JP2003329625A - 有機液体物質による土壌の汚染を検出する方法 - Google Patents
有機液体物質による土壌の汚染を検出する方法Info
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 有機汚染物質の非飽和系での検出手法、すな
わち、有機汚染物質の漏洩地点近傍で監視可能な手法の
提供。 【解決手段】 双極熱パルス法による体積熱容量の測定
と、時間域反射法による電磁波の反射特性から比誘電率
ε及び電気伝導度σの測定との組み合わせた測定ができ
る２線以上のプローブ針を持つプローブを用いて、既知
の汚染物濃度及び土壌水分量θの標準土壌の試料の前記
各特性をほぼ同時的に測定し、土壌水分量θと体積熱容
量との相関、土壌水分量θと比誘電率εとの相関、及び
土壌水分量θと電気伝導度σとの相関を作製し、土壌水
分量θを検出し、該検出した土壌水分量θと原位置被測
定土壌の電気伝導度σとに相当する点を土壌水分量θと
電気伝導度σとの相関中にプロットして、該プロットの
最も近接する土壌水分量θと電気伝導度σとの相関にお
ける水分中の汚染物濃度から原位置被測定土壌中の汚染
物の存在及び汚染物の濃度Ｃを検出する。
わち、有機汚染物質の漏洩地点近傍で監視可能な手法の
提供。 【解決手段】 双極熱パルス法による体積熱容量の測定
と、時間域反射法による電磁波の反射特性から比誘電率
ε及び電気伝導度σの測定との組み合わせた測定ができ
る２線以上のプローブ針を持つプローブを用いて、既知
の汚染物濃度及び土壌水分量θの標準土壌の試料の前記
各特性をほぼ同時的に測定し、土壌水分量θと体積熱容
量との相関、土壌水分量θと比誘電率εとの相関、及び
土壌水分量θと電気伝導度σとの相関を作製し、土壌水
分量θを検出し、該検出した土壌水分量θと原位置被測
定土壌の電気伝導度σとに相当する点を土壌水分量θと
電気伝導度σとの相関中にプロットして、該プロットの
最も近接する土壌水分量θと電気伝導度σとの相関にお
ける水分中の汚染物濃度から原位置被測定土壌中の汚染
物の存在及び汚染物の濃度Ｃを検出する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、双極熱パルス法に
よる体積熱容量ρＣ（Ｊ／ｍ３／Ｋ）の測定と、時間域
反射法（ＴＤＲ法）による電磁波の反射特性から比誘電
率ε及び電気伝導度σの測定とを組み合わせた２線以上
のプローブ針を持つプローブを用いて前記各特性をほぼ
同時的に観測できるサーモ−ＴＤＲ法により、汚染物濃
度及び土壌水分量θが既知の標準土壌の試料を用いて、
土壌水分量θと体積熱容量ρＣ（Ｊ／ｍ３／Ｋ）との相
関、土壌水分量θと比誘電率εとの相関、及び土壌水分
量θと電気伝導度σとの相関を作製し、原位置被測定土
壌の体積熱容量ρＣ（Ｊ／ｍ ３／Ｋ）又は／及び比誘電
率εの測定値から土壌水分量θ（この水分量は、水分中
に汚染物がある場合はそれを含めた値である）を検出
し、該検出した土壌水分量θと時間域反射法（ＴＤＲ
法）による原位置被測定土壌の電気伝導度σとから決定
される点を前記標準土壌の試料を用いて作成した土壌水
分量θと電気伝導度σとの相関中にプロットして、該プ
ロットの最も近接する土壌水分量θと電気伝導度σとの
相関から原位置被測定土壌中の汚染物の存在及び汚染物
の濃度を検出することを特徴とする有機液体物質による
土壌の汚染を検出する方法に関する。
よる体積熱容量ρＣ（Ｊ／ｍ３／Ｋ）の測定と、時間域
反射法（ＴＤＲ法）による電磁波の反射特性から比誘電
率ε及び電気伝導度σの測定とを組み合わせた２線以上
のプローブ針を持つプローブを用いて前記各特性をほぼ
同時的に観測できるサーモ−ＴＤＲ法により、汚染物濃
度及び土壌水分量θが既知の標準土壌の試料を用いて、
土壌水分量θと体積熱容量ρＣ（Ｊ／ｍ３／Ｋ）との相
関、土壌水分量θと比誘電率εとの相関、及び土壌水分
量θと電気伝導度σとの相関を作製し、原位置被測定土
壌の体積熱容量ρＣ（Ｊ／ｍ ３／Ｋ）又は／及び比誘電
率εの測定値から土壌水分量θ（この水分量は、水分中
に汚染物がある場合はそれを含めた値である）を検出
し、該検出した土壌水分量θと時間域反射法（ＴＤＲ
法）による原位置被測定土壌の電気伝導度σとから決定
される点を前記標準土壌の試料を用いて作成した土壌水
分量θと電気伝導度σとの相関中にプロットして、該プ
ロットの最も近接する土壌水分量θと電気伝導度σとの
相関から原位置被測定土壌中の汚染物の存在及び汚染物
の濃度を検出することを特徴とする有機液体物質による
土壌の汚染を検出する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、有機溶剤などが地下貯蔵タンク等
から漏れて環境を汚染することがあった。そこで、その
ような汚染を監視する必用があったが、監視手段として
は、前記漏洩物が地下水面に達した後、近傍の井戸水を
採取することよって初めて地下水などを汚染しているこ
とが発見できるに過ぎなかった。これに対し、例えば、
平成１２年１０月１３日：農業土木学会東北支部 第４
５回研究発表会 講演要旨集「ＴＤＲ法による飽和土中
のＮＡＰＬ（Non-Aqueous Phase Liquid）含有量測定の
試み」（以下、文献１）において、発表者らは、水より
も比重が小さな非水相液（Light Non-Aqueous Phase Li
quid＝Ｌ−ＮＡＰＬ）として灯油を用い、水−灯油飽和
２相系カラム浸透試験における、供試体の灯油含有量の
非破壊的測定方法としてＴＤＲ水分計の利用を検討して
いる。
から漏れて環境を汚染することがあった。そこで、その
