JP2000111375A - 流量の連続観測装置、水の濁度の連続観測装置と水理情報連続観測装置 - Google Patents

流量の連続観測装置、水の濁度の連続観測装置と水理情報連続観測装置

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JP2000111375A JP10283708A JP28370898A JP2000111375A JP 2000111375 A JP2000111375 A JP 2000111375A JP 10283708 A JP10283708 A JP 10283708A JP 28370898 A JP28370898 A JP 28370898A JP 2000111375 A JP2000111375 A JP 2000111375A
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turbidity
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Hiroshi Morimoto
浩 森本
Tetsuya Kokubo
鉄也 小久保
Yuzo Maeda
雄三 前田
Megumi Tsunoda
恵 角田
Kazunori Kitayama
和典 北山
Akiyoshi Ryu
炳義 劉
Ryoko Mori
涼子 森
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 水理情報をリアルタイムに観測できる観測装
置を提供することを目的とする。 【解決手段】 音響ドップラー流速計と、水理情報観測
器と、自動運航船と、テレメータシステムとよりなる水
理情報の連続観測装置とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、流量の連続観測装
置、水の濁度の連続観測装置と水理情報連続観測装置に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】河川の流速計測は、これまでプロペラ流
速計等を用いて、人が実際に川の中に入って必要の都度
実施していた。また、河川の水の濁度観測は、これまで
人あるいは自動観測機器により、河川際の一点のみの観
測を必要に応じて実施していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】河川の流速計測はこれ
までプロペラ流速計等を用いて、人が実際に川の中に入
って必要の都度実施していたため、流速が早い時ならび
に人が入れない水深の深い所では観測できないことはも
ちろん、連続的な観測が不可能であり、また、人が行う
ため高コストであった。
【0004】また、河川の水の濁度観測は、これまで人
あるいは自動観測機器により、河川際の一点のみの観測
を必要に応じて実施していたため、河川全幅に亘る面的
な観測は不可能であった。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の事情に
鑑み、河川の流量を精度よく自動的に観測できるように
すべく、1台または複数台の音響ドップラー流速計を水
平方向に観測可能なるように配置し、水位、流速分布お
よび河床位の同時観測による流量の連続観測装置とし
た。
【0006】また、本発明は、河川の流量を精度よく自
動的に観測できるようにすべく、音響ドップラー流速
計、水位計および音響測深器により、流速分布、水位、
河床位の同時観測による流量の連続観測装置とした。さ
らに、本発明は、河川の濁度を精度よく自動的に観測で
きるようにすべく、音響ドップラー流速計から発射した
超音波の水中の懸濁物により反射した反射波の強度から
水の濁度を求めるようにした水の濁度の連続観測装置と
した。
【0007】さらにその上に、本発明は、大河川で水理
情報を精度よく自動的に観測できるようにすべく、音響
ドップラー流速計を搭載した自動運航船により大河川で
水理情報を観測できるようにした水理情報の連続観測装
置とした。また、本発明は、水理情報をリアルタイムに
観測できるようにすべく、音響ドップラー流速計と、水
理情報観測器と、テレメータシステムとよりなる水理情
報の連続観測装置とした。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明を、添付する図面に示す実
施例に基づいて、以下詳細に説明する。流速の計測 音響ドップラー流速計 ADCP(acoustic Doppler c
urrent profiler)は、水中の懸濁物からの反射波の周波
