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解決済みの質問

雨水の流量計算(マニング式)を教えてください。

 外構でいくつかの集水枡をU字側構でつなぐ場合の雨水流量計算を教えてください。
 3つの枡A、B、Cを A→B→C とつなぐと仮定して、A→B区間、B→C区間のそれぞれの流速・流量をマニング式で計算した結果、流速はどちらも0.6~3.0m/s程度に納まり、流量も「合理式」の流量面積をそれぞれクリアしました。
 ただし、途中の流入や勾配の違いによって、水上(A→B区間)より水下(B→C区間)の方が流速が遅くなってしまいました。この場合は、枡Bであふれ出して 排水できないと判断すべきなのでしょうか?
 敷地の勾配などの条件により、流速の大小まで含めて設計するのは、事実上難しいと思うのですが。

投稿日時 - 2008-09-10 18:38:31

QNo.4318757

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cyoi-obakaです。

ANo.2で説明した内容に、一部追加説明をしておきます。
私が設定している条件は、降雨強度150~200mm/hを想定した上での、通常降雨強度50mm/h程度で計算した場合です。
そのため、1/4の排水路断面積を採用しているのです。
この条件で計算すれば、ゲリラ豪雨にも対処できる可能性が大きいでしょ!

ですから、計算自体は、あなたは間違っていませんヨ!

流速の差が気に成っているだけですよネ?
径深(円管の場合 ≒内径D/4)で80%の排水路断面設定は、完了していますから、流速の変数は管勾配だけです。この計算の場合、管内断面積の80%を水が流れた状態の流速を求めているだけで、実情の流速を求めているのではないのです。
ANo.4さんが言っているのは、この実流速の事を示唆して、
>水深が下がると勾配が同じでも流速は低下する。だから、流量の少ない上流ほど流速は低下する。
と述べているのです。当然の事です!

あなたが、当初から降雨強度を150mm/hの豪雨を設定しているのでしたら、排水路断面積を低減する必要はありません。実質の排水路断面積で計算して問題ありません。

流速が違っても、流下能力がOKであれば、使用する配水管の排水能力はOKです。
流速の判定要因に 0.8 ≦ V ≦ 3.0m/s があるのですネ。
これは、管径及びその勾配を設定する上での実務的な目安値です。
従って、自治体によってその数値が異なっている場合があるのです。
要は、極端な勾配の設定や管径の設定をしないで下さい!というお願い数値と解釈して下さい。


ANo.1さんへの礼文に、流速差0.1m/sと記述してますね。全く問題ない差です。心配するオーダーでは無いですヨ(桁が違います)!

投稿日時 - 2008-09-11 12:24:06

お礼

ありがとうございます。たいへん勉強になりました。
机上の計算と実際は違うだろう、と思いながらも机上の計算でさえ成立しないのでは話にならないと、不安だったのですが、すっきりしました。
ややこしい質問に丁寧に回答いただき、ありがとうございました。

投稿日時 - 2008-09-11 20:28:41

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回答(5)

ANo.4

 B→C区間における排水面積は、A→B区間も含めて排水量を求めているかと思います。
 その上で許容値内に収まっているのであれば問題ないはずです。
 通常流量計算で用いる流速は、実流速(実際に流入する流量による水深から求められる流速)ではなく、許容流量に対する流速を使っているかと思います。表面排水の場合、「道路土工-排水工指針」では満流時の80%を、「下水道施設設計指針」では開水路では満流時の80%の水深の時を許容値とします。
 通常、水深が下がると勾配は同じでも流速は低下します。つまり、流入量の小さい上流側は、余程の急勾配でない限り実流速は下流側よりも小さくなります。
 従って、計算で使用した許容値に対する流速が下流側で小さくなっても、実用上はほとんど問題になりません。

 なお、下水道や水路の設計を行う場合、下流に行くに従って流速は漸増し、勾配は次第に緩やかにしていくことを原則とします。ただし、最上流部など流量のちいさな区間についてはそこまでシビアに考える必要はありません。

