断面形状と水理量
出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2020/05/23 07:35 UTC 版)
平均流速公式により、断面形状が決まれば、任意の水深の時の、流積、径深、流速、流量などを求めることが出来る。 上部が閉じており「満水」状態のある開水路でこれら水理量を各満水時の値と比として、水深と図にしたものを水理特性曲線(flow characteristics)という。この図を書いておくことで、ある水深のときの流量や流速を計算するのに役立つ。図は円形断面の場合の水理特性曲線である。これから分かるとおり、円形断面の場合は、満水時より少なめの水深つまり開水路として流れる時に、流量や流速は最大となる。実際に計算すると 流速 v {\displaystyle v} h D ≃ 0.81 {\displaystyle {\frac {h}{D}}\simeq 0.81} のとき、 v v 0 = 1.14 {\displaystyle {\frac {v}{v_{0}}}=1.14} 流量 v {\displaystyle v} h D ≃ 0.94 {\displaystyle {\frac {h}{D}}\simeq 0.94} のとき、 Q Q 0 = 1.08 {\displaystyle {\frac {Q}{Q_{0}}}=1.08} でそれぞれ最大値となる。満水で流れるよりも、開水路として流れていたほうが、抵抗が少なくて済むのである。 一方、ある流積や勾配の時に最大の流量が流れる断面のことを水理学的に有利な断面という。あるいは、ある流量の時に流積が最小になる断面ともいえる。このような断面は、例えば長方形断面水路であれば水路幅が水深の2倍の時であり、台形であれば正六角形の半分の形をしている時である。平均流速公式の形から、水理学的に有利な断面は、径深が最大あるいは潤辺が最小の時となっている。
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