ような汚染を監視する必用があったが、監視手段として
は、前記漏洩物が地下水面に達した後、近傍の井戸水を
採取することよって初めて地下水などを汚染しているこ
とが発見できるに過ぎなかった。これに対し、例えば、
平成１２年１０月１３日：農業土木学会東北支部 第４
５回研究発表会 講演要旨集「ＴＤＲ法による飽和土中
のＮＡＰＬ（Non-Aqueous Phase Liquid）含有量測定の
試み」（以下、文献１）において、発表者らは、水より
も比重が小さな非水相液（Light Non-Aqueous Phase Li
quid＝Ｌ−ＮＡＰＬ）として灯油を用い、水−灯油飽和
２相系カラム浸透試験における、供試体の灯油含有量の
非破壊的測定方法としてＴＤＲ水分計の利用を検討して
いる。
【０００３】その測定法は、土の見かけの比誘電率と水
分量との間に経験関数関係が成り立つことを利用するも
のである。その経験関数関係とは、水の比誘電率８０に
対して、ＮＡＰＬの比誘電率は土粒子などとほぼ同じで
あり、土中に存在する場合ＮＡＰＬは土粒子と同質とみ
なすことができ、したがって、ＴＤＲ水分計により間隙
率ｎの土の見かけの比誘電率を測定し、体積含水率既知
の土を用いて、予め作製した比誘電率と体積含水率θＷ
との相関に前記測定比誘電率を当てはめて、体積含水率
θＷを求めると、ＮＡＰＬ含有率θｏｉｌ＝ｎ−θＷの
関係からＮＡＰＬ含有量が求められる。しかしながら、
前記原理は水−ＮＡＰＬ飽和２相系を前提とするため、
飽和水の条件においてのみ適用できるにすぎません。し
たがって、貯蔵タンクから漏洩した有機溶媒が地下水面
に達して初めて検出できるに過ぎない。したがって、漏
洩地付近での有機溶媒の漏洩の検出という問題点の解決
には役立たない。
分量との間に経験関数関係が成り立つことを利用するも
のである。その経験関数関係とは、水の比誘電率８０に
対して、ＮＡＰＬの比誘電率は土粒子などとほぼ同じで
あり、土中に存在する場合ＮＡＰＬは土粒子と同質とみ
なすことができ、したがって、ＴＤＲ水分計により間隙
率ｎの土の見かけの比誘電率を測定し、体積含水率既知
の土を用いて、予め作製した比誘電率と体積含水率θＷ
との相関に前記測定比誘電率を当てはめて、体積含水率
θＷを求めると、ＮＡＰＬ含有率θｏｉｌ＝ｎ−θＷの
関係からＮＡＰＬ含有量が求められる。しかしながら、
前記原理は水−ＮＡＰＬ飽和２相系を前提とするため、
飽和水の条件においてのみ適用できるにすぎません。し
たがって、貯蔵タンクから漏洩した有機溶媒が地下水面
に達して初めて検出できるに過ぎない。したがって、漏
洩地付近での有機溶媒の漏洩の検出という問題点の解決
には役立たない。
【０００４】土壌の見かけの比誘電率は、土壌水分量、
有機溶媒誘電率、存在形態などの関数であり、土壌の見
かけの誘電率は土壌の間隙を満たす有機溶媒の含水率に
より誘電率と含水率の相関関係が異なるので、前記文献
記載の方法をそのまま不飽和土壌へ適用することは不可
能である。
有機溶媒誘電率、存在形態などの関数であり、土壌の見
かけの誘電率は土壌の間隙を満たす有機溶媒の含水率に
より誘電率と含水率の相関関係が異なるので、前記文献
記載の方法をそのまま不飽和土壌へ適用することは不可
能である。
【０００５】一方、本発明者らは、体積含水率θ、電気
伝導度σ、見かけの比誘電率ε、体積熱容量ρＣなどを
ほぼ同時的に測定できるサーモ−時間域反射法 (Thermo
-Time Domain Reflectometry、Thermo-ＴＤＲ)法を開発
した（Ren, T., K. Noborio,and R. Horton. 1999. Mea
suring soil water content, electrical conductivit
y, and thermal properties with a thermo-time domai
n reflectometry probe. Soil Sci. Soc. Am. J. 63:45
0-457.以下、文献２）。その原理は、２以上、前記文献
では３線（ロッド）のプローブ針からなる測定プローブ
に、前記プローブの少なくとも２以上のプローブ針にＴ
ＤＲ法により前記体積含水率θ、電気伝導度σ及び見か
けの比誘電率εを同時に測定でき機能を持たせると同時
に、少なくとも２以上のプローブ針に双極熱パルス法
（Dual−Probe Heat Pulse Method，ＤＰＨＰ）によ
り、体積含水率θ、体積熱容量ρＣなどを測定できる機
能を持たせて、小さな時間間隔、換言すればほぼ同時的
に前記２つの測定法により、土壌の体積含液量(q)と電
気伝導度(s)、見かけ誘電率ε及び体積熱容量を測定す
るものである。
伝導度σ、見かけの比誘電率ε、体積熱容量ρＣなどを
ほぼ同時的に測定できるサーモ−時間域反射法 (Thermo
-Time Domain Reflectometry、Thermo-ＴＤＲ)法を開発
した（Ren, T., K. Noborio,and R. Horton. 1999. Mea
suring soil water content, electrical conductivit
y, and thermal properties with a thermo-time domai
n reflectometry probe. Soil Sci. Soc. Am. J. 63:45
0-457.以下、文献２）。その原理は、２以上、前記文献
では３線（ロッド）のプローブ針からなる測定プローブ
に、前記プローブの少なくとも２以上のプローブ針にＴ
ＤＲ法により前記体積含水率θ、電気伝導度σ及び見か
けの比誘電率εを同時に測定でき機能を持たせると同時
