粗糙床面在自然界中广泛存在,床面粗糙特性与河流动力学中的许多问题(如泥沙起动、河床阻力、推移质运动等)密切相关,但床面粗糙特性的科学量化一直是河流动力学的难点,也是目前尚未有效解决而又充满挑战的课题。本文在对天然卵砾石床面进行深入调查的基础上将其分类概化,基于床面激光扫描试验资料,应用统计分析方法和分形几何理论开展人工铺制散叠型卵砾石床面粗糙特性研究。取得如下主要研究成果:(1)卵砾石床面高程的中数、众数约等于平均高程;相对高程频率分布呈负偏态、高狭峰,其负值跨度区远大于正值跨度区。(2)均匀颗粒床面高程的标准差随粒径的增大而增大,可作为均匀颗粒床面粗糙特性的优良量化指标。(3)卵砾石床面的变异特征与球状模型最为接近,球状模型可作为卵砾石床面变异性分析的最优模型。(4)卵砾石床面横纵向剖面轮廓平均变异函数与床面特征方向平均变异函数的基台值和块金常数基本相同,而变程却存在较大差异。(5)剖面轮廓和粗糙床面的分形尺度区宽度与床面颗粒中值粒径d50有关,上临界尺度可分别取为(0.5~1.5)d50和(0.8~2.1)d50,平均宽分别约为d50和1.5d50。(6)粗糙床面分形维数与覆盖基准面位置有关,当覆盖基准面取平均床面时,分形维数取得真实值,且随床面变化较为敏感,可有效量化和区分床面粗糙特征。(7)不同方向剖面轮廓的分形维数差异较大,剖面轮廓具有不同程度的各向异性;剖面轮廓分形维数的频率分布具有双峰特征。(8)均匀砾石颗粒床面粒径越大,床面高程标准差越大,偏度越小,分形维数越小。(9)非均匀卵砾石颗粒床面级配组成相同时,中值粒径越大,分形维数越小;中值粒径相同时,颗粒组成越不均匀,分形维数越大;床面高程极差、标准差、偏度(绝对值)和峰度越大,分形维数越小。(10)床面整体分维随剖面轮廓分维的增大而增大,数值上略大于局部分维;粗糙床面分维的变异性明显小于剖面轮廓分维,两者异性指数相差一个数量级,粗糙床面分维具有良好的稳定性,可作为粗糙床面特征的综合量化参数。