具有显露于大气中的自由水面的水流，如天然河道、人工渠道中的水流。明渠的流量、断面形式、坡度、糙率等的变化，都会引起自由水面的变化，相应地也使水深和流速变化。自由水面的计算是工程中需解决的一个重要问题，如引水或排水渠道的合理断面尺寸和流速大小的决定，拦河筑坝以后水库淹没范围的估算，都归结为明渠流水面曲线的绘制。明渠的渠身形状和大小保持不变的长直渠道称为棱柱形渠道；断面形状和大小沿程变化的渠道称为非棱柱形渠道。恒定均匀流在顺直棱柱形长渠道中可形成渠中水深、流速沿程不变的均匀流。均匀流水力计算式：式中Q为流量；v为流速；A为过水断面面积；R为水力半径（过水断面面积与断面固体周长,即湿周之比）；C为谢才系数，通常采用C=R1/6/n；n为糙率，表示渠壁的“粗糙”情况；i为底坡,即渠道底线与水平线夹角的正弦。在工程设计中,有时要求在给定断面面积A的条件下，使渠道通过最大的流量。从上式看出,当n、A、i一定时，要使流量Q极大，必须水力半径R极大，即湿周极小。使渠道水力半径为极大的断面，称为水力最佳断面。通常渠道的断面为梯形。梯形水力最佳断面满足如下条件：