JP2002168674A

JP2002168674A - 水没型水位計

Info

Publication number: JP2002168674A
Application number: JP2000364422A
Authority: JP
Inventors: Tsugi Hiraide; 亜平出; Masahiro Saijo; 雅博西條; Tooru Goebuchi; 通五江渕
Original assignee: Oyo Corp
Current assignee: Oyo Corp
Priority date: 2000-11-30
Filing date: 2000-11-30
Publication date: 2002-06-14
Anticipated expiration: 2020-11-30
Also published as: JP4569999B2

Abstract

(57)【要約】【課題】小型で安価であり、取り扱いや設置が容易
で、故障し難い構造とし、洪水時に水流で流失すること
もなく、そのため河川の洪水流出の時間経過状況の調査
を効率的に行えるようにする。【解決手段】側面に通水孔を有するケーシングパイプ
１０と、ケーシングパイプ中に挿入されるプローブ部１
２とを具備し、プローブ部は通電方式の水位検知用電極
４０、水位を水圧として検出する圧力センサ４２、それ
らを制御し測定データを記憶するデータロガー部４４、
外部とのインターフェース部４６、及び電池４８を備え
ている。水位検知用電極によりプローブが水没している
か否かを検知し、圧力センサによる水位測定を、通常時
は長時間間隔で、プローブ部水没時は短時間間隔で行う
ように切り替える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、河川などの水域に
おける水面位置を測定するための装置に関し、更に詳し
く述べると、水位検知用電極と圧力センサとを組み合わ
せ、洪水（異常増水）時には圧力センサによって高精度
で効率よく水位を測定できるようにした水没型水位計に
関するものである。この水没型水位計は、特に河道内の
洪水流出の時間経過データのサンプリングに有用であ
る。

【０００２】

【従来の技術】河川における水位観測は、特定地点での
水位の長期的変動傾向を把握することが主目的であり、
得られた水位情報は、洪水予報や水防警報の水位を定め
る基礎となるほか、河川改修や水資源開発などの基礎資
料として活用されている。

【０００３】河川水位を測定する計器としては、従来か
ら様々な形式のものが開発され使用されている。最も簡
単な例としては、水位の目盛を視覚によって読み取る直
読式があるが、自動測定ができない。自動測定が可能で
最も使用されている例としてはフロート式がある。フロ
ート式は、水面にフロートを浮かべ、該フロートと錘を
滑車に掛けたワイヤで連結し、滑車の回転を自動的に且
つ連続的に記録するように構成したものである。あるい
は、水面の上方に超音波送受波器を設置する超音波式、
多数のリードスイッチを配設して水中に立てた測定柱中
に磁石付きのフロートを入れたリードスイッチ式もあ
る。その他、水圧式、気泡式、触針式などもある。

【０００４】これらの水位計には一長一短があるが、い
ずれにしても従来の水位計は、河川内の構造物（橋脚や
樋門など）に設置して、計器全体が水没しないようにす
る必要があった。前記の例では、例えばフロート式で
は、機械の構造上、水面から上方に測定機器がなければ
ならない。水圧式は、大気圧の影響を受けることから、
大気圧補正のためのベントチューブを水面から上に出さ
なければならない。その他の方式も同様である。

【０００５】従って、これら従来の水位計は、前記のよ
うに、専ら特定地点での水位の長期的変動傾向を把握す
ることを主目的として使用されており、設置場所も欠測
が生じ難くメンテナンスが十分に行える地点に限られて
いるのが実情である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】近年、河川の洪水対策
として、ダムによる流量調節、調整池の整備、堤防の補
強などが実施されているが、今後は、河道の疎通能力に
おける対策についても検討する方向に向かっている。と
ころが、河道内における洪水流出の時間経過状況は、詳
細に把握できていないことが多い。そのような場合に
は、河口から等間隔（例えば１ｋｍピッチ程度）で洪水
時の時間経過状況を把握することが必要となる。

