排水管网里的水流一般来说者是非恒定流，流态也比较复杂，降着降雨的增加，有可能由无压流变为有压流。在进行管网水流的数值计算时，能够经常看到结果中有不稳定现象。这种不稳定现象可以分为两类，一类是数值不稳定，另一类是水力不稳定。前者的稳定依赖于数值方法，后者是自然的稳定性问题，是水流本身的特性，其稳定性也影响数值稳定性。在雨水管道中一般有五种水力不稳定性：1）低水位时表面张力引起的不稳定流；2）亚临界流与超临界流的过渡引起的不稳定流；3）由于管道坡度太大引起的滚水波；4）明渠流与满管流的过渡引起的不稳定流；5）满管流中的水击现象。

（1）低水位时表面张力引起的不稳定流

当管道的水位非常低的时候，水的表面张力将变得很重要。这种现象主要发生在径流的开始或结束阶段。当管道中的水量很少时，管道中的水并不会形成一层很薄的水流，在表面张力的作用下形成一个个孤立的水团，即使在一定的坡度下，水团也不会发生流动。随着水量的增加，重力作用相对地增加，于是水团就会连接起来，薄膜流开始出现，表面张力的作用减小。显然在薄膜流状态，韦伯数比弗若得数和雷偌数都要重要，然而圣维南方程中没有将表明张力因素包括进去，因此圣维南方程并不太适合薄膜流状态。好在这种现象仅仅发生在径流动开始或结束时，对整个径流过程并不太重要，而且当径流比较大时，表面张力的作用相对比较小，可以忽略。

（2）亚临界流与超临界流的过渡引起的不稳定流

这种水力不稳定性通常表现为水跃或跌水，此时水流的弗汝德数（Froude number）接近1，严格来讲圣维南方程组不适合描述水跃或跌水，因为此时水流动压力分布不符合静水压力，但是从现有的实际测试和数值结果都表明这种情况一般只局限在非常小的范围内，但在排水管道中的水跃的跃后水深可能超过管径。

（3）滚水波引起的不稳定

在快速流动的超临界明渠流，上层的水流的流速比底层的水流动快得多，引起自由表面的不稳定，表现为滚水波的移动。当底层的阻力超过了水流动粘性阻力，在重力的作用下上层的水快速向下游移动，因此滚水波的出现与流体的弗汝德数和雷偌数相关。在出现滚水波的情况下，水流的水面曲线和水流动断面平均动量系数和水力坡度在空间和时间上变化都很大，圣维南方程组也不能充分描述这种现象。

（4）明渠流与满管流的过渡引起的不稳定流

在管道中的稳定流动最大流量出现在0.94倍管径处，当水位超过0.94D时，流量减少，直到出现满管流时，流量才可能随着水位的上升增加，在0.94倍管径处是水流波速的一个转折点。从运动波出发考虑水位达到0.94D时，如果再时增加少许流量，在明渠流阶段没有一个相匹配的水位，必须直接跳跃到满管状态才可能有相匹配的水位。再从扩散波出发，假设管道的流量不断增加，且在管道的某处水位己经达到0.94D，流量的增加引起该处水位上升，此时产生一个向上游的波，即部分水流质点向上游传播，同时上游流量增加，同时引起水位上升，这种上升到过程在上游来流增加的情况下是不断加强的，直到引起管道发生水塞现象。

（5）水击现象

在满管流时，由于接口处突然的变化引起水流的突变，往往引起水击现象，水击的直接结果是水位的突变，这种现象在许多现场都已被观测到过。由于雨水管道系统中大量检查口雨水口的存在.检查口和雨水口的相当于缓冲池，水击衰减也相应比较快。

注：本文摘选自论文《城市水涝形成机理与城市雨水管网非恒定径流过程模拟研究》，作者程伟平，略有改动。

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