明渠恒定均匀流

明渠均匀流是重力和阻力相平衡时的流动，其动能保持不变，而水头损失取自势能的减少。其特性是总水头线、水面线与渠道底坡线为互相平行的直线，故水力坡度和渠道底坡相等。明渠均匀流的规律可用谢才公式（

因为明渠均匀流中，J=i，所以有：

则流量

在一般情况下，明渠流常常以非均匀流的形式出现，只有在特殊的情况下，才会出现均匀流，形成均匀流的条件有：

1.长而直的棱柱形渠道；

2.底坡 i >0，且沿程保持不变；

3.渠道的粗糙情况沿程没有变化；

4.渠中水流为恒定流，且沿程流量保持不变。

明渠均匀流流线为平行直线，过水断面的形状、水深、断面平均流速等均沿程不发生变化，所以总水头线、水面线和渠底线三线平行，也就是说，明渠均匀流的水力坡度J、测压管坡度J_p和渠道底坡i彼此相等，即：

J=Jp=i

明渠恒定渐变流 　问题可以归结为求解某一流量时水位 z或水深h与距离s的关系。表示这一关系的曲线称为水面曲线。对于几何特性不同的明渠，分析水面曲线的方法及所得结论的详尽程度差别甚大。水面曲线的研究内容概括起来包括曲线形状分析和坐标计算两部分。对于最简单情况即底坡、糙率、断面形状和尺寸均沿程不变的棱柱形渠道，水面曲线研究成果最为成熟。利用水流能量方程可以导出水深对距离的导数为：

式中i为渠道底坡；J为某断面的水力坡度，可近似地按谢才公式计算；Fr为某断面的弗劳德数(见缓流和急流)。在流量、渠道断面尺寸及糙率已知的条件下,J和Fr均为水深h的函数。利用上式可以对正坡（i0。又按实际底坡i与临界底坡ic的相对大小分为缓坡iic、陡坡iic及临界坡i=ic三种）、平坡(i=0)及负坡(i0)上不同水深区域(以均匀流水深线N－N和临界水深线C－C为划分界限)内发生的水面曲线进行分析,共得12条曲线（图1）。至于形成这些水面曲线的具体原因可有多种，例如在缓坡渠道上建闸，如闸上游水位超过N－N线便发生M1型曲线，而下游闸孔泄流后接着发生M3型曲线（图2）。

水面曲线的计算方法最基本的是分段法。该法将整个流动分为若干流段,对每一流段直接应用能量方程。对于天然河道，分段法的公式为：

式中z为水位；v为断面平均流速；z及v的下标u和d分别代表上、下游断面；Q为流量;噖为流段平均流量模数,即噖=(Ku Kd)/2,这里,C为谢才系数（见谢才公式），A为过水面积，R为水力半径（见明渠恒定均匀流）；Δs为流段长度；α为动能校正系数；ζ为流段局部水头损失系数；g为重力加速度。

恒定流动根据其运动要素是否沿流程变化而分成明渠均匀流与明渠非均勾流，非均匀流又有渐变流与急变流之分 。

研究明渠流动都要应用水流连续方程。对恒定均匀流与非均匀新变流，常结合能量方程进行分析;对非均匀急变流，常结合动量方程进行分析 。