開水路のパラメーター
出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2020/05/23 07:35 UTC 版)
図2: 開水路の断面図と断面を決定する諸量 A {\displaystyle A} - 流積 S {\displaystyle S} - 潤辺 R {\displaystyle R} - 径深 図3: 定常開水路流れの概念図 v {\displaystyle v} - 平均断面流速 U , p , z {\displaystyle U,p,z} - ある点での主流速、圧力、高さ h {\displaystyle h} - 水深 z b {\displaystyle z_{b}} - 河床高 θ {\displaystyle \theta } - 河床勾配( I b {\displaystyle I_{b}} ) g {\displaystyle g} - 重力（加速度） 緑 - 検査面 赤 - コントロール・ボリューム 青 - 自由水面 黒＆茶 - 河床 灰 - 基準線 水色 - 主流速分布 開水路の一次元解析では、いくつかのパラメーターが定義される。 まず、開水路を流れ方向に切った垂直にみた断面図が図2である。この図において青色で示された線が水面(water surface)または自由水面(free surface)であり、茶色で描かれたものが開水路の形状となっている。また、水色で囲われた領域が実際に水が流れている部分であり、この面積を流水断面積または流積(cross section area)といい A {\displaystyle A} で表す。河川工学では河積とも呼ばれる。さらに、緑色で示されている、水と水路が接している部分の長さを潤辺(wetted perimeter)といい S {\displaystyle S} で表す。そして、この潤辺で断面積を割ったものを径深(hydraulic radius)といい R {\displaystyle R} で表される。 次に、開水路を流れ方向に平行に切った断面図が図3である。先と同じように、青色で示された線は自由水面、茶色で描かれたものが水路床あるいは河床(bed)である。この図では、河床に平行に x {\displaystyle x} 軸を取り、それに垂直方向に y {\displaystyle y} 軸をとっている。この河床から y {\displaystyle y} 軸に測った時の水面までの距離が水深と定義され、 h {\displaystyle h} で表される。このy軸とは別に、重力 g {\displaystyle g} に対して垂直な基準線あるいは基準レベル(base level)から測った高さ z {\displaystyle z} も定義される。例えば、河床までの高さは z b {\displaystyle z_{b}} で表される。また、基準線から水面までの距離を水位と言う。そして、この基準線と河床のなす角を θ {\displaystyle \theta } とした時、河床勾配(bed gradient)は I b = sin θ {\displaystyle I_{b}=\sin \theta } で定義される。ただし、一般的に河床勾配は小さいと考えられるため、 sin θ = θ , cos θ = 1 {\displaystyle \sin \theta =\theta ,\cos \theta =1} とすることがあり、この場合は θ {\displaystyle \theta } 自身を河床勾配と呼ぶこともある。このような流れの状態の時、主流速は水色の矢印で示したような分布をしていると考えられる。ある高さ z {\displaystyle z} の点での主流速は U {\displaystyle U} 、圧力は p {\displaystyle p} で表される。この主流速を断面平均したものが断面平均流速 v {\displaystyle v} である。一次元解析では単に流速(velocity)と呼ばれることもある。 一方、一次元解析を行う時には、赤色で示したような空間的に固定されたある領域を考え、緑色で示したようなその領域の断面を考えて、そこを通過する水理量を考えることがある。この領域で水を検査するという意味から、この固定された領域を検査領域またはコントロール・ボリューム(control volume)と呼び、その断面を検査面(control surface、test section)という。
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