27、明渠非恒定流的基础理论与方程推导

明渠非恒定流的基础理论与方程推导

1. 非恒定流简介

在实际的水流系统中，水流条件通常随时间而变化，这种水流被称为非恒定流。与恒定流相比，非恒定流的分析更为复杂，因为其水流条件随空间和时间而变化，需要用偏微分方程来描述。由于这些方程除了在非常简化的情况下，通常没有解析解，因此常采用数值方法来求解。

1.1 相关术语定义

• 波的定义 ：波是指水流深度和流量随时间或空间的变化。
• 波长和振幅 ：波长 (L) 是相邻波峰或波谷之间的距离，振幅 (z) 是最大水位高于静水位的高度。
• 波的分类 ：
  • 振荡波 ：在波传播方向上没有质量传输。
  • 平移波 ：有净质量传输，可进一步分为孤立波和波列。孤立波有上升和下降段，且只有一个峰值；波列是一系列连续的波。
  • 涌波 ：具有陡峭波前的平移波。
  • 正波和负波 ：正波后方的水深高于未受干扰的水流深度，负波后方的水深低于未受干扰的水流深度。具有陡峭波前的正波称为涌潮或激波。
• 浅水波和深水波 ：浅水波中，波通过某一断面时，整个水流深度都会受到干扰；而在深水波中，只有顶部层受到影响。浅水波的波长与水深之比大于 20，深水波的该比值小于 20。