JP2004069615A

JP2004069615A - 流量測定方法及び流量測定装置

Info

Publication number: JP2004069615A
Application number: JP2002231827A
Authority: JP
Inventors: Shinya Nishijima; 西島　真也; Yasushi Okamoto; 岡本　康司
Original assignee: Kawatetsu Advantech Co Ltd
Current assignee: JFE Advantech Co Ltd
Priority date: 2002-08-08
Filing date: 2002-08-08
Publication date: 2004-03-04

Abstract

【課題】高精度の校正係数を使用して開水路の流量を高精度で測定する。
【解決手段】流速測定装置は、測定された流速と、流下断面積と、測定された流速を流下断面での平均流速に換算する校正係数に基づいて開水路６の流量を測定する。流速測定装置は、開流路６の平均流速を測定する流速測定部７Ａ，７Ｂと、開水路の水位を測定する水位測定部８と、校正係数を有限要素法によるシミュレーションで求めた流量分布解析データに基づいて求めるシミュレーション演算部２と、測定された平均流速及び水位とシミュレーション演算部２が求めた校正係数とに基づいて全流下断面の流量を算出する変換部３とを備える。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自然河川、運河、下水道、用水路等の開水路の流量を高精度で測定するための流量測定方法及び流量測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、超音波センサを使用して河川等の開水路の流量を測定することが知られている。この流量測定では、開水路の両岸に配置された一対の超音波センサ間で超音波の発信及び受信を行い、流速によって流体中の超音波伝播速度や超音波の周波数が変化する現象を利用して流速を測定し、それに基づいて流量を算出する。流量Ｑは、測定された超音波伝達経路上での平均流速Ｖ_Ｓに、流下断面積Ａを乗じることにより算出できる。しかし、一般に流下断面全体の平均流速Ｖｍと超音波伝達経路上での平均流速Ｖｓとは異なるため、校正係数Ｋを使用して下記の式（１）に基づいて、流量Ｑが算出される。
【０００３】
【数７】

【０００４】
前記式（１）において、ｄは開水路の底から超音波センサまでの高さ（測定高さ）、ｈは水位である。超音波伝達経路上での平均流速Ｖｓは測定高さｄの関数であり、流下断面積Ａは水位ｈの関数である。また、校正係数Ｋは、測定高さｄ及び水位ｈの関数であり、開水路の底のプロファイル、護岸状態、構造物や分岐水路の有無等の条件によっても変化する。
【０００５】
校正係数Ｋを求める方法は、以下のように種々知られている。まず、人工水路での実流量試験に基づいて、測定高さｄ及び水位ｈと校正係数Ｋの関係を求めることができる。また、浮き子を使用した測定、機械式流量計、ＡＤＣＰ（Ａｃｏｕｓｔｉｃ　Ｄｏｐｐｌｅｒ　Ｃｕｒｒｅｎｔ　Ｐｒｏｆｉｌｅ）等の他の測定方法による測定結果と比較することで校正係数Ｋを求めることができる。さらに、ＩＳＯ６４１６に基づいて求めた校正係数Ｋの値を使用することもできる。さらにまた、校正係数Ｋを測定高さｄと水位ｈの比の関数として定義し、通常水位でＫ≒１となるような測定高さｄ（例えば、ｄ／ｈが水位ｈの６０％となる測定高さｄ）に超音波センサを設定することが知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、実際の河川では水位が安定する事はなく、低水位から高水位の洪水域まで大きく変化し、それによって流量も大幅に変化するので、前記人工水路での試験により実際の河川での校正係数Ｋを高精度で求めることは困難である。
【０００７】
浮き子を使用する測定では表面流速や特定水深の流速は測定できるが、それに基づいて全体流量を測定するのは精度上限界がある。また、浮き子を使用する測定は、浮き子を投下可能な環境（例えば比較的近接して配置された２本の橋梁）がない場合には適用できない。機械式流量計やＡＤＣＰによる流量測定は、水位安定時には可能であるが洪水状態の場合には困難である。さらに、それらの方法ですべての水位条件で流量を行うのは時間及び費用の点で困難である。
【０００８】
河床条件、護岸条件等は個々の河川により異なるので、前記ＩＳＯ６４１６に準じて一つの代表河川について厳密に測定された校正係数Ｋを一般化して使用するのは困難である。
【０００９】
前記超音波センサの設置高さと水位の比から超音波センサの設置高さを設定する方法は、例えば洗堰のように水位の変動が大きい場合には適用することができない。
【００１０】
そこで、本発明は、高精度の校正係数を使用して開水路の流量を高精度で測定することを課題としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、測定された流速と、流下断面積と、前記測定された流速を流下断面での平均流速に換算する校正係数に基づいて開流路の流量を求める流量測定方法において、前記校正係数を有限要素法によるシミュレーションで求めた流速分布解析データに基づいて求めることを特徴とする、流量測定方法を提供する。
【００１２】
第１の発明の流量測定方法では、有限要素法によるシミュレーションで求めた流速分布解析データに基づいて校正係数を求め、この校正係数と、測定された流速と、流下断面積とから流量を求めるので、低水位から高水位まで高精度での流量測定を行うことができる。また、校正係数をシミュレーションで得られた流速分布解析データに基づいて求めるので、他の浮き子を利用した測定や機械式流量計による測定によって校正係数を求めることが困難な洪水域においても、高精度の流量測定が可能である。
【００１３】
具体的には、前記流速分布解析データに基づいてある測定高さでの平均流速に対する全流下断面での平均流速の比である校正係数を求め、この校正係数を使用して下記の式に基づいて流量を求める。
【００１４】
【数８】

