JP2001091483A - 水中の土砂堆積状態検出センサ - Google Patents
水中の土砂堆積状態検出センサInfo
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- JP2001091483A JP2001091483A JP27403199A JP27403199A JP2001091483A JP 2001091483 A JP2001091483 A JP 2001091483A JP 27403199 A JP27403199 A JP 27403199A JP 27403199 A JP27403199 A JP 27403199A JP 2001091483 A JP2001091483 A JP 2001091483A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 時間や人手を節減できる水中の土砂堆積状態
検出センサを提供する。 【解決手段】 温度分布が計測できる光ファイバを水底
に設け、この光ファイバで計測される温度分布から水中
の土砂堆積状態を検出する。水中と土砂中との熱伝導の
違いにより温度差が生じるので、光ファイバが土砂に埋
まっていることが判定できる。
検出センサを提供する。 【解決手段】 温度分布が計測できる光ファイバを水底
に設け、この光ファイバで計測される温度分布から水中
の土砂堆積状態を検出する。水中と土砂中との熱伝導の
違いにより温度差が生じるので、光ファイバが土砂に埋
まっていることが判定できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水中の土砂の堆積
状態を検出するセンサに係り、特に、時間や人手を節減
できる水中の土砂堆積状態検出センサに関するものであ
る。
状態を検出するセンサに係り、特に、時間や人手を節減
できる水中の土砂堆積状態検出センサに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】一般に、川底の状態は、水量が増えると
川底が削られ、水量が平常に戻ると川底に土砂（砂）が
堆積される。このような現象が川幅、深さ、流速、流
量、時間等とどのような関係にあるかを把握することに
より、河川改修を効率よく、またタイミング良く行うこ
とができるようになる。
川底が削られ、水量が平常に戻ると川底に土砂（砂）が
堆積される。このような現象が川幅、深さ、流速、流
量、時間等とどのような関係にあるかを把握することに
より、河川改修を効率よく、またタイミング良く行うこ
とができるようになる。
【０００３】川底の土砂の堆積状態を検出する方式とし
て、従来は、超音波式レーダによる水深計測が行われて
いる。即ち、超音波式レーダを船上に設置し、その地点
の水深を計測する。この水深計測を船の位置を変えて繰
り返すことにより、水深分布を計測し、この水深分布の
状態とそれ以前に計測した水深分布の状態とを比較する
ことにより、川底への土砂の堆積状態を検出する。
て、従来は、超音波式レーダによる水深計測が行われて
いる。即ち、超音波式レーダを船上に設置し、その地点
の水深を計測する。この水深計測を船の位置を変えて繰
り返すことにより、水深分布を計測し、この水深分布の
状態とそれ以前に計測した水深分布の状態とを比較する
ことにより、川底への土砂の堆積状態を検出する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前記超音波式レーダを
用いる方式では、川の断面方向の土砂堆積状態を検出す
るために船の位置を変えて何回も計測を行う必要があ
り、その作業に多くの時間や人手を費やしていた。
用いる方式では、川の断面方向の土砂堆積状態を検出す
るために船の位置を変えて何回も計測を行う必要があ
り、その作業に多くの時間や人手を費やしていた。
【０００５】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、時間や人手を節減できる水中の土砂堆積状態検出セ
ンサを提供することにある。
し、時間や人手を節減できる水中の土砂堆積状態検出セ
ンサを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、温度分布が計測できる光ファイバを水底に
設け、この光ファイバで計測される温度分布から水中の
土砂堆積状態を検出するものである。
