积或洪积而成，粒径较大、表面浑圆、棱角较少的泥沙颗粒（见图 1-2），它的形成可分为两个过程：由岩石风化或者地震、山体崩塌等地质作用造成岩体松动形成山石；在山洪冲击和河水搬运作用下逐渐磨平成为漂石，国内外对漂石的划分具有不同标准，温特沃思（ Wentworth）分类法及美国地球物理学会（ The
American Geophysical Union，简称 AGU）分类标准认为漂石是粒径大于 256mm的泥沙颗粒；本书引用我国水利部对粒组的划分标准（见表 1-1），即粒径大于 200mm的为漂石。
图1-2 天然漂石河段表1-1 我国水利部对粒组的划分标准
经由暴雨洪水、滑坡、泥石流或冰川等的输移作用（ Keller et al.，2015），漂石多分布于山区河流上游段（ Grant et al.，1990； Montgomery et al.，1997；Dahm，2014）。在陡峻、蜿蜒曲折及粒径级配较宽的河段中，漂石为抵抗水沙运动对河床的冲刷作用，而逐渐自然发育形成孤立型、阶梯型、交错型等单个或阵列结构的漂石河床形态（ Chin，1989；Montgomery et al.，1997；Knighton， 2000）。1976年，Laronne和 Carson在考察塞尔的布鲁克河（ Seale’s Brook）时发现河床中呈无序分布的单个漂石，其覆盖面积只占总河床面积的 5％～ 10％，相比之下更常见的为漂石阵列分布，其占比超过 15％。漂石河床形态的多样性及分布特征不仅与漂石自身有关，还与其特有的地理环境相关：在大比降河道中，主要为阶梯 -深潭结构；在中等比降河道，以漂石洲滩、肋状结构、交错随机结构为主；在小比降的河道中，则多为石簇结构（Grant et al.，1990；Wohl et al.， 1994；Montgomery et al.，1997；Wang et al.，2009）。其中，阶梯 -深潭是指在河道横向上漂石占据整个河宽，纵向上呈现阶梯状，整体由一段陡坡和一段缓坡及深潭相间连接而成的河床结构（ Grant et al.，1990；Chin，2002）；漂石洲滩是由漂石和卵石洲滩组合而成的一种特殊结构；肋状结构是指漂石沿河宽呈横肋排列形成的河床结构（ Bannerjee，1971）；交错随机结构由多个漂石交错随机分布组成；石簇结构是指漂石的暴露高度高于周围河床的平均高度而形成的河床结构（ Reid et al.，1992；Papanicolaou et al.，2003； Strom et al.，2007a）。在山区河流中，巨大漂石的存在打破了原河道的平整性，河床的非均匀程度增加，从而影响河道中浅滩的发育，加速河流地形地貌的演变（MacWilliams et al.，2006；Pasternack et al.， 2008；Sawyer et al.，2010；White，2010）。由于漂石的阻水作用，细颗粒泥沙随水流运动至漂石处产生局部淤积，充填在漂石周围。天然河流中几乎所有具有漂石结构的河床，在其漂石背水面都会产生泥沙堆积，且多为粗糙的鹅卵石及细小的砾石（ Laronne et al.，1976）。在上游泥沙补给丰富的情况下，漂石下游还易发育形成漂石洲滩。认识漂石分布、泥沙补给过程与漂石洲滩发育之间的联系是掌握山区河流漂石河段河床演变规律的必要途径。现有针对漂石河床形态的研究多集中于阶梯 -深潭或石簇结构，对于漂石洲滩形成机制研究较少，因此，在漂石分布如何影响河道水流聚、散和再循环流动过程、泥沙沉积和沙洲浅滩发育位置、漂石特性与泥沙输移及河流形态的关系等方面，目前能获得的参考信息也十分稀少，因此，本书开展对山区河流漂石河段的野外调查，分析河道中的床沙组成、漂石分布及漂石河床形态特征，重点探究漂石分布与漂石洲滩形成之间的联系。
