Ciri umum aliran saluran terbuka. Dalam studi kami tentang aliran pipa (Bab 8), kami menemukan bahwa ada banyak cara untuk mengklasifikasikan aliran—mengembangkan, sepenuhnya berkembang, laminar, turbulen, dan sebagainya. Untuk aliran saluran terbuka, keberadaan permukaan bebas memungkinkan jenis aliran tambahan. Kebebasan ekstra yang memungkinkan fluida untuk memilih lokasi dan konfigurasi permukaan bebasnya (karena tidak sepenuhnya mengisi pipa atau saluran) memungkinkan fenomena penting dalam aliran saluran terbuka yang tidak dapat terjadi dalam aliran pipa. Beberapa klasifikasi aliran tersebut dijelaskan di bawah ini.

Cara di mana kedalaman fluida, y, bervariasi dengan waktu, t, dan jarak sepanjang saluran, x, digunakan untuk sebagian mengklasifikasikan aliran. Misalnya, aliran tersebut tidak stabil atau stabil tergantung pada apakah kedalaman di lokasi tertentu berubah atau tidak dengan waktu. Beberapa aliran tidak stabil dapat dilihat sebagai aliran stabil jika bingkai referensi pengamat diubah. Misalnya, banjir pasang surut (perbedaan tingkat air) yang bergerak naik di sungai adalah tidak stabil bagi pengamat yang berdiri di tepi, tetapi stabil bagi pengamat yang bergerak sepanjang tepi dengan kecepatan depan gelombang banjir pasang. Aliran lain tidak stabil terlepas dari bingkai referensi yang digunakan. Gelombang angin kompleks yang bergantung pada waktu di atas danau termasuk dalam kategori ini. Dalam buku ini, kami hanya akan mempertimbangkan aliran terbuka yang stabil.

Aliran terbuka diklasifikasikan sebagai aliran seragam (uniform flow, UF) jika kedalaman aliran tidak bervariasi sepanjang saluran (dy/dx = 0). Sebaliknya, aliran diklasifikasikan sebagai aliran tidak seragam jika kedalaman bervariasi dengan jarak (dy/dx ≠ 0). Aliran tidak seragam lebih lanjut diklasifikasikan sebagai aliran dengan variasi cepat (rapidly varying flow, RVF) jika kedalaman aliran berubah secara signifikan dalam jarak yang relatif pendek (dy/dx ≈ 1). Aliran dengan variasi secara bertahap (gradually varying flow, GVF) adalah aliran di mana kedalaman aliran berubah secara perlahan dengan jarak sepanjang saluran (dy/dx ≤ 1). Contoh-contoh dari jenis aliran ini diilustrasikan dalam Gambar 10.1 dan foto-foto di sisi margin. Pentingnya berbagai jenis gaya yang terlibat (tekanan, berat, gesekan, inersia) berbeda untuk berbagai jenis aliran tersebut.

Seperti pada geometri aliran apa pun, aliran terbuka dapat bersifat laminar, transisi, atau turbulent, bergantung pada berbagai kondisi yang terlibat. Jenis aliran yang terjadi tergantung pada nomor Reynolds, Re = (ρVh) / μ, di mana V adalah kecepatan rata-rata fluida dan h adalah radius hidrolik dari saluran (lihat Bagian 10.42). Aturan umum adalah bahwa aliran terbuka bersifat laminar jika Re ≤ 500, turbulent jika Re ≥ 12.500, dan transisi jika tidak. Nilai-nilai dari nomor Reynolds pembatas ini hanya perkiraan—pengetahuan yang tepat tentang geometri saluran diperlukan untuk mendapatkan nilai-nilai spesifik. Karena sebagian besar aliran terbuka melibatkan air (yang memiliki viskositas yang cukup kecil) dan memiliki panjang karakteristik yang relatif besar, aliran terbuka yang laminar jarang terjadi. Sebagai contoh, aliran air dengan suhu 50 °F dengan kecepatan rata-rata V = 1 ft/s di sungai dengan radius hidrolik R = 10 ft memiliki Re = VRρ/μ = 7,1 × 10^5. Aliran tersebut bersifat turbulent. Namun, aliran lembaran air tipis di sebuah driveway dengan kecepatan rata-rata V = 0,25 ft/s sehingga R = 0,02 ft (dalam kasus tersebut radius hidroliknya kira-kira sama dengan kedalaman fluida; lihat Bagian 10.42) memiliki Re = 355. Aliran tersebut bersifat laminar.

Dalam beberapa kasus, aliran berlapis penting. Dalam situasi tersebut, lapisan dua atau lebih fluida dengan kerapatan yang berbeda mengalir dalam saluran. Sebuah lapisan minyak di atas air adalah salah satu contoh dari jenis aliran ini. Semua aliran terbuka yang dipertimbangkan dalam buku ini adalah aliran homogen. Artinya, fluida memiliki properti yang seragam di seluruhnya.

Aliran terbuka melibatkan permukaan bebas yang dapat terdistorsi dari konfigurasi datar dan tidak terganggu hingga membentuk gelombang. Gelombang-gelombang tersebut bergerak melintasi permukaan dengan kecepatan yang bergantung pada