に、少なくとも２以上のプローブ針に双極熱パルス法
（Dual−Probe Heat Pulse Method，ＤＰＨＰ）によ
り、体積含水率θ、体積熱容量ρＣなどを測定できる機
能を持たせて、小さな時間間隔、換言すればほぼ同時的
に前記２つの測定法により、土壌の体積含液量(q)と電
気伝導度(s)、見かけ誘電率ε及び体積熱容量を測定す
るものである。
【０００６】前記文献２では、前記測定プローブを用い
て、食塩水を用いて体積含水率θと電気伝導度σとの相
関特性、体積含水率θと見かけの比誘電率εとの相関な
どを測定し、前記測定プローブはほぼ同時に体積含液量
(q)と電気伝導度(s)、見かけ誘電率ε及び土壌の熱特性
の測定に適用できること、そして、体積含水率θと電気
伝導度σとの相関特性は良好であるが、土壌水分量θと
比誘電率εとの相関には、別個の検量線の作成が必要で
あることに言及している。しかしながら、有機溶剤など
の汚染の検出及び汚染度を測定する方法に適用すること
についての言及はない。
て、食塩水を用いて体積含水率θと電気伝導度σとの相
関特性、体積含水率θと見かけの比誘電率εとの相関な
どを測定し、前記測定プローブはほぼ同時に体積含液量
(q)と電気伝導度(s)、見かけ誘電率ε及び土壌の熱特性
の測定に適用できること、そして、体積含水率θと電気
伝導度σとの相関特性は良好であるが、土壌水分量θと
比誘電率εとの相関には、別個の検量線の作成が必要で
あることに言及している。しかしながら、有機溶剤など
の汚染の検出及び汚染度を測定する方法に適用すること
についての言及はない。
【０００７】地下水に達してからの汚染物質の除去には
膨大な時間と経費が必要であるので、早期に不飽和土壌
層中での漏れを検出するセンサーの開発が望まれ、汚染
物質が地下水面に達する前に、初期段階においての検出
が可能であれば、地下水汚染を未然に防止したり、最小
限の汚染に食い止めることが可能である。
膨大な時間と経費が必要であるので、早期に不飽和土壌
層中での漏れを検出するセンサーの開発が望まれ、汚染
物質が地下水面に達する前に、初期段階においての検出
が可能であれば、地下水汚染を未然に防止したり、最小
限の汚染に食い止めることが可能である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の課題
は、有機溶剤などの土壌への漏れを漏洩地点の近傍にて
検出する方法を提供することである。本発明者は、前記
文献２に開示したサーモ−ＴＤＲ方法による土壌の監視
技術を基本とし、漏洩地点近傍において有機溶剤などの
土壌への漏れを検出可能とするために、汚染物と水との
飽和系でなくても、少なくとも汚染物の漏洩を検出で
き、更には、汚染物の濃度を検出可能できる方法を確立
するために、サーモ−ＴＤＲ方法によりほぼ同時測定可
能な、体積含水率θに対する電気伝導度σ、見かけの比
誘電率ε、及び体積熱容量ρＣのそれぞれの相関を有効
に利用することにより、前記課題を解決できる手法が確
立できるのではないかと考えた。そこで、既知の汚染物
濃度及び土壌水分量θの標準土壌の試料の体積熱容量ρ
Ｃ、比誘電率ε及び電気伝導度σを測定し、前記ほぼ同
時的に測定された各特性から、土壌水分量θと体積熱容
量ρＣ（Ｊ／ｍ３／Ｋ）との相関、土壌水分量θと比誘
電率εとの相関、及び土壌水分量θと電気伝導度σとの
相関を作製したところ、前記各相関における、汚染物濃
度及び土壌水分量の違いに対する、体積熱容量ρＣ（Ｊ
／ｍ３／Ｋ）、比誘電率ε及び電気伝導度σと土壌水分
量θの相関に特徴があることを見出し、このような特性
をうまく利用すると、汚染物の非飽和系でも、前記汚染
物の土壌への漏洩の有無だけでなく、土壌水分中の汚染
物のおおよその濃度も測定できることを見出し、本発明
の前記課題を解決することができた。なお、本明細書に
おいて、ほぼ同時的とは、同時ではないが、極めて短時
間の経時の後に２つの測定が可能であることを意味す
る。
は、有機溶剤などの土壌への漏れを漏洩地点の近傍にて
検出する方法を提供することである。本発明者は、前記
文献２に開示したサーモ−ＴＤＲ方法による土壌の監視
技術を基本とし、漏洩地点近傍において有機溶剤などの
土壌への漏れを検出可能とするために、汚染物と水との
飽和系でなくても、少なくとも汚染物の漏洩を検出で
き、更には、汚染物の濃度を検出可能できる方法を確立
するために、サーモ−ＴＤＲ方法によりほぼ同時測定可
能な、体積含水率θに対する電気伝導度σ、見かけの比
誘電率ε、及び体積熱容量ρＣのそれぞれの相関を有効
に利用することにより、前記課題を解決できる手法が確
立できるのではないかと考えた。そこで、既知の汚染物
濃度及び土壌水分量θの標準土壌の試料の体積熱容量ρ
Ｃ、比誘電率ε及び電気伝導度σを測定し、前記ほぼ同
時的に測定された各特性から、土壌水分量θと体積熱容
量ρＣ（Ｊ／ｍ３／Ｋ）との相関、土壌水分量θと比誘
電率εとの相関、及び土壌水分量θと電気伝導度σとの
相関を作製したところ、前記各相関における、汚染物濃
度及び土壌水分量の違いに対する、体積熱容量ρＣ（Ｊ
／ｍ３／Ｋ）、比誘電率ε及び電気伝導度σと土壌水分
量θの相関に特徴があることを見出し、このような特性
をうまく利用すると、汚染物の非飽和系でも、前記汚染
物の土壌への漏洩の有無だけでなく、土壌水分中の汚染
物のおおよその濃度も測定できることを見出し、本発明
の前記課題を解決することができた。なお、本明細書に
おいて、ほぼ同時的とは、同時ではないが、極めて短時
間の経時の後に２つの測定が可能であることを意味す
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、双極熱パルス
