跳水計算機

跳水は、開水路の浅く速い射流が、深く遅い常流へ急激に移行する現象です。水面が急上昇して激しい乱れが生じ、流れの機械的エネルギーの一部が熱、音、小規模な運動に変わります。洪水吐き、水門、急勾配水路の下流でよく見られます。制御されたエネルギー散逸によって下流の河床や構造物を侵食から守れるため、減勢池では意図的に跳水を発生させることがあります。 フルード数は、慣性の作用と重力波の作用を比較して流れの状態を判別する指標です。平均流速を、重力加速度と水理水深の積の平方根で割った値です。幅の広い矩形水路では、水理水深は水深に等しくなります。フルード数が一を超えると射流、一未満なら常流、一なら限界流です。典型的な跳水には、一を超える上流フルード数が必要です。入力条件による値が一以下でも共役水深の式は数値を返しますが、通常のエネルギーを散逸する跳水を表すものではありません。 この計算機は、水平な矩形水路の運動量関係を用います。下流の共役水深は、上流水深の半分に「上流フルード数の二乗の八倍に一を加えた値の平方根から、一を引いた値」を掛けたものです。次に、連続の式から上下流水深の比を使って下流流速を求めます。下流フルード数は、その新たな水深と流速で評価します。理想的な跳水で失われる比エネルギーは、水深差の三乗を、両水深の積の四倍で割った値です。 これらの式は、定常流、ローラーから離れた位置での静水圧分布、各断面での一様な流速、跳水区間で無視できる河床勾配、および顕著な横方向の収縮がないことを仮定します。実際の跳水は三次元的で、長さは下流水深の数倍になります。尾水条件により、跳水が予想位置に生じるか、潜り跳水となるか、下流へ流されるかが決まります。結果は予備的な水理値として用い、重要な設計では減勢池の指針、余裕高の確認、土砂の検討、物理模型または数値解析と併用してください。単位は統一が必要です。既定値とラベルはメートルと秒を使用しています。