に本発明は、温度分布が計測できる光ファイバを水底に
設け、この光ファイバで計測される温度分布から水中の
土砂堆積状態を検出するものである。
【０００７】前記光ファイバで計測される温度分布の時
間的変化を解析することにより土砂堆積状態を検出して
もよい。
間的変化を解析することにより土砂堆積状態を検出して
もよい。
【０００８】また、温度分布が計測できる光ファイバと
この光ファイバに沿わせたヒータとを水底に設け、前記
ヒータによる加熱時に前記光ファイバで計測される温度
分布から水中の土砂堆積状態を検出するものである。
この光ファイバに沿わせたヒータとを水底に設け、前記
ヒータによる加熱時に前記光ファイバで計測される温度
分布から水中の土砂堆積状態を検出するものである。
【０００９】前記ヒータによる加熱時の温度分布と非加
熱時の温度分布とを比較することにより土砂堆積状態を
検出してもよい。
熱時の温度分布とを比較することにより土砂堆積状態を
検出してもよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付
図面に基づいて詳述する。
図面に基づいて詳述する。
【００１１】図１に示される土砂堆積状態センサは、本
発明の原理を確認するための実験用に構成したものであ
る。即ち、この土砂堆積状態センサは、水中に土壌を半
分程度入れて川底等を模擬した容器５内に設置されてい
る。この水中土壌には、砂に近いものを使用している。
土砂堆積状態センサは、光ファイバ温度分布計測用の光
ファイバ（光ファイバ心線、図示せず）とヒータ（図示
せず）とを複合したヒータ複合光ファイバケーブル２を
容器５内の水中及び水底土壌中に布設し、その光ファイ
バ心線を温度分布計測装置１に接続し、ヒータをヒータ
電源３に接続したものである。
発明の原理を確認するための実験用に構成したものであ
る。即ち、この土砂堆積状態センサは、水中に土壌を半
分程度入れて川底等を模擬した容器５内に設置されてい
る。この水中土壌には、砂に近いものを使用している。
土砂堆積状態センサは、光ファイバ温度分布計測用の光
ファイバ（光ファイバ心線、図示せず）とヒータ（図示
せず）とを複合したヒータ複合光ファイバケーブル２を
容器５内の水中及び水底土壌中に布設し、その光ファイ
バ心線を温度分布計測装置１に接続し、ヒータをヒータ
電源３に接続したものである。
【００１２】まず、本発明の原理を説明する。
【００１３】土砂がない状態での水底における熱伝導
と、水底に堆積した土砂の中における熱伝導とを考える
と、土砂がない状態（即ち、水中）では、水の流れや対
流による熱の移動が考えられるが、堆積した土砂の中で
は水の移動がないため、水の移動に比べて伝導効率の悪
い土砂中の熱伝導が考えられる。
と、水底に堆積した土砂の中における熱伝導とを考える
と、土砂がない状態（即ち、水中）では、水の流れや対
流による熱の移動が考えられるが、堆積した土砂の中で
は水の移動がないため、水の移動に比べて伝導効率の悪
い土砂中の熱伝導が考えられる。
【００１４】水底に熱の発生源を置いた場合を考える
と、土砂がない状態では熱発生源の周辺の温度が水の温
度に近く、土砂が堆積した状態では熱発生源の周辺に温
度上昇が生じることになる。
と、土砂がない状態では熱発生源の周辺の温度が水の温
度に近く、土砂が堆積した状態では熱発生源の周辺に温
度上昇が生じることになる。
【００１５】従って、ヒータ複合光ファイバケーブルを
水底に設置し、光ファイバに沿った温度分布を計測すれ
ば、水底（ヒータ複合光ファイバケーブルの設置箇所）
が土砂に埋まっているかどうかを判定できる。
水底に設置し、光ファイバに沿った温度分布を計測すれ
ば、水底（ヒータ複合光ファイバケーブルの設置箇所）
が土砂に埋まっているかどうかを判定できる。
【００１６】ヒータを複合しない光ファイバケーブルを
水底に設置した場合でも、土砂がなく直接水に触れてい
る部分では、水温の変化に従って温度が変化するのに対
し、土砂に埋まっている部分では、水温変化の影響を受
けにくいため、温度分布の経時変化パターンを解析する
ことにより、水底が土砂に埋まっているかどうかを判定
できる。即ち、日中は日射の影響で水温が上昇し、夜間
は水温が低下するが、土砂に埋まっている部分では、水
の温度変化に対して時間遅れを伴って温度が変化するの
で、各部の温度の経時変化パターンを比較すれば、土砂
に埋まっているかどうかを判定できる。