投稿日時 - 2008-09-10 23:48:04

お礼

ありがとうございます。
もしかして私はマニング式の使い方を誤解しているかもしれません。
 
 流量の比較は「合理式:Q=C・I・A/360×10,000」<「マニング式:Q=AV」となるようにしており、「合理式Q」を出す際には、おっしゃるようにA→B→Cの側溝を流れていく分とは別に、それぞれの集水枡への直接の流入がありますので、枡Bへの流入量は「A→の側溝分+直接流入分」のように、順次加算していき、最終枡には敷地全体分の流入が計上されるようにしています。
 ただ、マニング式で各区間の流速を出す際には、それぞれの区間で、「通水面積の割合」を80%として流速Vを計算し、それぞれの「Q=AV」を出して、先の「合理式Q」と比較しています。【今回、質問しているのも、こうして算出した上・下流の各区間の流速Vの関係についてです】
 そうではなく 流入量の少ない上流区間は、「通水面積の割合」を小さくして流速計算しないといけないのでしょうか?その場合の数値の目安はありますでしょうか?(流速が間違っているということは「Q=AV」の流量も間違っているということですね)

※降雨強度が 150mm/hのような極端な場合を想定しています。
 これは下水道課からの指示で、おそらく 25mm/10分 を想定しているのだと思います。
 

投稿日時 - 2008-09-11 09:36:43

その通りです!
だだし、あなたが危惧するように、極端な流速差の場合は、瞬間的な処理が不可能になる危険性があります。
特に、水下が緩勾配の場合は注意が必要です。そこで、勾配が変化する部分の枡のサイズを大きく設定するとか、出来るだけ流速差を少なくするとか、考えます。
あくまで目安ですが、流速差は50%程度にすると問題無く処理できます。
また、マニング式では配水管の1/4の面積を排水路断面積としますから、計算上は、配水管の1/4しか雨水が通っていない設定になってますよネ!
その辺に計算上の安全率が潜んでいるのです。
また、計算上の雨水流出量にも1.5倍程度の余裕率を設定するでしょう?
以上です。スッキリしましたか?
参考意見です。

投稿日時 - 2008-09-10 20:11:32

お礼

ありがとうございます。
たいへん参考になりました!

投稿日時 - 2008-09-10 20:29:34

マニングの流量計算ですね。
質問のように、区間ごとに、雨水の流入量及び排水管勾配が異なる場合は、
それぞれの部分で、雨水流出量を計算し、それに伴う流下能力(マニング式)を計算します。
その結果が、それぞれOKであれば、問題ありません。
区間ごとの流速の違いは気にしなくていいんです(規制値内に納まっていれば)!
要は、それぞれの区間で、流入量 < 流出能力 の関係が成立すればよいのです!

参考になればよいのですが?

投稿日時 - 2008-09-10 19:26:45

お礼

ありがとうございます。
つまり枡で一度流速はリセットされていると考えてよいということでしょうか?
とはいえ、極端な流速差は好ましくないと感じていて、その場合の判断の目安や対処方法があれば知りたいのですが?

投稿日時 - 2008-09-10 19:34:56

ANo.1

地球には、重力があります。
水は、高い場所から低い場所に向かって落ちます。
質問文で水下(B→C区間)の方が流速が水上(A→B区間)より遅くなると、Bのマスで溢れる事となります。
水量=管径面積×流速で計算すると、区間の水量が分かると思います。
水上が水下より水量が多い場合は、溢れる事となります。
排水管の径は、水下に行くにしたがって水量により大きくして設計するのが基本のようなものです。
ご参考まで

投稿日時 - 2008-09-10 19:14:43

お礼

ありがとうございます。
たしかに基本はおっしゃる通りだと思います。
ただ、流速が A→B>B→Cで0.1m/sの差 の場合でも、B→Cの側溝をサイズアップするというのは非現実的な気がするですが・・・。
枡で受けた際の流速の減少分をどう考えるべきなのでしょうか。

投稿日時 - 2008-09-10 20:22:57

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