法による体積熱容量ρＣ（Ｊ／ｍ３／Ｋ）の測定と、時
間域反射法（ＴＤＲ法）による電磁波の反射特性から比
誘電率ε及び電気伝導度σの測定との組み合わせた測定
ができる２線以上のプローブ針を持つプローブを用い
て、既知の汚染物濃度及び土壌水分量θの標準土壌の試
料の前記各特性をほぼ同時的に測定し、土壌水分量θと
体積熱容量ρＣ（Ｊ／ｍ３／Ｋ）との相関、土壌水分量
θと比誘電率εとの相関、及び土壌水分量θと電気伝導
度σとの相関を作製し、原位置被測定土壌の体積熱容量
ρＣ（Ｊ／ｍ３／Ｋ）又は／及び比誘電率εの測定値か
ら土壌水分量θ（この水分量は、水分中に汚染物がある
場合はそれを含めた値である）を検出し、該検出した土
壌水分量θと原位置被測定土壌の電気伝導度σとに相当
する点を前記標準土壌の試料を用いて作成した土壌水分
量θと電気伝導度σとの相関中にプロットして、該プロ
ットの最も近接する土壌水分量θと電気伝導度σとの相
関における水分中の汚染物濃度から原位置被測定土壌中
の汚染物の存在及び汚染物の濃度Ｃを検出することを特
徴とする有機液体物質による土壌の汚染を検出する方法
である。
法による体積熱容量ρＣ（Ｊ／ｍ３／Ｋ）の測定と、時
間域反射法（ＴＤＲ法）による電磁波の反射特性から比
誘電率ε及び電気伝導度σの測定との組み合わせた測定
ができる２線以上のプローブ針を持つプローブを用い
て、既知の汚染物濃度及び土壌水分量θの標準土壌の試
料の前記各特性をほぼ同時的に測定し、土壌水分量θと
体積熱容量ρＣ（Ｊ／ｍ３／Ｋ）との相関、土壌水分量
θと比誘電率εとの相関、及び土壌水分量θと電気伝導
度σとの相関を作製し、原位置被測定土壌の体積熱容量
ρＣ（Ｊ／ｍ３／Ｋ）又は／及び比誘電率εの測定値か
ら土壌水分量θ（この水分量は、水分中に汚染物がある
場合はそれを含めた値である）を検出し、該検出した土
壌水分量θと原位置被測定土壌の電気伝導度σとに相当
する点を前記標準土壌の試料を用いて作成した土壌水分
量θと電気伝導度σとの相関中にプロットして、該プロ
ットの最も近接する土壌水分量θと電気伝導度σとの相
関における水分中の汚染物濃度から原位置被測定土壌中
の汚染物の存在及び汚染物の濃度Ｃを検出することを特
徴とする有機液体物質による土壌の汚染を検出する方法
である。
【００１０】好ましくは、比較的水分量が大きい場合に
は、土壌水分量θと電気伝導度σとの相関上に原位置被
測定土壌の水分量をプロットする際の土壌水分量θの値
として、土壌水分量θと体積熱容量ρＣ（Ｊ／ｍ３／
Ｋ）との相関から得られた土壌水分量の値を利用し、比
較的水分量が小さい場合には、土壌水分量θと比誘電率
εとの相関から得られた土壌水分量の値を利用すること
を特徴とする前記の被測定土壌中の汚染物の存在及び汚
染物の濃度Ｃを検出する方法であり、より好ましくは、
双極熱パルス法における温度センサーを配置したプロー
ブ針及び／又は時間域反射法（ＴＤＲ法）による電磁波
の反射及び電気伝導度測定針を２以上とし、被測定土壌
領域をプローブ針の数だけ拡げたことを特徴とする前記
の各被測定土壌中の汚染物の存在及び汚染物の濃度Ｃを
検出する方法であり、更に好ましくは、比誘電率εの測
定がオシログラフ上に現れるプローブ針の始端と終端の
電磁波の反射点から観察される見かけ状の長さの変化
〔Ｌａ／Ｌ（実際のプローブの長さ）〕２の関数として
知ることにより算出されることを特徴とする前記各被測
定土壌中の汚染物の存在及び汚染物の濃度Ｃを検出する
方法である。
は、土壌水分量θと電気伝導度σとの相関上に原位置被
測定土壌の水分量をプロットする際の土壌水分量θの値
として、土壌水分量θと体積熱容量ρＣ（Ｊ／ｍ３／
Ｋ）との相関から得られた土壌水分量の値を利用し、比
較的水分量が小さい場合には、土壌水分量θと比誘電率
εとの相関から得られた土壌水分量の値を利用すること
を特徴とする前記の被測定土壌中の汚染物の存在及び汚
染物の濃度Ｃを検出する方法であり、より好ましくは、
双極熱パルス法における温度センサーを配置したプロー
ブ針及び／又は時間域反射法（ＴＤＲ法）による電磁波
の反射及び電気伝導度測定針を２以上とし、被測定土壌
領域をプローブ針の数だけ拡げたことを特徴とする前記
の各被測定土壌中の汚染物の存在及び汚染物の濃度Ｃを
検出する方法であり、更に好ましくは、比誘電率εの測
定がオシログラフ上に現れるプローブ針の始端と終端の
電磁波の反射点から観察される見かけ状の長さの変化
〔Ｌａ／Ｌ（実際のプローブの長さ）〕２の関数として
知ることにより算出されることを特徴とする前記各被測
定土壌中の汚染物の存在及び汚染物の濃度Ｃを検出する
方法である。
【００１１】
【本発明の実施の態様】本発明をより詳細に説明する。
Ａ．本発明の特徴を図面を参照しながら説明する。図１
は、３針またはロッドからなる３線のプローブ針ＰＲを
持ったプローブＰからなり、該プローブ針の少なくとも
２線には双極熱パルス法用のヒータＨ及び該ヒータによ
るパルス加熱の際の温度の経時変化を温度測定器、例え
ばサーモカップルＴＣまたはサーミスターが配置され、
少なくとも１線には時間域反射法（ＴＤＲ法）用の電磁
波による比誘電率ε及び電気伝導度σの測定のための同
軸ケーブルＣＣに接続された長さＬの電磁波伝達電極Ｐ
Ｅが配置された構造に設計されている。前記時間域反射
法（ＴＤＲ法）用の電磁波による比誘電率ε及び電気伝
導度σの測定のための同軸ケーブルＣＣは、パルス発生
器ＰＧと電磁波の相対速度Ｖｐの電磁波伝達電極の始端
及び終端から反射た電磁波を検出し、前記電極の見かけ
状の長さＬａを表示、情報処理機器を内蔵するオシロス
コープＯＳに接続される、図２に示される構造に設計さ
