明槽均匀流形成条件

如果长直明槽的过水断面形状、糙率在足够长的流程内保持不变，水流在这样的明槽上将会达到稳定，则会形成明槽均匀流。

形成明槽均匀流的条件是明槽中的水流必须是恒定的，流量保持不变，沿程没有水流分出或汇入，渠槽必须是长而直的顺坡棱柱形槽，粗糙情况沿程不变，没有建筑物的局部干扰；而且，只有离渠槽进口一定距离，边界层充分发展以后才能形成均匀流。

由于种种条件限制，明槽均匀流往往难以完全实现，但对于顺直的正底坡棱柱形槽，只要有足够的长度，总是有形成均匀流的趋势。

为了明渠非均匀流的水深有所区别，称均匀流水深为正常水深。明槽均匀流水力计算的基本公式为谢才公式。

明槽均匀流水力计算问题一般有两类：一是校核已有明渠的输水能力；另一种是设计新明渠的断面尺寸或底坡等，需要试算法或查曲线图求解，或用二分法电算程序求解。

明渠均匀流是没有加速度的等速直线运动，作用在水体上的重力沿流向的分量与阻碍水流运动的摩阻力是平衡的。从能量观点分析，沿程阻力所消耗的能量全部由重力势能提供，而水体的动能保持不变。

天然河道一般属于不规则的非棱柱形渠，因而在恒定流量下总是非均匀流；当河身比较顺直，断面形状比较一致的河段则可近似为棱柱形渠，在恒定流量下可按均匀流动来处理。因此，均匀流动规律是明渠水力设计的基本依据。对非均匀流动问题，均匀流动的一些概念也起着重要的作用。

非均匀流根据流线弯曲程度又分为渐变流与急变流。

当流线的曲率或流线之间的夹角很小，流线可近似地看成平行的直线时，即为渐变流。渐变流过水断面上的动水压强服从静水压强分布规律，这是水力学的一个重要概念。

反之，当流线弯曲显著而具有较大的曲率，因而过水断面上的动水压强不符合静水压强分布规律时，即为急变流，这时，在较短的渠段中的水流的水面和流速分布都有急剧的变化。水跌、泄水建筑物的过流及下泄水流、下游水流的衔接等，都属于急变流。

在非均匀流中，摩阻力所做的功可能大于或小于所有其他作用力所做的功。非均匀流问题在实用上很重要，要求解的问题较多。对非均匀渐变流，可由能量方程推导出一般形式的微分方程和不同条件下的计算公式。

目前，对急变流的研究不如渐变流成熟，在理论上尚无系统的分析方法。对于边界条件复杂的非均匀流动，可以利用计算机和数值计算方法对基本微分方程求解。

明槽中非均匀流有减速与加速运动，其相应地水面下也分为两类：减速流动水深沿程增加，称雍水曲线；加速流动水深沿程减小，称降水曲线。由于明槽底纵坡的不同，所以通过的流量变化，槽首、槽尾、进流、出流边界条件的不同或槽内建筑物所形成的控制水深的不同，可以形式各式各样的水面下。其中棱柱形槽渐变流的水面线分析最简单。

在棱柱形明渠中发生渐变流时，根据明渠底坡、流量、断面形式、上下游进出流边界条件或明渠内建筑物所形成控制水位的不同，可形成12种类型的明渠水面曲线。