آن چه تاکنون پیشتر به آن پرداخته شده است، بحث و بررسی در خصوص جریان های دائمی بوده که تغییرات زمانی نقشی در تغییرات خصوصیات جریان نداشته و به عبارتی مشخصات جریان مستقل از زمان بود. بسیاری از کارهای عملی و انواع جریان های به وجود آمده در کانال های باز، خصوصیات بارز فوق را نداشته و نمی توان در حل مسائل مربوطه عامل زمان را حذف نمود پس به همین علت مسائل جریان غیر دائمی بسیار پیچیده تر و مشکل تر گشته و به جز تعداد محدودی از انواع جریان های متغیر تدریجی غیر دائمی، بقیه مسائل می بایست با حل عددی معادلات حاکم نحلیل گردند.
جریان غیر دائمی (Unsteady Flow) عبارت است از جریانی که در یک مقطع، عمق یا دبی و یا هر دو، در اثر تغییرات زمانی تغییر نماید که این تغییر می تواند در اثر عوامل طبیعی، موارد برنامه ریزی شده و یا حوادث اتفاقی باشد و از امواج نوسانی و جزر و مدهای اقیانوس ها تا سیلاب حاصل از شکست سدها را شامل شود. یکی از حساس ترین موارد کاربرد این نوع جریان ها، بررسی اثرات حرکت سیل ناشی از شکست سد هاست که به جهت وجود سازه ها و تاسیسات حساس در پایین دست آن ها و در کناره های رودخانه نظیر نیروگاه های اتمی و یا موارد مشابه، حتی اگر احتمال اتفاق بسیار هم ناچیز باشد می باسیت با دقت کامل تحت مطالعه و بررسی قرار گیرد و به همین ترتیب محاسبه تغییرات ارتفاع آب در رودخانه و در اثر حرکت موج سیلاب جهت بررسی امکان غرقاب شدن مناطق شهری و مسکونی اطراف رودخانه اهمیت خاصی دارد. در هر حال سیلاب ها، ذوب شدن برف ها، تغییرات عملکرد دریچه ها در سازه های هیدرولیکی و موارد فراوان دیگر از جمله جریان غیر دائمی بوده که در طبیعت فراوان مشاهده می گردند.
طبقه بندی جریان غیر دائمی
هر جریان غیر دائمی در حقیقت عبارت است از حرکت یک موج که با تغییر مکان خود و بر حسب شرایط، عمق جریان یا دبی و یا هر دو را از مقطعی به مقطع دیگر و از زمانی به زمان دیگر تغییر می دهد. طبق تعریف، یک موج (در این حالت یک موج سطحی) عبارت است از یک متغیر موقت در سطح آب که بوسیله سیال منتشر می گردد و سرعت آن عبارت است از سرعت انتشار چنین آشفتگی نسبت به سیال. از نقطه نظر فیزیکی، امواج به دو گروه تقسیم می شوند: امواج نوسانی ( Oscillatory Waves) و امواج منتقل کننده (Translatory Waves) که در حالت اول میزان متوسط جرم آب منتقل شده بوسیله موج، صفر (نظیر امواج دریا) و در شکل دیگر، مقداری از جرم سیال، توسط موج و در جهت حرکت آن منتقل می شود (نظیر پرش هیدرولیکی متحرک و جزر و مد). از میان حالات مختلف این دو گروه، امواج طولی (Longitudinal Waves) که جهت حرکت شان، همسوی محور طولی کانال است، مورد توجه قرار دارند. شکل زیر خطوط جریان در دو موج نوسانی و منتقل کننده را نشان می دهد.
امواج منتقل کننده خود به دو دسته تک موج (Solitary Waves) یا موج منفرد یا مجرد و امواج پشت سر هم یا زنجیره ای (A Train of Waves) تقسیم می شوند که یک تک موج دارای یک قسمت بالا آمده و یک قله و سپس یک قسمت فرو رفته بوده و در پس آن جریان دائمی وجود خواهد داشت در صورتی که امواج پشت سر هم از چندین موج متوالی تشکیل می شوند. موج پایین دست به موجی گفته می شود که حرکت آن در جهت شیب کانال باشد و چنان چه در خلاف جهت آن باشد، موج بالادست نامیده می شود. اگر موج باعث افزایش سطح آب نسبت به حالت دائمی گردد، آن را موج مثبت و در صورتی که سطح آب را به کمتر از سطح معمول آب در حالت دائمی تقلیل دهد، آن را موج منفی می خوانند. امواج همچنین می توانند به موج های مونوکلینال یا یک طرفه (Monoclinal or Single-Faced Waves) و موج های دو طرفه (Two-Faced Waves) تقسیم شوند که در حالت اخیر موج می تواند متقارن و یا غیر متقارن باشد. شکل زیر انواع طبقه بندی های امواج را نشان می دهد.
حرکت امواج منتقل کننده و به تعبیری جریان غیر دائمی ؛ یا متغیر تدریجی است و یا متغیر سریع. امواج بلند که در اثر باز و بسته شدن ناگهانی دریچه ها تشکیل می گردند و نا پیوستگی یا تغییر ناگهانی در سطح آب ایجاد می نمایند، جزو جریان غیر دائمی متغیر سریع و در مقابل امواج به وجود آمده در اثر باز و بسته شدن تدریجی دریچه ها، حرکت سیل در دریاچه ها و رودخانه ها جزو جریان غیر دائمی متغیر تدریجی خواهند بود. روش های بررسی و تحلیل این دو نوع جریان تا حدودی متغیر بوده به گونه ای که در جریان های متغیر تدریجی شتاب قائم ناچیز و قابل صرفه نظر کردن بوده ولی اثر اصطکاک کانال قابل ملاحظه و لازم است تا در محاسبات مدنظر قرار گیرد در حالی که در جریان های متغیر سریع و به جهت طول نسبتا کم، می توان از اصطکاک کانال صرفه نظر نمود ولی اثر شتاب قائم می بایست در تحلیل ها در نظر گرفته شود.
جریان های غیر دائمی متغیر تدریجی (Gradually Varied Unsteady Flow or GVUF): در این نوع جریان ها تنحنای پروفیل موج ملایم، تغییرات عمق با زمان تدریجی، شتاب قائم ذرات آب در مقایسه با کل شتاب ناچیز و اثر اصطکاک کناره ها قابل ملاحظه می باشد. استفاده از اصل پیوستگی (Equation of Continuty) در جریان غیر دائمی نسبتا مشکل بوده چرا که در این حالت ضمن تغییر سرعت ممکن است خطوط جریان نیز تغییر محل یابند. البته آن چه در کانال های باز بیشتر اهمیت پیدا می نماید تنها ایجاد پیچیدگی در سطح آب است که در اثر این نوع جریان ها تغییر می یابد.
جریان های غیر دائمی متغیر سریع (Rapidly Varied Unsteady Flow): یک جریان غیر دائمی متغیر سریع عبارت است از جریان موجی که انحنای پروفیل سطح آب در آن تند، تغییرات عمق جریان نسبت به زمان سریع، مولفه قائم شتاب ذرات آب نسبت به کل شتاب قابل ملاحظه و اثر اصطکاک کناره ها ناچیز و قابل صرفه نظر کردن است. این گونه جریان ها می تواند در اثر خرابی یک سد و یا باز و بسته شدن سریع سازه های کنترل کننده ای نظیر دریچه و… به وجود آید.
