JP2002286534A - 流出土砂観測システム及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 河川に実際に流れる土砂を、河川の水深別に
自動的に連続的に観測して、その河川の土砂濃度を検出
可能な流出土砂観測システム及びその装置を提供する。 【解決手段】 河川１に設けた砂防ダム２の袖部２Ｓに
水深別に複数箇所に設置した取水孔３と、取水孔３の各
個に接続する複数本の導水管４と、各導水管４の下流側
に設けられて導水管４から放出された河川水から水と土
砂とを分離する土砂分離装置５と、この土砂分離装置５
で分離された土砂を蓄積し、蓄積した土砂重量を測定す
る土砂重量測定装置６と、土砂分離装置で分離された水
の濁度を測定する濁度測定装置７と、土砂分離装置５に
よって分離された水の水量を測定する水量測定装置８か
らなり、各測定装置の測定結果をデータ処理して、この
河川の水量に応じた土砂運搬量を算出して連続的に記録
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は流出土砂観測システ
ム及びその装置に関し、特に、河川から流出する土砂の
量・質・流出パターンをモニタリングするための流出土
砂観測システム及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】河川の土砂量の測定に関しては従来から
種々の方法が試みられている。それらの方法は、土砂
採取器、土砂測定装置によるものに大別される。

【０００３】土砂採取器による方法は、バケツや箱など
の採取器を用いて主に人力で土砂を採取するものであ
り、簡便・確実に観測できる利点があるが、洪水時に水
深別の計測や、河床の凹凸がある場所や流れが激しい場
所では安定採取が難しく、また、観測実施には多くの労
力と危険が伴い、洪水特性にあわせた連続的な観測は困
難な場合が多い。

【０００４】これに対し、土砂測定装置による方法は、
河道に固定式の取水孔を設けて河川水と土砂を導水し、
何らかの測定装置によって土砂重量の時間的な変化を連
続測定しようとする試みである。既存技術は、採取土砂
の時間的な重量変化は連続計測できるものの、採取土砂
をもたらす導水流量を計測できないため土砂濃度は観測
できず、そのため、河川の全断面を通過する土砂量に換
算する際に推算が多くなる。また、現状では水深別の計
測はできず、さらに、有人観測の要素が多く無人連続観
測には至っていない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】流域に降った雨水は地
表や渓流の土砂を浸食しながら河川に流出し、河川では
河道内のある場所では浸食し、ある場所では堆積し、そ
れらの現象を非定常に繰り返しながら河川を流下して海
洋に流出する。このような水と土砂の流出や堆積の永続
的な繰り返しによって河川や海岸の自然地形が形成さ
れ、地形や流水の自然環境にあわせて動植物は生存環境
を形成し、それらの要素が相互に影響を及ぼしあって形
成された環境の上に人類を含む多様な生物の生存基盤や
社会基盤が保持されている。

【０００６】現在の社会環境や社会基盤を健全に発展さ
せるために治水・利水などの事業が行われるが、事業の
進展の半面で、ダム堆砂、河床の低下や堆積による構造
物への弊害、海岸浸食、土砂災害や洪水災害などの土砂
移動に関する問題が顕在化する傾向にある。流域におけ
る雨水と土砂の移動は、環境の形成と人間の活動に深く
関わった自然現象であるため、河川や海岸の環境を保全
しつつ治水・利水に効果的な河川管理を行うには、流砂
系における土砂の管理が必要と認識されている。

【０００７】しかるに、日本の河川においては、どれだ
けの土砂が流域で生産され、それがどのように河川を移
動するかに関してのデータは殆どない。すなわち、流域
における土砂移動の実態はほとんど把握されておらず、
その解明のために土砂移動のモニタリング技術が必要と
されている。

【０００８】土砂モニタリングには、洪水時・平常時に
河川を流下する土砂の量、土砂の質、流下パターンを流
域全体で迅速に精度良く把握して土砂の流出特性を知る
技術が必要である。土砂の流出特性を知るには、河川の
流量・流出土砂量の計測や測量などの直接的なモニタリ
ング手法に、ヘリコプター、ＧＰＳ、ＧＩＳなどを組み
合わせた広域的・間接的なモニタリングシステムの開発
が必要とされている。

