階梯-深潭結(jié)構(gòu)對溝道穩(wěn)定性的作用機制

黃科翰，徐夢珍，張晨笛，王兆印

(1.清華大學(xué)水利水電工程系，北京 100084；2.清華大學(xué)水沙科學(xué)與水利水電工程國家重點實驗室，北京 100084)

階梯-深潭結(jié)構(gòu)是比降大于3%的山區(qū)河流中廣泛發(fā)育的微地貌形態(tài)，為典型的高效消能結(jié)構(gòu)[1-2]，是山區(qū)河流自我調(diào)整的結(jié)果[3]。以人工階梯-深潭系統(tǒng)為代表的模仿自然的措施常用于河流修復(fù)中，能夠起到防治山地災(zāi)害、有效提升和保持河流生態(tài)功能及廊道連通性的作用[4-5]。與傳統(tǒng)的巖土工程相比，階梯-深潭系統(tǒng)就地取材、因地制宜、施工難度低，在交通不便的山區(qū)小流域廣泛適用。研究階梯-深潭結(jié)構(gòu)在山區(qū)河流中穩(wěn)定溝道的機制，對山區(qū)河流消能減災(zāi)和穩(wěn)定河床具有重要意義。

階梯-深潭結(jié)構(gòu)的階梯由卵石或巨石組成，深潭中顆粒較細[6]，階梯和深潭在河段中交替排列，縱斷面呈現(xiàn)連續(xù)的臺階狀[7]。階梯-深潭結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵幾何參數(shù)包括階梯高度和階梯長度[8-9]，階梯高度主要與階梯石塊粒徑有關(guān)，階梯長度則取決于河段坡降、階梯高差和沖刷深度[10]。Abrahams等[11]提出了以階梯-深潭結(jié)構(gòu)地貌特征式為代表的最大阻力假說，認為滿足此條件的階梯-深潭結(jié)構(gòu)水流阻力達到最大、穩(wěn)定性較高;Zhang等[1]通過水槽試驗探究了階梯-深潭結(jié)構(gòu)消耗水流能量的規(guī)律并較好地給出了消能率計算公式。階梯-深潭系統(tǒng)在小江流域的吊嘎河、綿遠河流域的文家溝和西漢水流域的攔山溝得到成功應(yīng)用，對中小規(guī)模的泥石流起到了良好的消能減災(zāi)功效，將當?shù)赜|發(fā)泥石流的降水量閾值提高了3倍[12-15]，提升了水生棲息地穩(wěn)定性和多樣性，顯著改善了河流生態(tài)[16]。但是，階梯-深潭結(jié)構(gòu)的消能率在大洪水條件下會降低[1]，甚至在大量泥沙補給導(dǎo)致深潭淤積情況下發(fā)生破壞，從而失去消能減災(zāi)功效[12]。目前，國內(nèi)外對階梯-深潭結(jié)構(gòu)的研究多集中在結(jié)構(gòu)的形態(tài)特征、消能率以及穩(wěn)定性方面，并探討溝道上游泥沙補給對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響[17-18]，然而在由河床下切誘發(fā)松散邊坡側(cè)向泥沙補給的情形下[19]，階梯-深潭結(jié)構(gòu)穩(wěn)定溝道的效果和機制尚不清楚[10]。

本研究分別對無階梯-深潭結(jié)構(gòu)和有階梯-深潭結(jié)構(gòu)的溝道開展恒定流沖刷試驗，分析階梯-深潭結(jié)構(gòu)對溝道地形、泥沙輸移以及水流的調(diào)控作用，揭示不同等級洪水流量下階梯-深潭結(jié)構(gòu)穩(wěn)定溝道的效果，探究階梯-深潭結(jié)構(gòu)控制下切和消能減災(zāi)的機理，以期為階梯-深潭結(jié)構(gòu)在防災(zāi)減災(zāi)中的應(yīng)用提供科學(xué)基礎(chǔ)。

1 試驗方案及數(shù)據(jù)處理

1.1 試驗系統(tǒng)