此外，山区流域降雨的季节性导致径流季节性分布不均匀，造成大量漂石洲滩长期裸露于水面，在春夏季节，由于水和养分的持续可用，水生和亲水植被沿漂石洲滩和河岸迅速生长，形成大面积的植被群。山区河道中滩地植被主要包含柔性植被、灌木及乔木，漂石洲滩以一年生的草本植物为主（ Gilvear et al.，2010）。植被发育与洲滩演变和防洪安全密切相关，对于新生成的漂石洲滩，植被在横向上覆盖洲滩，在纵向上通过根系固结洲滩上的沙石，起到固滩固岸的作用。植被生长和植被群的形成是河道洲滩演变为洲岛
的第一阶段（ Po? et al.，1990；Edwards et al.，1999；Gurnell et al.， 2010），也是新洪泛区建立的关键因素（ Parker et al.，2011；Asahi et al.，2013）。在天然河流（Beschta et al.，2006；Hooke，2007）、实验室（ Tal et al.，2007，2010；Braudrick et al.，2009）及数值模拟实验（Murray et al.，2003；Perucca et al.，2007；Perona et al.，2009； Crosato et al.，2011）研究中均发现植被能够降低河流辫状化程度，抵御山洪挟沙径流对河道形态的迁移构造，减少河岸侵蚀，有效改善山区河流水生态环境（ Gurnell et al.，2006，2012a，2012b； Bertoldi et al.，2011；Vargas-Luna et al.，2015）。
植被河道的水流结构、泥沙输移及洲滩的演变是极为特殊而复杂的问题。大量试验研究（ Tsujimoto，1999；Bennett et al.，2010；Nepf， 2012；Huai et al.，2013，2014ab；Liu et al.，2016；Yagci et al.，2016； Errico et al.，2018）结果表明，植被的存在会影响水流结构，增加河道局部水力粗糙度，改变植被区床面剪切应力和植被区内泥沙沉积，对于泥沙输移运动及河床形态构造等有不可忽视的作用。目前关于植被河道的研究大多为单一河道，针对复式河道及洲滩分流河道的研究尚不充分。因此，探究有植被洲滩河道内的水流结构及泥沙运动特性，对于理解植被水沙之间的相互作用机制、洲滩发育过程中植被洲滩分水分沙模式以及影响洲滩发育进程有着重要意义。
1.2.2 漂石河床水流结构
漂石从构成角度上可看作河床骨架，在功能上控制着河道水力学过程，通过调整河床内的流速分布，影响泥沙输移过程，从而改变漂石河段的河床形态（ Bu?n-Bélanger et al.，1998；Strom et al.，2004； Hassan et al.，2010）。根据许多学者的研究和总结，漂石周围的三维流动模式及水流结构如图 1-3（b）所示。对于非淹没状态的漂石，与桥墩、桩柱及栅栏类似（ Dey，1995；Dey et al.，2007），水流流经漂石时，在漂石表面产生压力梯度，导致其迎水面和背水面水流形成分区，形成加速和减速流动的区域（ Okamoto，1979），其涡旋结构分为三个部分：①围绕正面和侧面区域的马蹄形涡流系统；②邻近下游区域的尾流涡流系统，其拱形剪切层从漂石的背水面分离后，在下游一定距离处重新附着至床面，水流反转流向漂石的再循环区，该区域为近尾流区，为泥沙沉积发生的地方（ Papanicolaou et al.，2012；Hajimirzaie et al.，2014）；③位于漂石中下游的尾涡区，属于尾流涡旋扩散的区域，也称远尾流区（ Shamloo et al.，2001； Pattenden et al.，2005；Euler et al.，2012；Dixen et al.，2013）。对于淹没状态的漂石，除上述涡外，还存在产生于漂石顶部分离线之后的拱形涡旋，产生于漂石顶部分离线之后，且其再附着点在漂石邻近下游的最低压力处（ Okamoto et al.，1977；Baker，1979； Tsakiris et al.，2014）。