【０００９】ところが、従来の流砂観測は人力による採
取観測か、もしくは土砂測定装置を用いても有人観測の
要素の多いシステムであり、土砂量の把握が必要な洪水
時などには危険が伴うので観測できず、これを解決する
ものではなかった。

【００１０】そこで、本発明は、河川を流下する土砂重
量と土砂濃度を、河川の水深別に自動的に連続的にモニ
タリングすることができる流出土砂観測システム及びそ
の装置を提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を解決するため
に、請求項１記載の発明は、土砂を運搬する河川（１）
に設けた砂防ダム（２）において流出土砂を観測するシ
ステムであって、砂防ダム（２）の袖部（２Ｓ）に水深
別に複数箇所に設置して河川水を取水する取水孔（３）
と、この取水孔（３）の各個に接続する複数本の導水管
（４）と、各導水管（４）の下流側に設けられ、各導水
管（４）から放出された河川水から水と土砂とを分離す
る土砂分離装置（５）と、この土砂分離装置（５）で分
離された土砂を蓄積し、蓄積した土砂重量を測定する土
砂重量測定装置（６）と、前記土砂分離装置（５）で分
離された水の濁度を測定する濁度測定装置（７）と、前
記土砂分離装置（５）によって分離された水の水量を測
定する水量測定装置（８）を備えることを特徴としてい
る。

【００１２】請求項２記載の発明は、前記複数の土砂重
量測定装置（６）、濁度測定装置（７）、および水量測
定装置（８）の測定結果をデータ処理して、この河川の
水量に応じた土砂運搬量を算出して連続的に記録するデ
ータ処理装置（９）を備えることを特徴としている。

【００１３】請求項３記載の発明は、前記取水孔（３）
が前記砂防ダム（２）の上段部、中段部、および下段部
の３箇所に設けられていることを特徴としている。

【００１４】請求項４記載の発明は、土砂を運搬する河
川（１）に設けた砂防ダム（２）において流出土砂を観
測するシステムに用いられる土砂分離装置（５）であっ
て、回転式フルイ（５１）を備えており、前記導水管
（４）から放出された河川水はこの回転式フルイ（５
１）の内部に導入され、所定径以上の土砂と、所定径未
満の流砂を含む水に分離されることを特徴としている。

【００１５】請求項５記載の発明は、前記土砂分離装置
（５）の回転式フルイ（５１）により分離された水の帰
水路（５４）に水車（５５）が設けられており、この水
車の回転軸（５７）は発電機に連絡されて発電機を駆動
するようになっており、前記発電機によって発電された
電力により停電時でも前記各測定ができるように構成さ
れていることを特徴としている。

【００１６】請求項６記載の発明は、前記土砂分離装置
（５）への河川水の入口部に、前記導水管（４）から流
出する河川水に含まれる土砂の、前記土砂分離装置
（５）に対する衝撃力を減勢する衝撃緩衝装置（２０）
が設けられていることを特徴としている。

【００１７】請求項７記載の発明は、土砂を運搬する河
川（１）に設けた砂防ダム（２）において流出土砂を観
測するシステムに用いられる土砂重量測定装置（６）で
あって、前記土砂分離装置（５）で分離された土砂を蓄
積するバケット（６１）と、このバケット（６１）に蓄
積された土砂の重量を測定するロードセル（６３）とを
備えることを特徴としている。

【００１８】そして、上述した本発明によれば、通常
時、洪水時にかかわらず、河川が運ぶ土砂量を土砂濃度
と共に自動的に計測できる。また、河川を流れる水を用
いて水車により発電することが可能であるので、停電時
でもデータの取得を継続させることができ、土砂量と水
量の連続計測と記録が可能である。よって、日本の河川
における土砂運搬量を計測することにより、流出土砂と
海岸浸食・河床変動や河川環境などとの関わり、ダム堆
砂や河川災害などを予測する基礎データの取得が可能と
なり、治水・利水と環境保護の両方が重要視される今後
の河川管理への貢献度が大である。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下添付図面を用いて本発明の実
施の形態を詳細に説明する。