試驗在清華大學(xué)水沙科學(xué)與水利水電工程國家重點實驗室開展，水槽系統(tǒng)如圖1所示。水槽寬2 m，全長12 m，試驗段長8 m，上游段4 m為蓄水池和操作間。蓄水池用于穩(wěn)定水流，沉沙池位于水槽出口下游，與地下水庫連接。流量通過變頻器精確控制，最大流量為25 m3/h，在蓄水池外側(cè)安裝浮管流量計(精度為0.1 m3/h)監(jiān)測流量。三維激光掃描儀(RIEGL VZ-1 000，掃描精度為5 mm，垂直、水平掃描范圍分別為100°和360°)固定在水槽入口上方，底部距試驗段入口處床面高1.0 m，以掃描整個河段。每次試驗結(jié)束后，移動掃描儀到沉沙池掃描水槽下游出口處的泥沙堆積體(圖1(a))。兩臺單反相機(Canon 80D，分辨率1 920×1 080)固定在水槽上方，距地面高度4 m，以25 幀/s的速率錄制視頻記錄水流運動。1號和2號相機拍攝水平范圍分別為4.2 m×2.0 m和4.3 m×2.0 m，同步拍攝可覆蓋整個試驗段。

圖1 試驗水槽系統(tǒng)Fig.1 Experimental flume

1.2 試驗方案

試驗溝道由河床和邊坡兩部分組成，受水槽空間限制，只設(shè)計了右岸單側(cè)邊坡，左岸為不可侵蝕的邊墻，河床則按照完整寬度的河道進行設(shè)計。河床的初始寬度設(shè)置為0.5 m，初始厚度設(shè)置為0.4 m，起始河床比降(S)為10%，右岸邊坡初始角度為31°(圖2(a))。試驗采用恒定流量，共設(shè)置5個流量工況(11 m3/h、13 m3/h、15 m3/h、17 m3/h和19 m3/h)。定義x為距水槽入口距離，y為邊坡侵蝕邊緣距左岸邊墻距離，z為河床平均侵蝕下切深度；本研究選取邊坡侵蝕邊緣用來反映邊坡破壞程度(圖2(b))。

圖2 三維激光掃描地形Fig.2 3-D laser scanning of terrain

(1)

式中：R為水力半徑，用水深代替，最大流量19 m3/h條件下，根據(jù)阻力公式計算得到流速約為0.5 m/s，基于連續(xù)性測算得到水深約為2 cm；Se為能坡，用起始河床比降代替，為10%；Sg為量綱一化的泥沙水下體積質(zhì)量，此處取1.65；D50為起動顆粒的中值粒徑。

利用式(1)計算得到D50=14 mm。為便于篩分和配置試驗沙，本試驗設(shè)計D50為10 mm。特征粒徑D90和D10分別設(shè)置為20 mm和0.8 mm，特征粒徑比D90/D50和D50/D10分別為2.0和12.5，均在適合階梯-深潭結(jié)構(gòu)發(fā)育的特征粒徑比值范圍內(nèi)[21]。河床和邊坡的試驗沙組分相同，且剔除了0.05 mm以下的顆粒，以消除粉砂和黏粒的影響。每次鋪設(shè)試驗沙時，先鋪設(shè)河床，然后鋪設(shè)右岸邊坡(圖2(a))。鋪好試驗沙后，取8個不同位置的試驗沙進行密度測定，根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，試驗沙平均干密度ρd=1 660 kg/m3。

河床中的階梯模型在設(shè)計時考慮了穩(wěn)定性要求，在順水流和垂直水流方向上分別依據(jù)最大阻力假說[11]和擁堵效應(yīng)[22-23]進行穩(wěn)定性設(shè)計。本研究取(H/L)/S=1，H和L分別為階梯高度和階梯長度，根據(jù)S=0.1計算得H/L=0.1。擁堵效應(yīng)指河寬(WC)與代表粒徑(DX)的比值(WC/DX，即擁堵系數(shù)，DX為代表階梯石塊尺寸的特征粒徑，本研究中使用關(guān)鍵石塊粒徑(DK))低于某一閾值范圍后，階梯-深潭結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性越高。野外和水槽試驗結(jié)果表明擁堵系數(shù)閾值為5～6[22-23]，本研究取5，根據(jù)溝道寬度0.5 m計算，滿足擁堵效應(yīng)要求的DK≥100 mm。

