JP2000121629A - 水質監視システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 任意の測定目的点の水質の鉛直分布測定を可
能にした。 【解決手段】 浸漬型水質センサ８の昇降用ケーブルウ
ィンチ５、センサ８の信号を増幅・計測値表示する水質
計変換器２、データ伝送やケーブルウィンチ５のセンサ
昇降部を制御する制御部２１は、現場変換器盤４内に収
納される。現場変換器盤４の上部の屋根には、太陽電池
パネル２２が設置される。このパネル２２の余剰発電電
力は、電源部２３に設置された蓄電池に蓄積され、負荷
の電力不足時に蓄電池から電力が供給される。電源部２
３の電力は、水質計変換器２、ケーブルウィンチ５や無
線機等からなるデータ伝送部２４へ供給される。現場変
換器盤４、ケーブルウィンチ５は浮体１に載置され、浮
体１は、係留ロープ６と係留錘７により係留される。一
方、陸上側には、データ伝送部２４からのデータを受信
するデータ受信部２５とデータ収集装置２６が計測小屋
１０に収納されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、湖沼やダム並び
に河川などの環境の常時監視を行う水質監視システムに
関する。

【０００２】

【従来の技術】湖沼やダムならびに河川などの環境水質
を常時監視することは、浄水場での原水計測の迅速化な
らびに水源の管理上非常に重要である。また、湖沼など
の水質汚濁状況は複雑に変動する可能性が高いため、汚
濁状況把握のためには当該環境を複数の測定点でモニタ
リングする必要がある。このようにして得たモニタリン
グデータは集中管理する水質監視装置およびデータ伝送
システムを含めた総合水源水質監視システムで監視をす
る必要がある。

【０００３】湖などが富栄養化すると、水道、水産、観
光、農業など各方面に悪影響を与える。これは、生物の
種類が変化することや生物の生産量が増加するためであ
る。その結果、生物量の増加が水質に悪影響を及ぼす。
富栄養化による悪影響の一例を水道の場合について説明
する。浄水場の水源である湖などが富栄養化すると、は
じめに被害を受けるのが水道である。水道における主な
障害は、発生した藻類等によるカビ臭などの異臭味が発
生する問題や浄水場におけるろ過池の閉塞などがある。
また、富栄養化したときに発生する藻類の中には有毒物
質を生成するものものもある。

【０００４】水道の場合には、水源の富栄養化により障
害が発生した場合には、活性炭の投入や凝集薬剤の増量
などによる対処が必要になる。環境水の富栄養化は生態
系と水質に対して好ましくない変化をもたらし、水道以
外にも、水産、観光、農業など各方面に悪影響を及ぼ
す。一方、汚濁の進んだ湖沼などの水環境を改善する技
術は、下水道分野では下水処理場で富栄養化の原因であ
る窒素・リンを除去する高度処理システムの導入や、下
水道の整備されていない地域での汚濁水の湖沼などへの
直接流入を防止するために、浄化槽の設置等の対策を取
っている。

【０００５】しかしながら、湖沼等の環境水の水質状況
の改善効果や水道の水源管理のためには、定期的・継続
的なモニタリングが必要となる。水道水源となる河川や
湖沼の汚濁の状況は、降雨や流入負荷状況により複雑に
変動する可能性が高いため、その水質を監視するための
モニタリング装置が必要となる。

【０００６】富栄養化状態を判定する項目としては、窒
素、リン、濁度、紫外線吸光度（ＵＶ）、クロロフィル
ａ、水温、ｐＨ、溶存酸素（ＤＯ）、導電率があり、そ
の他、測定時に必要な項目として水深があげられる。た
だし、窒素、リンの２項目については、簡易測定が不可
能なため、計測器による連続モニタリング項目は、濁
度、ＵＶ、クロロフィルａ、水温、ｐＨ，ＤＯ、導電
率、水深の８項目が最大項目数となる。