【００２０】図１は本発明の一実施の形態の流出土砂観
測システム１００の全体構成を示す全体構成図である。

【００２１】この実施の形態の流出土砂観測システム１
００では、図１(a) に示すように、河川１に設けられた
砂防ダム２の主堤の一方の岸、例えば、左岸の袖部２Ｓ
に取水孔３を設けている。この取水孔３は、水深別に３
ケ所に設けられた取水孔３Ａ，３Ｂ，３Ｃから構成し
た。図１(b) に示すように、取水孔３Ａは河底から１ｍ
の位置に設け、開口部の形状は円形とした。取水孔３Ｂ
は河底から０．５ｍの位置に設け、開口部の形状は円形
とした。また、取水孔３Ｃは河底と同位置（０ｍ）に設
け、開口部の形状は楕円形とした。取水孔３Ａ，３Ｂ，
３Ｃにはそれぞれ導水管４Ａ，４Ｂ，４Ｃを接続してい
る。

【００２２】取水孔３Ａ，３Ｂ，３Ｃから採取された河
川水（土砂を含む水）はそれぞれ導水管４Ａ，４Ｂ，４
Ｃによって砂防ダム２の下流側の左岸に設置した土砂流
量測定装置１０まで導かれるようにした。この土砂流量
測定装置１０は、３本の導水管４Ａ，４Ｂ，４Ｃによっ
て導かれた河川水から土砂と水とを分離する３台の土砂
分離装置５Ａ，５Ｂ，５Ｃ、この土砂分離装置５Ａ，５
Ｂ，５Ｃによって河川水から分離された土砂の重量を測
定する土砂重量測定装置６Ａ，６Ｂ，６Ｃ、土砂分離装
置５Ａ，５Ｂ，５Ｃによって土砂が除かれた水の濁度を
測定する濁度測定装置７、濁度を測定した水の水量の総
量を測定する水量測定装置８、及び、土砂重量測定装置
６と濁度測定装置７と水量測定装置８によって測定され
たデータを処理して河川の土砂流量を測定するデータ処
理装置９とから構成した。

【００２３】ここで、図１(a) に示した実施の形態の流
出土砂観測システム１００を構成する各部材について個
々にその構成を詳細に説明する。

【００２４】（１）取水孔３ 河川水を取り込む取水孔３は、河川の流向を考慮して河
道断面を通過する土砂濃度の平均的な位置に水深方向に
複数箇所設置することが望ましい。しかしながら、川幅
が５０ｍ程度の川では、任意の位置に設置することは困
難であるため、取水孔の設置位置は砂防ダム左岸袖部付
近とし、取水孔の高さを変えて上段、中段、および下段
の３箇所に設置した。図１(b) で説明したように、上
段、中段、および下段の取水孔３Ａ，３Ｂ，３Ｃの位置
は、河川底からの高さがそれぞれ０ｍ、０．５ｍ、およ
び１．０ｍとして水深別の流出土砂を採取できる構造と
した。

【００２５】そして、上段と中段の取水孔３Ａ，３Ｂは
砂防ダム２の袖部２Ｓに円形に開口させ、砂防ダム２の
水通し部には導水管４Ａ，４Ｂを水平に設置し、下段の
取水孔３Ｃに接続する導水管４Ｃは河床に下向きに設置
し、河床を転動、滑動する土砂（砂礫）を落とし込む構
造とした。なお、取水孔３Ａ，３Ｂ，３Ｃに続く砂防ダ
ム２の内部の導水部分をコンクリートで形成し、導水管
４Ａ，４Ｂ，４Ｃは砂防ダム２の外側に接続するように
しても良い。また、３つの取水孔３Ａ，３Ｂ，３Ｃに
は、流木と大礫の侵入を防止するためのフィルタとし
て、１０ｃｍ×１０ｃｍの網目のフィルタ（図示せず）
を取り付けた。よって、この実施の形態において計測対
象とする土砂に含まれる礫の最大径は１０ｃｍ未満であ
る。