数が、移動速度に応じて発射音波の周波数とのずれが生
ずる(ドップラー効果)原理を応用した流速計で、連続
した多層の流況が観測できる。
【0009】ADCPの測定原理を図1に示す。図1で
水中の懸濁物からの反射波が、ドップラーシフトに示す
ように、移動速度に応じて周波数が変化する。流れの上
流側の第1Beamと流れの下流側の第2Beamとを、ADC
PのそれぞれのTransducer (送受波器)により流れのそ
れぞれのBeam方向の流速 (Beam velocity component)を
検知して、流速を測定する。Beamの各観測層ごとの流速
も観測できる。
【0010】図2は、平面図で、ADCPの流れに対す
る上流側の第1Beamと、流れの下流側の第2Beamとの関
係を示す。図3は、垂直方向で、ADCPは水平方向に
向けて配置し、水位変動に合わせて上下に可動に設けら
れ、各水平方向の流速分布の観測ができる。また、河岸
にADCPを水平方向に配置すると、洪水時でも機器流
出のリスクを回避した流速観測が可能となる。
【0011】さらに、ADCPを水平方向に配置し、且
つ、垂直方向に可動可能とすることで、複数測線の計測
が可能となり、水位変動にも対応した、より詳細な断面
流速分布の観測が可能となる。水位、河床形状の計測による断面積の算出 音響測深器1より超音波ビームを発射して河床形状を計
測し、河床形状と水位のデータから断面積を求める。
【0012】この音響測深器1による河床形状の計測に
は、図4(A)に示す、音響測深器1を可動して計測す
る可動タイプと、図4(B)に示す、音響測深器1を固
定して計測する固定タイプとがある。可動タイプでは河
岸に音響測深器1を斜下方に向けて配置し、等速で音響
測深器1を移動させ、音響測深器1から発射する超音波
ビームにより河床形状を計測する。
【0013】固定タイプでは、河岸に音響測深器1を斜
下方に向けて固定して配置し、音響測深器1から発射す
る超音波ビームにより河床形状を計測する。また、対象
となる断面の形状に応じて、図4(B)に示すように、
両岸に同様のタイプを設置することがある。洪水時には
河床変動を計測することにより、断面積が変化しても、
上記の計測により、精度の良い流量観測が可能となる。
【0014】流量の算出 断面の面積と流速分布から、流量を算出する。図5
(A)に示すように、ADCPを水位変動に合わせて上
下に可動し、各高さでの横断方向流速布を計測する。そ
こで、各分割断面の面積Sixと、Sixでの流速Vi
xとの積Six×Vixが、各分割断面での流量とな
る。この際、河床形状に応じた断面積が決定される。図
5(B)には各分割断面Sixと流速Vixが示されて
いる。
【0015】濁度の計測 ADCPによって得られた反射波の強さ(反射強度)
は、濁りの強さと相関がある。但し、距離減衰の問題や
濁度との数値的な相関関係が現在までは明確にされてお
らず、濁度計測としての実績はほとんどない。図6
(A)に示すように、ADCPを水位変動に合わせて上
下に可動させ、各高さでの横断方向の濁度分布を測定す
る。濁度は反射波の強さ(Echo intensity) より求め
る。
【0016】Echo intensityは、図6(B)に示すよう
に、超音波出力、距離減衰、ビームの広がりによる減
衰、吸収による減衰(水温、伝導度)、濁りの特性に関
係する。図7にさらに詳しく示す。ADCPが発射した
超音波は、懸濁物質により反射され、反射波は、距離減
衰、ビームの広がりによる減衰、吸収による減衰(水
温、伝導度)があって、ADCPにより Echo intensit
y として計測される。懸濁物質による後方散乱(Backsc
atter)があり、懸濁物質の量に応じた強さで、超音波が
反射される。そのEcho intensityのEI(実測値)は、
次の関係がある。 EI=SL+SV(濁りの強さ)+定数−20 log
(R)−2αR ここで、EI= Echo intensity (実測値) SL=超音波出力 SV=後方散乱強度(濁りの強さ) α=吸収係数(dB/meter) R=トランデューサーからの距離(meter) 上記の関係式から濁度を求め、ADCPによる濁度の計
測を行うことで濁水のモニタリングが可能となる。
【0017】テレメータシステム 流向、流速、流量、濁度、水位、河床位の測定項目を、
ADCP、水位計などで計測し、図8に示すように、得
られたデータを、中継ホスト局、モニタ局などのテレメ
ータシステムによってデータ転送することで、リアルタ
イム計測が可能となり、洪水時でも安全で高精度な水理
情報の計測が可能となる。 以上の事項を、図9に示す
ように、システム構成を行い、ADCPによる断面流速