【０００７】次に、水質モニタリング装置について述べ
る。図７は従来の水質モニタリングシステム構成説明図
の１例を示すもので、図７において、１は浮体であり、
この浮体１には、水質計変換器２および受電箱３を収納
した現場変換器盤４とケーブルウィンチ５が載置されて
いる。浮体１は係留ロープ６と底面に固定された係留錘
７により係留される。８は浸漬型水質センサで、このセ
ンサ８はケーブルウィンチ５により昇降される。浸漬型
水質センサ８の信号は増幅・計測値表示する水質計変換
器２に導かれる。受電箱３は水質計変換器２およびケー
ブルウィンチ５用の電源を受けるものである。現場変換
器盤４には電源・信号ケーブル９を介して計測小屋１０
から必要な電源が供給される。１１は計装盤である。

【０００８】浸漬型水質センサ８は、湖沼などの富栄養
化指標を測定することを目的とするもので、測定項目と
しては、クロロフィルａ・濁度・紫外線吸光度（ＵＶ）
・水温・ｐＨ・溶存酸素（ＤＯ）・導電率、その他、測
定水深を測る目的で水深があり、センサ８はこれらから
計測部を構成する。また、以後、水面に浮かべた水質測
定に関する装置一式を水質モニタリングステーションＭ
Ｓと称す。

【０００９】次に、上記構成による計測操作について、
以下に説明する。水面に浮かべた水質モニタリングステ
ーションＭＳで必要となる電源は、全て計測小屋１０か
ら敷設された電源・信号ケーブル９により供給される。
浸漬型水質センサ８は、ケーブルウィンチ５の動作によ
り上下昇降可能であり、この浸漬型水質センサ８は、一
定周期で底面から水面まで移動して鉛直方向の水質分布
を測定するために移動するように構成される。この浸漬
型水質センサ８と水質計変換器２により計測された水質
信号は、電源・信号ケーブル９により計測小屋１０内の
計装盤１１へ伝送されてデータ収集される。

【００１０】また、係留ロープ６および係留錘７により
係留される水質モニタリングステーションＭＳの設定位
置は、計測小屋１０からの電源・信号ケーブル９の敷設
可能距離により制限を受ける。この電源・信号ケーブル
９の敷設可能距離が、制約となり、水質モニタリングス
テーションＭＳ１基に対して、最寄の陸上に計測小屋１
０を設置することとなる。すなわち、水質モニタリング
ステーションＭＳ１基に対して、１つの計測小屋１０が
水質モニタリングステーションＭＳの構成となる。した
がって、広い湖沼等において、平面的な水質分布を測定
したい場合には、この構成による水質モニタリングステ
ーションＭＳが複数必要になる。また、陸上から水質測
定点、すなわち水質モニタリングステーションＭＳの設
置希望点が遠隔地にあり、電源・信号ケーブル９の敷設
可能距離を超える場合には、この水質測定点は測定目標
から除外される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】図７で示した従来の水
質モニタリングシステムの場合には、以下のような問題
点がある。水面に浮かべた水質モニタリングステーショ
ンＭＳで必要となる電源は、全て計測小屋１０から敷設
された電源・信号ケーブル９により供給されるため、水
質モニタリングステーションＭＳの設定位置は、計測小
屋１０からの電源・信号ケーブル９の敷設可能距離によ
る制限を受けることとなる。したがって、水質モニタリ
ングステーションＭＳ１基に対して、最寄の陸上に計測
小屋１０を設置することとなる。すなわち、水質モニタ
リングステーションＭＳ１基に対して、１つの計測小屋
１０により水質モニタリングステーションＭＳを構成し
なくてはいけない。このため、広い湖沼等において、平
面的な水質分布を測定したい場合には、この構成による
水質モニタリングステーションＭＳを複数設置しなけれ
ばならなくなる。