【０００７】洪水時の河川水位は、同時刻の同一横断面
内でも一様ではない。例えば図５のＡに示すように、本
川に支川が合流すると流量が増え水位は高くなるし、河
川湾曲部では外側ほど水位は高いし、植林など障害物の
死水域では水位は低い。また洪水時の河川水位は、図５
のＢに模式的に示すように、河川縦断方向で、即ち上流
域、中流域、下流域で大きく異なる。更に、図６に示す
ように、洪水波形（任意の測点における時間経過に対す
る水位変化）も、上流域、中流域、下流域では異なる。
従って、できるだけ細かく多くの測点で水位測定を頻繁
に行うことが望ましい。また、洪水時は水流によって計
器が流されたり、土砂が堆積して埋没することも予想さ
れる。そのためには、水位計は小型で安価であり、取り
扱いや設置が容易で、故障し難く、流失し難いことが肝
要である。これらの事情により、従来の水位計は、河川
の洪水流出の時間経過状況の調査には不向きであった。

【０００８】本発明の目的は、小型で安価であり、取り
扱いや設置が容易で、故障し難い構造の水位計を提供す
ることである。本発明の他の目的は、洪水時に水流で流
失することもなく、そのため河川の洪水流出の時間経過
状況の調査を効率的に行える構造の水没型水位計を提供
することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、側面に通水孔
を有するケーシングパイプと、該ケーシングパイプ中に
挿入されるプローブ部とを具備し、プローブ部は通電方
式の水位検知用電極、水位を水圧として検出する圧力セ
ンサ、それらを制御し測定データを記憶するデータロガ
ー部、外部とのインターフェース部、及び電池を備え、
前記水位検知用電極によりプローブ部が水没しているか
否かを検知し、それに応じて圧力センサによる水位測定
を、通常時は長時間間隔で、プローブ部水没時は短時間
間隔で行うように切り替わるようにした水没型水位計で
ある。

【００１０】本発明の水没型水位計は、河川の洪水流出
の時間経過状況を調査するのが主たる目的である。洪水
（異常増水）は何時生じるかは分からない。平水位時は
殆ど水位データを採取しなくてもよいが、洪水時には極
力短い時間間隔で水位データを採取する必要がある。も
し、常時極力短い時間間隔で水位データを採取すればデ
ータロガーの記憶容量を必要以上に非常に大きくしなけ
ればならなくなる。そこで本発明では、水位検知用電極
によりプローブ部が水没しているか否かを検知できるよ
うにし、圧力センサによって水位測定を、通常時は長時
間間隔（例えば半日間隔）で、プローブ部水没時は短時
間間隔（例えば１分間隔）に切り替わるようにして、低
コスト化と簡素化を図っている。

【００１１】ケーシングパイプは、その下端には打ち込
み用先端コーン部が取り付けられ、上端には打ち込み用
ヘッドが装着可能であって、地盤中に打ち込まれる構造
とする。またプローブ部は、水位検知用電極、圧力セン
サ、データロガー部、インターフェース部、及び電池を
筒状ケース内に液密状態で収納し、該筒状ケースの側面
に設けた横穴内に水位検知用電極が露出し、筒状ケース
の側面から内部の圧力センサに至る水圧測定用連絡孔を
有する構造とする。そして、そのプローブ部がケーシン
グパイプの上端で吊り下げられるように保持するのが好
ましい。

【００１２】更に、圧力センサの近傍に温度センサを設
置し、測定した温度データも記憶させると共に、温度に
よって圧力センサ測定値の補正を行うのが好ましい。水
没状態にある時と、水没していないで直射日光に曝され
ている時とでは、圧力センサの温度が大きく異なる場合
があり、そのままでは測定誤差が大きくなるためであ
る。

【００１３】このような水没型水位計は、次のように設
置する。まず、ケーシングパイプの下端に打ち込み用先
端コーン部を取り付け、上端に打ち込み用ヘッドを被せ
て、ケーシングパイプ上端部近傍が残る程度までハンマ
により打ち込む。打ち込む地点としては、河道内の平水
位よりも高い地盤中を選択する。例えば、左岸と右岸
に、１ｋｍ程度の間隔で、多数設置するように測点を設
定する。打ち込んだ後、前記打ち込み用ヘッドを取り除
く。次に、ケーシングパイプ中にプローブ部を挿入して
吊り下げ、ケーシングパイプ上端の側面に形成した穴と
プローブ部の上端部の横貫通孔とにロックピンを挿通す
ると共に、該ロックピンの先端にロックブロックを取り
付けてキーロックする。