本研究設(shè)計了無結(jié)構(gòu)河床(R0)和布置階梯結(jié)構(gòu)河床(R1、R2)3種試驗工況。R1工況中L=1.0 m，R2工況中L=1.5 m(表1)。除關(guān)鍵石塊外，階梯結(jié)構(gòu)由粒徑68～100 mm的卵石組成，階梯石塊沿溝道橫斷面線性排列，關(guān)鍵石塊布置在斷面中心，岸石嵌入邊坡防止坡腳淘刷。階梯石塊間以粒徑約為45 mm的卵石填充(圖3，a1為階梯-深潭結(jié)構(gòu)上下游床面高差)。R1和R2工況確定階梯布置形式和間距后，通過相機拍照記錄各階梯石塊的順序和位置，重新布置階梯結(jié)構(gòu)時，根據(jù)石塊的涂色及記號調(diào)整相對位置，使R1和R2中階梯結(jié)構(gòu)的初始幾何形態(tài)一致。

圖3 水槽試驗階梯模型示意和照片F(xiàn)ig.3 Schematic diagram and photo of step model in flume experiment

表1 各試驗工況階梯結(jié)構(gòu)參數(shù)Table 1Parameters of steps in each test

試驗過程中，三維激光掃描儀按固定時間間隔(1 min)對溝道進行加密掃描，獲取點云數(shù)據(jù)。流速測量采用浮標法，每隔4～5 min進行一次，向試驗段加入示蹤粒子(碟型聚乙烯塑料圓片，直徑20 mm)，頂部相機錄制視頻記錄示蹤粒子運動過程。當河段向出口輸送的泥沙不再增加，且溝道在5 min內(nèi)保持穩(wěn)定時，結(jié)束觀測并停水。

1.3 數(shù)據(jù)處理

處理點云數(shù)據(jù)時，先進行柵格化(網(wǎng)格大小為10 cm)，再計算下切深度和邊坡侵蝕距離。試驗結(jié)束后測量的泥沙堆積體點云數(shù)據(jù)，用于計算泥沙總量，結(jié)合試驗時間得到時均輸沙率。根據(jù)三維激光掃描儀記錄的不同物體的反射值，區(qū)分淹沒和非淹沒區(qū)域，設(shè)置反射值-18為閾值提取水流邊緣，得到水面寬(W)，基于連續(xù)性反算得到各流量(Q)下的平均水深(d)。

計算水流速度時，通過目視的方式，在視頻里跟蹤運動過程中順利通過8 m長河段的示蹤粒子(一般選取運動最前端的2～3個粒子)，統(tǒng)計示蹤粒子通過河段的平均時間，計算示蹤粒子平均速度作為主流的平均速度(v)。浮標法得到的速度是水流表面流速的河段平均結(jié)果，對于任一橫斷面，可通過速度修正系數(shù)將表面流速轉(zhuǎn)化為斷面平均流速。山區(qū)河流垂線流速修正系數(shù)為0.7～1.0[24]，考慮到試驗中的水深較小且水面寬度遠大于平均水深，假定斷面速度修正系數(shù)為0.7。

為量化不同流量對溝道沖刷的影響，本研究對各試驗工況的流量和時均輸沙率分別進行了量綱一化處理。q*為量綱一化單寬水流流量，通過式(2)[25]計算：

(2)

式中：q為單寬水流流量；g為重力加速度；D84為試驗沙的特征粒徑，約為18 mm。

本試驗設(shè)計的5個等級的水流流量按照量綱一化處理后，對應(yīng)天然階梯-深潭河道中重現(xiàn)期為30～50 a的洪峰流量[26]，隨著水流流量從11 m3/h增加到19 m3/h，其對應(yīng)的洪峰流量重現(xiàn)期從30 a增加到50 a。

(3)

式中：qS為單寬輸沙率。

為量化階梯-深潭結(jié)構(gòu)消耗水流能量的效果，本研究分別在單元尺度計算了階梯-深潭結(jié)構(gòu)的消能率和在河段尺度計算了水流阻力。階梯-深潭結(jié)構(gòu)的消能率(η)采用式(4)[28]計算：

(4)

式中：Δz為上下游水面差，考慮到階梯上下游的流速和河寬變化不明顯，水深相差較小，本研究用a1代替(圖3)；HS為階梯高度，即階梯頂部到深潭最深點的距離；hc為臨界水深[8]，可通過Q和W計算：

(5)

大部分試驗工況停水后的溝道均可通過運動重構(gòu)(SfM)方法得到最終地形，HS可直接提取。極少數(shù)沒有SfM方法測量地形的試驗工況，HS通過式(6)[28]估算：

(6)