【００１２】また、陸上から水質測定点、すなわち水質
モニタリングステーションＭＳの設置希望点が遠隔地に
あり、電源・信号ケーブル９の敷設可能距離を超える場
合には、この水質測定点は測定目標から除外され、水質
測定による評価を行う上で支障となる。さらに、複数の
水質モニタリングステーションＭＳを設置した場合に、
各々の水質モニタリングステーションＭＳで計測される
データを統合管理するための管理センターが必要とな
る。

【００１３】この発明は上記の事情に鑑みてなされたも
ので、任意の測定目的点の水質の鉛直分布測定を可能に
した水質監視システムを提供することを課題とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を達成するために、第１発明は、太陽電池からの電力を
充電可能な電源部と、この電源部からの電力が供給され
る水質センサを有する水質計測部と、この計測部で計測
したデータを遠方に伝送するデータ伝送部と、水質計測
部の水質センサを昇降制御する制御部とで水質モニタリ
ングステーションを構成し、この水質モニタリングステ
ーションを水面上の任意の箇所に設置し、 水面下の水
質を水質センサで検出してその検出信号を水質計測部に
供給し、水質計測部からのデータをデータ伝送部から無
線で遠方のデータ収集装置に伝送して収集蓄積するよう
にしたことを特徴とするものである。

【００１５】第２発明は、水質モニタリングステーショ
ンが、浮体あるいは移動可能な浮体に設置したことを特
徴とするものである。

【００１６】第３発明は、水質モニタリングステーショ
ンが、桟橋あるいは独立固定台上に設置したことを特徴
とするものである。

【００１７】第４発明は、水質モニタリングステーショ
ンが、水面上の任意の箇所に複数設置したことを特徴と
するものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態を図面
に基づいて説明するに、図７と同一部分は同一符号を付
してその詳細な説明を省略して述べる。図１はこの発明
の実施の第１形態を示す構成説明図で、図１において、
２１は浸漬型水質センサ８、浸漬型水質センサ８の昇降
用ケーブルウィンチ５、浸漬型水質センサ８の信号を増
幅・計測値表示する水質計測部を形成する水質計変換器
２、データ伝送や浸漬型水質センサ昇降用ケーブルウィ
ンチ５の図示しないセンサ昇降部を制御する制御部であ
る。

【００１９】制御部２１は現場変換器盤４内に収納され
る。現場変換器盤４の上部の屋根には、太陽電池パネル
２２が設置される。太陽電池パネル２２の余剰発電電力
は、電源部２３に設置された蓄電池に蓄積され、負荷の
電力不足時に蓄電池から電力が供給される。電源部２３
の電力は、水質計変換器２、ケーブルウィンチ５や携帯
電話あるいは無線機からなるデータ伝送部２４等へ供給
される。現場変換器盤４、ケーブルウィンチ５は、水質
モニタリングステーションＭＳが構成された浮体１に載
置され、浮体１は、係留ロープ６と係留錘７により係留
される。一方、陸上側には、データ伝送部２４からのデ
ータを受信するデータ受信部２５とデータ収集装置２６
が、計測小屋１０に収納されている。

【００２０】次に、図２に示す水質モニタリングシステ
ムのブロック構成図により、電源と信号の受け渡しにつ
いて説明する。電源は太陽電池パネル２２により発電さ
れ、電源部２３に充電される。この電源部２３を電源と
して負荷機器となる水質計変換器２、制御部２１、デー
タ伝送部２４、センサ昇降部２７に供給される。また、
水質計測器２からは検出部である浸漬型水質センサ８へ
必要電源が供給される。

【００２１】次に、信号について説明する。制御部２１
から浸漬型水質センサの検出部の定期洗浄を行う制御信
号は、水質計変換器２を経由して専用ケーブルにて検出
部であるセンサ８へ送られる。また、検出部であるセン
サ８で測定される水質信号は、水質計変換器２へ送ら
れ、水質計変換器２で水質計測値に変換され、制御部２
１へ取り込まれて蓄積される。ケーブルウィンチ５から
なるセンサ昇降部２７の昇降制御信号とセンサ昇降部２
７の異常検知信号のやり取りは、制御部２１との間で実
施される。