【００１４】洪水時は、河床が洗掘される可能性が高
い。そこで本発明では、杭のように地盤中に打ち込み設
置する構成としている。これによって、設置が容易とな
り、且つ洪水時でも流される恐れはない。また電池を内
蔵して動作するケーブルレス方式であり、且つ水没する
ことを前提にしているので設置場所を選ばず、河道内の
とこにでも設置が可能で、例えば川中の砂州等にも設置
可能となる。

【００１５】河道の疎通能力を検討する際に必要とされ
る基礎データは、個々の測点での同一時刻における水深
（水位）と流速である。河川の流量Ｑ（ｍ³／ｓ）は、Ｑ＝Ａ×Ｖ但し、Ａ：断面積（ｍ²）、Ｖ：流速（ｍ／ｓ）から算
出する。ここで、断面積Ａを求めるときに水深（水位）
が必要となる。このような基礎データから河道の疎通能
力を検討し、疎通能力を向上させることにより、洪水対
策を講じることができる。

【００１６】具体例として吉野川流域について説明す
る。吉野川には江戸時代からの水防竹林が多く残ってお
り、その規模は日本一とも言われている。しかし、かつ
ては洪水の水制としての役割があった竹林も、堤防が整
備されてきた現在では、洪水の疎通を阻害し、悪影響を
及ぼすようになってきている。また水防竹林の伐採も、
周辺生態系等の環境への配慮から安易に行い難い状況に
ある。そこで、粗度などの基本データを蓄積して、伐採
箇所の検討資料とすることが求められている。この粗度
の算出には、河川縦断方向での水面勾配（距離に対する
水位ヘッド差：図５参照）が必要である。本発明に係る
水没型水位計は、河道内の任意の多数の地点における水
位観測が可能であるため、このような用途では特に有用
である。

【００１７】

【実施例】図１は、本発明に係る水没型水位計の一実施
例を示す外観説明図である。この水没型水位計は、主と
してケーシングパイプ１０と、該ケーシングパイプ１０
中に挿入され計測器類を収容しているプローブ部１２と
の組み合わせからなる。

【００１８】ケーシングパイプ１０は、側面に多数の通
水孔（ストレーナ）１４を分散穿設すると共に、側面の
上端近傍の相対向する位置にロックピン挿通用の穴１６
を形成した構造の堅牢な管状体である。例えば直径約５
０mm、長さ８００mm程度の鉄管やステンレス鋼管などが
好ましい。通水孔（ストレーナ）１４は、流れの影響を
直接受けず、目詰まりが生じないような大きさとし、例
えば孔径３〜４mmφ程度とする。このケーシングパイプ
１０の下端には打ち込み用先端コーン部１８が取り付け
られる。必ずしも強固に固定する必要はなく、打ち込み
時に脱落しないような取付構造であればよい。ここでは
打ち込み用先端コーン部１８の上部外周に複数の突出片
１９を設け、それら突出片１９とケーシングパイプ１０
の下端とを嵌合させることで保持するという簡便な方法
を採用している。更に、ケーシングパイプ１０の上端に
は打ち込み用ヘッド２０が装着可能である。打ち込み用
ヘッド２０は、ハンマなどを用いて先端コーン部付きの
ケーシングパイプを杭のように地盤中に打ち込む際に、
ケーシングパイプ上端部の変形を防止するためのもので
ある。ケーシングパイプ１０の上端に被せる堅牢な金属
製のキャップ状の部材であり、容易に着脱できる構造と
する。