れている。比誘電率ε及び電気伝導度σは以下の数式
（１）及び数式（２）により算出される。
は、３針またはロッドからなる３線のプローブ針ＰＲを
持ったプローブＰからなり、該プローブ針の少なくとも
２線には双極熱パルス法用のヒータＨ及び該ヒータによ
るパルス加熱の際の温度の経時変化を温度測定器、例え
ばサーモカップルＴＣまたはサーミスターが配置され、
少なくとも１線には時間域反射法（ＴＤＲ法）用の電磁
波による比誘電率ε及び電気伝導度σの測定のための同
軸ケーブルＣＣに接続された長さＬの電磁波伝達電極Ｐ
Ｅが配置された構造に設計されている。前記時間域反射
法（ＴＤＲ法）用の電磁波による比誘電率ε及び電気伝
導度σの測定のための同軸ケーブルＣＣは、パルス発生
器ＰＧと電磁波の相対速度Ｖｐの電磁波伝達電極の始端
及び終端から反射た電磁波を検出し、前記電極の見かけ
状の長さＬａを表示、情報処理機器を内蔵するオシロス
コープＯＳに接続される、図２に示される構造に設計さ
れている。比誘電率ε及び電気伝導度σは以下の数式
（１）及び数式（２）により算出される。
【００１２】
【数１】
【００１３】
【数２】
【００１４】前記数式（２）において、Ｋｐはプローブ
の形状係数（１／ｍ）、Ｚｕは測定器の出力インピーダ
ンス（Ω）、ρ∞はプローブ終端から十分離れたところ
での電磁波の反射係数である。
の形状係数（１／ｍ）、Ｚｕは測定器の出力インピーダ
ンス（Ω）、ρ∞はプローブ終端から十分離れたところ
での電磁波の反射係数である。
【００１５】双極熱パルス法により、ヒータＨに加えら
れた電力ｑ〔Ｗ／ｍ（分）〕により熱パルス、例えばｔ
o=１５秒の熱パルスを加え、これを適当な土壌厚ｒ
（ｍ）さを介して配置されたプローブ針（温度センサー
針）に配置された温度測定器、例えばサーモカップルＴ
Ｃにより温度の経時変化を測定し、そこでの最高温度Ｔ
ｍ（℃）に達する時間ｔｍ〔秒（ｓ）〕を測定する。こ
れらの測定から次の数式（３）により体積熱容量ρＣを
求める。
れた電力ｑ〔Ｗ／ｍ（分）〕により熱パルス、例えばｔ
o=１５秒の熱パルスを加え、これを適当な土壌厚ｒ
（ｍ）さを介して配置されたプローブ針（温度センサー
針）に配置された温度測定器、例えばサーモカップルＴ
Ｃにより温度の経時変化を測定し、そこでの最高温度Ｔ
ｍ（℃）に達する時間ｔｍ〔秒（ｓ）〕を測定する。こ
れらの測定から次の数式（３）により体積熱容量ρＣを
求める。
【００１６】
【数３】
【００１７】式（３）において、αは、次式（４）で求
められる熱拡散係数であり、Ｅｉは指数積分である。
められる熱拡散係数であり、Ｅｉは指数積分である。
【００１８】
【数４】
【００１９】ヒータＨ配置プローブにおける、熱パルス
付与時の温度変化を図３（Ａ）で表され、距離ｒの土壌
を介して配置されたセンサー針における温度変化を図３
（Ｂ）で表される。
付与時の温度変化を図３（Ａ）で表され、距離ｒの土壌
を介して配置されたセンサー針における温度変化を図３
（Ｂ）で表される。
【００２０】
【実施例】ここでは、本発明を実施例を挙げて説明する
が、これは、より本発明を理解し易くするためのもので
あり、本発明はこれにより限定されないことは当然であ
る。
が、これは、より本発明を理解し易くするためのもので
あり、本発明はこれにより限定されないことは当然であ
る。
【００２１】実施例１
土壌水分量θと電気伝導度σとの相関（検量線）を示す
図４の作製。 室内において、既知濃度、０％（●）、２０％（□）及
び５０％（×）の汚染物質として想定したエチルアルコ
ールを含む表中水分を砂質土壌に加えて土壌水分量θを
変えたサンプルを作成し、時間域反射法（ＴＤＲ法）に
よりバルク電気伝導度σを測定して図４に示す土壌水分
量θと電気伝導度σとの相関（検量線）を作成した。こ
の相関の特徴は、汚染物質の濃度により土壌水分量θと
電気伝導度σとの相関が識別できることである。この特
性は、原位置被測定土壌における土壌水分量をより正確
に測定できる手法と原位置被測定土壌の電気伝導度σと
から汚染物質の濃度を知ることができるということであ
る。
図４の作製。 室内において、既知濃度、０％（●）、２０％（□）及
び５０％（×）の汚染物質として想定したエチルアルコ
ールを含む表中水分を砂質土壌に加えて土壌水分量θを
変えたサンプルを作成し、時間域反射法（ＴＤＲ法）に
よりバルク電気伝導度σを測定して図４に示す土壌水分
量θと電気伝導度σとの相関（検量線）を作成した。こ
の相関の特徴は、汚染物質の濃度により土壌水分量θと
電気伝導度σとの相関が識別できることである。この特
性は、原位置被測定土壌における土壌水分量をより正確
に測定できる手法と原位置被測定土壌の電気伝導度σと
から汚染物質の濃度を知ることができるということであ
る。
【００２２】土壌水分量θと比誘電率εとの相関（検量
線）を示す図５の作製。 室内において、既知濃度、０％（●）、２０％（□）及
び５０％（×）の汚染物質として想定したエチルアルコ
ールを含む表中水分を砂質土壌に加えて土壌水分量θを
変えたサンプルを作成し、時間域反射法（ＴＤＲ法）に
より比誘電率εを測定して図５に示す土壌水分量θと比
誘電率εとの相関（検量線）を作成した。この相関の特
長は、土壌水分量の比較的少ない条件において、ここで
は土壌水分量θが０．１ｍ3／ｍ3の近傍において汚染物
質を想定したエタノールの濃度の違いがあってもほぼ正
確な土壌水分量θの値を知ることができるということで
ある。因みに、自然土壌における土壌水分量の最大値は
ほぼ０．３５〜０．４０ｍ３／ｍ３程度である。
線）を示す図５の作製。 室内において、既知濃度、０％（●）、２０％（□）及
び５０％（×）の汚染物質として想定したエチルアルコ