水底に設置した場合でも、土砂がなく直接水に触れてい
る部分では、水温の変化に従って温度が変化するのに対
し、土砂に埋まっている部分では、水温変化の影響を受
けにくいため、温度分布の経時変化パターンを解析する
ことにより、水底が土砂に埋まっているかどうかを判定
できる。即ち、日中は日射の影響で水温が上昇し、夜間
は水温が低下するが、土砂に埋まっている部分では、水
の温度変化に対して時間遅れを伴って温度が変化するの
で、各部の温度の経時変化パターンを比較すれば、土砂
に埋まっているかどうかを判定できる。
【００１７】実験では、ヒータ複合光ファイバケーブル
２は、直径２００ｍｍのアクリル製円筒にピッチ８ｍｍ
で巻き付けて容器５内に収容し、水中部分の高さを約１
２０ｍｍとし、水中土壌部分の高さを約１２０ｍｍとし
た。アクリル製円筒内も水中部分と水中土壌部分とが形
成される。これにより、ヒータ複合光ファイバケーブル
２は、水中に約１０ｍ、土壌中に１０ｍの長さを有す
る。なお、水中部分と水中土壌部分との境界には特にス
ペースを設けず、ヒータ複合光ファイバケーブル２を全
長に亘ってピッチ８ｍｍで巻き付けた。
２は、直径２００ｍｍのアクリル製円筒にピッチ８ｍｍ
で巻き付けて容器５内に収容し、水中部分の高さを約１
２０ｍｍとし、水中土壌部分の高さを約１２０ｍｍとし
た。アクリル製円筒内も水中部分と水中土壌部分とが形
成される。これにより、ヒータ複合光ファイバケーブル
２は、水中に約１０ｍ、土壌中に１０ｍの長さを有す
る。なお、水中部分と水中土壌部分との境界には特にス
ペースを設けず、ヒータ複合光ファイバケーブル２を全
長に亘ってピッチ８ｍｍで巻き付けた。
【００１８】ヒータ複合光ファイバケーブルには、図２
に示されるように、光ファイバ心線２１を内径０．７ｍ
ｍ、外径０．９ｍｍのＳＵＳ管２２に収納し、このＳＵ
Ｓ管２２を外径４ｍｍのポリエチレン２３で被覆した構
造のものを用いた。この金属管（ＳＵＳ管２２）に通電
することで、ＳＵＳ管２２をヒータとして用いた。ＳＵ
Ｓ管２２内には、ジェリーを充填し、ＳＵＳ管２２内に
水が浸入しても、その水が他の部分に流れていかないよ
うにした。
に示されるように、光ファイバ心線２１を内径０．７ｍ
ｍ、外径０．９ｍｍのＳＵＳ管２２に収納し、このＳＵ
Ｓ管２２を外径４ｍｍのポリエチレン２３で被覆した構
造のものを用いた。この金属管（ＳＵＳ管２２）に通電
することで、ＳＵＳ管２２をヒータとして用いた。ＳＵ
Ｓ管２２内には、ジェリーを充填し、ＳＵＳ管２２内に
水が浸入しても、その水が他の部分に流れていかないよ
うにした。
【００１９】この実験設備で、ヒータを加熱し、光ファ
イバに沿った温度分布を計測した結果を図３に示す。図
示されるように、加熱前と加熱後とで温度分布を比較す
ると、水中土壌部分中での温度上昇幅が約３０℃である
のに対し、水中部分での温度上昇幅は約１５℃である。
即ち、水中部分での温度上昇幅は水中土壌部分に比べて
半分である。この実験では、水の動きがない状態である
ため、熱が蓄積され、水中部分でも１５℃程度の温度上
昇があったが、河川での水流や海での海流などにより水
の流れが生じている場合は、水中部分の温度上昇は殆ど
ないものと考えられる。
イバに沿った温度分布を計測した結果を図３に示す。図
示されるように、加熱前と加熱後とで温度分布を比較す
ると、水中土壌部分中での温度上昇幅が約３０℃である
のに対し、水中部分での温度上昇幅は約１５℃である。
即ち、水中部分での温度上昇幅は水中土壌部分に比べて
半分である。この実験では、水の動きがない状態である
ため、熱が蓄積され、水中部分でも１５℃程度の温度上
昇があったが、河川での水流や海での海流などにより水
の流れが生じている場合は、水中部分の温度上昇は殆ど
ないものと考えられる。
【００２０】以上の実験結果から、水中の温度分布を計
測すれば水中の土砂堆積状態を検出することができるこ
とが確認できる。
測すれば水中の土砂堆積状態を検出することができるこ
とが確認できる。
【００２１】次に、本発明の土砂堆積状態センサにより
川底の土砂堆積状態を検出する実施形態を説明する。
川底の土砂堆積状態を検出する実施形態を説明する。
【００２２】図４に示されるように、川を横断するよう
に川底５２に沿わせてヒータ複合光ファイバケーブル２
を布設する。このヒータ複合光ファイバケーブル２に
は、図５に示されるように、鉄線鎧装付きの１対のヒー
タ線４と光ファイバ心線２１とを複合した構造のものを