河床近底水流结构形态。漂石的出现可能导致局部水域发生平均流场转换、湍流加剧和床面切应力沿程改变等一系列变化（ Roy et al.， 2004；Miller et al.，2010；Lacey et al.，2012；Branco et al.，2013）。 Tritico和 Hotchkiss（2005）、Strom和 Papanicolaou（2007b）、王宪业等人（ 2007）发现粗糙颗粒和突出岩屑促使周围水流结构产生突变，近底水流尤其明显，在卵砾石河道的近底 0.2倍水深附近极易出现紊动能“尖钉”现象。萨德克（ Sadeque）等人（ 2008）观察到漂石群下游处尾流涡流交替脱落，伴随产生表面波，但下游水流极少受漂石附近脱落的涡旋影响，而沿水深方向产生了连续的微湍动水流结构（ Lacey and Roy，2008）。漂石下游的垂向流速分布偏离传统的对数分布规律（ Sadeque et al.，2008），但符合对数亏缺律及 Coles
（1956）提出的尾流函数（ Papanicolaou et al.，2012）。戴伊等人（Dey et al.，2011）通过试验发现平整的光滑或粗糙床面中的紊动强度的最大值都在靠近槽底处，而漂石的存在则使得紊动强度的最大值偏离槽底，此研究结果表明漂石对周围水力运动要素的影响比较固定且集中于近底床面。床面切应力作为体现近底水力特性的重要指标，能够在一定程度上反映水流的挟沙能力及泥沙输移的变化。 Lacey和 Roy（2008）发现对于处于完全淹没的漂石石簇结构，沿主流方向垂向雷诺切应力远高于其余方向。 Yager等人（ 2007）认为在漂石交错分布于河床内时，导致局部水流形状阻力增加从而承受了大部分的床面切应力，因此引起漂石上游及两侧的冲刷作用；另一方面，漂石束窄了河道泥沙输移可用面积，使得床面切应力仅余下较少部分用于细颗粒泥沙的输移。帕帕尼科拉乌（ Papanicolaou）等人（2012）进一步指出，漂石的近尾流区内，水流形状阻力可达表面摩擦阻力的两倍，但近尾流区内可用于携带泥沙的切应力却大约只有其他位置的 50%。从水环境生态角度来看，漂石周边能形成低剪切应力区域的特性，对该区域内的附生生物和无脊椎动物的繁殖及生存发挥着重要作用（ Biggs et al.，1997）。因此，将漂石应用于增强和改善鱼类及底栖动物栖息地环境也为自然环境治理和保护提供了一种新的思路（Baki et al.，2014，2015）。
床面形态特征、水流条件及物体自身特征是影响河道内大型物体周围水沙运动的关键要素（ Hannah，1978；Melville et al.，2000； Trembanis et al.，2007；Friedrichs et al.，2016a，2016b）。卵石河道中微地貌形态和排列方式通过改变局部水流结构，不断转换河道内水流的挟沙能力，从而影响泥沙起动和推移质输沙过程（ Laronne et al.， 1976）。在开放、松散的河床结构中，泥沙移动性大，而紧密河床结构的泥沙移动性则偏小（Laronne et al.，1976）。大量粒径粗大的卵砾石与径流共同作用会分割床面，形成网状河床结构，各网格内部产生低床面切应力区域，而其中的泥沙输沙强度则以几个数量级的幅度迅速减小（ Church et al.，1998）。还有一些研究表明石簇结构能有效制约细颗粒的运动（ Strom et al.，2004，2007a；Wittenberg et al.， 2007），究其原因，漂石对细颗粒的隐蔽作用及阻水作用使得水流流速减小，细颗粒所受的上举及拖曳力也随之降低，从而保护河床物质不受挟沙水流的侵蚀（ Reid et al.