1、、流速分布及計算自然界中的水流大部分是湍流。湍流是一種高度復雜的非線性流體運動，在空間中不規則、時間上無秩序，具有在運動過程中液體質點不斷混摻的運動特性。實際中流速計算一般根據實測數據進行推導，具有代表性的是“六點測流法”，2014年之后，聲學多普勒流速剖面儀開始被采用，隨后有部分學者提出了相應的“多點法測速計算”。水流由于受到層間切應力的作用，具流速沿水深而變化，河底流速小，水面流速大，河底流速受河床的粘滯作用，基本為零。理論上水流流速由下往上可分成直線層、過渡層、對數區和外層區，其相應的計算公式如下：（一）直線層水流為層流（層流是流體的一種流動狀態，它作層狀的流動。流體在管內低速流動時呈現

2、為層流，其質點沿著與管軸平行的方向作平滑直線運動。流體的流速在管中心處最大，其近壁處最小。管內流體的平均流速與最大流速之比等于0.5。），只受粘滯切應力，此時流速可按下式計算：J：水力坡度；。水力坡度，又稱比降，是指河流水面單位距離的落差，常用百分比、千分比、萬分比表示。（二）過渡層水流由層流向紊流過度，既受粘滯切應力，又受紊動切應力。計算方法：近似按照直線層或者對數層公式計算。（三）對數區水流為紊流，主要受紊動切應力影響，流速分布呈對數曲線規律，一般計算公式如下:其中A和B是系數，與床面粗糙情況有關，通過實際資料確定，y為計算點至河床的距離。愛因斯坦提出的具體計算公式如下：其中為床面粗糙高度

3、，可取床沙代表粒徑；x為反映對流速分布實際影響的系數,與？一?值有關；：為近壁層流層的厚度。直線層、過度層、對數區合稱為內層區，區內流速分布主要受床面的影響。（四）外層區水流為紊流，其流速分布除受床面的影響外，還要受到上游來流條件和上部邊界條件的影響，因而其分布規律偏離對數曲線而有一流速增值，計算公式的一般計算形式為：式中，為尾跡強度系數；k為卡門常數；為函數符號；和k通過實測資料確定。y意義同前，h為斷面水深。（五）實際應用在實際中，通常將對數區的流速分布公式推廣到全部水深，根據全部水深上的流速分布資料來確定對數流速分布公式中的系數，再將對數流速分布公式用到全部水深上去。在寬深比介于6至10

4、之間的的河槽中，斷面上任一點的水流不僅受到來自河底紊動渦體的作用，還同時受到來自河岸紊動渦體的作用。縱向流速不僅沿水深變化，沿斷面橫向分布也是不均勻的，接近河岸的垂線與河心的垂線流速分布相差較大，岸邊垂線的最大流速往往不在水面上。河槽過于窄深時，河中心垂線的最大流速也不在水面（六）六點實測法計算垂線平均流速六點 對應 兩層 分方一般的流速垂線分布形式如右圖所示。設法測量的水深位置分別為hohih2h3h4h5,的流速分別為VoVlV2V3V4V5,從表層到底層之間面積為分別為SoSiS2S3&S5,則用積法得到的垂線平均流速V計算公式如下：V=（So+Si+S2+S3+S+S）在傳統的六點法測

5、流中，通常是ho=O,hi=0.2H,h2=0.4H,h3=0.6H,h4=0.8H,h5=H,則上式可優化為V=-Vo+2(M+V+M+M)+V5。如需計算某一點的流速，則根據上述測得值所匯出的函數圖像，可以粗略估計某一點的流速。利用傳統六點法計算垂線流速平均值或是某一點流速時，因這種數據處取用的原數據較少，因此會損失垂線平均流速計算值的精度。而聲學多普勒流速剖面儀可以測得一條垂線上沒1m甚至小于1m一層的流速數據，對于水深10m以上的水域，在一條垂線上可以測得10層以上的數據，因此對應于上述六點分析法，可以類似地推導出多點分析法，從而大大提高計算結果的精度。二、水流力計算（一）水流推動力水

6、流推動力作用方向為順水流方向，作用位置為水流底部，水流推動力反應了河床面物體是否被推移，可用來計算河床沖刷。具體計算公式為：式中，P1為水流推動力；為水的容重；H為水深；J為水力坡度。圖2水流推移力示意圖圖3河床不同土質的臨界推移力（二）水流對阻流面的沖擊力圖4水流沖擊力示意圖作用方向：水平向：作用位置：阻流面高度的一半。式中：P2-水流推動力（kN/m）;k-繞流系數，對實體壩而言，壩身寬度與壩長相比小得多時取1.0,寬度與長度大致相等時取0.7;-水的容重（kN/m3）;h-阻流面高度（m）,不漫水時為阻流面前的水深，漫水時為阻流物的高度；g為重力加速度：-水流沖擊方向與阻流面間的夾角：為靠近阻流面處水流斷面