本研究只計算了試驗接近尾聲時穩(wěn)定的階梯-深潭的消能率，此時溝道地形已基本穩(wěn)定，總計有31個保持完整的階梯-深潭結(jié)構(gòu)。

試驗段的水流阻力采用式(7)[29]計算：

(7)

式中：f為Darcy-Weisbach系數(shù)；U為河段平均流速；Se使用河床比降(Sb)代替。式(7)的左邊可以代表水流阻力。在2.3節(jié)的水流阻力對比中，需要用到相對淹沒程度(R/D84)[25,29]。由于試驗過程中河床特征粒徑難以測量，本研究假設(shè)有階梯-深潭結(jié)構(gòu)的試驗工況的D84在試驗過程中保持不變。結(jié)合試驗開始前階梯-深潭結(jié)構(gòu)在河段中所占的比例，估算D84約為25 mm。

2 結(jié)果及分析

2.1 溝道地形變化

如圖4(圖中數(shù)字代表階梯編號)所示，R0工況在水流沖刷的作用下，河床持續(xù)發(fā)生侵蝕下切，邊坡失穩(wěn)破壞頻繁發(fā)生，尤其是下游河段。同時，隨著水流流量的增加(重現(xiàn)期從30 a增加到50 a)，河床下切和邊坡破壞加劇。R1和R2工況：一般流量條件下(重現(xiàn)期30 a)，階梯-深潭結(jié)構(gòu)有效地控制了河床下切，溝道泥沙運動明顯低于R0工況，上游河段尤為明顯;隨著水流流量的增加，下游河段的階梯-深潭結(jié)構(gòu)在溯源侵蝕作用下發(fā)生破壞，而且破壞向上游階梯傳遞，侵蝕輸沙增加，直至河段達到新的能量平衡后逐漸穩(wěn)定。階梯-深潭結(jié)構(gòu)破壞的河段，河床下切和邊坡失穩(wěn)程度高于階梯-深潭結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的河段。最終表現(xiàn)為，無結(jié)構(gòu)的R0工況中邊坡坍塌、大量泥沙進入河床淤積，河床比降保持在0.09左右；而有結(jié)構(gòu)的R1和R2工況中邊坡向河床補給的泥沙有限，加之階梯-深潭結(jié)構(gòu)穩(wěn)定河床的作用，河床比降保持在0.13左右，高于R0工況(表2)。

圖4 Q=19 m3/h(重現(xiàn)期為50 a)流量條件下試驗結(jié)束后堆積體的DOM(正射影像)和厚度Fig.4 DOM and thickness of the deposit after tests with Q=19 m3/h (50-year return period)

表2 各試驗工況結(jié)束后的河床比降Table 2Riverbed slope after the tests

各試驗工況下游河段受溯源侵蝕影響嚴重，且水面寬度一般超過溝道寬度(圖5)，水流側(cè)向侵蝕坡腳，加劇了邊坡破壞。試驗的邊坡破壞主要集中在下游，且低流量時(Q=11 m3/h)R1和R2工況下的邊坡侵蝕距離不超過1.0 m，而R0工況下可達2.0 m，R1和R2工況下泥沙側(cè)向補給明顯低于R0，這主要與添加階梯-深潭結(jié)構(gòu)后階梯斷面的水面束窄、水流側(cè)向淘刷坡腳被限制有關(guān)。Q=15 m3/h條件下R1和R2工況下的邊坡侵蝕主要集中在x=7～8 m范圍內(nèi)，顯著低于R0；隨著流量增加，R1和R2工況下穩(wěn)定邊坡的優(yōu)勢逐漸降低，邊坡侵蝕距離和范圍與 R0工況下接近(圖6)。

圖5 水面寬度對比Fig.5 Comparison of the width of water surface

圖6 邊坡侵蝕距離對比Fig.6 Comparison of the erosion distance

試驗過程中，伴隨河床及邊坡泥沙補給的影響，溝道地形變化過程較為復(fù)雜。在R0工況中，上游河段被沖刷的泥沙淤積在下游，導(dǎo)致下游的河床下切深度降低(z約為0.2 m)。R1和R2工況中，階梯-深潭結(jié)構(gòu)使大量泥沙被限制在階梯的上游，因此下游河段的下切深度(z≥0.2 m)高于上游(圖7)。具體地，當流量較低時，3個試驗工況的大部分河段下切深度不超過0.2 m，而且R1和R2工況的下切深度一般低于R0工況；尤其是階梯保持完整的河段，侵蝕下切深度不超過0.1 m；隨著流量增加，R1和R2工況的階梯-深潭結(jié)構(gòu)發(fā)生逐級破壞，階梯上下游的泥沙輸移連通性增加，河床下切加劇，大部分下切深度接近甚至超過0.2 m，但總體仍低于無結(jié)構(gòu)的R0工況。

