平均流速とは？求め方・単位（m/s）・マニングの公式との関係

この記事の要点

平均流速は水路断面内の流速分布を平均した値（単位：m/s）で、壁際では流速が遅く中央では速いという流速分布を単純化するために用いる。

マニングの公式（v＝（1/n）×R^(2/3)×I^(1/2)）などで平均流速を算定し、流量Q（＝v×A）の計算に使う。

この記事では、平均流速とは何か、マニングの公式とどう関係するのか、平均流速はどう求めるのかを整理します。

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平均流速（へいきんりゅうそく）とは、水路に流れる水の流速を平均化した値です。

流速は、接する壁との摩擦で減速します。その他、水路内のある点ごとに流速は違います。

それらの流速を平均化し「断面内の流速」とすれば、計算が簡単で扱いやすいです。なお平均流速を求める公式に、マニングの公式などがあります。

今回は平均流速の意味、求め方、単位、流速との関係について説明します。

平均流速とは？流速との関係

平均流速（へいきんりゅうそく）とは、水路に流れる水の流速を平均化した値です。下図をみてください。平均流速と流速の違いを示しました。

図　流速と平均流速の違い

水路に流れる水は、ある点ごとに流速が違います。例えば、水路の壁に接する水は摩擦の影響で減速し、流速は遅くなるのです。

ある点の流速を知るのも重要ですが、実用的ではありません。例えば水道管に流れる水の流速を知りたいのに、「ある点ごとの水粒子の流速」を計算する必要は無いですよね。

よって、断面内の流速を平均化することで「計算を簡単に、扱いやすく」したものが平均流速です。

平均流速を求める式として、マニングの公式が有名です。マニングの公式は実験式ですが、

非常に高い精度で平均流速が算定できます。※マニングの公式の詳細は下記が参考になります。

平均流速を求める公式に、

マニングの公式

シェジーの公式

クッタの公式

があります。上記の公式は、計算が簡単で精度が良いため、実用的な公式として使います。

特にマニングの公式は「流速公式の王様」と呼ばれます。マニングの公式、シェジーの公式など下記が参考になります。

平均流速の単位は

m/s

cm/s

など流速の単位と同じです。単位時間（1秒）当たりの距離で表します。

混同しやすい用語

流速（v）vs 平均流速（V）

流速（v）は水路断面内の特定の点における水粒子の速さで、位置によって異なる（壁際は遅く、中央は速い）。

平均流速（V）は断面全体の流速を一様とみなして平均化した値で、「流量Q÷断面積A」（V＝Q/A）または流速公式から算定する設計値である。

流速 vs 流量

流速（V）は単位時間に水が移動する距離（m/s）で、水の速さを表す。

流量（Q）は単位時間に断面を通過する水の体積（m3/s）であり、Q＝V×A（Aは流れの断面積）の関係で流速と結びついている。

平均流速を整理した表を示します。