明槽非恆定流

天然河道或人工渠道中流速、水深等水力要素都是時間t和位置s的函式的水流運動。如在暴雨期間地面徑流的變化；堤壩潰決時及潮汐河口和感潮區排灌河網中的水流運動；渠道中各種節制閘門的調節，一般灌排渠道突然停水或突然放水，及日調節水電站引水渠、尾水渠中等水流運動，都是非恆定流。

基本介紹

• 中文名：明槽非恆定流
• 外文名：Unsteady  flow  in  open  channel

特點

明槽非恆定流是一種具有自由水面的波動現象，屬於水波中的位移波，即在波形(瞬時水面線)向前傳播的同時，水流質點也向前移動，並具有相對波長L/h>20(L為波長、h為水深)的特徵，屬於淺水長波。

分類

根據明槽非恆定流的波動特點可以將其分為明槽分恆定漸變流和明槽非恆定急變流。

其中波動發生過程比較緩慢，其瞬時水面的坡度極緩，瞬時流線近於平行直線的稱非恆定漸變流，這種流動可認為壓強沿垂線為靜壓分布，其水力要素是位置和時間的連續函式，稱為連續波，如河流中的洪水波、水電站調節所引起的非恆定流均屬於此類。

反之，當波動發生過程很迅速,在一定斷面上水深和流量的變化急劇，瞬時水面線坡度很陡,甚至具有階梯的形狀，則水力要素不是位置和時間的連續函式，則稱為不連續波或斷波，這種流動叫做非恆定急變流。

相關研究

明槽非恆定流的研究開始於18世紀後期，拉格朗日(J.L.Lagrange)於1781年首先提出淺水中波速算法，並於1788年創立淺常水深中的水波理論。

法國聖維南(De Saint-Venant)於1871年正式提出了一維非恆定漸變流的基本方程組，稱為聖維南方程組。對不同河渠形態， 可採用不同的因變數，則聖維南方程組具有不同的基本形式。在解決二維問題如河口潮流計算時，則需採用二維非恆定流方程組。

研究對象

其研究對象包括天然河流、人工渠道、河網、水庫、湖泊、潮汐河口、港灣及城市下水道系統等 。

常用算法

解決明槽非恆定流問題有水力模型法、電擬模型法、數值解法等。在數值計算中，有些方法將基本方程作了大量簡化，例如最後只由連續方程體現流動非恆定性質的運動波(如洪水波計算的瞬態法)；忽略全部慣性力、但考慮波體的變形和衰減的擴散波(地下水非恆定流計算)；不考慮阻力和底坡影響的慣性波(潰壩波)等，在運動方程中作用力全部考慮的動力波其求解方法有圖解法、諾模圖法、逐步逼近法和1950年林秉南提出的等時段法等。
數值解的主要方法有直接差分法和特徵線法及有限元法等。

非恆定急變流由於影響因素較為複雜，多採用模型試驗和電算相配合的方法，並採用二維模型用有限差或有限元法進行計算。