อัตราการไหลของแรงโน้มถ่วงคำนวณโดยใช้สมการของแมนนิ่ง ซึ่งใช้กับอัตราการไหลที่สม่ำเสมอในระบบช่องเปิดที่ไม่ได้รับผลกระทบจากแรงดัน ตัวอย่างบางส่วนของระบบช่องเปิด ได้แก่ ลำธาร แม่น้ำ และช่องเปิดที่มนุษย์สร้างขึ้น เช่น ท่อ อัตราการไหลขึ้นอยู่กับพื้นที่ของช่องทางและความเร็วของการไหล หากมีการเปลี่ยนแปลงทางลาดหรือมีการโค้งงอในช่องทางความลึกของน้ำจะเปลี่ยนไปซึ่งจะส่งผลต่อความเร็วของการไหล
เขียนสมการการคำนวณอัตราการไหลเชิงปริมาตร Q เนื่องจากแรงโน้มถ่วง: Q = AV โดยที่ A คือ พื้นที่หน้าตัดของการไหลตั้งฉากกับทิศทางการไหลและ V คือความเร็วเฉลี่ยหน้าตัด ของการไหล
ใช้เครื่องคิดเลขกำหนดพื้นที่หน้าตัด A ของระบบช่องสัญญาณเปิดที่คุณกำลังทำงานด้วย ตัวอย่างเช่น หากคุณกำลังพยายามหาพื้นที่หน้าตัดของท่อกลม สมการจะเป็น
A = \frac{\pi}{4}D^2
โดยที่ D คือเส้นผ่านศูนย์กลางภายในของท่อ หากเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อคือ D = .5 ฟุต พื้นที่หน้าตัดจะเป็น:
A = \frac{\pi}{4}(0.5\text{ ft})^2=0.196\text{ ft}^2
เขียนสูตรสำหรับความเร็วเฉลี่ย V ของหน้าตัด:
V=\frac{k}{n}R_h^{2/3}S^{1/2}
โดยที่ n คือสัมประสิทธิ์ความหยาบของแมนนิ่งหรือค่าคงที่เชิงประจักษ์ R
คำนวณรัศมีไฮดรอลิก Rห่า ของช่องเปิดโดยใช้สูตร R. ดังนี้ห่า = A/P โดยที่ A คือพื้นที่หน้าตัดของการไหล และ P คือปริมณฑลที่เปียก (ปริมณฑลของหน้าตัด) ตัวอย่างเช่น หากท่อของคุณมีพื้นที่ A 0.196 ฟุต² และปริมณฑล P = 1.57 ฟุต รัศมีไฮดรอลิกจะเท่ากับ
R_h=\frac{A}{P}=\frac{1.96\text{ ft}^2}{1.57\text{ ft}}=0.125\text{ ft}
คำนวณความชันด้านล่าง S ของช่องโดยใช้ S = hฉ/L หรือโดยการใช้ความชันสูตรพีชคณิต = เพิ่มขึ้นหารด้วยการวิ่ง โดยกำหนดให้ไพพ์เป็นเส้นบนกริด x-y การเพิ่มขึ้นถูกกำหนดโดยการเปลี่ยนแปลงในระยะทางแนวตั้ง y และการวิ่งสามารถกำหนดได้ตามการเปลี่ยนแปลงในระยะทางแนวนอน x ตัวอย่างเช่น คุณพบการเปลี่ยนแปลงใน y = 6 ฟุต และการเปลี่ยนแปลงใน x = 2 ฟุต ดังนั้น ความชัน S คือ
S=\frac{\Delta y}{\Delta x}=\frac{6\text{ ft}}{2\text{ ft}}=3
กำหนดค่าสัมประสิทธิ์ความหยาบของ Manning n สำหรับพื้นที่ที่คุณกำลังทำงานอยู่ โดยจำไว้ว่าค่านี้ขึ้นอยู่กับพื้นที่และสามารถเปลี่ยนแปลงได้ทั่วทั้งระบบของคุณ การเลือกค่าสามารถส่งผลกระทบอย่างมากต่อผลลัพธ์การคำนวณ ดังนั้นจึงมักเลือกจากตารางค่าคงที่ที่ตั้งไว้ แต่สามารถคำนวณย้อนหลังได้จากการวัดภาคสนาม ตัวอย่างเช่น คุณพบว่าค่าสัมประสิทธิ์แมนนิงของท่อโลหะเคลือบทั้งหมดเป็น 0.024 s/(m1/3) จากตารางความหยาบของไฮดรอลิก
คำนวณค่าความเร็วเฉลี่ย V ของการไหลโดยแทนค่าที่คุณกำหนดสำหรับ n, S และ Rห่า ลงในสมการของ V ตัวอย่างเช่น หากเราพบ S = 3, Rห่า = .125 ft, n = 0.024 และ k = 1.486 จากนั้น V จะเท่ากับ
V=\frac{k}{n}R_h^{2/3}S^{1/2}=\frac{1.486}{0.24}0.125^{2/3}3^{1/2}=26.81\ ข้อความ{ ฟุต/วินาที}
การคำนวณอัตราการไหลเชิงปริมาตร Q เนื่องจากแรงโน้มถ่วง: Q = AV ถ้า A = 0.196 ft² และ V = 26.81 ft/s อัตราการไหลของแรงโน้มถ่วง Q คือ:
Q = AV=(0.196\ข้อความ{ ft}^2)(26.81\ข้อความ{ ft/s})=5.26\ข้อความ{ ft}^3\ข้อความ{/s}
ดังนั้นอัตราการไหลของน้ำเชิงปริมาตรที่ไหลผ่านแนวช่องคือ 5.26 ft³/s
