水理と配管
カルバート通水能力計算ツール（簡易判定）
カルバートは、流入口（入口制御）または暗渠本体（出口制御）によって能力が制限されます。この簡易ツールは両方を簡単な式で概算し、低い方の値を表示します。最終的な設計では、FHWA HDS-5 のノモグラフまたは HY-8 ソフトウェアを用いてください。
計算式
流入口（水没オリフィス）：Q = Cd × A × √(2gh) です。g = 32.2 ft/s²、h は開口部中心線からの水頭です。暗渠本体（マニング式、満管流）：Q = (1.49/n) × A × (D/4)^(2/3) × S^(1/2) です。D は ft 単位です。小さい方の値を通水能力の判定値とします。
計算例
勾配 1%、管中心線の上の水頭 3 ft にある、直径 24 in のコルゲート金属管（n = 0.024）の場合：A = 3.14 ft² です。流入口：0.6 × 3.14 × √(2 × 32.2 × 3) = 26.2 cfs。暗渠本体：(1.49 ÷ 0.024) × 3.14 × 0.5^(2/3) × 0.1 = 12.3 cfs です。推定通水能力は 12.3 cfs（暗渠本体で律速）となります。
前提条件と制限
- 簡易検討のみ。出口制御のもとで満水流れになっている実際のカルバートでは、上流の水位が駆動水頭を加えるため、マニングの等流水深による流量を上回る流量を流せることがあります。HDS-5のエネルギー式には、入口、摩擦、出口の損失と下流水位が含まれます。
- オリフィス式は、流入口が水没している場合（上流水位が概ね直径の 1.2 倍以上）にのみ有効です。
- 公共の道路用地での道路横断は、その機関の排水マニュアルに従わなければなりません。
- 見積もりのみを目的としています。構造、基礎、または人命安全に関わる部材は、有資格の専門技術者（PE）が設計し、押印しなければなりません。
よくある質問
入口制御と出口制御の違いは何ですか？
入口制御では、入口の形状が流量を制限し、暗渠本体はより多くを流せます。出口制御では、暗渠本体の摩擦、長さ、勾配、下流水位が流量を制限します。HDS-5 では両方を計算し、高い方の上流水位を用いるよう示されています。
私の私道には、どのくらいの大きさのカルバートが必要ですか？
多くの郡では、車道の横断側溝に少なくとも 12〜18 in の管を求めていますが、適切な寸法は排水区域と設計降雨によって異なります。合理式で最大流量を見積もってから横断側溝を確認するか、地元の道路管理部門に問い合わせてください。
技術者は横断側溝にどのようなソフトウェアを使いますか？
FHWAが無償で提供しているHY-8プログラムは、入口と出口の制御、道路の越流、下流水位について、HDS-5の手法を実装しています。