[科普中國]-造床流量

造床流量是指造床作用與多年流量過程的綜合造床作用相等的某一種流量，其特點是不等于最大洪水流量。在水工計算中常常使用所渭“造床”流量，造床流量是指在某一時間段內(nèi)( 通常是水文年)，與同時期的其他流量比較，它對于河床的作用為最大的流量。

簡介造床作用與多年流量過程對沖積河流的綜合造床作用大致相當(dāng)?shù)哪骋淮砹髁?。一般認(rèn)為可取對河床形態(tài)有較大塑造作用的某一流量。以該特征流量來代表河流中實際上不斷變化的流量過程，可使來水、來沙條件大為簡化，從而便于研究這些條件與河床形態(tài)的關(guān)系。所謂造床作用較大，系指流量大而且作用時間長。洪水流量大，輸沙能力強(qiáng)，但其歷時不長，造床作用不一定大;枯水流最小，輸沙能力弱。雖然其歷時長，造床作用也不顯著1。

造床流量的分類據(jù)分析，在大多數(shù)平原河流有兩個不同的范圍，其中一個大致相當(dāng)于多年平均的最大洪水流量，水位約與河漫灘齊平，一般稱為第一造床流量；另一個稍大于多年平均流量，其水位與邊灘灘面高程接近，稱為第二造床流量。還沒有較完善的確定方法。

在河道整治中，常根據(jù)第一造床流量相應(yīng)的水位，統(tǒng)計鄰近優(yōu)良河段的河相關(guān)系，規(guī)劃中水河槽。在航道整治中，可根據(jù)第二造床流量決定整治流量與整治水位2。

分析造床流量的方法分析造床流量的方法很多，根據(jù)各種方法的適用范圍，其大致可分為以下幾類：

1) 平灘流量法

平灘流量法就是采用水位與河漫灘相平時的流量作為造床流量，其依據(jù)是，水流在漫灘前，隨著水深的增加，流速不斷加大，造床作用不斷增強(qiáng)，漫灘之后，水流分散且灘地阻力較大，主槽流速受到遏制、造床作用有所減弱。

平灘流量法概念清楚，方法簡易，在工程設(shè)計中，常用此法進(jìn)行粗估，并與其它方法相互驗證，但因天然河道的斷面形態(tài)極不規(guī)則，特別是多沙河流，如黃河、永定河等，沖淤幅度大，變形快，這就給確定平灘水位帶來了一定的困難。另外，隨著沿河工農(nóng)業(yè)的發(fā)展及上游水利工程的建設(shè)，許多河流的來水量明顯減少，水流長時間不漫灘或漫灘次數(shù)很少，再用平灘流量作為造床流量，是否合理，值得進(jìn)一步研究。

2) 輸沙率法

在沖積河流中，河道具有自動調(diào)整的功能，針對不同的來水來沙條件，河道可以作出相應(yīng)的調(diào)整，即表現(xiàn)為河道的沖淤變化。因此，采用水沙條件來分析造床流量在客觀上是實際的，在這方面研究較多的方法是輸沙率法。

該方法概念清晰，但在使用上有一定的局限性。此外，郭體英等學(xué)者在進(jìn)行系統(tǒng)的分析之后，提出了輸沙量法及輸水量法，勒尼亞茲等人提出河床變形強(qiáng)度法等困3。

造床流量與河床形態(tài)的關(guān)系1) 造床流量是從宏觀角度，對長時段長河段來水量及其過程的概化。河床以泥沙沖淤的形式對這一流量(即來流量及其過程) 做出長期不斷的適應(yīng)性調(diào)整，并形成穩(wěn)定的河床形態(tài)。來水過程相同的河段，由于邊界組成條件不同河床的自動調(diào)整作用各異會形成不同的河床形態(tài)。因此確定造床流量時一方面要考慮來流量及其過程，另一方面應(yīng)體現(xiàn)河床的自動調(diào)整作用。每種河床形態(tài)均可通過一定反應(yīng)來水量與其形態(tài)特點的關(guān)系和某一造床流量對應(yīng)。深槽河段具有深槽河段河床形態(tài)與其造床流量的適應(yīng)關(guān)系，礙航淺灘河段亦有礙航淺灘河段河床形態(tài)與其造床流量的適應(yīng)關(guān)系。與這一認(rèn)識類似，李福田等[4]認(rèn)為，馬氏方法所采用的QJP 式中，Q，J，P 主要反映水流作用，而m 則應(yīng)反映河床的特性，即河床的抗沖能力，不同河流或同一河流的不同河段，其m 值也各不相同。

2) 造床流量計算方法正是企圖尋找河床對水流及其過程相適應(yīng)的數(shù)量關(guān)系。但具體河床形態(tài)的這種適應(yīng)性關(guān)系與斷面形態(tài)、邊界組成、穩(wěn)定性等眾多因素有關(guān)，難以根據(jù)各異的河床形態(tài)準(zhǔn)確確定造床流量，只能粗略地利用部分河床形態(tài)與來水及其過程的關(guān)系代表河段的綜合情況。

3) 深槽河段與優(yōu)良淺灘河段不同，前者不存在淺灘或淺灘特性不明顯，后者為不礙航淺灘河段，二者的沖淤規(guī)律，輸沙特性等不同，造床流量與河床形態(tài)的關(guān)系也不相同。而深槽河段對于通航而言是優(yōu)良河段，如前所述其與優(yōu)良河段特性沒有確切界限，不存在本質(zhì)差別。造床流量與哪種類型河段的邊灘高程對應(yīng)要看造床流量確定方法主要體現(xiàn)了哪種河床形態(tài)的特性及泥沙沖規(guī)律，不可能一個造床流量和各種河段的邊灘都對應(yīng)。

4) 造床流量法確定整治水位沒有包含航道等級觀念。第二造床流量是由河段的自然屬性決定的，與航道等級無關(guān)。如果確定第二造床流量對應(yīng)水位為整治水位，則不論將航道整治成何種等級，其整治水位都是一樣的，明顯不符合實際情況。

根據(jù)以上分析可知，第二造床流量對應(yīng)水位與整治水位是兩個相互獨立的概念，當(dāng)?shù)诙齑擦髁繉?yīng)水位適當(dāng)時可以作為整治水位，否則不能作為整治水位3。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

杜強(qiáng) - 高級工程師 - 中國科學(xué)院工程熱物理研究所