斜面の水量と流速の計算方法について

質問

先日、「物理」のカテゴリーで質問しましたが、解決には至りませんでしたので、こちらのカテゴリーで改めて質問させてください。

軒樋を造ります。
既製品や板金で折り曲げた樋だと見栄えが悪いので、自分で(素材：アルミ製)材料を調達して造りたいと思っています。曲げるところはなく、直線で勾配を少しつけようとしています。

しかし、流速の計算式がわからず、どのくらいの大きさになるのかわかりません。
「マニング式」という土木で使う公式だと長さが長くなっても、流速が変わらないので、「???」となってしまい、
「等加速度運動の速度の公式」だと、質量(雨水の量)が一定ではないはずなのでこれも「???」となってしまいました。

どんな公式を使えば簡単に求めることが出来ますでしょうか?

わかっているのは
「雨量(質量)」、「勾配(角度)」、「斜辺の長さ(長さ)」、です。

文系出身なので、質問の仕方も悪いと思います、また、ご回答の内容も理解が出来ないかもしれませが、何卒、ご回答の程、宜しくお願い申し上げます。

回答No.3

mttkshi · ベストアンサー

>差が殆どないってことなんでしょうか?

差はもちろんあります。
ただ、その差が100mm角だったものが200mm角が必要になるくらいの差は無い程度のものです。
結構広い面積を集水している道路の側溝で通常300mm角です。
それを考えれば勾配もあり、面積の小さい建物のための軒樋の必要断面は、言葉は悪いですが高が知れてます。
側溝の規模を決める際、行政の指導では通常マニング公式を指定します。
マニング公式で求めるのが一般的で、簡単だからです。

あまり答えになっておりませんが、マニング公式で求めるのが単純で簡単だと思います。

経験者なら電卓やエクセルで簡単に求められますが、初めての方にとってはチンプンカンプンかと思います。
Web上でいろんな人が公開しています。
それを利用されるのが簡単です。
粗度係数は0.01にしておくといいでしょう。常にメンテナンスをしないと、落ち葉等ですぐ詰まってしまいます。
それらを考慮すると、0.012～0.013が妥当なところかもしれません。

参考URL：

http://www17.plala.or.jp/runrun55/civil/workroom.htm

お礼

ご回答ありがとうございます。

>その差が100mm角だったものが200mm角が必要になるくらいの差は無い程度のものです

↑出来るだけ小さい軒樋を造りたいのですが、100角と200角では見た目が違うので、うちの場合はかなり問題なのです。しかし、仰る意味は理解できました。

>粗度係数は0.01にしておくといいでしょう。常にメンテナンスをしないと、落ち葉等ですぐ詰まってしまいます

↑うちの場合、落ち葉で最大の敵は松などの針葉樹の枯葉です。かなりてこずります。

>Web上でいろんな人が公開しています
↑参考サイトのご紹介をありがとうございます。早速使ってみます。

回答No.5

usokoku

＞軒樋をなるべく小さく造りたい
私の内容ですと、大きくなってしまうので忘れてください。
どの程度の雨(?年に1回の大雨)であふれさせるか、という確率の話になってしまいますので。

回答No.4

takeknee

私の知人は、「軒樋排水量 Ｑ1＝1/Ｋ×Ｓ1×Ｖ1 （クッタ―の簡略式）」「竪樋排水量 Ｑ2＝Ｃ×Ｓ2×Ｖ2 （トリチェリーの公式）」を利用してます。私も１回だけ利用しましたが、詳しいことは分かりません。
参考になれば。

お礼

ご回答ありがとうございました。

クッター式を検索しましたが、なかなか参考になるサイトがヒットしないので、根気強く探してみます。

回答No.2

mttkshi

>質量がどんどん大きくなるから、流速もどんどん早くなって、流量も増えて、一番低いところのあたりでオーバーフローを起こすんじゃないかな？

そのとおりです。
だから、一番末端の大きくなる部分でマニング式を利用して計算するのです。
計算自体は、軒樋全体の流量を計算しているのではなく、とある地点での軒樋の断面が流過させることができる能力(量)をマニング式で算出しているのです。

マニングの公式は等流公式です。なのでいくら延長があっても流速が変わらないのです。

実際には軒樋の摩擦による損失や重力による加速等考慮しなければならないのですが、結構大変なのと、一生懸命計算してもマニング式で計算しても計算結果に影響は無いのでマニング式で行っているのです。

というわけで、簡単に求めることができるのはマニング式となりますけれど。。。

お礼

早速のご回答、ありがとうございました。

>とある地点での軒樋の断面が流過させることができる能力(量)をマニング式で算出しているのです。

↑そおゆうことだったんですね。マニング式の使い方(≒マニング式そのもの)が間違っていたとは思いもしませんでした。お恥ずかしい限りです。

>一生懸命計算してもマニング式で計算しても計算結果に影響は無いのでマニング式で行っているのです。

↑影響がないということは、求めた値(流量とか流速とか)に差が殆どないってことなんでしょうか?重ね重ねの不仕付けな質問ですみません。

回答No.1

usokoku

文面から読み取れないのですが、
単位横幅あたりの樋に流れる水量か
横樋の、水面の高さと流水量の関係か
それともこれらいか゛いか

です。
建築の場合には、
高水量は過去の気象台発表の最大１時間あたりの雨量を使います。屋根の垂直方向の面積がわからないと、といの推量がわかりません、面積に降水量を乗じて、これを3600(=60*60)で割ると、１秒あたりの雨どいから流れ出る水量が推定できます、

「と長さが長くなっても、流速が変わらないの」は、といの出口部分の水量と液面高さとの関係式で、けんとうつくでしょう
横樋の形状がわからない限りは、水面高さと流水量の関係は答えられません、

補足

質問の不備で申し訳ありません。

>単位横幅あたりの樋に流れる水量か
>横樋の、水面の高さと流水量の関係か
>それともこれらいか゛いか
>
>です。

↑軒樋をなるべく小さく造りたい(でも、雨量に対してのオーバーフローは困る)ので質問しました。基本的に、断面がUの字の樋ですが、大きさがわからなかったので断面積も出せませんでした。

>高水量は過去の気象台発表の最大１時間あたりの雨量を使います

↑水量はアメダスの最高記録(高知県？)から算出したのでわかっているつもりです。

ただ…軒の一番高い部分と軒の真ん中とでは、軒の中の雨水の量が違うはずですよね?(一番高い部分から軒の真ん中に来るまでに、雨は樋に流れ入ってくるので)
となると、質量がどんどん大きくなるから、流速もどんどん早くなって、流量も増えて、一番低いところのあたりでオーバーフローを起こすんじゃないかな？と思った次第です。

ご指摘の通り、樋の形状を確定させてから「判定OKorNG」するしかないですか？