【００２６】（２）導水管４ 図１(a) で説明したように、各取水孔３Ａ，３Ｂ，３Ｃ
から土砂流量測定装置１０までの間には、各取水孔３
Ａ，３Ｂ，３Ｃから採取した河川水をそれぞれ独立に導
く導水管４Ａ，４Ｂ，４Ｃを設置した。各導水管４Ａ，
４Ｂ，４Ｃは河道内の土砂や流砂を土砂流量測定装置１
０に導くため、管内で土砂が停止、堆積せず、加速がつ
かず、短時間、短距離で導水することが望ましい。この
ため、上段と中段の取水孔３Ａ，３Ｂに接続する導水管
４Ａ，４Ｂは管径を２０ｃｍとし、下段の取水孔３Ｃに
接続する導水管４Ｃの管径は２５ｃｍとした。各導水管
４Ａ，４Ｂ，４Ｃの設置経路は、取水孔３Ａ，３Ｂ，３
Ｃと土砂流量測定装置１０までの高低差が少なく、砂防
ダム２の主堤と土砂流量測定装置１０との間に副堰堤が
２箇所に存在する場合のことも考慮して、河道内にＬ字
型擁壁を建設し、擁壁の内側に導水管４Ａ，４Ｂ，４Ｃ
を設置した。そして、導水管４Ａ，４Ｂ，４Ｃ内で砂礫
がスムーズに流れるように、縦断勾配が５°〜１０°を
確保できる管路線型として取水孔３Ａ，３Ｂ，３Ｃから
流出土砂測定装置１０まで流出土砂を導く構造とした。

【００２７】更に、図２(a) に示すように、導水管４
Ａ，４Ｂ，４Ｃの途中には、導水管４の折損を防止する
ために柔軟なフレキシブルジョイント４Ｆを要部に設け
ると共に、導水管４内に砂礫や流木が詰まった場合の修
復を考慮して、導水管４の要所ごとに点検部４０を設
け、導水管４を要所で開管できる構造とした。

【００２８】図２(b) は点検部４０の一実施の形態の構
成を示すものである。この実施の形態の点検部４０は、
筒部４２の両端に設けたフランジ４１で導水管４に接続
するようにし、筒部４２の側面に点検口４４を開口させ
ると共に、この点検口４４を矩形枠４３で筒部４２の側
方に引き出した。そして、矩形枠４３の自由端部にはフ
ランジ４５を形成し、常時はこのフランジ４５に点検蓋
４６を密着させて点検口４４を封止するようにした。点
検蓋４６のフランジ４５への取付手段としてはボルトと
ナットを使用すれば良いが、ここでは図示していない。

【００２９】なお、点検口４４には矩形枠４３を設け
ず、湾曲した点検蓋を直接筒部４２に取り付けて点検口
４４を封止するようにするようにしても良い。この点検
部４０により、導水管４ないに土砂や流木の詰まりが発
生してもそれを除去することができる。

【００３０】（３）流出土砂測定装置１０ 各取水孔３Ａ，３Ｂ，３Ｃから導水管４Ａ，４Ｂ，４Ｃ
を通じて導かれた河川水は、流出土砂測定装置１０にお
いて土砂と水に分離する。流出土砂測定装置１０は、図
３に示すように、導水管４Ａ，４Ｂ，４Ｃ（以後符号は
４で代表させる）に接続する土砂分離装置５Ａ，５Ｂ，
５Ｃ（以後符号は５で代表させる）、土砂分離装置５に
内蔵した土砂重量測定装置６Ａ，６Ｂ，６Ｃ（以後符号
は６で代表させる）、濁度測定装置７、水量測定装置
８、及びデータ処理装置（図示せず）とから構成した。
これらの装置は流出土砂測定装置１０のベース１０Ｂの
上に設置し、ベース１０Ｂの上には土砂分離装置５で分
離された水を濁度測定装置７に導く帰還水路１１、水量
測定装置８で水量を測定した水を土砂分離装置５の方に
折り返すＵターン部１２、Ｕターン部１２から水を土砂
分離装置５の下部に導く排水路１３、及び、土砂分離装
置５で分離された土砂を、排水路１３からの水の力で河
川１に戻す傾斜放水路１４を設置する。１５は傾斜放水
路１４の開口を示している。

【００３１】ここでは、この流出土砂測定装置１０の詳
細な構成を、河川水の移動経路に従って順に説明する。
まず、流出土砂測定装置１０の河川水の入口部に設けた
土砂分離装置５の構成を図４を用いて説明する。

