流量（水文学）

水文学では、流量は河川の体積流量（時間当たりの体積、単位はm ³ /hまたはft ^{3 /h）である。これは平均}流速（時間当たりの長さの次元、m/hまたはft/h）と断面積（m ²またはft ² ）の積に等しい。^[1]これには、浮遊物質（例：堆積物）、CaCOなどの溶解化学物質が含まれます。
₃(aq)、または水自体に加えて生物学的物質 (例:珪藻類) も含まれます。用語は分野によって異なる場合があります。たとえば、自然の河川システムを研究する河川水文学者は、放出を流量と定義しますが、貯水池システムを運用するエンジニアは、放出を流出と同一視し、流入と対比する場合があります。

流量は、単位時間あたりの流体流量の測定値です。この量は、体積または質量のいずれかです。したがって、蛇口からの水の流量は、計量カップとストップウォッチで測定できます。この場合、流量は 15 秒あたり 1 リットル、つまり 67 ml/秒または 4 リットル/分になります。これは平均の測定値です。川の流量を測定するには別の方法が必要で、最も一般的なのは「面積速度」法です。面積とは川の断面積であり、その断面積の平均速度を単位時間 (通常は 1 分) にわたって測定する必要があります。断面積と平均速度の測定は、概念的には単純ですが、決定するのは簡単ではありません。

河川や小川の流量を表すのに一般的に使用される単位には、m 3 / ^s（立方メートル/秒）、ft ³ /s（立方フィート/秒またはcfs）、エーカーフィート/日などがあります。^[2]

河川の流量を測定および推定するために一般的に適用される方法は、連続方程式の簡略化された形式に基づいています。この方程式は、液体の水などの非圧縮性流体の場合、流量 (Q) は川の断面積 (A) と平均速度 ( ) の積に等しく、次のように表されます。 ${\displaystyle {\bar {u}}}$

${\displaystyle Q=A\,{\bar {u}}}$

どこ

• ${\displaystyle Q}$流量（[L ³ T ⁻¹ ]; m ³ /sまたはft ³ /s）
• ${\displaystyle A}$流れが占めるチャネル部分の断面積（[L ² ]; m ²または ft ²）
• ${\displaystyle {\bar {u}}}$平均流速（[LT ⁻¹ ]; m/sまたはft/s）

たとえば、ヨーロッパのライン川の平均流量は毎秒 2,200 立方メートル (78,000 立方フィート/秒)、または 1 日あたり 1 億 9000 万立方メートル (150,000 エーカーフィート) です。

測定が難しいため、水位計は小川や川の固定された場所で使用されることが多いです。

ハイドログラフとは、川、水路、または導管内の特定の地点を通過する流量（放出量）と時間の関係を示すグラフです。流量は通常、立方メートル/秒（m³/s）または立方フィート/秒（cfs）の単位で表されます。

ハイドログラフは、降水量の変化と時間の経過に伴う流量の変化を関連付けることが多い。^{[3]この用語は、特定の}排水口、または下水道ネットワーク内の特定の場所に到達する水の量を示すグラフを指すこともあります。グラフは下水道の設計、より具体的には、表面水下水道システムと合流式下水道の設計でよく使用されます。

ある場所より上流の河川の集水域は、その地点より上流から河川に水が流れ込むすべての土地の表面積によって決まります。その場所における河川の流量は、集水域または排水域の降雨量、その地域へのまたは地域からの地下水の流入または流出、ダムや灌漑用水路の設置など河川の改変、およびその地域の土地や植物表面からの蒸発と蒸発散によって決まります。暴風雨水文学において、重要な考慮事項は河川の流量ハイドログラフ、つまり降雨後の流量が時間とともにどのように変化するかの記録です。河川は各降雨後に最大流量まで上昇し、その後ゆっくりと減少します。最大流量は降雨中に到達した最大水位とも一致するため、洪水研究の関心事です。降水強度と降水期間の関係と河川流量の応答の分析は、単位ハイドログラフの概念によって支援されます。これは、仮想的な「単位」降雨量と降雨期間 (たとえば、1 時間に 0.5 インチ) を適用した場合の河川流量の経時的な応答を表します。降水量は、その後川から流出する水量 (集水域の面積によって異なります) と相関します。単位ハイドログラフ法を使用すると、実際の過去の降雨量を数学的にモデル化して過去の洪水の特性を確認したり、仮想的な「設計嵐」を作成して観測された河川の応答と比較したりできます。

特定の断面積における河川の流量と水位の関係は、流量曲線で表されます。特定の水位における河川の平均流速と断面積が測定されます。流速と断面積から、その水位の流量が求められます。いくつかの異なる水位で測定を行った後、流量表または流量曲線を作成できます。流量が評価されると、水位を測定し、流量曲線から対応する流量を決定することで、河川の流量を決定できます。定格断面に連続水位記録装置を配置すると、河川の流量を連続的に決定できます。

流量が大きいほど（流量が多いほど）、その力は大きくなり、小さい流れよりも多くの堆積物や大きな粒子を下流に運ぶことができます。また、流量が大きいと川岸が侵食され、公共インフラが損傷することもあります。

GH Duryと MJ Bradshaw は、河川の流量と他の変数の関係を示すモデルを考案した地理学者です。Bradshawモデルは、小石のサイズやその他の変数が水源から河口までどのように変化するかを説明しました。一方、Dury は、流量と河川の傾斜や摩擦などの変数の関係を考慮しました。これらは、Leopold、Wolman、Miller が著書「Fluvial Processes in Geomorphology」で発表したアイデアに基づいています。^{[4]また、土地利用が河川の流量と掃流砂の供給に影響を与えるという}アイデアも参考にしています。^[5]

流入とは、水域の水位を上昇させる水循環内の一連のプロセスの総称です。 ^[6]降水の ほとんどは、海洋などの水域の真上、または地上で表面流出として発生します。^{[7]流出の一部は小川や川に入り、他の部分は}地下水浸透として地面に染み込みます。^[8]残りは浸透として地面に染み込み、その一部は地中深くに浸透して帯水層を補充します。^[9]

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• 「第 14 章: 水位と流量の関係」(PDF)。USDA NRCS 国家工学ハンドブック。パート 630: 水文学。USDA。2012年 4 月。2021 年 4 月 19 日のオリジナル(PDF)からアーカイブ。2017年 9 月 11 日に取得。
• USDA NRCS 国家工学ハンドブック。パート 630: 水文学。USDA。2012年 5 月。2022 年 1 月 14 日時点のオリジナルよりアーカイブ。2017年 9 月 11 日に取得。