流量計算、水理計算・排水計算・雨水計算










流量計算、水理計算・排水計算・雨水計算の効果的な情報とは

流速と流量について。雨水流出量計算と流速、流量の計算方法とは

流れの方向に垂直な水路の横断面を水路断面といい、そのうち流水の占める面積を流水断面積、または流積といいます。 水路断面の周辺のうち、水に接する部分を潤辺、流積を潤辺の長さで割ったものを径深といいます。 ある時刻に、流積内のある点を通る水粒子の速度をその点における流といいます。 流速はふつう流積内の各点で異なるものですが、流れの問題を考える場合には、流積内の平均流速を用いることが多いです。 単位時間内に流積を通過する水の量を流量といいます。

雨水流出量計算は、合理式を用いて、1/360×流出係数×降雨強度×排水面積、により算出されます。 降雨強度公式には、タルボット式、シャーマン式、久野・石黒式、クリーブランド式があります。久野・石黒式の降雨強度は、タルボット式と、シャーマン式の中間の変動傾向があります。クリーブランド式の降雨強度は、長時間において適合性を持つため、貯留施設などの設計に採用されます。

水路勾配が大きいほど、流速は大きくなります。 水深が深いほど、壁や底の摩擦の影響が少なくなり、流速は大きくなります。 壁や底のおうとつが多いほど、抵抗が大きくなり、流速は小さくなります。 このような原理を実験に基づき、数式で表わしたのが、マニングの公式です。 マニングの公式は、流速を、粗度係数、径深、勾配から求めます。径深は、断面積÷潤辺で算出します。 流量は、断面積×流速で算出します。

水路の流量計算を行う場合の計算式は、次のものを用いて算出します。流下時間の算出は、クラーヘン式で計算します。降雨強度の算出は、タルボット式で計算します。雨水流出量の算出は、合理式のラショナル式で計算します。平均流速の算出は、マニング式で計算します。

タルボット式の降雨強度は、降雨継続時間が長くなるにつれて徐々に減少し、60分を過ぎたころに はシャーマン式より小さくなります。 シャーマン式の降雨強度は、降雨継続時間が短い間は小さくなり、時間が経過しても減少しなくな る特徴があります。 久野・石黒式の降雨強度は、タルボット式と、シャーマン式の中間の変動傾向があります。 クリーブランド式の降雨強度は、長時間において適合性を持つため、貯留施設などの設計に採用されます。

流域面積が広い場合の流達時間、集水面積、降雨強度の求め方について

集水域が河川や渓谷を含むような広い範囲である場合には、雨水が斜面から流路に流入するまでの流入時間 t1 は、流下時間 t2 に比べて無視できる場合が多い。流入時間 t1 を無視することによって流達時間 t が短くなり大きな降雨強度を与えることになるので、安全側となる。従って通常の場合は、流入時間 t1 を無視してよい。
1. 流路の平均流速の値を知ることができるとき
t2 = l/60V
ここに、
t2 : 流出量を求めようとする地点までの流路区間の雨水流下時間(分)
l : 流出量を求めようとする地点までの流路の水平長(m)
V : 流路の平均流速(m/sec)
2. 流路の平均流速の値がわからないとき、ルチーハの式 (Rziha)
t2 = L / V (hr)
V = 72(H/L)^0.6 (km/hr)
ここに、
L : 最上流地点から流量を求めようとする地点までの流路の水平距離(km)
H : Lの区間の落差(km)
参考文献:「道路土工要綱」

台形断面・円形断面の流量計算、単断面・複断面の水理計算・水深計算、 マニング公式・クッター公式・合理式による雨水量の計算 などの、技術情報が参考になります。
集水面積については、次のように記述されています。
集水面積を求める場合は、1/5,000 地形図から算出するのを基本とする。やむを得ない場合 及び面積が広いときは、1/10,000 ~ 1/50,000 地形図によって求めるものとする。
隣接地から流入する水がある場合は、それらの区域も集水面積として考慮する。
路側の側溝などは、道路敷地内のみの場合、道路敷地内及び隣接するのり面または平地の双方の場合 として、集水面積を求める。
カルバートのような横断排水施設は、隣接する沢等の比較的大規模な隣接地の場合 として、集水面積を求める。
隣接地から流出する水が下水道に直接排水されていない場合には、集水面積はそれらの全部と 考えなければならない。また、隣接地に排水桝が設置されている場合でも、その地域内の雨水の 一部が道路敷地内に流れ込むこともあるので、十分に調査したうえで集水面積を定めなければな らない。
参考文献:「道路土工要綱」

降雨強度の求め方についての説明の一部です。
合理式による雨水流出量の算定においては、降雨が集水区域の最遠点から流下してくるまでの時間、すなわち流達時間t(min) に対応した降雨強度I(mm/h)を求めることが必要である。そのためには、任意の継続時間に対応する降雨量を過去の観測資料から摘出して各流達時間 t に対する降雨強度に換算する方法が用いられる。
側溝ますのような路面排水施設の設計には、降雨強度表を利用する方法を用いるものとする。
道路を横断するカルバートの通水断面を決定するといった重要な排水施設の設計にあたっては、近傍観測所の確率降雨強度式を適用する方法によるものとする。
近傍における雨量観測所の降雨量の資料が得られない場合には、特性係数法を適用する方法によるものとする。
参考文献:「道路土工要綱」

エクセルにも使える河川・ダムの設計計算でおすすめのフリーソフト

河川・ダムのフリーソフトには、根固めブロックの計算、護床ブロックの安定計算、河川樋管ソフト、根固めブロック必要重量の計算、河川、ダム、樋門、護岸工、魚道、堰、落差工、護床工、矢板護岸、急流水路、減勢工の水理計算、遮水工、柔構造樋管、流量計算、水制、降雨強度式、確率雨量、カーテンブロックの計算、背水計算ソフト、河川レインの式、遮水矢板の安定計算、湾曲部の水位上昇計算、根固め質量計算ソフト、河川の流速計算、ブロック重量計算 などのフリーソフトがあります。

防波堤ケーソンの設計における、支間とは、衝撃荷重を受ける側壁を支持する、 隣り合う隔壁の壁厚の中心から中心までの間のことをいいます。 ケーソン端部においては、隔壁の壁厚の中心から側壁の壁厚の中心までの間になります。 支間方向は、ケーソン壁に対して水平方向であり、支間直角方向は、ケーソン壁に対して鉛直方向になります。

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<不適格なサイズの排水管を設置すると起こる不具合>
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フリーソフトの中には、雨水排水計算と雨水流量計算の両方に対応しているソフトがあります。使い勝手のいいフリーソフトがなければ、有料ソフトの導入も検討してみましょう。事務作業の効率も向上するでしょう。

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