【００１９】プローブ部１２は、円筒状ケース内に必要
な計測器類を液密状態で収納したものである。ここで円
筒状ケースは、洪水時に各種センサに水を導く必要上、
導水路を形成した中間連結部２２、該中間連結部２２の
上下にそれぞれ接続した上部筒体２４と下部筒体２６、
及び上部筒体２４を塞ぐ上部端栓２８、下部筒体２６を
塞ぐ下部端栓３０からなる。大部分は前記ケーシングパ
イプ１０に挿入可能な外径であるが、上部端栓２８の上
端部のみやや大径の（ケーシングパイプ外径よりも若干
大きめの）フランジ部２８ａにしてケーシングパイプ１
０の上端で支えられるようにし、誤って内部に没入する
ことのないようにしている。また上部端栓２８には、ロ
ックピン挿通用の横貫通孔３２が設けられ、取り扱いを
容易にするための吊りリング３４が取り付けられてい
る。プローブ部１２は、打設したケーシングパイプに挿
入するだけであるので、円筒状ケースはさほど堅牢であ
る必要はなく、主に合成樹脂製のパイプや部材で構成で
きる。

【００２０】設置時は、打ち込んだケーシングパイプ１
０の上端側面に形成した穴１６とプローブ部１２の上端
部の横貫通孔３２とに頭部付きのロックピン３６を挿通
し、該ロックピン３６の先端にロックブロック３８を取
り付けてキーロックすることにより、プローブ部１２を
固定する。これによって、洪水時の流失防止を図ると共
に、キーがなければプローブ部を簡単に取り出せないよ
うにすることで悪戯などを防ぐことができる。

【００２１】水没型水位計の内部構造を図２に示す。Ａ
は設置時の状況を表しており、Ｂはその一部（符号ｘで
示す部分）を拡大して表している。プローブ部１２は、
通電方式の一対の水位検知用電極４０、水位を水圧とし
て検出する圧力センサ４２、それらを制御し測定データ
を記憶するデータロガー部４４、外部とのインターフェ
ース部４６、及びリチウム電池４８を備えている。ここ
ではリチウム電池４８は上部筒体２４の内部に、圧力セ
ンサ４２、データロガー部４４を搭載している基板、及
びインターフェース部（例えばＲＳ２３２Ｃコネクタ）
４６は下部筒体２６の内部に、パッキンなどを用いてそ
れぞれ液密的に封入される。なお、ここで使用した圧力
センサ４２は、絶対圧測定タイプの半導体センサであ
る。

【００２２】一対の水位検知用電極（例えば鉛電極）４
２は、それぞれ中間連結部２２の外周面の相対向する位
置から中心方向に向かって形成した横穴（奥は閉塞状
態）５０内で先端が露出するように、軸方向に中間連結
部に埋設されており、基部の端子５２にリード線５４が
接続される。従って、横穴５０の位置まで水位が上がれ
ば、一対の水位検知用電極４０の間が導通し（短絡状態
となり）、水位が下がれば開放状態となる。また、中間
連結部２２に、その外周面の前記横穴５０と同じ水平位
置で開口し、横方向及び中心軸に沿って鉛直下方に導か
れて圧力センサの感圧面に至る水圧測定用連絡孔５６を
設ける。従って、側面の開口の位置以上に水位が上がれ
ば、圧力センサ４２の設置レベル以上の水圧が検出可能
となる。

【００２３】水位検知用電極４０及び圧力センサ４２は
リード線５４によりデータロガー部４４の基板に接続さ
れる。勿論、リチウム電池４８とデータロガー部４４と
は電気的に接続されて、必要な電力が供給される。この
実施例では圧力センサ４２の近傍に温度センサ５８を設
置し、測定した温度データも記憶させると共に、温度に
よって圧力センサ測定値の補正を行うようになってい
る。なお、水位測定用とは別の圧力センサを水没しない
箇所に設置して大気圧を測定しておけば、後のデータ整
理により、各水没型水位計の圧力センサの大気圧補正を
行うことが可能である。

