摘要：水库蓄水运用后下游水沙条件显著变化，清水下泄导致河床持续冲刷形成床面保护层，河道趋于稳定。然而，大洪水流量下河床表面粗化层遭到破坏，深层细颗粒床沙大量输移，河床将大幅下切，影响下游河道防洪安全、航运条件等。基于泥沙运动概率统计理论及力学分析，引入Markov泥沙转移概率矩阵，结合床沙活动层沙量平衡原理，构建了卵石夹沙河床极限冲刷计算模型，该模型能够同时考虑水流条件和床沙起悬、推悬落淤等泥沙冲淤过程对床沙粗化进程的影响，并可预测河床表面粗化层破坏、次表层床沙参与输移的河床极限冲刷情况。以向家坝水电站下游近坝段典型断面为例，计算不同洪水流量下的河床极限冲刷情况，结果表明：河床粗化过程虽表现出随机性特征，但仍遵循一定的概率统计规律，15 000 m3/s流量冲刷后河床级配的粗颗粒占比增大，d≥200 mm的粗颗粒泥沙占比由初始床沙级配的30%增大至粗化后的68%，河床形成表面保护层；大洪水流量作用下，前期形成的床沙保护层遭到破坏，河床发生剧烈冲刷下切，当冲刷流量由20 000 m3/s增大至28 200 m3/s时，表面保护层破坏，深层细颗粒泥沙参与冲刷，河床冲刷深度由20 000 m3/s下的0.04 m陡增至28 200 m3/s下的2.66 m，即大流量冲刷下向家坝水电站下游河道有发生强冲刷的可能。构建的卵石夹沙河床极限冲刷计算模型能够反映河床粗化层“形成-破坏-重建”的动态过程，为坝下游河道治理提供理论支撑。
