四角堰の流量計算ツールとは？
四角堰（長方形堰）は、開水路を横切る壁に長方形の切り欠きを設けたもので、水の流量を測定・制御するために使われます。越流水頭（堰の頂部より上の水位の高さ）を測るだけで、流量をかなり高い精度で求められるのが特長です。本ツールは古典的な堰の公式を用いて、水頭・堰幅・流量係数から流量を算出します。物理法則に基づく汎用的な水理計算ツールであり、特定の国の規格に依存するものではありません。
使い方
流量係数（Cd）を入力します。鋭縁堰の場合はおおむね 0.60〜0.62 が目安です。続いて堰の幅 \(L\)（メートル）、堰頂上の水頭 \(H\)（メートル）、そして重力加速度 \(g\)（初期値 9.81 m/s²）を入力します。計算結果は、毎秒立方メートル（m³/s）と毎秒リットル（L/s）の両方で表示されます。
公式の解説
基礎となる式は
$$Q = \frac{2}{3} \, \text{C}_d \cdot \text{L} \cdot \sqrt{2 \, \text{g}} \cdot \text{H}^{1.5}$$です。係数 2/3 は、三角形状の流速分布を仮定して流れの水深方向に流速を積分した結果として現れます。\(\sqrt{2\text{g}}\) の項は、速度水頭と流出速度を結びつけるトリチェリの定理に由来します。流量は水頭の 3/2 乗に比例して増えるため、水位がわずかに上がるだけでも流量は大きく増加します。
計算例
Cd = 0.62、L = 1.0 m、H = 0.3 m、g = 9.81 m/s² の場合：\(\sqrt{2\times9.81} = 4.429\)、\(H^{1.5} = 0.1643\) となり、
$$Q = 0.6667 \times 0.62 \times 1.0 \times 4.429 \times 0.1643 \approx 0.3008 \ \text{m}^3/\text{s}$$すなわち約 300.8 L/s となります。
よくある質問
Cd はどの値を使えばよいですか？ 鋭縁で通気が十分に確保された四角堰の場合、Cd は通常 0.60〜0.62 です。広頂堰では実効的な係数はこれより小さくなります。
端部収縮（側方収縮）は考慮されますか？ いいえ。本ツールは全幅（収縮なし）の式を用いています。収縮がある堰では、収縮1か所につき実効幅 \(L\) を約 \(0.1H\) だけ小さくしてください。
使用する単位は何ですか？ 長さと水頭はメートル、重力加速度は m/s² を用い、流量は m³/s（および L/s）で得られます。