【００３２】(a) インパクトボックス２０ 土砂分離装置５の河川水の入口部に設けたものであり、
導水管４から流出する河川水に含まれる土砂の、土砂分
離装置５に対する衝撃力を減勢する衝撃緩衝装置であ
る。導水管４から放出された土砂を含む河川水は、土砂
分離装置５に入る前にこのインパクトボックス２０に設
けられた衝撃吸収板２１に当たり、土砂分離装置５に入
る。この結果、河川水に含まれる土砂は衝撃吸収板２１
に当たった衝撃で進行方向への衝撃力が緩和され、ガイ
ド部２２に導かれてインパクトボックス２０の下部に流
下して土砂分離装置５に入る。また、インパクトボック
ス２０はトロンメル５１に取り付けたので、インパクト
ボックス２０に加わる衝撃力を利用してトロンメル５１
に衝撃を連続して与え、トロンメル５１の内部に付着す
る微細土砂を振り落とすことができる。

【００３３】(b) トロンメル（モータで回転する円筒形
回転式フルイ）５１ 土砂分離装置５の入口部に設けたものであり、河川水に
含まれる土砂と水とを分離するものである。トロンメル
５１は０．５ｍｍの目のフルイ網を円筒形に形成したも
のであり、モータ５６によって回転する回転軸５２に取
り付けたものである。モータ５６や回転軸５２は土砂分
離装置５のフレーム５０に取り付けてある。また、回転
軸５２は土砂混じりの河川水が進む方向に水平方向から
地面に向かって下向きに傾斜させてある。従って、トロ
ンメル５１に進入した河川水は、直径が０．５ｍｍ以上
の土砂をトロンメル５１の中に残したまま、水（０．５
ｍｍ未満の直径の流砂を含む濁水）がトロンメル５１か
ら下に落下し、トロンメル５１の上には直径が０．５ｍ
ｍ以上の土砂が残る。トロンメル５１の内部に残った土
砂は、トロンメル５１の回転軸５２が前方に向かって下
に傾斜しており、トロンメル５１がモータ５６によって
回転しているので、トロンメル５１の先端部に押し出さ
れて落下する。

【００３４】上記したメロンメル５１は、通常は商用電
力によるモーターで駆動し、停電時は水車によって自力
駆動するように構成されている。この処置は、土砂の観
測中に停電などでモーターが止まると、回転式フルイ内
に土砂が流入し続けるが排出されないためにフルイが破
損する危険性が高いが、この対策として、停電時におい
ても、水車の駆動力によって回転させることで土砂を排
出し、フルイの破損を防いで観測が継続できる仕組みと
したものである。

【００３５】また、前記水車(55)の回転を発電機に連絡
(or連結)することにより、自家発電した電力をパソコン
などのデータ処理装置(9)に供給し、停電時でも観測機
器の制御と記録が可能となるシステムである。

【００３６】(c) 水車５５と発電機 トロンメル５１の下方には、トロンメル５１によって分
離された水を受ける樋５３を設け、樋５３で集めた水は
帰水路（帰水管）５４によって帰還水路１１に戻す。帰
水路５４の途中には水車５５を設け、帰水路５４を流れ
る水で回転させる。水車５５の回転軸５７は延長してそ
の先にＶベルト５８をかけ渡して回転式フルイ５１の回
転軸５２に連絡して回転式フルイ５１を駆動し、商用電
源の停電時でも回転式フルイを駆動させ土砂の分離を継
続することができる。なお、水車の回転を発電機（図示
しない）に連結することにより、自家発電した電力をパ
ソコンなどのデータ処理装置に供給し、停電時でも観測
制御と記録が継続できる仕組みとした。

【００３７】(d) 反転式回転バケット６１とロードセル
６３ トロンメル５１から円筒軸方向の下方に押し出された土
砂は、トロンメル５１の下方に設けた反転式回転バケッ
ト６１に溜まる。この回転バケット６１はフレーム６０
に回転軸６２で取り付けてあり、フレーム６０と回転バ
ケット６１の両方の重量は、フレーム６０の上部に取り
付けたロードセル６３によって計測する。回転バケット
６１はその中に溜まった土砂の量が一定重量に達すると
反転し、中に溜まっている土砂を排出すると同時にその
時刻を記録する。ロードセル６３による重量の時間変化
と回転バケット６１の反転時刻はデータ処理装置９に送
られるようにし、他の観測データと共にデータ処理装置
９に記録する。