ールを含む表中水分を砂質土壌に加えて土壌水分量θを
変えたサンプルを作成し、時間域反射法（ＴＤＲ法）に
より比誘電率εを測定して図５に示す土壌水分量θと比
誘電率εとの相関（検量線）を作成した。この相関の特
長は、土壌水分量の比較的少ない条件において、ここで
は土壌水分量θが０．１ｍ3／ｍ3の近傍において汚染物
質を想定したエタノールの濃度の違いがあってもほぼ正
確な土壌水分量θの値を知ることができるということで
ある。因みに、自然土壌における土壌水分量の最大値は
ほぼ０．３５〜０．４０ｍ３／ｍ３程度である。
【００２３】土壌水分量θと体積熱容量ρＣ（Ｊ／ｍ３
／Ｋ）との相関（検量線）を示す図６の作製。 室内において、既知濃度、０％（●）、２０％（□）及
び５０％（×）の汚染物質として想定したエチルアルコ
ールを含む表中水分を粘質土壌に加えて土壌水分量θを
変えたサンプルを作成し、双極熱パルス法（Dual−Prob
e Heat Pulse Method，ＤＰＨＰ）により体積熱容量ρ
Ｃを測定して図６に示す土壌水分量θと体積熱容量ρＣ
との相関（検量線）を作成した。この相関の特長は、土
壌水分量の比較的大きい条件において、ここでは土壌水
分量θが０．３ｍ３／ｍ３の近傍において汚染物質を想
定したエタノールの濃度の違いがあってもほぼ正確な土
壌水分量θの値を知ることができるということである。
／Ｋ）との相関（検量線）を示す図６の作製。 室内において、既知濃度、０％（●）、２０％（□）及
び５０％（×）の汚染物質として想定したエチルアルコ
ールを含む表中水分を粘質土壌に加えて土壌水分量θを
変えたサンプルを作成し、双極熱パルス法（Dual−Prob
e Heat Pulse Method，ＤＰＨＰ）により体積熱容量ρ
Ｃを測定して図６に示す土壌水分量θと体積熱容量ρＣ
との相関（検量線）を作成した。この相関の特長は、土
壌水分量の比較的大きい条件において、ここでは土壌水
分量θが０．３ｍ３／ｍ３の近傍において汚染物質を想
定したエタノールの濃度の違いがあってもほぼ正確な土
壌水分量θの値を知ることができるということである。
【００２４】原位置被測定土壌の汚染物を想定したのエ
タノールの存在及びその濃度Ｃの検出 ここでは、実際の測定値を示さないが、前記検出におけ
る、前記図４〜６から汚染物に想定したエタノールの濃
度を知る方法を説明知る。先ず、原位置被測定土壌に設
置したサーモ−ＴＤＲ法によるプローブＰにより、原位
置被測定土壌の体積熱容量ρＣ、比誘電率ε及び電気伝
導度σを測定する。これらの測定値の体積熱容量ρＣを
前記図６に与えて、また、比誘電率εを前記図５に与え
て、相関（検量線）から土壌水分量θ、例えば０．３を
知る。前記手法により知った土壌水分量θと前記原位置
被測定土壌を測定して得られた電気伝導度σ、例えば１
０（ｍＳ／ｍ）から決定される点（１０、０．３）を前
記図４にプロット、例えば○、する。前記プロットした
点が汚染物質２０％（容積濃度）の相関（検量線）に近
いから、汚染物濃度を２０％（容積濃度）と知ることが
できる。前記相関（検量線）は、前記測定原理から、汚
染物質として想定したエタノールのみでなく、エタノー
ルと近似の体積熱容量、比誘電率を持つ有機物質、例え
ばメタノール、アセトニトリルに対してそのまま適用で
きる。有機塩素系化合物、石油などに対しても前記相関
の作成の手法により汚染の有無及び汚染物濃度の推定に
適用可能である。
タノールの存在及びその濃度Ｃの検出 ここでは、実際の測定値を示さないが、前記検出におけ
る、前記図４〜６から汚染物に想定したエタノールの濃
度を知る方法を説明知る。先ず、原位置被測定土壌に設
置したサーモ−ＴＤＲ法によるプローブＰにより、原位
置被測定土壌の体積熱容量ρＣ、比誘電率ε及び電気伝
導度σを測定する。これらの測定値の体積熱容量ρＣを
前記図６に与えて、また、比誘電率εを前記図５に与え
て、相関（検量線）から土壌水分量θ、例えば０．３を
知る。前記手法により知った土壌水分量θと前記原位置
被測定土壌を測定して得られた電気伝導度σ、例えば１
０（ｍＳ／ｍ）から決定される点（１０、０．３）を前
記図４にプロット、例えば○、する。前記プロットした
点が汚染物質２０％（容積濃度）の相関（検量線）に近
いから、汚染物濃度を２０％（容積濃度）と知ることが
できる。前記相関（検量線）は、前記測定原理から、汚
染物質として想定したエタノールのみでなく、エタノー
ルと近似の体積熱容量、比誘電率を持つ有機物質、例え
ばメタノール、アセトニトリルに対してそのまま適用で
きる。有機塩素系化合物、石油などに対しても前記相関
の作成の手法により汚染の有無及び汚染物濃度の推定に
適用可能である。
【００２５】
【発明の効果】以上述べたように、想定される有機汚染
物質をある程度知ることができれば、前記手法によりサ
ーモ−ＴＤＲ法を用いて、多くの有機汚染物質を非飽和
系において検出でき、有機汚染物質の漏洩地点近傍にお
ける監視が可能な手法を提供できたという優れた効果が
もたらされる。
物質をある程度知ることができれば、前記手法によりサ
ーモ−ＴＤＲ法を用いて、多くの有機汚染物質を非飽和
系において検出でき、有機汚染物質の漏洩地点近傍にお
ける監視が可能な手法を提供できたという優れた効果が
もたらされる。
【図１】 サーモ−ＴＤＲ法に用いる３針またはロッド
からなる３線のプローブ針ＰＲを持ったプローブＰ
からなる３線のプローブ針ＰＲを持ったプローブＰ
【図２】 サーモ−ＴＤＲ法における、時間域反射法
（ＴＤＲ法）用の電磁波による比誘電率ε及び電気伝導
度σの測定のための同軸ケーブルＣＣと測定器との構造
（ＴＤＲ法）用の電磁波による比誘電率ε及び電気伝導
