水路余裕高

このぺーじは、農業土木学会発行の土地改良事業計画設計基準　設計　「水路工」を参考にしている。

この基準は、下表の適用範囲程度の比較的大規模な水路を想定していますが、それより広い範囲を適用可能としている。

算定に当たっては、　
同基準　図−６．６．２（用水路）及び図−６，６，３（排水路）　水路余裕高算定と水路壁高決定のフローチャートを参照

水路余裕高の算定にあたって考える事項

標準的な水路余裕高の算定方法は、
　　１　水路の目的・・・用水路、排水路、用排兼用
　　２　水路の型式・・・開水路、トンネル、暗渠、射流・急水路、水路橋
　　３　断面形状・・・無ライニング、ライニング水路（台形断面水路）、擁壁型（フルーム、擁壁水路、箱形暗渠、既製品水路など）
を考慮して算定する。

水路の余裕高

開水路の場合

水路余裕高を決める要因と算定式への反映方法

水路余裕高決定のための要因として次の４つの要因が考えられ、それぞれ係数処理され算定式に反映されている。

１　粗度係数
　　粗度係数は、水路表面の粗度、草生、水路の湾曲、断面形状、流速、径深
　　土砂の堆積と洗掘、浮遊物質、将来の維持管理状況等多くの要素により変化する。

　　粗度係数に対する水路湾曲、堆砂、植生の影響は次のとおり、
　　(１)　湾曲の影響
　　　　水路の蛇行が著しい場合は粗度係数の値が増大する。
　　(２)　堆砂する砂の性質に支配されるが、砂州や砂れん（滑落した砂がつくるスダレ状の美しい模様。）のように堆積が一様でないものについては粗度係数の値が大きくなる。
　　(３)　植生の影響
　　　　水路内面の雑草、水草、藻類の繁茂により、粗度係数の値はかなり大きくなる。

２　流速水頭
　　水路を流下する流れは、運動状態にある以上常に流速水頭を持ち、この水頭は静水頭に変わり水面を上昇させる可能性をもっている。
　　

３　水面動揺
　　水路中の流れは、構造物（ゲート、落差工、急流工、ポンプ場等）、風等により波動を起こし水面を動揺させる。
　　水面動揺の程度は、通常10〜30ｃｍ程度と考えられる。
　　設計にはその半分５〜15ｃｍを加えるが、その値は、次の点に着目し決定する。
　　設計に当たっては、この着眼点から個々の場合について検討し、現地に即した余裕高の修正が必要であるが、設計基準では水面動揺の余裕高として、反映させている。

４　流量比率による余裕高　　
　　余裕高は、水路が遭遇する不足の事態に対処するもの。
　　水路には、最低限この流量を流せる断面を持たせる。

５　洪水の流入
　　用水路は通常、洪水を水路に流入させないこととしてるが、やむを得ず流域の洪水（地域の雨水排水）を取り込む場合はその流量を対象とした水深に１０ｃｍの余裕をもたせる。

開水路の余裕高の算定手順

　開水路の余裕高を考慮した壁高は、
　「水路余裕高の要因と算定式への算定方法」の
　（ａ）１から３の要因から算定した余裕高から求めた壁高
　（ｂ）４の要因から求めた壁高
　（ｃ）５の要因から求めた壁高
　のうち最も高い壁高とする。

		１から３までの要因から余裕高を次のように算定する。 　　余裕高を決める１から３の要因から、α、β及びｈｗを決定し、次式により余裕高（Ｆｂ：フリーボード）を求める。 　　 　　　　 　　 　　ここで、 　　　Ｆｂ：余裕高 　　　　ｄ：設計水深 　　　ｈｖ：流速水深 　　　ｈｗ：水面動揺に応じた余裕高

１　用水路の場合

　　（ａ）１から３の条件から算定した余裕高から求めた壁高

　　　　　壁高Ｈ＝設計水深ｄ＋Ｆｂ
　　　　　　　　　＝設計水深ｄ＋αｄ＋βｈｖ＋ｈｗ

　　（ｂ）４から求めた壁高

　　　　　壁高Ｈ＝１．２Ｑの等流水深

　　（ｃ）５から求めた壁高

　　　　　壁高Ｈ＝洪水流入時等流水深ｄｆ＋０．１

　　を求め、そのうち最大の壁高を設計値とする。

計算結果

※　このうち最大の壁高を設計値とする。

※　水面動揺の項の着眼点の、「工種」、「構造物の配置と水路の湾曲」の重要な内容に該当する場合で、水理的検討により必要と判断される場合は、別の方法により壁高算定を行ってもよい。