【００２２】データ伝送については、制御部２１からの
データ伝送部２４の制御により中央監視場所となる例え
ば、計測小屋１０内のデータ監視場所のデータ受信部２
５へ定期的に送られる。さらにデータ受信部２５にて水
質モニタリングステーションＭＳから受け取った水質計
測信号は、データ収集装置２６にてデータを収集、蓄積
して、そのデータは、トレンドグラフや帳票の形でデー
タ収集装置２６に接続された表示装置に表示される。

【００２３】ここで、図１、図２により、第１形態の計
測操作について述べる。浸漬型水質センサ８は、ケーブ
ルウィンチ５の動作により水面下を昇降する。この浸漬
型水質センサ８は、制御部２１からの制御信号により一
定周期で底面から水面まで鉛直方向に移動して、鉛直方
向の水質分布を測定する。この浸漬型水質センサ８と水
質計変換器２により計測された水質データ信号は、制御
部２１で一時的にデータ収集される。

【００２４】その後、定期的に収集されたデータは、デ
ータ伝送部２４から無線機等で計測小屋１０に収納され
たデータ受信部２５へ送信される。送信された水質モニ
タリングステーションＭＳでの水質計測信号は、データ
収集装置２６にてデータ収集・蓄積されて、そのデータ
は、上述のように表示装置に表示される。

【００２５】また、係留ロープ６と係留錘７により係留
される水質モニタリングステーションＭＳの設定位置
は、電源・信号ケーブルの敷設制限を受けないため、デ
ータ送受信可能範囲内ならばどこにでも係留可能であ
る。すなわち、水質モニタリングステーションＭＳに対
して、データ送受信可能範囲内ならばどこにでも中央監
視場所を置くことができる。従って、図３に示すよう
に、データ送受信可能範囲内ならば、広い湖沼等におい
て、複数の水質モニタリングステーション（測定点１〜
３）ＭＳを散在設置し、測定点１〜３における水質の鉛
直分布のみではなく、平面分布を含めた３次元的な水質
測定が可能になる。

【００２６】図４はこの発明の実施の第２形態を示す構
成説明図で、第１形態と同一部分は同一符号を付してそ
の詳細な説明を省略する。図４に示す第２形態において
は、浮体１に代えて小型船３１を使用し、この小型船３
１に現場変換器盤４、ケーブルウィンチ５を搭載して水
質モニタリングステーションＭＳを構成したものであ
る。このように小型船３１を使用すれば、係留ロープ
６、係留錘７を省略することができる。この第２形態の
小型船３１を使用すれば、図３に示す各測定点１〜３へ
の移動が容易になる利点がある。その他の特徴は第１形
態に述べたと同様である。

【００２７】図５はこの発明の実施の第３形態を示す構
成説明図で、第１形態と同一部分は同一符号を付してそ
の詳細な説明を省略する。図５に示す第３形態において
は、水質モニタリングステーションＭＳを桟橋３２の上
に設置して、浮体１、係留ロープ６および係留錘７を省
略したものである。この第３形態の場合においても、測
定点１〜３に桟橋を使用して水質モニタリングステーシ
ョンＭＳを設置することができる。

【００２８】図６はこの発明の実施の第４形態を示す構
成説明図で、第１形態と同一部分は同一符号を付してそ
の詳細な説明を省略する。図６に示す第４形態において
は、水質モニタリングステーションＭＳを水質測定目的
点に設けた設置台３３の構造物に取り付けたもので、こ
の第４形態においても、浮体１、係留ロープ６および係
留錘７を省略することができる。この第４形態の場合に
おいても、測定点１〜３に設置台３３を使用して水質モ
ニタリングステーションＭＳを設置することができる。

