天然河道水流动能校正系数的分析与应用

杨玉阁，陈祖辉，赵庆生

（辽宁省水文水资源勘测局铁岭分局，辽宁 铁岭 112000）

1 问题的提出

在水文测验中，测验设施的抗洪标准受地理位置及经济条件限制，一般不高，只能达到一般洪水的测验要求。常规的测验方法为流速仪法和浮标法，当超标准洪水来临时，常规的测验方法已完成不了抢测洪峰的要求，利用实际液体总流的能量方程可以解决超标准洪水测验问题。根据实际液体总流的能量方程理论去解决比降～面积法公式中的参数——动能校正系数α。

2 动能校正系数的产生

实际液体总流的动能为：

式中：V——断面平均流速；Q——流量；α——动能校正系数；A——断面面积；△u——各点流速与平均流速的差值；g——重力加速度。

对于天然河道液体总流的能量方程为：

由式（2）推导出运用于天然河道的流量计算公式：

式中：Q——河道流量；I——水面比降；K——平均输水率；α——动能校正系数；ξ——沿程收缩或扩散系数；L——上、下断面间距；A上，A下——上、下断面面积；g——重力加速度。

公式中的动能校正系数α，在水力学中给出的范围为1.05～1.10，这也是规范中给出的范围。在工作实践中发现，天然河道的动能校正系数远远超过这一范围。特别是在洪水漫滩时，流速分布极不均匀，水流的流速中泓大，岸边小，造成水流的实际动能远大于用平均流速计算的动能，所以实际的动能校正系数要大。

3 动能校正系数的分析计算

动能校正系数的计算采用水文测验规范中的公式计算：

式中：vm—断面上最大测点流速，m/s；v—断面平均流速，m/s。

根据某站的历史流量资料，动能校正系数的计算见表1。根据表中数据点绘水位与动能校正系数α关系图（见图1）。

表1 某站动能校正系数计算成果表

通过关系图可知：动能校正系数大于1.1，随着水位的上升，逐渐增大；当接近漫滩时，动能校正系数突然变大；超过滩地水位时，开始减少。所以，天然河道的动能校正系数大于1.1，受断面形状的影响较大。窄深河道变化范围小，宽浅河道变化范围大，完全符合天然河道流速的分布特点。

图1 动能校正系数

4 动能校正系数选取对流量计算的影响

水位H=1.22 m，平均输水率K=22 857，水位差△H=0.20 m，上、下断面间距L=150 m，上断面面积 A上=440 m2，下断面面积 A下=383 m2，沿程收缩系数ξ=0，重力加速度g=9.81 m/s2。当动能校正系数α取1.10时：

当动能校正系数α取1.82时：

由于动能校正系数采用的不同，计算出的流量结果就不同，误差接近8%，已超出流量测验精度的要求，特别是在特大洪水的测报工作中，这个误差是相当危险的。