水流通过不同的过流结构必将受结构的几何边界影响而改变原有的运动轨迹,形成大量复杂的急变流。理论方面,明渠水力学广泛论述恒定渐变流理论和非恒定静压浅水理论,对于非静压急变流理论少有论述。工程方面,我国大量的水利工程的建设面临大量急变流问题,譬如基于浅水模型的大尺度的工程计算经常需要大量局部结构中急变流过流信息作为边界条件,工程中需要大量采用测过流结构中的急变流对过流流量进行精确监控,同时大量的过流结构的水力设计均需考虑急变流效应。由于急变流影响因素和流区众多,急变流目前还未得到系统关注。急变流分为四类流区:缓流急变流、急流急变流、缓流到急流过渡急变流和急流到缓流过渡急变流。急变流主要影响因素有复杂结构边界、摩擦、流线曲率（非静压）、流速非均匀、非恒定等及这些因素的复合影响。但这些因素对各流区急变流的量化影响还未得到系统性地研究,因而深入研究不同影响因素对不同流区急变流的定量影响对急变流理论和工程应用具有重要的科学意义和工程价值。鉴于急变流工程现象众多,为研究不同影响因素对不同流区急变流流量和水力特性的量化影响,选取了几个典型案例,先从恒定流条件下的单一影响因素对单一流区的急变流的影响（第二章）,逐渐过渡到两种因素对单一流区急变流的影响（第三章）,再到单一因素对多流区的急变流的影响（第四章）,进而到非恒定流条件下的三种影响因素对单一流区的急变流的影响（第五章）,最后研究非恒定流条件下的四种影响因素对多流区的急变流的影响（第六章）。逐层深入,层层递进地研究了各影响因素对各流区急变流的影响。由于急变流广泛用于流量测量,因而本文着重关注了不同影响因素对不同流区的急变流流量影响的问题,以期为急变流理论完善及相关工程应用提供科学基础。主要研究内容和结论详述如下:（1）试验研究了水篦子复杂结构边界（单一因素）对急流急变流（单一流区）流量的影响,揭示了结构边界对急变流的影响规律,丰富了急变流研究方法。以水篦子过流为例,设计了285组不同篦子几何边界、地形纵横坡、来流流量影响的急流急变流原型试验,用量纲分析得到了6套不同结构边界对急流急变流流量的量化影响公式,该公式量纲和谐且精度高于量纲不和谐的UPC法。厘清了结构边界对急流急变流的定量影响。本研究不仅为城市排水系统设计提供了直接计算公式,也为其他类似的受复杂几何结构边界影响的急流急变流问题提供了可供参考的研究途径和方法。（2）理论研究了摩擦和流线曲率（两种因素）对急流急变流（单一流区）跌水流量的影响,完善了摩擦和流线曲率高阶影响的急变流理论。以跌水为例,基于Boussinesq型能量法考虑以往忽略的摩擦对急流急变流流量的影响,基于Runge-Kutta循环迭代的方法得到糙率对水面线、尾深率及流量的定量影响,并首次将流线曲率的Fawer假设取代Boussinesq假设用于急流急变流流量的影响研究中,发现考虑摩擦和流线曲率高阶影响的模型比以往更精确。证实了摩擦对急流急变流有重要影响,发现Boussinesq假设近似急流急变流流线曲率不准确。本研究不仅得到了摩擦和流线曲率对急流急变流流量的定量影响,提出的新方法也可应用到其他受摩擦和流线曲率影响的急变流问题中,如其他断面跌水、波纹水跃等问题。（3）理论研究了不同渠道几何形状（单一因素）影响的两类急变流区（两种流区）的明渠特征水深,解析了几何边界对急变流区特征水深的定量影响,建立了相关急变流水力设计方法。比较了9类渠道的水力最优断面,优选出三种新开发的水力高效的2.5、3、10/3次抛物线形渠道作为研究对象。基于Simpson数值积分方法、GaussLegendre六点数值法计算了2.5、3、10/3次抛物线形渠道不可积的湿周,研究了三种渠道复杂几何形状影响下的缓流急流过渡急变流和急流缓流过渡急变流区的临界水深、收缩水深和共轭水深问题。得到了无量纲形式的共轭、收缩水深迭代方程,最终得到共轭、收缩水深的解析解。尽管正常水深非急变流,但其常用于流量计算,因而一并得到了正常水深解析解。本研究不仅定量表达了几何边界对急变流区特征水深的影响,也为量化其他不同几何边界对急变流区特征水深的影响提供了可供参考的计算方法。（4）数值研究了非恒定、非静压和非均匀流速（三种因素）对缓流到急流过渡急变流区（单一流区）的临界流及其流量的影响,完善了急变流条件下的临界流理论。以堰顶过流为例,用静压浅水方程（SWEs）,非静压Serre-Green-Naghdi方程（SGNE）和非静压垂向速度求解的雷诺平均方程（RANS）进行研究。采用表面梯度法框架下Minmod坡限制的MUSCL-Hancock有限体积耦合预测修正有限差分方法求解SGNE,忽略SGNE模型非静压项得到SWEs数值解。RANS模型采用FLOW-3D的RNG k-ε湍流模型求解。分析了恒定渐变流奇点法与Boussinesq急变流方程和上述三种模型计算的水面线差异,并发现Boussinesq急变流方程计算的压强与实测吻合良好,说明非静压对缓流到急流过渡急变流的重要影响。发现临界流的傅汝德数为1、断面比能和断面比动量最小三大性质在非恒定流条件下不成立,说明非恒定性对于临界点有重要影响;非恒定非静压流临界点可在上中下游任何位置且恒定非静压流临界点偏向上游,说明非静压性对临界点亦有重要影响;而SGNE与RANS计算结果吻合较好,说明流速非均匀性对临界点影响较弱。证明了堰顶临界流流量计在非恒定过程中不可靠,特别是激波附近的水流。探明了非恒定、非静压和非均匀流速对缓流到急流过渡急变流区临界流及其流量的影响。本研究不仅定量了非恒定、非静压和非均匀流速对临界流及其水深流量关系的分别影响,也为精细考虑更复杂的二维条件下或更多因素影响的临界流问题提供了研究思路。（5）数值研究了非恒定、非静压、非均匀流速和摩擦（四种因素）对四种复合急变流（四种流区）的综合影响问题,辨析了不同流区急变流对不同因素影响的响应,揭示了四种因素影响的急变流运动过程特征。以梯级溃坝在下游渠库坝系统中的演进为例,用SWEs和RANS进行比较研究涉及的四类急变流,着重关注两类模型的差异（非静压和流速非均匀性）对四类急变流的影响。结果表明非恒定性、非静压性和非均匀流速性对于缓坡到陡坡过渡的临界流断面的水位流量关系和流量时间过程均有明显影响,特别是溃坝之后流量增加的初始阶段,而摩擦对其影响较小。发现,对于大尺度的溃坝问题,上游缓流到急流过渡急变流和下游移动水跃这两种急变流两种模型计算的水面线差异不大,而溃坝波与下游坝结构作用处的爬高这种缓流或急流急变流二者结果差异较大。发现SWEs计算的爬高比实测值与RANS计算值都偏低-10%至-25%之间,导致SWEs预测漫顶溃坝延迟。SWEs无法复制短波演进而RANS计算较好,短波形成需满足下/上游水深＞1/3。阐明了非静压与流速非均匀性对爬高处的缓流急变流或急流急变流预测的定量影响。本研究不仅定量了不同影响因素对不同流区的急变流的影响程度,也为非恒定急变流流量计算提供理论参考,同时也为开发或选取相关急变流模拟方法提供了一定依据。