【００３８】回転バケット６１が反転する土砂の蓄積重
量は、例えば、最下段の取水孔３Ｃに対応する回転バケ
ット６１の反転重量を５０ｋｇ、最上段と中断の取水孔
３Ａ、３Ｂに対応する回転バケット６１の反転重量を３
０ｋｇに設定した。回転バケット６１が反転して排出さ
れる土砂は、フレーム６０の下部に土砂流下ガイド６４
を設けて後述するパーシャルフリュームによる流量計測
後の帰還水の排水路１３内に落下させ、帰還水と共に河
川に戻す。

【００３９】(e) 土砂採取装置１６ なお、回転バケット６１に蓄えられた土砂の粒度を分析
すれば、河川掃流砂の粒度分布を把握することができ
る。そこで、この実施の形態では、粒度分析用の土砂サ
ンプルを簡便に採取できるように、回転バケット６１か
ら土砂が排出される地点に土砂採取装置として手動台車
１６を配置した。従って、有人測定を行う際は、この手
動台車１６を使用して回転バケット６１から排出された
土砂を採取すれば、土砂の重量、容積観測に並行して粒
度分析を行うことができる。無人測定の場合は土砂の重
量と容積測定のみである。

【００４０】次に、図４のように構成された土砂分離装
置５から排出された水の濁度と水量を測定する河川水の
濁度測定装置７と水量測定装置８の構成を図３に戻って
説明する。

【００４１】(f) 濁度測定装置７ 濁度測定装置７は土砂流量測定装置１０のベース１０Ｂ
上に、土砂分離装置５に隣接させて設ける。濁度測定装
置７は帰還水路１１に接続する貯水部７０、貯水部７０
の中に設けた濁度計７１及び整流板７２とから構成す
る。土砂分離装置５で分離された水は帰還水路１１を通
って濁度測定装置７の貯水部７０に入る。貯水部７０に
設けた複数個の整流板７２は、帰還水路１１から貯水部
７０に流入した水が乱れずにスムーズに流れる作用をす
る。貯水部７０の底部に設けた濁度計７１は、貯水部７
０に溜まった穏やかな水の濁度を測定する。

【００４２】濁度計７１は、計測対象とする濁水が高濁
度のケースを想定して、測定濃度は０〜３０，０００ｐ
ｐｍの高濃度濁度センサを用いる。高濃度濁度センサに
は、水温、電気伝導度センサを併設し、濁度データと同
時に濁水の水温と電気伝導度とを記録する。濁度計デー
タは濁水の浮遊砂濃度を直接計測するものではないの
で、浮遊砂濃度は予め測定して得られている「計測濁度
−浮遊砂量」の特性データから計算によって求めること
ができる。

【００４３】(g) 水量測定装置８ 土砂流量測定装置１０では、河川水から分離した土砂の
重量は前述の土砂重量測定装置６で計測できるが、土砂
濃度（含有土砂量グラム／リットル）に換算するには、
河川断面の水位、流量とは別に、計測した土砂重量をも
たらす導水管４内の流量を計測する必要がある。導水管
４内の流量（流速）測定は、導水管４の内部にピトー管
などの計器を設置できれば簡便に測定できるが、導水管
４内は土砂まじりの河川水が高速で流送されるので、セ
ンサが破壊される可能性が高い。管外から管内流量を超
音波などで計測することも考えられるが、この場合は管
内が満水状態であることが条件であり、空気が混ざって
いたり、土砂が含まれると超音波が阻害されて計測でき
ない。

【００４４】そこで、本発明では、３本の導水管４によ
って導かれ、土砂分離装置５で分離されて帰還水路１１
を流れる水の合計流量を計測する。この実施の形態で
は、水量測定装置８は濁度測定装置７に隣接させて設
け、濁度測定装置７の貯水部７０から流出した水をパー
シャルフリューム８０と水位計８１を用いて計測するよ
うにした。パーシャルフリューム８０は、例えば、最小
測定流量が０．０３１ｔ／ｓ、最大測定流量が０．４５
６ｔ／ｓのものを使用することができる。

【００４５】なお、この計測に加えて、中断、下段の導
水管４Ｂ，４Ｃに超音波式の管内液体流量計を設置して
計測精度を向上させるようにしても良い。

【００４６】(h) 排水路１３と傾斜放水路１４ 水量測定装置８で流量を測定した水は、ベース部１Ｂに
設けたＵターン部１２によってその流れの方向を反転さ
せ、排水路１３を通じて土砂分離装置５の全ての回転バ
ケット６１の直下まで導く。そして、３台の土砂分離装
置５Ａ，５Ｂ，５Ｃの直下には、この排水路１３に接続
する傾斜放水路１４を設ける。傾斜放水路１４は、図５
に示すように、土砂分離装置５の下の地面に傾斜して設
けたものであり、放水口１５が河川１に面している。

