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2011年6月17日 (金)

床下浸水の恐れ/家の下水の排水能力(パイプを流れる水量)について、マニング式を使って計算

 家の下水の排水能力について、マニング式を使って計算してみる。
 何故、そんな計算が必要か?排水パイプが詰まっているのか?大雨の為、パイプの排水能力の限界を超えているのか分からないからである。
 うちの症状は、流れてはいるが、あるレベルの雨が降ると破綻するような感じ。そして、雨量が減れば自然と水は引く。

【1.式】
 マニング式で、パイプの中を通る水量を計算出来る。
 式は次の通り。
Q=A*V
V=(1/n)*R^(2/3)*I^(1/2)
R=A/P
A=(d^2)/8*{(θ/180)*π-sin(θ/180*π)}
P=(θ*π*d)/360

【2.計算に必要な数値】
 d:平均内径(m)、祖度係数n(-)、勾配I(%)、水深割合h(―)

【3.算出される記号の意味】
 計画水深h(m)、中心角(deg)、断面積A(m2)、潤辺P(m)、径深R(m)、流速V(m/S)、流量Qm2/S。

【4.解説】
 平均内径dは、パイプの直径。φ60mmのパイプなら0.060m。
 祖度係数nは、材質によって決まるようだ。取りあえず0.016を使う。
 勾配はパイプの傾き。φ65mm以下なら100cmで5cmの傾き、即ち、傾き5となる。
 水深割合とは、通常パイプに流れる水の量を100%と考えずに計算するようだ。例えば、80%なら0.8とする。計画水深は、水深割合から算出される水深。
 中心角は、水深割合が1なら360度、0.8なら253.740度、0.7なら227.156度、0.5なら180度となる。その水深時に描く弧の角度だ。

【5.計算】
 平均内径d=0.06、祖度計数n=0.016、勾配I=5、水深割合h=0.8。

 計算水深h(m)=平均内径d×水深割合h=0.048
 断面積A(m2)=0.002424868
 潤辺P(m)=0.132857846
 径深R(m)=0.018251596
 流速V(m/S)=0.968795797
 流量Q(m3/S)=0.002349202

【6.流量Qを考える】
 1秒間に0.002349202m3の体積の水が流れる。
 ピンとこないので単位をmからcmに変える。
 1秒間に2349.2016cm3の体積の水が流れえる。
 1cm3の水は1ml、1000mlは1Lの水。
 故に1秒間に2.349Lの水を排水出来る。
 ちなみに、水深割合が1だと2.4Lになる。
 また、パイプ径dが65mmだと2.91Lになる。

【7.降雨量と流量Qとの関係】
 実際の降雨量が分からないと、パイプが詰まっているのか?パイプの排水能力の限界を超えているのか分からない。
床下浸水になりそうなときに、庭にバケツを置いて15分間に溜まった水量の4倍を1時間当たりの降雨量として計算したところ、1時間に40mm降っていた。

 降雨量とは、1m2に面積の箱に1mmの雨が降れば、1時間に1mm、水量は1Lとなる。
 例えば、敷地が10m×10mに、1時間に1mmの雨が降った場合の水量を1箇所に集めると、水量は100L、40mmの雨が降れば4000Lとなる。
 4000Lは1秒間に換算すると、4000/60/60=1.1L/Sとなる。概ね1秒に1L。

 敷地面積が、20m×10m、降雨量40mmで2.2L/S。20m×11m、降雨量40mmで2.44L/Sとなる。
 隣接する家の雨水が、自分の家に入り込んでいる場合もある。その場合は、その分も計算に含めなくてはいけない。

うちの場合は、実際の敷地面積は書かないが、隣接する家の雨水が一部入り込んでいる。撥ねた水が入るレベルではなく、雨どいが何故かうちの方へ向いている。今更ながらずうずうしい。

 それでも上記6に記した流量Qがあれば、40mmの雨でも問題なし。

【8.計算からの結論】
 やはり、パイプの排水能力を生かしきれていないようだ。何処かが多少詰まっていると考えられる。
 うちの症状は、冒頭にも記したが、流れてはいるが、あるレベルの雨が降ると破綻するような感じ。

【9.開かずの排水枡を開ける】
 敷地の排水枡の中で、開かずの排水枡がある。
 何故、開かずか?その理由は、写真の通り。
_img_7431

 解説すると車庫へ行く為の階段を設置した業者が、排水枡の蓋の上にコンクリをうってしまったのだ。家族の話では、15年以上、掃除していないらしい。
 何とか開けたいが、何かいそうで開けるのも怖い。

 コンクリを一部破壊しても考えたが、排水枡の蓋の上の泥を避けたら、蓋を半分に割った痕があった。バールでこじ開けることが出来た。

 枡の中の写真を撮り忘れたが、長年の腐葉土が多量に堆積していた。腐葉土なので、ふわっとしている為、スムーズな排水は出来ないが、滲みて流れるような感じだ。排水の症状と何となくあう。

【10.所感】
 長い間掃除しないで、よくこれまで耐えたものだと思う。今後は、半年に1回は掃除したい。

【11.参考】
 本件に関する私の書いたブログ。
サンエイの下水パイプ専用板バネ式掃除用具「下水クリーナロング(5m)PR850」を買って排水枡で使って見た(付属品など写真あり)
雨どいの引き回しを変えて南側から北側へ排水する

 計算式を参考にしたHP
電気化学工業(東証1部上場)の該当ページへのリンク
 この電気化学工業さんのマニングの式の中で、「A=~」の式があるが多分誤記(2011年6月17日午前11時現在)。私のブログに記した式が正しいと思う。

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