什么是水跃?

[拼音]：shuiyue hydraulic jump

明渠中由急流过渡为缓流（见缓流和急流）时发生的水流局部突变现象。从水闸或溢流坝下泄的急流受下游渠道缓流的顶托便发生水跃（图1）。典型的水跃现象是：在很短的距离内水深急剧增加，流速相应减小。水跃区的水流可以分为两部分：上部不断翻腾旋滚，因掺入空气而呈白色，下部是主流，是流速急剧变化的区域。这两部分的交界面上流速梯度很大，紊动混掺强烈，液体质点不断地穿越交界面进行交换。由于水跃内部水体的强烈摩擦混掺而消耗大量机械能，因此通常把水跃作为消能的有效方式之一（见水跃消能）。

水跃始端和终端两个断面的水深分别称为跃前水深h1和跃后水深h2。这两个水深之间存在着共轭关系。对于水平底棱柱形渠道（即断面形状和尺寸沿流向不变的渠道），这个关系可以用动量原理导出，称水跃方程：

(1

式中A1、A2为断面面积;yc1、yc2为断面形心处的水深；β1、β2为动量校正系数；Q为流量；g为重力加速度。A和yc均为水深h的函数。不计断面下标，上式两边的函数形式相同，均为


。在给定Q的情况下，这是水深h的函数，称为水跃函数θ(h)。这样， 式(1)可以简单地写作θ(h1)＝θ(h2)。θ(h)与h的关系曲线如(图2)所示。跃前、跃后水深虽不相等 (h2


h1)，但它们的水跃函数值却相同，因此把它们称为共轭水深。当已知流量、渠道断面尺寸及一个水深时，利用式(1)可求得另一水深。对于宽为b的矩形断面，可直接由式(1)解得：

(2)

式中q=Q/b为单宽流量。

水跃前后两断面的距离称为水跃长度Lj。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：

(3)式中Fr1为跃前断面的弗劳德数。

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（图3）。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。