【００２９】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
以下のような効果が得られる。 （１）水質モニタリングステーションで使用する電源
は、太陽パネルにより発電されて蓄電池に充電された電
源部を使用することにより、水質モニタリングステーシ
ョンの設定位置を、計測小屋からの電源・信号ケーブル
の敷設可能距離による制限を受けることなく測定目的点
の水質の鉛直分布測定を可能にする。 （２）水質モニタリングステーションの設定位置は、電
源・信号ケーブルの敷設制限を受けないため、データ送
受信可能範囲内ならば、どこにでも係留可能である。す
なわち、水質モニタリングステーションに対して、デー
タ送受信可能範囲内ならば、どこにでも中央監視場所を
置くことができる。 （３）上記（２）により、水質モニタリングステーショ
ンは、係留された浮体上、移動可能な小型船上、桟橋
上、独立固定台上など様々な設置手段を採用することが
でき、設置手段および設置場所を選ばない。 （４）水質モニタリングステーションの制御部に一時的
にデータ収集された測定点の水質の鉛直分布データは、
携帯電話回線または無線により遠隔地にある中央のデー
タ収集装置にてデータ収集・蓄積されて、そのデータは
トレンドグラフや帳票の形でデータ収集装置に接続され
た表示装置に表示可能である。 （５）上記（１）、（２）、（４）により水質モニタリ
ングステーションを複数設置して、遠隔地にある中央監
視場所のデータ収集装置にて収集データを一括管理する
ことが可能となる。 （６）上記（５）により測定領域での平面的分布および
鉛直分布の効果的な水質モニタリングが可能となり、水
質の３次元解析による水質評価に利用できる。 （７）上記（３）により、各実施の形態の設置手段を組
合せて水質モニタリングシステムを構築することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の第１形態を示す構成説明図。

【図２】水質モニタリングシステムのブロック構成図。

【図３】水質モニタリングステーションＭＳを散在設置
したときの説明図。

【図４】この発明の実施の第２形態を示す構成説明図。

【図５】この発明の実施の第３形態を示す構成説明図。

【図６】この発明の実施の第４形態を示す構成説明図。

【図７】従来の水質モニタリングシステム構成説明図。

【符号の説明】

１…浮体 ２…水質計変換器 ５…ケーブルウィンチ ６…係留ロープ ７…係留錘 ８…浸漬型水質センサ １０…計測小屋 ２１…制御部 ２２…太陽電池パネル ２３…電源部 ２４…データ伝送部 ２５…データ受信部 ２６…データ収集装置 ２７…センサ昇降部 ＭＳ…水質モニタリングステーション

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡邊 哲文 東京都品川区大崎２丁目１番17号 株式会 社明電舎内 (72)発明者 四元 浩 東京都品川区大崎２丁目１番17号 株式会 社明電舎内 Ｆターム(参考） 5K067 AA22 BB27 DD51 EE02 EE10 EE35 KK05

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 太陽電池からの電力を充電可能な電源部
   と、この電源部からの電力が供給される水質センサを有
   する水質計測部と、この計測部で計測したデータを遠方
   に伝送するデータ伝送部と、水質計測部の水質センサを
   昇降制御する制御部とで水質モニタリングステーション
   を構成し、この水質モニタリングステーションを水面上
   の任意の箇所に設置し、 水面下の水質を水質センサで検出してその検出信号を水
   質計測部に供給し、水質計測部からのデータをデータ伝
   送部から無線で遠方のデータ収集装置に伝送して収集蓄
   積するようにしたことを特徴とする水質監視システム。
2. 【請求項２】 水質モニタリングステーションは、浮体
   あるいは移動可能な浮体上に設置したことを特徴とする
   請求項１記載の水質監視システム。
3. 【請求項３】 水質モニタリングステーションは、桟橋
   あるいは独立固定台上に設置したことを特徴とする請求
   項１記載の水質監視システム。
4. 【請求項４】 水質モニタリングステーションは、水面
   上の任意の箇所に複数設置したことを特徴とする請求項
   １から３記載の水質監視システム。