环形水跃形成原因

在水跃的内部区域（靠近水流处），重力波扩散的速度小于流体扩散的速度，因此被水流带着向前传播；而在外部区域，水的高度增加，流速减缓，重力波扩散的速度大于流体的速度。受到外部扰动或反射，例如水流遇到水槽边沿的时候，重力波的影响变得可以忽略不计。因此，水跃被视为这样一个区域：从边缘地带（水槽边或水膜的终点）释放的重力波，即抬高流体的力量，再也无法回到峰值，因为重力波“遇到”了一股流速过高的流体，无法继续传播下去。

水流抵达水槽底部并扩散开来，在碰撞点周围形成一道薄薄的水膜。随后由于这种径向扩散，加上水与水槽表面之间的摩擦，水膜的扩散越来越慢。但出人意料的是，一种剧烈的转变发生了：当水膜很薄而且速度很大的时候，它的厚度将骤然增加500倍，速度也下降至1/500。水流的这种状态转变体现为一道“水墙”，即由液体构成的环形。这就是环形水跃现象。

16世纪，达·芬奇第一次进行描述。1846年，贝朗日发表了计算巨浪的形成的方程。1914年，瑞利男爵将贝朗日的方程与环形水跃结合起来。1933年，日本科学家家古一郎对液体粘稠的边界层进行了建模。1993年，出身于诺贝尔奖世家的丹麦人托马斯·玻尔对水跃外部进行了建模。2100433B

水跃的消能效率用水跃消能系数 K_j表示， E_s1是跃前断面比能 。

对平底矩形明渠

简记为

从

水跃的分类

（1）

（2）

（3）

（4）

（5）

（6）

的水面波动，需设辅助消能工。2100433B

水跃前后两断面的距离称为水跃长度L_j。它是泄水建筑物消能设计的重要依据之一，其值多由经验公式估算。例如：

式中Fr₁为跃前断面的弗劳德数（表示惯性力与重力量级比值）。　随着跃前断面水流湍急程度（用 Fr1表示）的不同，水跃有不同的形态。其中波状水跃无水面旋滚；摆动水跃有射流自底部间歇地向上窜升，旋滚较不稳定，跃后水面波动较大。就消能效果而言，Fr1越大效果越好。

水跃研究的内容还有水跃纵剖面形状、水跃位置的确定和控制、水跃能量损失等。工程中还常遇到非平底或非棱柱形渠道中的水跃，已有很多研究成果。

水跃始端和终端两个断面的水深分别称为跃前水深

式中

跃前、跃后水深虽不相等 (