用いる。２５は鋼撚り線からなるテンションメンバ、２
６は鎧装鉄線、２７はポリエチレンからなるスペーサで
ある。光ファイバ心線２１は、１心あればよいが、予備
用にもう１心を複合させてもよい。
に川底５２に沿わせてヒータ複合光ファイバケーブル２
を布設する。このヒータ複合光ファイバケーブル２に
は、図５に示されるように、鉄線鎧装付きの１対のヒー
タ線４と光ファイバ心線２１とを複合した構造のものを
用いる。２５は鋼撚り線からなるテンションメンバ、２
６は鎧装鉄線、２７はポリエチレンからなるスペーサで
ある。光ファイバ心線２１は、１心あればよいが、予備
用にもう１心を複合させてもよい。
【００２３】この１心の光ファイバ心線２１の一端を、
図４に示されるように、温度分布計測装置１に接続し、
ヒータ複合光ファイバケーブル２に沿った温度分布を計
測できるようにする。２本のヒータ線４の片端をヒータ
電源３に接続し、反対端では２本のヒータ線４同士を接
続してヒータ通電回路を構成する。
図４に示されるように、温度分布計測装置１に接続し、
ヒータ複合光ファイバケーブル２に沿った温度分布を計
測できるようにする。２本のヒータ線４の片端をヒータ
電源３に接続し、反対端では２本のヒータ線４同士を接
続してヒータ通電回路を構成する。
【００２４】川底５２の一部に土砂が堆積し、ヒータ複
合光ファイバケーブル２がその堆積土砂５３に埋没して
いる場合の温度分布を図４中に併せて示す。この温度分
布の距離は川の断面の距離に対応付けて示されている。
ヒータＯＮ時（加熱時）の温度分布とヒータＯＦＦ時
（非加熱時）の温度分布とが示されている。
合光ファイバケーブル２がその堆積土砂５３に埋没して
いる場合の温度分布を図４中に併せて示す。この温度分
布の距離は川の断面の距離に対応付けて示されている。
ヒータＯＮ時（加熱時）の温度分布とヒータＯＦＦ時
（非加熱時）の温度分布とが示されている。
【００２５】図示されるように、ヒータＯＦＦの場合、
ヒータ複合光ファイバケーブルが川に入っている部分
（川面５１より下）は、陸上部分と比べて若干温度が低
くなり、堆積土砂５３に埋没している部分は、川底５２
の埋没していない部分とほぼ同じ温度になる。
ヒータ複合光ファイバケーブルが川に入っている部分
（川面５１より下）は、陸上部分と比べて若干温度が低
くなり、堆積土砂５３に埋没している部分は、川底５２
の埋没していない部分とほぼ同じ温度になる。
【００２６】ヒータＯＮの場合、陸上部分の温度がヒー
タＯＦＦの場合と比べて高くなり、堆積土砂５３に埋没
している部分ではヒータＯＦＦの場合と比べて２０〜３
０℃の温度上昇が発生している。ただし、この温度上昇
の大きさは、加熱容量や土壌の性質により異なる。一
方、堆積土砂に埋没していない部分では、ヒータＯＦＦ
の場合と比べて殆ど温度上昇が見られない。
タＯＦＦの場合と比べて高くなり、堆積土砂５３に埋没
している部分ではヒータＯＦＦの場合と比べて２０〜３
０℃の温度上昇が発生している。ただし、この温度上昇
の大きさは、加熱容量や土壌の性質により異なる。一
方、堆積土砂に埋没していない部分では、ヒータＯＦＦ
の場合と比べて殆ど温度上昇が見られない。
【００２７】このように、加熱時の温度分布と非加熱時
の温度分布とを比較すれば、川底での土砂の堆積の有無
を位置の情報として判定することができる。
の温度分布とを比較すれば、川底での土砂の堆積の有無
を位置の情報として判定することができる。
【００２８】本発明は、川底だけでなく海底にも適用で
き、例えば、港湾内の土砂堆積厚さ検出にも適用でき
る。
き、例えば、港湾内の土砂堆積厚さ検出にも適用でき
る。
【００２９】
【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮す
る。
る。
【００３０】（１）光ファイバで計測される温度分布か
ら水中の土砂堆積状態を検出するようにしたので、計測
に時間や人手をかけずに自動的に行うことができる。
ら水中の土砂堆積状態を検出するようにしたので、計測
に時間や人手をかけずに自動的に行うことができる。
【図１】本発明の一実施形態を示す土砂堆積状態センサ
の実験設備の構成図である。
の実験設備の構成図である。
【図２】図１の土砂堆積状態センサに使用するヒータ複
合光ファイバケーブルの断面図である。
合光ファイバケーブルの断面図である。
【図３】図１の実験設備で計測した温度分布の図であ
る。
る。