分布の計測、水位、河床形状による、断面積の算出、反
射強度の数値解析による濁度の計測を、テレメータでデ
ータ転送し、洪水時でも安全で高精度な水理情報の観測
を可能とする。
【0018】また、上記と同様の機能を有する水理情報
観測機器を自動運航船に搭載すると、大河川での水理情
報の取得が容易になる。
【0019】
【発明の効果】本発明は、上述のように、1台または複
数台の音響ドップラー流速計を水平方向に観測可能なる
ように配置し、水位、流速分布および河床位の同時観測
による流量の連続観測装置であるので、河川の流量を精
度よく自動的に観測できる。また、本発明は、音響ドッ
プラー流速計、水位計および音響測深器により、流速分
布、水位、河床位の同時観測による流量の連続観測装置
であるので、河川の流量を精度よく自動的に観測でき
る。
【0020】さらに、本発明は、音響ドップラー流速計
から発射した超音波の水中の懸濁物により反射した反射
波の強度から水の濁度を求めるようにした水の濁度の連
続観測装置であるので、河川の濁度を精度よく自動的に
観測できる。さらにその上に、音響ドップラー流速計を
搭載した自動運航船により大河川で水理情報を観測でき
るようにした水理情報の連続観測装置であるので、大河
川で水理情報を精度よく自動的に観測できる。
【0021】また、本発明は、音響ドップラー流速計
と、水理情報観測器と、テレメータシステムとよりなる
水理情報の連続観測装置であるので、水理情報をリアル
タイムに観測できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】音響ドップラー流速計(ADCP)の測定原理
を示す図である。
【図2】音響ドップラー流速計(ADCP)の測定原理
を示す平面図である。
【図3】音響ドップラー流速計(ADCP)の測定原理
を示す正面図である。
【図4】(A)水位、河床形状を計測する音響測深器
で、可動して断面積を計測する可動タイプの正面図であ
る。(B)水位、河床形状を計測する音響測深器で、固
定して断面積を計測する固定タイプの正面図である。
【図5】(A)ADCPを水位変動に合わせて上下に可
動し、各高さでの断面流速分布を計測する正面図であ
る。(B)各分割断面Sixと流速Vixが示されてい
る正面図である。
【図6】(A)ADCPにより濁度を測定する正面図で
ある。(B)Echo intensityを説明する図である。
【図7】Echo intensityから濁度を求める関係を示す図
である。
【図8】水理情報のテレメータシステムを説明する図で
ある。
【図9】水理情報連続観測装置のシステム構成を説明す
る図である。
【符号の説明】
1…音響測深器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小久保 鉄也 大阪市北区中之島三丁目3番22号 関西電 力株式会社内 (72)発明者 前田 雄三 大阪市北区中之島三丁目3番22号 関西電 力株式会社内 (72)発明者 角田 恵 大阪市北区中之島三丁目3番22号 関西電 力株式会社内 (72)発明者 北山 和典 大阪市中央区島之内一丁目20番19号 株式 会社ニュージェック内 (72)発明者 劉 炳義 大阪市中央区島之内一丁目20番19号 株式 会社ニュージェック内 (72)発明者 森 涼子 大阪市中央区島之内一丁目20番19号 株式 会社ニュージェック内 Fターム(参考) 2F030 CA03 CC05 CE04 CE09 2F035 DA12 2F073 AA04

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 1台または複数台の音響ドップラー流速
    計を水平方向に観測可能なるように配置し、水位、流速
    分布および河床位の同時観測による流量の連続観測装
    置。
  2. 【請求項2】 音響ドップラー流速計、水位計および音
    響測深器により、流速分布、水位、河床位の同時観測に
    よる流量の連続観測装置。
  3. 【請求項3】 音響ドップラー流速計から発射した超音
    波の水中の懸濁物により反射した反射波の強度から水の
    濁度を求めるようにした水の濁度の連続観測装置。
  4. 【請求項4】 音響ドップラー流速計を搭載した自動運
    航船により大河川で水理情報を観測できるようにした水
    理情報の連続観測装置。
  5. 【請求項5】 音響ドップラー流速計と、水理情報観測
    器と、自動運航船と、テレメータシステムとよりなる水
    理情報の連続観測装置。
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