粗度係数とは？単位・求め方とコンクリート・鋼の値一覧

この記事の要点

粗度係数とは、水路の壁・底面の粗さを表す値（記号n）で、マニングの公式で平均流速を計算する際に用います。

単位はm?1/3/sです。

粗度係数が大きいほど壁面は粗く（ざらざら）、平均流速は低下します。

鋼管よりコンクリート管の方がnの値が大きい傾向があります。

この記事では、粗度係数とは何か、粗度係数の単位は何かを整理します。

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粗度係数（そどけいすう）とは、水路の壁・底面の粗さを表す値です。単位はm^－1/3/sです。

平均流速を求めるマニングの公式に用います。よって、粗度係数を求める場合は、マニングの公式を逆算すれば良いでしょう。

また壁面材料の種類に応じて、粗度係数の値を採用することも可能です。

今回は粗度係数の意味、単位、求め方、粗度係数の値と鋼、コンクリートの関係について説明します。マニングの公式など下記が参考になります。

粗度係数とは？

粗度係数（そどけいすう）とは、水路の壁・底面の粗さを表す値です。粗度係数を表す記号としてnを使います。

下記に粗度係数と粗さ、平均流速の関係を示しました。

粗度係数nが大きいほど　⇒　ざらざらしている。平均流速の値は小さく（遅く）なる

粗度係数nが小さいほど　⇒　つるつるしている。平均流速の値は大きく（早く）なる

よって材料の違いで粗度係数は変わります。例えば、塩化ビニル管の粗度係数は0.009～0.012ですが、コンクリートのnは0.012～0.018という値です。

粗度係数を用いて平均流速を求める式を、マニングの公式といいます。マニングの公式は下記が参考になります。

粗度係数の単位は

m^－1/3/s

cm^－1/3/s

です。後述する粗度係数の求め方を勉強すると理解できます。

粗度係数の求め方を下記に示します。

粗度係数求め方

nを粗度係数、Rは径深、Iは動水勾配です。マニングの公式、径深の詳細は下記が参考になります。

粗度係数の値を下表に示します（国土交通省より）。下表のように、水路に用いる材料に応じてnの値が変わります。

粗度係数

混同しやすい用語

粗度係数（そどけいすう）

水路の壁・底面の粗さを表す係数で、マニングの公式（u＝(1/n)×R^(2/3)×I^(1/2)）に含まれます。

nが大きいほど摩擦が大きく、流速は遅くなります。

動水勾配（I）と混同されることがありますが、粗度係数は「材料の性質」、動水勾配は「水路の傾き（勾配）」という点で全く異なります。

動水勾配（どうすいこうばい）

水路の傾斜（水面の高低差÷水路長）を表し、マニングの公式ではIとして登場します。

水が流れる駆動力となります。

粗度係数nは材料の種類で決まる定数ですが、動水勾配Iは水路の設計・地形によって変わる変数です。

粗度係数を整理した表を示します。