研究重力作用下具有自由面的河渠水流運動規律，是水力學的分支學科。明渠水流的特點是具有自由水面。明渠水力學的研究內容當上游來流量變化或河渠斷面形狀、邊壁糙度和渠底坡度變化，或下游控制條件改變，以及其他外來擾動加之於水面時，明渠內形成的各種形式的水面線(水深)及斷面流速分布等。
基本介紹
- 中文名：明槽水力學
- 外文名：Open channel hydraulics
明渠水流,明渠水流分類,
明渠水流
河道、渠道、水工無壓隧洞及非滿流管道中的水流等都屬於明渠水流。由於水面上僅作用著大氣壓強，所以又叫無壓流動。渠道的設計、河道築壩壅水長度及淹沒損失的計算、洪水演進推算等，都必須運用明渠水力學的知識。
明渠水流流動中，重力作用占據主導地位。隨著邊界條件的不同，在一定的流量條件下，水面位置可以發生變化，因而引起過水斷面大小及其流動形態的不同，這是區別於優雅流動的一個重要特點。
明渠水流分類
明渠包括稜柱形斷面的人工渠道和非稜柱形的天然河道。明渠的渠底高程沿程降低為正底坡；渠底沿程抬高為反底坡或逆坡；沿程不變為平底坡。根據明渠中水流根據某空間點上運動要素是否隨時間變化可將明渠水流分為兩大類:水力因素(水深、流速、比降等)不隨時間而變化的為明渠恆定流(亦稱定常流)；水力因素隨時間而變化的為明渠非恆定流(亦稱非定常流)。
1） 明渠恆定流：
分為兩類:水力因素沿程不變的為恆定均勻流;水力因素沿程變化的為恆定非均勻流。
恆定均勻流：水力因素不隨時間和沿程而改變。常用謝才(A.Chezy)公式表達。
恆定非均勻流：水力因素不隨時間變化,但隨沿程變化,又分為漸變流和急變流兩種。對於恆定急變流，常見的明渠過渡流態有：從緩流到急流的過渡(如跌水、堰流等)；從急流到緩流的過渡(如水躍)；變寬度河渠中的流動;彎道水流(急流時可見衝擊波)等。明渠急變流常是三維流動，伴有明顯的能量損失，宜用動量原理或通過模型試驗解決。
2） 明渠非恆定流
天然河渠中的水流幾乎都是時間上不恆定和空間上非均勻的流動，如:暴雨形成的徑流；河渠中洪水波運動(伴有河床沖淤變化的洪水演進問題)；堤壩失事後的潰壩波；庫岸或江岸滑坡激起的涌浪；海濱的潮汐、海嘯；水電站或水泵站啟閉過程中，上下游引水渠中水位、流量的變化；通航建築物及灌溉系統充泄水時變水頭出流等都屬明渠非恆定流。