圖7 河床下切深度對比Fig.7 Comparison of the stream bed incision depth

圖與q*的關(guān)系Fig.8 Relation between and q*

2.2 消能率

一般隨著流量增加，階梯淹沒程度hc/HS從0.1增加到0.4，結(jié)構(gòu)消能率呈現(xiàn)顯著下降趨勢[1]。本試驗中，R1和R2工況中階梯-深潭結(jié)構(gòu)消能率高達0.42～0.77，能夠充分消耗水流能量(表3)，且消能率在大流量條件下沒有顯著降低。這是因為盡管階梯上的臨界水深有所增加，隨著深潭沖刷深度增加，大部分階梯高度也從0.05 m增加到0.12 m，階梯淹沒程度hc/HS并沒有顯著增大，基本維持在0.25左右。

表3 各試驗工況階梯-深潭結(jié)構(gòu)的消能率Table 3 Energy dissipation rate of step-pool structure in each test

2.3 水流阻力及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性影響

在河段尺度上，R0工況的流速較高，在0.5～0.7 m/s范圍內(nèi)波動，水流阻力較小、推移質(zhì)運動非常劇烈；R1和R2工況的階梯-深潭結(jié)構(gòu)有效地降低了流速，一般不超過0.45 m/s，水流阻力明顯提升。將R1和R2工況的計算結(jié)果與文獻[29]提供的數(shù)據(jù)進行對比，結(jié)果基本在階梯-深潭結(jié)構(gòu)常見的阻力范圍之內(nèi)(1.0≤(8/f)1/2≤5.0，圖9)，也驗證了1.3節(jié)中關(guān)于速度修正系數(shù)及D84的假設(shè)估計的合理性。R1和R2工況的相對淹沒程度較低，屬于大尺度粗糙床面，所以水流阻力數(shù)據(jù)位于拐點之前；同時，受測試流量范圍的影響，各工況相對淹沒程度接近，水流阻力在較小的相對淹沒程度范圍內(nèi)變化。

圖9 階梯-深潭結(jié)構(gòu)試驗工況水流阻力對比情況Fig.9 Comparison of the flow resistance in tests with step-pool structures

圖10為3個試驗工況不同流量下的水流阻力，R0工況的(8/f)1/2主要為4.0～5.0，而R1和R2工況的主要為2.0～3.0，約為R0工況的1/2，即溝道的Darcy-Weisbach系數(shù)約增加為R0工況的4倍，表明階梯-深潭結(jié)構(gòu)能夠顯著提高水流阻力。在小流量條件下(Q=11 m3/h、Q=13 m3/h，重現(xiàn)期接近30 a)，R1比R2工況的水流阻力略高，(8/f)1/2接近2.0；在較大流量條件下(Q=17 m3/h、Q=19 m3/h，重現(xiàn)期接近50 a)，R1和R2工況的階梯-深潭結(jié)構(gòu)都經(jīng)歷了局部沖刷和自我調(diào)整(圖7(d)、圖7(e))，深潭發(fā)育，水流阻力接近，(8/f)1/2為2.5～3.0；當Q=11 m3/h時，R1工況保持完整的階梯-深潭結(jié)構(gòu)較多，且?guī)缀鯖]有受到?jīng)_刷(圖7(a))，其(8/f)1/2略小于2.0，水流阻力明顯高于其他工況。

圖10 各試驗工況不同流量條件下的水流阻力Fig.10 Flow resistance with different flow discharges in each test

