明渠非恆定流

明渠非恆定流是指水流運動要素如流速、流量、過水斷面等隨時間而變化的明渠水流 ^[1]  。

例如在暴雨期間，由於地面徑流的變化造成河道中流量變化，水電站引用流量的改變，潮汐對受潮河段的作用等，都會產生非恆定流 ^[1]  。

研究表明非恆定流的運動規律與計算方法具有重要的實際意義。例如洪水演進計算是洪水預報，水庫運行以及堤防設計的重要依據；水電站輸水渠道中非恆定流的最大和最小水深，直接影啊着堤岸頂高和尾水管出口高程的確定等 ^[2]  。

明渠非恆定流具有自由水面的重力波現象，屬於位移波，即在波形向前傳播的同時，水流質點也向前移動 ^[1]  。

其中波動發生過程比較慢，瞬時水面的坡度較緩，瞬時流線近於平行直線，具有非恆定漸變特徵，其水力要素是位置和時間的連續函數，這種波動稱連續被。如洪水波、水電站調節所引起的非恆定流均屬此類 ^[2]  。

而當波動發生過程很迅速，斷面上水深和流量變化較急劇，瞬時水面坡度很陡，甚至具有階梯形狀，具有非恆定急變流特徵，這種波動稱為非連續波。如潰壩波、水電站迅速停機引起渠道中的斷波等。中國錢塘江湧潮現象是非連續波的典型實例 ^[1]  。

求解明渠非恆定流間題的方法有水力模型法、電擬模型法、數值解法等。隨着計算機和計算技術的發展，明渠非恆定流的數值解法發展比較快，如特徵法、直線差分法、有限元法等。由於非恆定急變流的影響因素較為複雜，多應用模型試驗與數值模擬相結合的做法 ^[2]  。