河川流量と水路水理学

河川流量と水路水理学は、水が開放水路をどのように移動するか、またその流量が水深、勾配、粗度とどのように関連しているかを記述し、実際に測定されます。

Definition

河川流量とは開水路における水の流れであり、水路水理学とは、自由水面下におけるその流れの水深、流速、流量を水路の幾何学的形状、勾配、粗度に関連付ける理論体系です。

Scope

このトピックでは、開水路流れの原理、等流および漸変流、流速と水路特性を関連付ける抵抗方程式、ならびに流速計と水位流量曲線による河川流量の測定について扱います。水路内の流れそのものに焦点を当て、堆積物と水路形態については別のトピックで扱います。

Core questions

• 流量は水路の水深、勾配、粗度とどのように関連していますか？
• 等流、漸変流、急変流を区別するものは何ですか？
• 河川流量は現場でどのように測定されますか？
• 水位流量曲線はどのようにして水位を流量に変換しますか？

Key concepts

• 開水路流れ
• 等流および漸変流
• マニング方程式と粗度
• 径深と断面積
• 流量測定
• 水位流量曲線

Key theories

開水路抵抗方程式

マニング方程式のような経験的な抵抗法則は、平均流速を水路勾配、径深、および粗度係数に関連付け、開水路における流量計算の標準的な手段を提供します。

水位流量曲線

連続的な流量を直接測定することは実用的ではないため、流量は、定期的な流速計測定によって校正された水位流量曲線を通じて、容易に記録できる水位に関連付けられます。これは河川流量観測の基礎となります。

Clinical relevance

水路水理学は、水路、カルバート、および洪水流路の設計、ほぼすべての地表水水文学にデータを提供する河川流量観測網の運用、ならびに河川システムを通る洪水波の伝播の基礎となります。

History

開水路水理学は、18世紀から19世紀にかけての抵抗公式（Chezy、Manning）を通じて発展し、1959年のChowの著書で体系化されました。USGSなどの機関によって体系化された、流速計と水位流量曲線を用いた系統的な河川流量観測は、連続的な流量記録を水文学の基盤としました。

Key figures

• Ven Te Chow
• Robert Manning

Seminal works

• chow1959
• dingman2015
• rantz1982

Frequently asked questions

河川の流量はどのようにして連続的に測定されますか？

流量は、水路全体にわたる流速を測定することによって、定期的にのみ直接測定されます。これらの測定は水位流量曲線を校正するために使用され、それにより連続的に記録された水位を直接測定の間も流量に変換することができます。

マニング方程式は何のために使用されますか？

これは、水路勾配、径深、および粗度係数から開水路流れの平均流速、ひいては流量を推定するものであり、水路設計、洪水マッピング、および流量計算に広く使用されています。