【００４７】よって、土砂分離装置５で分離された土砂
は、回転バケット６１で重量を計測された後に回転バケ
ット６１の下部に落下し、排水路１３内に堆積するの
で、排水路１３を流れてきた水により押し流し、傾斜放
水路１４を通じて放水口１５から河川１に戻すようにす
る。

【００４８】(i) データ処理装置 複数の土砂重量測定装置６、濁度測定装置７、および水
量測定装置８の測定結果はデータ処理装置に送り、ここ
でデータ処理して、この河川の水量に応じた土砂運搬量
を算出して連続的に記録する。即ち、この実施の形態で
は、土砂分離装置５の回転バケット６１に溜まる土砂の
時間的変化と回転バケット６１の反転した時刻、濁度測
定装置７によって計測された水の濁度、及び、水量測定
装置８で計測された水量を記録する。この場合、回転バ
ケット６１の土砂の重量は常時ロードセルで測定され、
ロードセルのデータはデータ処理装置９によって監視
し、一定時間間隔で記録を内蔵する。また、回転バケッ
ト６１に接続したカウンタは、回転バケット６１が回転
する毎に信号をデータ処理装置９に送り、その時刻をフ
ァイル番号とする全記録をファイルしておく。

【００４９】データ処理装置９に制御プログラムは濁度
計データ、河川水位、流速等も常時監視しており、濁度
計の浮遊砂濃度が設定値になると自動採取装置を作動あ
るいは中断するように命令するように構成する。

【００５０】このデータ処理装置９は、計測用コンピュ
ータ、無停電装置等から構成し、入力データは１６チャ
ネル、信号出力は４チャネルのように設定し、このコン
ピュータ１台で３台の土砂重量測定装置６、濁度測定装
置７、水温、管内流量、河川水位、流速データを取り込
んで制御することが可能なように構成する。

【００５１】図６は以上説明した本発明の流出土砂観測
システムの測定項目・測定方法の流れをまとめて示すブ
ロック図である。この図において破線で囲まれたブロッ
クは、本発明の流出土砂観測システム以外の作業を示す
ものである。なお、この図では、河川水に含まれる土砂
を全て流砂と記載してあるが、同じ意味である。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の流出土砂
観測システム及びその装置によれば、通常時、洪水時に
かかわらず、河川が運ぶ土砂量を自動的に計測すること
ができる。また、水車によりトロンメルを自力回転させ
ることが可能であるので、停電時でも稼働でき、パソコ
ン等のデータ処理装置への電力供給も行えるので、連続
計測と記録が可能である。よって、日本の河川における
土砂運搬量を計測することにより、流出土砂と海岸浸食
・河床変動や河川環境などとの関わり、ダム堆砂や河川
災害などを予測する基礎データの取得が可能となり、治
水・利水と環境保護の両方が重要視される今後の河川管
理への貢献度が大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】(a) は本発明の流出土砂観測システムの一実施
の形態の全体構成を示す構成図、(b) は取水孔の形状と
河床からの位置を示す説明図である。

【図２】(a) は本発明の流出土砂観測システムに用いら
れる導水管の配置図、(b) は導水管の所定箇所に設ける
点検蓋の構成を示す組立斜視図である。

【図３】本発明の流出土砂観測システムに用いられる流
出土砂測定装置の主要部分の構成を示す平面視説明図で
ある。

【図４】本発明の流出土砂観測システムに用いられる流
出土砂測定装置の正面視説明図である。

【図５】図４のＸ−Ｘ線における断面説明図である。

【図６】本発明の流出土砂観測システムの測定項目・測
定方法の流れを示すブロック図である。

【符号の説明】

１ 河川 ２ 砂防ダム ３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ 取水孔 ４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ 導水管 ５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ 土砂分離装置 ６Ａ，６Ｂ，６Ｃ 土砂重量測定装置 ７ 濁度測定装置 ８ 水量測定装置 ９ データ処理装置 １０ 土砂流量測定装置 １１ 帰還水路 １３ 排水路 １４ 傾斜放水路 １６ 手動台車 ２０ インパクトボックス ４０ 点検部 ４４ 点検口 ４６ 点検蓋 ５１ トロンメル（円筒形回転式フルイ） ５４ 帰水路 ５５ 水車 ６１ 回転バケット ６３ ロードセル ７０ 貯水部 ７１ 濁度計 ８０ パーシャルフリューム ８１ 水位計

