Was ist die Manning-Formel?
Die Manning-Formel ist eine von Robert Manning im Jahr 1891 entwickelte Gleichung, die die Strömung von schwerkraftgespeistem Wasser in Strömen und Kanälen charakterisiert. Manning stellte fest, dass die Strömungsgeschwindigkeitseigenschaften offener Fließwasserkanäle von mehreren Faktoren abhängen. Dies umfasst die Neigung des Bachbettes, die Rauheit der Kanalwände oder Bachbänke und den hydraulischen Radius des Kanals. Der hydraulische Radius wird berechnet, indem die Querschnittsfläche des Stroms oder Kanals durch seinen benetzten Umfang und die Wände eines Kanals oder das Strombett und die Ufer eines offenen Stroms geteilt werden.
Hydrologen verwenden die Manning-Formel, um den Strömungscharakter von Bächen unter normalen Bedingungen und Hochwasserbedingungen zu bestimmen. Es kann auch verwendet werden, um die optimale Größe und Neigung eines künstlichen Kanals wie eines Wasserversorgungs-Aquädukts zu bestimmen. Die Manning-Gleichung bezieht sich nicht auf geschlossene Rohre oder Drucksysteme, sondern nur auf Wasserströme oder Kanäle, die zur Atmosphäre hin offen sind.
Ein kritisches Element in der Manning-Formel ist der Wert für die Wandrauheit, der als Gauckler-Manning-Koeffizient bekannt ist. Diese Zahl basiert auf einer komplexen Reihe von Faktoren. Die Form des Kanals, die spezifische Vegetation in der Region und die Menge des Stromflusses werden ebenso berücksichtigt wie die Jahreszeit.
Hydrologen, die möglicherweise nicht in der Lage sind, einen gesamten Datenstrom zu erfassen, können auf Referenzseiten im Internet zugreifen, die Rauheitsfaktoren für verschiedene Datenströme anzeigen. Diese können als Fotos der Flussbetten oder Bänke aufgeführt werden. Der Forscher kann den Strom beobachten und die Strombank mit dem fotografischen Referenzsatz vergleichen, um die Rauhigkeitsfaktoren für die Gleichung zu bestimmen.
Die Komplexität der Manning-Formel ändert sich für Streams, die überflutet werden. Die Manning-Formel sollte unter den besten Bedingungen als Schätzung angesehen werden, zumal natürliche Bachbetten in sehr kurzen Abständen ihren Charakter ändern. Eine genaue Durchflussberechnung kann technisch unmöglich sein.
Strömungsmessungen können unter Verwendung eines kalibrierten Wehrs oder Strömungskanals durchgeführt werden, um das Wasservolumen über die Zeit zu messen. Wehre haben einen spezifischen Querschnitt, über den Wasser für jede Einheit der Wasserhöhe fließen kann. Diese Messungen können dann zur Feinabstimmung der Variablen in der Manning-Formel verwendet werden, um die Schätzung zu verbessern. Der Wert der Manning-Formel wird normalerweise in Situationen verwendet, in denen der Stromfluss weder aufgrund komplexer Stromdynamiken noch während eines Hochwassers gemessen werden kann.