【００２４】回路構成を図３に示す。水位検知用電極４
０は検知器６０を介してＣＰＵ６２に接続される。圧力
センサ４２の出力は増幅器６４で増幅され、Ａ／Ｄ変換
器６６によってデジタル信号に変換されてメモリ（ＲＡ
Ｍ）６８に記憶される。温度センサ５８からの出力も増
幅器７０で増幅され、Ａ／Ｄ変換器６６によってデジタ
ル信号に変換されてメモリ（ＲＡＭ）６８に記憶され
る。Ａ／Ｄ変換器６６はＣＰＵ６２で制御され、メモリ
６８とＣＰＵ６２の間もデータ送受が行われる。ＣＰＵ
６２はＥＥＰＲＯＭを備え、それに必要なプログラムが
内蔵されており、その他、クロック回路なども備えてい
る。測定データは、インターフェース部４６のコネクタ
を介して外部に取り出される。

【００２５】前記水位検知用電極４０の短絡・開放によ
りプローブ部１２が水没しているか否かを検知し、圧力
センサ４２によって水位測定を、通常時は長時間間隔
（例えば半日あるいは１日間隔）で、プローブ部水没時
は短時間間隔（１分ないし数分間隔）で行うように、Ｃ
ＰＵ６２で切り替え制御する。これによって、小記憶容
量のメモリ６８でも長期間にわたる測定が可能となり、
しかも洪水時の水位データは詳細に採取することが可能
となる。電池４８の交換は、プローブ部１２を取り出し
て上部端栓２８を取り外せばよく、測定データの採取は
プローブ部１２を取り出して下部端栓３０を取り外して
インターフェース部４６のコネクタに接続すればよく、
いずれにしても容易に行うことができる。

【００２６】図４は水没型水位計の設置方法と設置状態
を示す説明図である。Ａに示すように、ケーシングパイ
プ１０の下端に打ち込み用先端コーン部１８を取り付け
ておき、上端に打ち込み用ヘッド２０を装着して、ケー
シングパイプ上端部が残る程度までハンマ７０により河
道内の平水位よりも高い地盤中に打ち込む。次にＢに示
すように、前記打ち込み用ヘッド２０を取り除き、該ケ
ーシングパイプ１０中にプローブ部１２を挿入する。す
ると、Ｃに示すように、プローブ部１２はその上部端栓
２８のフランジ部２８ａがケーシングパイプ１０の上端
面に当接して吊り下げられる。ケーシングパイプ１０の
上端の側面に形成した穴１６とプローブ部１２の上端部
の横貫通孔３２にロックピン３６を挿通すると共に、該
ロックピン３６の先端にロックブロック２８を取り付け
てキーロックすることで固定される。これで測定の準備
は完了である。

【００２７】平常時の水位（平水位）は圧力センサの位
置よりも低く、プローブ部が水没していないことは水位
検知用電極間が開放状態にあることにより検知できる。
その場合は、長時間間隔（例えば半日あるいは１日間
隔）で水圧データ、温度データを採取する。図４のＤに
示すような洪水時には、ケーシングパイプ１０の側面の
通水孔１４から水が流入してプローブ部１２が水没す
る。プローブ部１２の水没は、水位検知用電極間が導通
（短絡）状態にあることにより検知できる。その場合に
は、短時間間隔（１分ないし数分間隔）で水圧データ、
温度データを採取する。洪水が治まって平水位に戻る
と、ケーシングパイプ１０内の水も、その側面の通水孔
１４、あるいはケーシングパイプ１０の下端と先端コー
ン部１８との隙間から流出し、水位検知用電極間は開放
状態に戻る。そこで再び長時間間隔で水圧データ、温度
データを採取するモードに戻る。

【００２８】メンテナンスは、平常時（平水位時）に、
キーロックを解除してプローブ部を取り出し、電池の交
換、データの取り出し等を行う。専用のハンディターミ
ナルやノートパソコンなどを用いて、原位置で直ちに水
位の経時変化をグラフ表示することも可能である。

