明槽水力学

明渠包括棱柱形断面的人工渠道和非棱柱形的天然河道。明渠的渠底高程沿程降低为正底坡；渠底沿程抬高为反底坡或逆坡；沿程不变为平底坡。根据明渠中水流根据某空间点上运动要素是否随时间变化可将明渠水流分为两大类:水力因素(水深、流速、比降等)不随时间而变化的为明渠恒定流(亦称定常流)；水力因素随时间而变化的为明渠非恒定流(亦称非定常流)。

1） 明渠恒定流：

分为两类:水力因素沿程不变的为恒定均匀流;水力因素沿程变化的为恒定非均匀流。

恒定均匀流：水力因素不随时间和沿程而改变。常用谢才(A.Chezy)公式表达。

恒定非均匀流：水力因素不随时间变化,但随沿程变化,又分为渐变流和急变流两种。对于恒定急变流，常见的明渠过渡流态有：从缓流到急流的过渡(如跌水、堰流等)；从急流到缓流的过渡(如水跃)；变宽度河渠中的流动;弯道水流(急流时可见冲击波)等。明渠急变流常是三维流动，伴有明显的能量损失，宜用动量原理或通过模型试验解决。

2） 明渠非恒定流

天然河渠中的水流几乎都是时间上不恒定和空间上非均匀的流动，如:暴雨形成的径流；河渠中洪水波运动(伴有河床冲淤变化的洪水演进问题)；堤坝失事后的溃坝波；库岸或江岸滑坡激起的涌浪；海滨的潮汐、海啸；水电站或水泵站启闭过程中，上下游引水渠中水位、流量的变化；通航建筑物及灌溉系统充泄水时变水头出流等都属明渠非恒定流。

河道、渠道、水工无压隧洞及非满流管道中的水流等都属于明渠水流。由于水面上仅作用着大气压强，所以又叫无压流动。渠道的设计、河道筑坝壅水长度及淹没损失的计算、洪水演进推算等，都必须运用明渠水力学的知识。

明渠水流流动中，重力作用占据主导地位。随着边界条件的不同，在一定的流量条件下，水面位置可以发生变化，因而引起过水断面大小及其流动形态的不同，这是区别于优雅流动的一个重要特点。

明槽，矿建名词术语，一般是指矿井的斜硐开拓中才会有。斜井的硐身前期为砌碹巷道，而硐口部分施工过程中，不可能一开始就能够成巷，要开挖的大一些，而大的那部分砌碹后成型的巷道就是所谓的明槽了。

当需要开挖的深度不是很深时，一般采用明槽开挖；就是从上到下开挖，槽是露天的，所以是明槽。2100433B

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。

明槽冲击波现象的研究始于20世纪30年代。普朗特、卡曼(T. Von. Karman)、伯兰斯维克(E. Preiswerk)等人首先应用气体超声流速的研究成果来研究明槽冲击波,后经纳普(R. T. Knapp)、伊彭(A.T.Ippen)、劳斯(H. Rouse)等人的研究,在20世纪50年代,明槽冲击波的试验和计算均有较大进展。20世纪70年代中后期中国在研究利用冲击波使水流在竖向和纵向扩散，增加水流掺气，促进消能方面有一定进展 。