，1992）。由此可知，漂石阵列中漂石分布形式（如密度、间距、漂石间夹角）也是显著影响漂石河段内水沙运动的重要参数。Oertel等人（2011）通过研究交错分布漂石构成的结构化鱼道，发现鱼道内漂石的分布间距与夹角能显著影响鱼道内的水流结构。 Baki等人（ 2016）通过比较分析交错分布的漂石鱼道内的水深和速度变化，发现水流阻力随着漂石间距而显著变化。李文哲等人（ 2013，2014）认为漂石群所构成的阶梯 -深潭河床，位于阶梯上沿流向的时均流速占主导，而水流在垂线分布上则接近对数分布。另外，漂石阵列如阶梯 -深潭能够通过漂石尾流及其形状阻力消耗大量水流能量，消能效果较床面摩擦更为高效，并在一定程度上抑制了推移质输沙强度（余国安等， 2008；Wilcox et al.，2011；李文哲等， 2013，2014，2017），从而延缓河道下切，维持河床稳定，为水生生物提供了稳定的栖息地和避难场（ Biggs et al.，1997；刘怀湘等， 2011）。漂石局部水流运动与推移质运动相互影响，并且相互制约（Baki et al.，2014）。阶梯 -深潭、漂石洲滩等漂石阵列的形成和发育必然与河床的泥沙输移相关；汛期洪水发生时，上游泥沙持续补给显著细化了漂石河段的床面颗粒，从而增强了局部河床的泥沙可动性，漂石被部分掩埋，进一步导致暴露高度减小，对水流的影响范围也同步缩小，改变了漂石河床流场结构，水流作用逐渐占据主导地位，挟沙能力大大增加，甚至引起漂石阵列的破坏（陈群等， 2003）。李志威等人（ 2017）发现推移质运动的增强会改变漂石周围水流能量分配，使得漂石阶梯上水流紊动增强，并且由于推移质在深潭中淤积，导致深潭淤埋，深潭中紊动大为减弱，消能率降低。此外，河道内障碍物的相对淹没度（ h/D，其中 h为水流深度；
D为障碍物高度）是控制速度场中的流速、剪切应力分布及泥沙沉积与冲刷的核心要素之一（ Papanicolaou et al.，2010；Cooper et al.， 2013）。不同的淹没度下，漂石局部的速度场及泥沙输移有不同特征。依照 Shamloo等人（ 2001）在一半球体实验的定义，漂石的相对淹没度可划分为 h/D＞ 4及 h/D＜ 4。当 h/D＞ 4时，漂石淹没深度很大，并且自由表面上的水流不与漂石下游尾流相互作用，但在山区河流中，由于坡度陡、水深浅，大漂石长期处于浅水或非淹没状态，只有在大规模洪水期间被完全淹没，因此较少涉及此种淹没情形；当 h/D＜ 4时，为低淹没情况，水流流动的自由表面及上层水体与尾流产生混合作用，漂石尾流区内的水流结构也更加复杂。 Dey等人（ 2008）在低淹没度实验中发现圆柱体周围的马蹄形涡旋的大小和强度随着淹没度的增加而减少。 Kucukali和 Cokgor（2008）发现淹没状态下的漂石使得局部气体交换效率迅速降低，水流阻力随之快速减小。 Papanicolaou等人（ 2011）认为在低相对淹没状态下，平均床剪应力可能取决于弗劳德数。
综上所述，前人通过模型试验和数值模拟等研究方式对孤立或群体结构的漂石周围的水流结构和泥沙输移过程等问题进行的现象性规律探讨和模拟计算结果表明：漂石近尾流区是影响漂石河床水流结构及泥沙输移的重要区域。然而，目前关于漂石近尾流区内的水流结构变化特性及泥沙输移过程及规律的总结尚不清晰，尤其是漂石分布如何作用于漂石近尾流区内流速和紊动特性变化，以及如何影响近尾流区的河床形态变化等，同时，漂石近尾流区的作用范围也尚未明确界定。另一方面，多样的漂石阵列分布形式使得尾流中形成不同形式高强度的紊流加剧了漂石河床床面切应力空间分布的不均匀性及复杂性。而目前，关于漂石阵列分布形式的研究多集中在交错分布（Yager et al.，2007；Papanicolaou et al.