２　排水路の場合

　　（ａ）１から３の要因から算定した余裕高から求めた壁高

　　　　　壁高Ｈ＝設計水深ｄ＋Ｆｂ
　　　　　　　　　＝設計水深ｄ＋αｄ＋βｈｖ＋ｈｗ

　　（ｂ）４の要因から求めた壁高

　　　　　壁高Ｈ＝１．２Ｑの等流水深

　　（ｃ）５の要因から求めた壁高

　　　　　壁高Ｈ＝洪水流入時等流水深ｄｆ＋０．３

　　を求め、そのうち最大の壁高を設計値とする。

※　このうち最大の壁高を設計値とする。

※１　　水面動揺の項の着眼点の、「工種」、「構造物の配置と水路の湾曲」の重要な内容に該当する場合で、水理的検討により必要と判断される場合は、別の方法により壁高算定を行ってもよい。
※２　　小規模な排水路の場合では、最小余裕高0.3ｍを低減することが出来る

３　射流・急流水路の余裕高

　流水が射流となる矩形（長方形）断面における急勾配水路の余裕高は、通常、原則として次式から求める。
　ただし、土地改良事業計画設計基準「設計基準　水路工」の適用範囲以下の小規模な射流・急流水路の場合は余裕高が過大となるので、当該基準の「急流工の設計」を参照してください。

　　　ここで、ｖ：流速（ｍ／ｓ）
　　　　　　　ｈ：水深（ｍ）

　　　ただし、Ｆｂ、ｈ　は急勾配水路底に垂直方向の高さである。

トンネル及び暗渠の場合

１　一般の場合

　　原則として、次の（ａ）及び（ｂ）のいずれか大きい方の断面を設計値とする。
　　（円形断面の水理特性を参照のこと）

　　※排水路の場合は、地域の特性や上下流の水路との関連により余裕高を大きくすることが求められることがある。

　　（ａ）　設計流量に対して　
　　　　　　　　　　　
　　　　　　ただし、Ｄ≦0.6の場合　Ｆｂ＝Ｄ／２（ｍ）とする。

　　　　　　ここで、ｄ１：設計流量に対する水深（ｍ）
　　　　　　　　　　　Ｄ１：高さ（直径）

　　（ｂ）　用水路で洪水を流入させる場合
　　　　　　　　　　

　　　　　　ここで、ｄ２：洪水を加味した流量に対する水深（ｍ）
　　　　　　　　　　　Ｄ２：高さ（直径）

２　その他の場合

　(１)　最小施工断面のトンネル、不等流のトンネル並びに暗渠の余裕高は、一般の場合の（ａ）よりも大きくとることができる。

　(２)　導水トンネルのように途中から洪水流入がない場合で、
　　　�@流量に変化がない。
　　　�A急な湾曲が無く流れに乱れがない。
　　　�B粗度係数の推定が正しく、悪化の恐れがない。
　　　　条件の下では、ｄ／Ｄ＝０．９程度をとることができる。
　　　　これは、円形水路の流速、流量に対する水理特性による。

　(３)　トンネルの余裕高は、規模、流入洪水量、路線の曲率、最小施工断面等の要因も併せて考慮のうえ決定する。

　(４)　不等流の暗渠の余裕高は、水理状況により必要と判断される場合は、一般の場合の（ａ），（ｂ）から求められるものより大きくとる。　

水路橋の場合

水路橋の余裕高は、原則として

１　箱型断面の場合は、擁壁型水路の考え方による。

２　円形断面の場合は、トンネル及び暗渠の考え方による。

３　短区間の水路橋については、前後の水路とのつり合いから、前後の水路の余裕高を使用することができる。

二次製品水路の余裕高

　二次製品水路の余裕高は、『土地改良事業標準設計図面集「鉄筋コンクリート二次製品水路」利用の手引き』によれば製品の種類別に次のように設定している。
　ただし、取り扱いを簡素化、省略したものなので、現場状況や水理状況を判断して適用すること。

１　比較的大きな断面を有する製品

２　比較的小規模な断面を有する製品