【００２９】上記の実施例では、必要に応じてケーブル
を接続しデータを取り出すようにしている。しかし、携
帯電話回線や衛星回線等の無線通信回線を使用してリア
ルタイムでデータ伝送を行わせることも可能である。ま
た、サイレンや回転灯など警報装置を設置し、予め設定
した水位に達したならば警報を発生させることも可能で
ある。これは、ダムからの放流による増水に対する警報
にも有効である。

【００３０】

【発明の効果】本発明は上記のように、電池で動作し且
つ全体が水没することを前提として製作されているの
で、設置場所を選ばず、川中の砂州などにも設置可能で
ある。本発明の水没型水位計は、平常時は長時間間隔で
測定し、異常時のみ短時間間隔で測定するように構成さ
れているので、小容量のメモリで長期間にわたり効率よ
く測定でき、しかも必要な洪水時の水位データは細かく
高精度で測定でき、装置の低コスト化が可能である。ま
た、小型化、簡素化を図ることができ、取り扱いが容易
であるなどの効果が得られる。

【００３１】本発明の水没型水位計は、杭を打設するの
と同様に、容易に設置でき、しかも地盤中に打ち込まれ
るために、たとえ洪水時であっても流失する恐れもな
い。

【００３２】このように、安価で設置が容易であり、ど
こにでも設置でき、取り扱いやすいと言う利点があるた
めに、河道内に多数設置し、河川の洪水流出の時間経過
状況を調査するのに極めて有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る水没型水位計の一実施例を示す外
観説明図。

【図２】その内部構造を示す説明図。

【図３】その回路構成のブロック図。

【図４】水没型水位計の設置方法と設置状態を示す説明
図。

【図５】河川流域における流量と洪水時の水位を示す概
念図。

【図６】洪水波形の説明図。

【符号の説明】

１０ケーシングパイプ１２プローブ部４０水位検知用電極４２圧力センサ４４データロガー部４６インターフェース部４８リチウム電池

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者五江渕通東京都千代田区九段北４丁目２番６号応用地質株式会社内Ｆターム(参考） 2F014 AA04 AB01 BA00 DA01 GA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】側面に通水孔を有するケーシングパイプ
と、該ケーシングパイプ中に挿入されるプローブ部とを
具備し、該プローブ部は通電方式の水位検知用電極、水位を水圧
として検出する圧力センサ、それらを制御し測定データ
を記憶するデータロガー部、外部とのインターフェース
部、及び電池を備え、前記水位検知用電極によりプロー
ブが水没しているか否かを検知し、圧力センサによる水
位測定を、通常時は長時間間隔で、プローブ部水没時は
短時間間隔で行うように切り替えるようにしたことを特
徴とする水没型水位計。
【請求項２】ケーシングパイプは、その下端に打ち込
み用先端コーン部が取り付けられ、上端には打ち込み用
ヘッドが装着可能であって、地盤中に打ち込まれる構造
をなし、プローブ部は、水位検知用電極、圧力センサ、
データロガー部、インターフェース部、及び電池を筒状
ケース内に液密状態で収納し、該筒状ケースの側面に設
けた横穴内に水位検知用電極が露出し、筒状ケースの側
面から内部の圧力センサに至る水圧測定用連絡孔を有す
る構造をなし、そのプローブ部がケーシングパイプの上
端から吊り下げられるようにした請求項１記載の水没型
水位計。
【請求項３】圧力センサの近傍に温度センサを設置
し、測定した温度データも記憶させると共に、温度によ
って圧力センサ測定値の補正を行う請求項２記載の水没
型水位計。
【請求項４】ケーシングパイプの下端に打ち込み用先
端コーン部を、上端に打ち込み用ヘッドを装着して、ケ
ーシングパイプ上端部が残る程度まで河道内の平水位よ
りも高い地盤中に打ち込んだ後、前記打ち込み用ヘッド
を取り除き、ケーシングパイプ中にプローブ部を挿入し
て吊り下げ、ケーシングパイプ上端の側面に形成した穴
とプローブ部の上端部の横貫通孔とにロックピンを挿通
すると共に、該ロックピンの先端にロックブロックを取
り付けてキーロックする請求項２又は３記載の水没型水
位計の設置方法。