為進一步探究階梯-深潭結(jié)構(gòu)自身的穩(wěn)定性對水流運動和河床地形變化的影響，根據(jù)階梯-深潭結(jié)構(gòu)是否完整將河段分為穩(wěn)定段和非穩(wěn)定段，分別對比了不同流量下接近停水時的水流阻力和河床時均下切速率(Sd)。圖11(a)顯示3個試驗工況的(8/f)1/2都隨q*增加而變大，水流阻力逐漸減小，且基本呈冪函數(shù)的關(guān)系。R0工況的(8/f)1/2主要為4.60～6.16，水流阻力較小，甚至低于R1和R2工況的非穩(wěn)定段(2.31<(8/f)1/2<4.05)，說明階梯-深潭結(jié)構(gòu)破壞后，依然能夠起到增大水流阻力的作用。R1和R2工況穩(wěn)定段的水流阻力((8/f)1/2<2.13)要明顯高于非穩(wěn)定段，說明穩(wěn)定的階梯-深潭結(jié)構(gòu)是增加水流阻力的關(guān)鍵。

圖11(b)顯示3個試驗工況的Sd都隨q*增加而增加，且呈較強的冪函數(shù)關(guān)系(R2≥0.724)。R0工況的下切速率最高，Sd為(6.15～9.05)×10-5m/s；R1和R2工況非穩(wěn)定段的下切速率次之，Sd為(3.09～6.24)×10-5m/s，說明階梯-深潭結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞后，仍能在一定程度上抑制河床下切；R1和R2工況穩(wěn)定段下切速率最低，Sd為(0.25～3.18)×10-5m/s，說明穩(wěn)定的階梯-深潭結(jié)構(gòu)能夠有效消能，抑制河床下切。此外，R1工況穩(wěn)定段在小流量條件下(重現(xiàn)期接近30 a)的下切速率要比R2工況穩(wěn)定段的低，而在其他流量條件下(重現(xiàn)期接近50 a)與R0工況的接近，這與圖10中水流阻力的變化規(guī)律一致。

圖11 水流阻力和河床時均下切速率隨q*的變化Fig.11 Flow resistance and time-averaged stream bed incision rate vary with q*

對比R1和R2工況的水流阻力和河床時均下切速率發(fā)現(xiàn)，2種工況的階梯-深潭結(jié)構(gòu)提升水流阻力和控制河床下切的效果接近。但R1工況的階梯-深潭結(jié)構(gòu)數(shù)量更多，集群優(yōu)勢明顯，在小流量條件下有更高的水流阻力((8/f)1/2<2.0)，表現(xiàn)出更優(yōu)的增加水流阻力效果。結(jié)合階梯-深潭結(jié)構(gòu)控制地形以及泥沙輸移的表現(xiàn)，基本認為這2種階梯-深潭結(jié)構(gòu)在穩(wěn)定溝道方面的效果接近，出現(xiàn)差異主要來源于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和數(shù)量的影響。

3 結(jié) 論

本研究通過水槽試驗?zāi)M了大比降溝道中的沖刷過程，探究了階梯-深潭結(jié)構(gòu)穩(wěn)定溝道的效果，并揭示了其對溝道地形、泥沙輸移及水流的影響。主要結(jié)論如下：

(1) 階梯-深潭結(jié)構(gòu)能有效控制河床下切和邊坡破壞，尤其在結(jié)構(gòu)保持完整的河段。在階梯-深潭結(jié)構(gòu)的作用下，溝道的時均輸沙率降低了20%～66%，水流能量被有效消耗、水流阻力明顯增加，Darcy-Weisbach系數(shù)約增加為無結(jié)構(gòu)組的4倍，溝道穩(wěn)定性得到明顯提升。

(2) 階梯高度與長度比相同(H/L均為0.1)的階梯-深潭結(jié)構(gòu)在控制地形變化、泥沙輸移，以及水流能量耗散等方面具有類似的效果。在重現(xiàn)期接近30 a的流量下，本試驗設(shè)計的階梯-深潭結(jié)構(gòu)穩(wěn)定溝道的效果較好，隨流量的增加(重現(xiàn)期接近50 a)需要強度更高的結(jié)構(gòu)以保持良好的穩(wěn)定溝道的效果。

(3) 穩(wěn)定的階梯-深潭結(jié)構(gòu)是溝道穩(wěn)定的關(guān)鍵條件。階梯-深潭結(jié)構(gòu)失穩(wěn)破壞會導(dǎo)致水流阻力降低，河床下切加劇，但溝道的穩(wěn)定性仍高于無結(jié)構(gòu)的溝道。在實際工程應(yīng)用中，需采取措施防止結(jié)構(gòu)發(fā)生逐級破壞。對于需要重點治理的溝道，可適當增加結(jié)構(gòu)強度，以抵御重現(xiàn)期超過50 a的洪水。