在矩形明渠中,自由跌水可作为其流量测量设施,具有简单方便、运行维护容易的特点。工程中,矩形明渠底坡往往为陡坡,边壁因材料限制通常较粗糙,体现为粗糙陡坡渠道的特征。目前对此类明渠中设置跌坎后,跌坎上的水力特征性研究较少。本文采用模型试验的方法对不同底坡S、不同边壁粗糙度n的矩形明渠中的自由跌水水力特性进行了研究。试验中,底坡范围为0.002 6到0.097 3之间,明渠边壁糙率系数在0.009 3到0.019 3之间,明渠水流弗洛德数Fr₀在1.0到6.62之间,远超以前研究的范围。结果表明,在试验确定的底坡和边壁糙率系数范围内,明渠跌坎上游水流为急流的流态下,自由跌流坎末水深与其上游临界水深之比值h_e/h_c与S^1/2/n呈线性相关。另外,受自由跌水影响的跌坎上游长度L只与底坡和边壁糙率系数有关,而与渠道流量无关。对陡坡渠道而言,h_e/h_c值随着水流弗洛德数的增加而呈对数减小。最后本文根据试验数据提出了陡坡粗糙矩形明渠的自由跌流坎末水深与上游临界水深之比值h_e/h_c和S^1/2/n,L和S^1/2/n以及h_e/h_c和Fr₀的计算公式。本文通过增大底坡和边壁糙率的值,进一步扩展了前人关于明渠自由跌水的研究,这对于利用明渠自由跌水进行流量计量具有重要的工程应用价值。