Det er viktig å vite vannstanden ved kulvertutløpet. Har kulverten utløpskontroll starter kapasitetsberegningen fra vannivået nedstrøms. Så legger man til falltapene. Det gir vannstanden ved innløpet.
For å bestemme nedstrøms vannstand nøyaktig kan det være nødvendig med en vannlinjeberegning. Det innebærer innmåling av tverrprofil og bruk av et dataprogram, f.eks. HEC-RAS.
Beregn dybden med Mannings-formel
Hvis elven nedstrøms har jevnt fall og samme tverrsnitt over en tilstrekkelig lang strekning, så kan vi anslå vanndybden med Mannings formel:
Vanligvis kjenner vi vannføringen, Q, bunnhellingen, S0, og Mannings-koeffisient, n. Det vi ønsker å finne vanndybden, y, men den inngår ikke direkte i formelen. Men både tverrsnittsarealet, A, og våt periferi, P, er bestemt av vanndybden.
Det kan være vanskelig å finne dybden direkte fra Mannings-formel. Ofte er det enklere å velge dybden og beregne hvilke vannføring det fører til. Man kan f.eks. bruke et regneark til å lage en tabell med y og Q. Det finnes også dataprogram og kalkulatorer på nettet som løser dette.
Bruk et diagram til å bestemme dybden
Du kan finne vannstanden ved å bruke et diagram for å løse Mannings-formel. Metoden er enkel og rask. Den forutsetter at bekken har et tilnærmet trapesformet tverrsnitt:
- Begynn med å bestemme hvilken vannføring, Q, du vil finne dybden for.’
- Anslå bunnhellingen, S0, på en representativ strekning nedstrøms utløpet.
- Finn en representativ bunnbredden, B, og sideskråning for elven eller bekken.
- Anslå en passe verdi for Mannings-koeffisient, n, f.eks. ut fra tabeller.
- Nå har du det du trenger til å beregne uttrykket:
Bruk den verdien på x-aksen på diagrammet under. Gå rett opp til den kurven som passer med sideskråningen og les av verdien på aksen til venstre. Det du har funnet er forholdet mellom vanndybden og bunnbredde, y/B. Hvis du f.eks. leser av 0,5 så er vanndybden 50 % av bunnbredden.
Eksempel: beregning av vanndybde.
Anta at du skal beregne kapasiteten til en kulvert og må finne vanndybden nedstrøms. Bunnen i bekken er omtrent 2 m bred (B = 2) og sidesklråningene er ca. 1:1,5. Bunnhellingen er relativt slak, du anslår den til ca. 0,5 % (S0 = 0,005). Bekkeløpet er ganske gjengrodd så du antar Mannings-n = 0,02. Du har gjort en enkel flomberegning og anslått vannføringen til 8 m3/s.
Hva blir vanndybden?
Du setter inn og finner = 0,89. I diagrammet går du opp fra 0,89 til kurven for 1:1,5 og leser av 0,7 på venstre akse. Det betyr at dybden er 70 % av bunnbredden på 2 m = 0,7 * 2 = 1,4 m. Enkelt og greit.
Mannings formel – advarsel
Det er OK å bruke Mannings-formel for å finned dybden på en strekning med jevnt tverrsnitt og fall. Men hvis løpet endrer form rett nedstrøms, eller det er hindringer eller innsnevringer som stuver opp vannet, så kan Mannings formel gi helt feil dybde. Da trengs mer avanserte beregningsmetoder.