，2011，2012； Yan Liu，2016；Baki et al.，2014，2015），或阶梯深潭结构（ Wang et al.，2009；余国安， 2009；李志威等， 2017），并且多基于清水、定床或野外实验（ Papanicolaou et al.，2012；Baki et al.，2014），对于漂石洲滩鲜有涉及，也缺少对漂石洲滩冲刷过程的水流结构及河床形态变化的研究。此外，上述研究主要针对河中大型工程类的非淹没固定物体（如桥墩、栏栅等）（Schuring et al.，2010； Ettema et al.，2011；Sheppard et al.，2011；Briaud，2015），区别于一般浅滩桥墩以及天然山区河道中的浅水漂石，也忽略了漂石随水流的可移动性。而动床条件下漂石的移动意味着漂石局部将发生河床切应力重分布、冲坑再次发育以及局部河床再调整，这类变化都会加剧漂石冲刷过程的复杂性，对其机理探讨产生决定性影响，因此其重要性不可忽视。本书利用流动可视化的测量设备（如粒子追踪测速系统， PTV），捕捉瞬时流场内紊流及床面切应力等的变化（ Drake et al.，1988；Lee et al.，1994；Nokes et al.， 2009；Smart et al.，2010；Nezu et al.，2011），并通过试验阐述说明漂石冲刷过程中的水流结构变化，以便更清楚地揭示其内在作用机理。
1.2.3 漂石河床冲淤变形
漂石 -水流相互作用在泥沙输移过程和河床形态演变过程中起着非常重要的作用。当漂石周围河床剪切应力超过泥沙起动的临界值时，水流开始在漂石周围形成冲刷，漂石也随之嵌入河床中。随着冲刷过程的继续，冲刷深度不断加大，漂石与下游冲坑间的斜坡逐渐变陡，漂石的承载面积减小，施加于泥沙上的荷载越来越大，一旦超过泥沙的休止角及床沙的承载能力，漂石在自身重力和水动力作用下，将滚落入冲刷坑内。 Voropayev等人（ 2003）对渐进式浅滩波下短圆柱体的冲刷过程进行划分：①无冲刷；②初始冲刷；③冲刷扩大；④周期性冲刷 -球体掩埋。而 Truelsen等人（ 2005）将水流对球体的冲刷过程分为三个阶段：①冲刷，初始阶段水流冲刷球体周围的沙子，形成冲刷坑或沟，减少上部球体的承载面积；②物体下沉，在到达临界承载区域后球体开始沉入沙中；③回填，在球体和冲刷坑之间的空间中逐渐充满泥沙。上述划分与在实际天然河流中，漂石的冲刷过程及泥沙补给下的回填过程存在一定差异：天然河流中，水流在漂石上游泥沙冲刷并形成冲坑，在下游淤积，两侧则形成冲沟，而随着冲坑的加深，漂石跌入冲坑内，水流结构重新分布，河床则开始新一轮的冲淤变形。漂石上游的冲坑是引起漂石位移及河床变形的起始条件。研究表明河道中大型物体局部的河床冲刷过程不仅由物体的大小、形状和排列、床料的粒度分布、相对淹没度和流动强度 um/uc（平均流速 um相对于颗粒运动起始的临界速度 uc）以及冲刷过程的持续时间来控制（ Hannah， 1978；Melville，1997；Hoffmans et al.，1997；Melville et al.， 2000；Rennie et al.，2017），也与物体的预埋深度有关（Euler et al.， 2017）。Dey等人（ 2008）研究了部分预埋的圆柱体，发现柱体高度对局部冲刷过程有显著影响。Dixen等人（2013）对预埋的半球体周围的流动和冲刷进行了数值和实验研究，也发现半球体的冲刷深度与掩埋深度有关。 Euler和 Herget（2011）发现固定圆柱体的冲刷深度与相对淹没度及雷诺数密切相关。王协康等人（ 2016）指出随着流量的增加，漂石局部区域的冲刷范围及最大冲深显著加大。并且半球体前的最大冲深近似为 0.67倍的球体直径（Shamloo et al.，2001）。漂石前的冲坑发育促使漂石不断嵌入河床，暴露高度降低，河床趋于平整。研究表明预期冲刷引起的下陷的平衡深度与来流速度、泥沙特性以及漂石大小、形状和密度等因素密切相关。其中 Shields参数是影响沙床上物体嵌入深度的核心参数，对于来流 Shields参数 θu gdρρ_ 20/[ s( s _ w_1)] ，其中 u0为来流流速；对于泥