度σの測定のための同軸ケーブルＣＣと測定器との構造
【図３】 双極熱パルス法におけるヒータＨにおける温
度の経時変化（Ａ）と温度センサー針における温度の経
時変化（Ｂ）
度の経時変化（Ａ）と温度センサー針における温度の経
時変化（Ｂ）
【図４】 エタノール濃度、０％（●）、２０％（□）
及び５０％（×）の既知濃度汚染物質を用いて作成した
土壌水分量θと電気伝導度σとの相関（検量線）
及び５０％（×）の既知濃度汚染物質を用いて作成した
土壌水分量θと電気伝導度σとの相関（検量線）
【図５】 エタノール濃度、０％（●）、２０％（□）
及び５０％（×）の既知濃度汚染物質を用いて作成した
土壌水分量θと比誘電率εとの相関（検量線）
及び５０％（×）の既知濃度汚染物質を用いて作成した
土壌水分量θと比誘電率εとの相関（検量線）
【図６】 エタノール濃度、０％（●）、２０％（□）
及び５０％（×）の既知濃度汚染物質を用いて作成した
土壌水分量θと体積熱容量ρＣ（Ｊ／ｍ３／Ｋ）との相
関（検量線）
及び５０％（×）の既知濃度汚染物質を用いて作成した
土壌水分量θと体積熱容量ρＣ（Ｊ／ｍ３／Ｋ）との相
関（検量線）
ＰＲ プローブ針 Ｈ 双極熱パルス法用ヒータ Ｔ
Ｃ サーモカップル ＣＣ 電磁波伝達同軸ケーブル Ｌ 電磁波伝達電極長
ＰＧ パルス発生器 ＰＥ 電磁波伝達電極 Ｌａ 電極の見かけ状の長さ
ＯＳ オシロスコープ
Ｃ サーモカップル ＣＣ 電磁波伝達同軸ケーブル Ｌ 電磁波伝達電極長
ＰＧ パルス発生器 ＰＥ 電磁波伝達電極 Ｌａ 電極の見かけ状の長さ
ＯＳ オシロスコープ
Claims (4)
- 【請求項１】 双極熱パルス法による体積熱容量ρ
Ｃ（Ｊ／ｍ３／Ｋ）の測定と、時間域反射法（ＴＤＲ
法）による電磁波の反射特性から比誘電率ε及び電気伝
導度σの測定との組み合わせた測定ができる２線以上の
プローブ針を持つプローブを用いて、既知の汚染物濃度
及び土壌水分量θの標準土壌の試料の前記各特性をほぼ
同時的に測定し、土壌水分量θと体積熱容量ρＣ（Ｊ／
ｍ３／Ｋ）との相関、土壌水分量θと比誘電率εとの相
関、及び土壌水分量θと電気伝導度σとの相関を作製
し、原位置被測定土壌の体積熱容量ρＣ（Ｊ／ｍ３／
Ｋ）又は／及び比誘電率εの測定値から土壌水分量θ
（この水分量は、水分中に汚染物がある場合はそれを含
めた値である）を検出し、該検出した土壌水分量θと原
位置被測定土壌の電気伝導度σとに相当する点を前記標
準土壌の試料を用いて作成した土壌水分量θと電気伝導
度σとの相関中にプロットして、該プロットの最も近接
する土壌水分量θと電気伝導度σとの相関における水分
中の汚染物濃度から原位置被測定土壌中の汚染物の存在
及び汚染物の濃度Ｃを検出することを特徴とする有機液
体物質による土壌の汚染を検出する方法。 - 【請求項２】 比較的水分量が大きい場合には、土壌水
分量θと電気伝導度σとの相関上に原位置被測定土壌の
水分量をプロットする際の土壌水分量θの値として、土
壌水分量θと体積熱容量ρＣ（Ｊ／ｍ３／Ｋ）との相関
から得られた土壌水分量の値を利用し、比較的水分量が
小さい場合には、土壌水分量θと比誘電率εとの相関か
ら得られた土壌水分量の値を利用することを特徴とする
請求項１に記載の被測定土壌中の汚染物の存在及び汚染
物の濃度Ｃを検出する方法。 - 【請求項３】 双極熱パルス法における温度センサーを
配置したプローブ針及び／又は時間域反射法（ＴＤＲ
法）による電磁波の反射及び電気伝導度測定針を２以上
とし、被測定土壌領域をプローブ針の数だけ拡げたこと
を特徴とする請求項１又は２に記載の被測定土壌中の汚
染物の存在及び汚染物の濃度Ｃを検出する方法。 - 【請求項４】 比誘電率εの測定がオシログラフ上に現
れるプローブ針の始端と終端の電磁波の反射点から観察
される見かけ状の長さの変化〔Ｌａ／Ｌ（実際のプロー
ブの長さ）〕２の関数として知ることにより算出される
ことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の被測定土
壌中の汚染物の存在及び汚染物の濃度Ｃを検出する方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002139654A JP3820522B2 (ja) | 2002-05-15 | 2002-05-15 | 有機液体物質による土壌の汚染を検出する方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002139654A JP3820522B2 (ja) | 2002-05-15 | 2002-05-15 | 有機液体物質による土壌の汚染を検出する方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003329625A true JP2003329625A (ja) | 2003-11-19 |
| JP3820522B2 JP3820522B2 (ja) | 2006-09-13 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002139654A Expired - Fee Related JP3820522B2 (ja) | 2002-05-15 | 2002-05-15 | 有機液体物質による土壌の汚染を検出する方法 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3820522B2 (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006308433A (ja) * | 2005-04-28 | 2006-11-09 | Shimane Univ | 土壌水移動速度導出方法および土壌水移動速度測定装置 |