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｇ０１Ｎ 33/18 Ｇ０１Ｎ 33/18 Ａ 33/24 33/24 Ｂ (72)発明者 深谷 寿久 長野県駒ヶ根市上穂南７−10 国土交通省 天竜川上流工事事務所内 (72)発明者 下井田 実 長野県駒ヶ根市上穂南７−10 国土交通省 天竜川上流工事事務所内 (72)発明者 浜名 秀治 愛知県名古屋市東区泉１−２−３ソアービ ル アジア航測株式会社内 (72)発明者 横山 康二 愛知県名古屋市東区泉１−２−３ソアービ ル アジア航測株式会社内 Ｆターム(参考） 2F030 CC05 CF09

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 土砂を運搬する河川（１）に設けた砂防
   ダム（２）において流出土砂を観測するシステムであっ
   て、 砂防ダム（２）の袖部（２Ｓ）に水深別に複数箇所に設
   置して河川水を取水する取水孔（３）と、 この取水孔（３）の各個に接続する複数本の導水管
   （４）と、 各導水管（４）の下流側に設けられ、各導水管（４）か
   ら放出された河川水から水と土砂とを分離する土砂分離
   装置（５）と、 この土砂分離装置（５）で分離された土砂を蓄積し、蓄
   積した土砂重量を測定する土砂重量測定装置（６）と、 前記土砂分離装置（５）で分離された水の濁度を測定す
   る濁度測定装置（７）と、 前記土砂分離装置（５）によって分離された水の水量を
   測定する水量測定装置（８）を備えることを特徴とする
   流出土砂観測システム。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の流出土砂観測システム
   であって、前記複数の土砂重量測定装置（６）、濁度測
   定装置（７）、および水量測定装置（８）の測定結果を
   データ処理して、この河川の水量に応じた土砂運搬量を
   算出して連続的に記録するデータ処理装置（９）を備え
   ることを特徴とする流出土砂観測システム。
3. 【請求項３】 請求項１又は２の何れか１項に記載の流
   出土砂観測システムであって、前記取水孔（３）が前記
   砂防ダム（２）の上段部、中段部、および下段部の３箇
   所に設けられていることを特徴とする流出土砂観測シス
   テム。
4. 【請求項４】 土砂を運搬する河川（１）に設けた砂防
   ダム（２）において流出土砂を観測するシステムに用い
   られる土砂分離装置（５）であって、 回転式フルイ（５１）を備えており、前記導水管（４）
   から放出された河川水はこの回転式フルイ（５１）の内
   部に導入され、所定径以上の土砂と、所定径未満の流砂
   を含む水に分離されることを特徴とする土砂分離装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載の土砂分離装置であって、 前記回転式フルイ（５１）により分離された水の帰水路
   （５４）に水車（５５）が設けられており、この水車の
   回転軸（５７）は発電機に連絡されて発電機を駆動する
   ようになっており、前記発電機によって発電された電力
   により停電時でも前記各測定ができるように構成されて
   いることを特徴とする土砂分離装置。
6. 【請求項６】 請求項４又は５の何れか１項に記載の土
   砂分離装置であって、 この土砂分離装置（５）への河川水の入口部に、前記導
   水管（４）から流出する河川水に含まれる土砂の、前記
   土砂分離装置（５）に対する衝撃力を減勢する衝撃緩衝
   装置（２０）が設けられていることを特徴とする土砂分
   離装置。
7. 【請求項７】 土砂を運搬する河川（１）に設けた砂防
   ダム（２）において流出土砂を観測するシステムに用い
   られる土砂重量測定装置（６）であって、 前記土砂分離装置（５）で分離された土砂を蓄積するバ
   ケット（６１）と、このバケット（６１）に蓄積された
   土砂の重量を測定するロードセル（６３）とを備えるこ
   とを特徴とする土砂重量測定装置。