【図４】本発明の土砂堆積状態センサを設置した川の断
面図及びこれに沿った温度分布の図である。
面図及びこれに沿った温度分布の図である。
【図５】図４の土砂堆積状態センサに使用するヒータ複
合光ファイバケーブルの断面図である。
合光ファイバケーブルの断面図である。
１ 温度分布計測装置 ２ ヒータ複合光ファイバケーブル ３ ヒータ電源 ４ ヒータ線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 海野 修司 東京都千代田区麹町１丁目３番地 財団法 人 河川情報センター内 (72)発明者 松下 守夫 東京都千代田区神田錦町３丁目６番地 電 設コンサルタンツ株式会社内 (72)発明者 山本 哲 茨城県日立市日高町５丁目１番１号 日立 電線株式会社オプトロシステム研究所内 (72)発明者 斎藤 健一 東京都千代田区丸の内２丁目１番２号 日 立電線株式会社内 Ｆターム(参考） 2G040 AA03 AB08 BA03 BA29 CA02 CA12 CA23 CB02 DA10 DA12 DA15 DA21 EA02 EA11 EA13 EB02 HA07 ZA05
Claims (4)
- 【請求項１】 温度分布が計測できる光ファイバを水底
に設け、この光ファイバで計測される温度分布から水中
の土砂堆積状態を検出することを特徴とする水中の土砂
堆積状態検出センサ。 - 【請求項２】 前記光ファイバで計測される温度分布の
時間的変化を解析することにより土砂堆積状態を検出す
ることを特徴とする請求項１記載の水中の土砂堆積状態
検出センサ。 - 【請求項３】 温度分布が計測できる光ファイバとこの
光ファイバに沿わせたヒータとを水底に設け、前記ヒー
タによる加熱時に前記光ファイバで計測される温度分布
から水中の土砂堆積状態を検出することを特徴とする水
中の土砂堆積状態検出センサ。 - 【請求項４】 前記ヒータによる加熱時の温度分布と非
加熱時の温度分布とを比較することにより土砂堆積状態
を検出することを特徴とする請求項３記載の水中の土砂
堆積状態検出センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27403199A JP2001091483A (ja) | 1999-09-28 | 1999-09-28 | 水中の土砂堆積状態検出センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27403199A JP2001091483A (ja) | 1999-09-28 | 1999-09-28 | 水中の土砂堆積状態検出センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001091483A true JP2001091483A (ja) | 2001-04-06 |
Family
ID=17536005
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27403199A Pending JP2001091483A (ja) | 1999-09-28 | 1999-09-28 | 水中の土砂堆積状態検出センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001091483A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111457889A (zh) * | 2020-06-02 | 2020-07-28 | 中际物联科技（深圳）有限公司 | 一种光纤静力水准监测地铁隧道沉降的方法 |
-
1999
- 1999-09-28 JP JP27403199A patent/JP2001091483A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111457889A (zh) * | 2020-06-02 | 2020-07-28 | 中际物联科技（深圳）有限公司 | 一种光纤静力水准监测地铁隧道沉降的方法 |
| CN111457889B (zh) * | 2020-06-02 | 2022-07-12 | 中际物联科技（深圳）有限公司 | 一种光纤静力水准监测地铁隧道沉降的方法 |
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