θ _u /[gd ( ρρ1)]
沙临界起动， sc2*ss _ w _ ，其中 ds为床沙代表粒径， u*为摩阻流速。淹没物体相对于物体粒径的最大嵌入深度（ em/D）随 Shields参数的增加而增加（ Friedrichs et al.，2016a，2016b），并且
两者之间存在一定的函数关系： /bmscaθ= 。Whitehouse（1998）
eD c 通过圆柱体试验拟合发现上述公式中系数 a=11，b=0.5，c=1.73； Demir 和 García（2007）通过圆柱体下陷试验发现公式系数为 a=2
且 b=0.8；而 Sumer等人（ 2001）在类似的试验中拟合的公式系数为 a ≈ 0.7且 b=c=0，对于所有 θ＞ θcr，恒定流下的圆柱最大嵌入深度 em /D ≈ 0.7。Rennie等人（ 2017）认为对于粒径相对较大的圆柱体（ D＞ 8cm）可选取 a ≈ 1.3且 b ≈ 0.36，而较小的圆柱体（D＜ 3cm）和锥形形状更容易埋入，故选取 a ≈ 15和 b ≈ 1.1。对于波浪下的圆柱体依赖于波周期 T，其中长周期（ T＞ 4s）的波，可取 a ≈ 1.6和 b ≈ 0.85（Cata?o-Lopera et al.，2007）。在相同水沙条件及相同密度下，不同形状的漂石下陷深度也不同，锥
形圆柱体下陷深度最大，其次是圆柱体，然后是球体，圆锥体最小（Friedrichs et al.，2016a）。
综上所述，漂石上游的冲坑持续发育会使得漂石不断移动，随着水流条件、泥沙补给条件及河势变化，局部河床冲淤变形的同时，漂石相对位置发生变化，并引发新的冲淤平衡过程，漂石河段河床也随之不断演化发展，构成山区河流形态和水流泥沙的多样性和复杂性。此外，一些研究表明嵌入深度（ em/D）与 Shields参数 θ存在幂函数关系，但大多数研究针对圆柱体得出的公式系数 a和 b值也不相同，导致计算参考不能完全统一，并且另一重要参数——动床摩阻流速，计算复杂，也较难确定；为此本书揭示了漂石前冲坑深度及漂石下陷深度与水沙条件及试验时间的关系，构建能简单快速进行预测的漂石下陷公式，预测漂石暴露度。
1.3 主要研究内容及章节安排
山区流域坡体上受风化和地震作用产生的碎石及松散体在滑坡泥石流等灾害作用下，大量汇入河道中，随上游来水来沙变化，形态各异的漂石河床结构逐渐形成和发育，其结构形态和发育程度又必然影响河道内的水沙运动，因此两者是相互联系、不可分割的有机整体，为此，本书以漂石河床为主要研究对象，开展了对岷江支流白沙河与龙溪河流域等两个山区小流域的野外调查；采用室内试验及与理论分析相结合的方法，初步揭示山区河道漂石河床的水流结构、水沙输移、河床响应机理。具体研究内容及章节安排如下。
第 1章，绪论。山区滑坡泥石流频发，大量漂石进入河道，使得河道床沙级配激增。通过总结漂石河道床面结构、漂石河床水流结构以及水沙变化下的河床调整的研究现状及不足，确定了本书的选题依据和研究内容。
第 2章，典型漂石河段河床形态分析。山区漂石河段床面结构与水沙运动相互制约、相互影响。以岷江上游白沙河与龙溪河小流域为调查对象，分析山区漂石河段的床沙组成、床面结构特征、漂石洲滩发育典型阶段，探讨床面形态与漂石分布的关系，初步揭示了山区漂石河段漂石分布特征及床面形态分布特性。
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