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開水路とは？1分でわかる意味、マニング式、等流、径深の求め方
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開水路（かいすいろ）とは、自由水面（水面が大気圧に接している）を持つ水路です。水面の位置は水路の形状により変化します。川の流れをみて分かるように、開水路では高い位置から低い位置へと水が流れますね。開水路とは逆に、周囲が壁に囲まれて閉じている水路を「管水路（かんすいろ）」といいます。今回は開水路の意味、マニング式、等流、径深の求め方について説明します。マニング式、径深の求め方は下記が参考になります。
マニングの公式とは？1分でわかる意味、径深、粗度係数、勾配、平均流速の公式との関係
径深とは？1分でわかる意味、求め方、公式、単位、水深との違い
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開水路とは？大気圧の関係
開水路（かいすいろ）とは下図に示すように自由水面を持つ水路です。
自由水面とは大気圧に接している水面です。川や道路脇の水路など、開水路を普段の生活で目にすることも多いと思います。
自由水面は、名前の通り「水面の位置などが自由に変化」します。例えば、下図のように水路断面の形状が変わると水面の位置は上下します。
水路の断面形状だけでなく、流量の増減で水面は変化するでしょう。このように開水路では、水面や水の流れの変化が起きやすい特徴があります。
さらに開水路では、水は高い所から低い所へ流れます。川を見れば当たり前だと思うかもしれませんが、再認識しておきましょう。
なぜなら、管水路（壁で閉じた水路）では圧力の高・低で水の流れが決まるからです。管水路の詳細は下記が参考になります。
開水路とマニング式
開水路の流速を求める式に「マニング式」があります。マニングの公式を下記に示します。
vは平均流速、nを粗度係数、Rは径深、Iは動水勾配です。マニングの式の詳細は下記が参考になります。
マニングの公式とは？1分でわかる意味、径深、粗度係数、勾配、平均流速の公式との関係
上記より、開水路の平均流速を求めるためには、径深や動水勾配、粗度係数の値が必要です。動水勾配とは、ピエゾ水頭の差を距離で割った値です。動水勾配の詳細は下記をご覧ください。
動水勾配とは？1分でわかる意味、求め方、単位、エネルギー勾配との違い
開水路と等流
等流とは、全断面（あらゆる位置）で水深、流速が一定で水面が水平である水の流れです。下図に等流を示しました。
開水路の径深の求め方
前述したように、開水路の平均流速を算定するために「径深（けいしん）」が必要です。径深は、
R＝A/S
で算定します。流積はA、潤辺をS、径深はRです。潤辺Sは水路幅、水と接する壁高さの合計です。よって水路形状によって計算式が変わります。※当然、流積の計算も変わります。
流積、潤辺、径深の求め方は下記が参考になります。
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径深とは？1分でわかる意味、求め方、公式、単位、水深との違い
まとめ
今回は開水路について説明しました。意味が理解頂けたと思います。開水路は、自由水面を持つ水路です。自由水面とは大気に接する水面で、水路形状や流量により水面が変化します。開水路の流速、径深の求め方も勉強しましょう。下記が参考になります。
マニングの公式とは？1分でわかる意味、径深、粗度係数、勾配、平均流速の公式との関係
径深とは？1分でわかる意味、求め方、公式、単位、水深との違い
自由水面とは？1分でわかる意味、開水路、管水路、大気圧、径深との関係
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- 名前 ハナダユキヒロ/MITUME lab主宰.（筆者のコラムはこちら）
- 2010年 弊サイトを開設
- 2010～2017年 国立大学大学院修了
- 2017年12月に当HPが書籍化。
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