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水 利 学 报

2025 年 8 月 SHUILI XUEBAO 第 56 卷 第 8 期

文章编号：0559-9350（2025）08-1025-12

基于随机过程的多沙河流河道内塔基局部冲刷研究

曹 帅 ，刘 磊 ，张红武 ，张 倩 4
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（1. 徐水区东史端镇人民政府，河北 保定 072550；2. 水利部，北京 100053；3. 清华大学 黄河研究中心，北京 101309；

4. 保定市尚泉市政工程有限公司，河北 保定 071051）

摘要：河道输电跨越工程塔基的局部冲刷尚无统一计算方法，通常借鉴桥墩冲刷进行设计，但二者的冲刷机制与
冲刷形态不同，计算结果往往与实际有较大偏差，尤其对于多沙河流并不适用。考虑塔基冲刷过程中作用在周围
泥沙颗粒上的力是不确定的，故冲刷坑内各颗粒的运动位置也是随机的，从而在冲刷坑内部形成了一个马尔可夫
随机运动场。本文基于泥沙运动和统计理论，分析塔基周围的冲刷形态、泥沙颗粒位置状态和转移概率，根据柯
尔莫哥洛夫前进方程推导出颗粒位置状态的平均动力方程组，从而求解得到塔基局部冲刷深度的解析表达式；进
一步对塔基冲刷机理进行分析，从时均位置状态转移概率密度的物理意义给出其函数表达式，并根据天然多沙河
流实测统计资料及物理模型试验数据，初步确定了解析式中有关参数的取值；最后，通过两组冲刷模型试验对所
提出的塔基局部冲刷深度解析式进行验证，结果显示计算值与实测值吻合较好。因此，基于随机过程对塔基局部
冲刷进行研究是一种可行的方法，所推求的专用理论计算公式也可作为塔基工程中埋深设计的参考依据。
关键词：随机过程；多沙河流；河内塔基；局部冲刷；模型试验
中图分类号：TV147 文献标识码：A doi：10.13243/j.cnki.slxb.20240789

1 研究背景

河道内输电线路塔基对水流的阻碍使其周围产生局部冲刷，易造成高压线位倾塌等灾害，不仅影
响正常供电，也会威胁通航安全，成为许多涉河工程必须解决的一种复杂问题 。随着经济快速发
［1］
展，越来越多的超高压输电线路穿越河流，但学界对塔基结构设计中局部冲刷深度这一重要参数的专
［2］
门研究很少，导致塔基局部冲刷至今没有相应的规范标准 。鉴于相似性，目前我国在计算塔基局部
冲刷深度时，通常参考桥墩冲刷的公式 ，一般采用 《铁路工程水文勘测设计规范》 与 《公路工程水
［3］
文勘测设计规范》 中的 65-1 式和 65-2 式计算 ［4-5］ 。然而，试验观测发现输电线路塔基和桥墩不仅结构
形式不同，冲刷机理和形成的冲刷坑形态也存在差别 ［6-7］ 。在河道中修建塔基，其附近水流结构发生
急剧变化，河床将通过冲淤调整达到新的平衡，而塔基附近的局部冲刷坑也逐渐达到动平衡态。
事实上，塔基周围的冲刷问题就是桩群联合冲刷问题，但由于洪水期塔基冲刷现场观测困难，致
［8］
使人们对其真实过程和机理认识不完善。Palmer 在 1960 年代末通过监测波浪和水流的共同作用对单
桩周围冲刷坑的形成过程和侵蚀速率进行了研究。1970 年代以来，随着桩基侵蚀问题越来越引起人们
的重视，该领域的研究投入也逐渐增加。已有桩基研究成果大多集中在冲刷动力机制与冲刷过程 ［9-10］ ，
在冲刷坑形态、冲刷深度计算以及泥沙类型对冲刷的影响等方面 ［11-15］ 取得了一些进展。然而由于野外

收稿日期：2024-12-05；网络首发日期：2025-07-04
网络首发地址：https：/link.cnki.net/urlid/11.1882.TV.20250703.1614.002
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基金项目：国家重点研发计划项目（2016YFC0402500）；国家自然科学基金青年科学基金项目（52009145）；鄂尔多斯水利科技重
点项目（20232000090）
作者简介：曹帅（1988-），博士，主要从事河道整治及泥沙运动学研究。E-mail：871663744@qq.com
通信作者：张红武（1958-），教授，博士生导师，主要从事水力学及河流动力学研究。E-mail：zhhw@mail.tsinghua.edu.cn
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