| JP2008211984A (ja) * | 2007-02-28 | 2008-09-18 | Shimane Univ | 土壌管理方法 |
| KR101011952B1 (ko) | 2008-11-10 | 2011-02-09 | 대한민국 | 토양 전기전도도 측정기 및 이를 이용한 토양 전기전도도 측정 방법 |
| CN108287368A (zh) * | 2018-03-09 | 2018-07-17 | 上海岩土工程勘察设计研究院有限公司 | 基于综合物探的污染土全覆盖检测方法及其测线布置结构 |
| CN109030773A (zh) * | 2018-06-28 | 2018-12-18 | 沈阳兴迪电子科技有限公司 | 一种应用于智慧城市的土壤检测装置、系统及方法 |
| CN109799257A (zh) * | 2019-01-28 | 2019-05-24 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 一种有机污染土体热蒸驱替修复试验系统 |
| CN112816663A (zh) * | 2021-02-02 | 2021-05-18 | 陆相荣 | 防洪工程的黄河堤坝土质含水量监测方法及装置 |
| CN114019007A (zh) * | 2021-11-04 | 2022-02-08 | 中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司 | 一种有机污染物浓度测定系统及方法 |
| CN115420774A (zh) * | 2022-09-08 | 2022-12-02 | 江苏国创检测技术有限公司 | 一种快速测定土壤中污染物的方法 |
| CN116990357A (zh) * | 2023-09-28 | 2023-11-03 | 湖南省交通规划勘察设计院有限公司 | 一种基于介电常数的土性原位测试系统及方法 |
-
2002
- 2002-05-15 JP JP2002139654A patent/JP3820522B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| JP2006308433A (ja) * | 2005-04-28 | 2006-11-09 | Shimane Univ | 土壌水移動速度導出方法および土壌水移動速度測定装置 |
| JP4644806B2 (ja) * | 2005-04-28 | 2011-03-09 | 国立大学法人島根大学 | 土壌水移動速度導出方法および土壌水移動速度測定装置 |
| JP2008211984A (ja) * | 2007-02-28 | 2008-09-18 | Shimane Univ | 土壌管理方法 |
| KR101011952B1 (ko) | 2008-11-10 | 2011-02-09 | 대한민국 | 토양 전기전도도 측정기 및 이를 이용한 토양 전기전도도 측정 방법 |
| CN108287368A (zh) * | 2018-03-09 | 2018-07-17 | 上海岩土工程勘察设计研究院有限公司 | 基于综合物探的污染土全覆盖检测方法及其测线布置结构 |
| CN109030773A (zh) * | 2018-06-28 | 2018-12-18 | 沈阳兴迪电子科技有限公司 | 一种应用于智慧城市的土壤检测装置、系统及方法 |
| CN109799257A (zh) * | 2019-01-28 | 2019-05-24 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 一种有机污染土体热蒸驱替修复试验系统 |
| CN109799257B (zh) * | 2019-01-28 | 2020-03-31 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 一种有机污染土体热蒸驱替修复试验系统 |
| CN112816663A (zh) * | 2021-02-02 | 2021-05-18 | 陆相荣 | 防洪工程的黄河堤坝土质含水量监测方法及装置 |
| CN112816663B (zh) * | 2021-02-02 | 2023-01-10 | 陆相荣 | 防洪工程的黄河堤坝土质含水量监测方法及装置 |
| CN114019007A (zh) * | 2021-11-04 | 2022-02-08 | 中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司 | 一种有机污染物浓度测定系统及方法 |
| CN114019007B (zh) * | 2021-11-04 | 2024-01-12 | 中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司 | 一种有机污染物浓度测定系统及方法 |
| CN115420774A (zh) * | 2022-09-08 | 2022-12-02 | 江苏国创检测技术有限公司 | 一种快速测定土壤中污染物的方法 |
| CN116990357A (zh) * | 2023-09-28 | 2023-11-03 | 湖南省交通规划勘察设计院有限公司 | 一种基于介电常数的土性原位测试系统及方法 |
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