【００１５】
また、流下断面を水深方向に複数の層に分割し、前記層に含まれる測定高さにおける平均流速に対する、その層の断面における平均流速の比である校正係数を求め、下記の式に基づいて流量を求めてもよい。
【００１６】
【数９】

【００１７】
この場合、前記複数の層毎に校正係数を求め、層毎の流量の総和として流下断面の流量を算出するので、より高精度での流量測定が可能である。
【００１８】
さらに、流下断面の部分領域における平均流速に対する全流下断面での平均流速の比である校正係数を求め、下記の式に基づいて流量を求めてもよい。
【００１９】
【数１０】

【００２０】
具体的には、前記部分領域の上限は水位から第１の一定値を引いた高さであり、かつ前記部分領域の下限は開水路の底から第２の一定値を加えた高さである。この場合、水位に対して部分領域が一義的に決まるので、水位が決まれば校正係数が一つに決まる。従って、流量測定に必要な校正係数のデータ数を大幅に低減することができる。
【００２１】
第２の発明は、測定された流速と、流下断面積と、前記測定された流速を流下断面での平均流速に換算する校正係数に基づいて開水路の流量を測定する流量測定装置であって、開流路の平均流速を測定する流速測定部と、開水路の水位を測定する水位測定部と、前記校正係数を有限要素法によるシミュレーションで求めた流速分布解析データに基づいて求めるシミュレーション演算部と、前記流速測定部により測定された平均流速と、前記水位測定部により測定された水位と、シミュレーション演算部が求めた校正係数とに基づいて、全流下断面の流量を算出する変換部とを備えることを特徴とする、流量測定装置を提供する。
【００２２】
具体的には、前記流速測定部は一つの測定高さにおける平均流速を測定し、前記シミュレーション演算部は、前記流速分布解析データに基づいて任意の測定高さでの平均流速に対する全流下断面の平均流速の比である校正係数を求め、前記変換部は、下記の式に基づいて流量を算出する。
【００２３】
【数１１】

【００２４】
また、前記流速測定部は、水深方向に移動して任意の測定高さにおける平均流速を測定可能であり、前記シミュレーション演算部は、流下断面を水深方向に分割した複数の層に含まれる測定高さにおける平均流速に対する、層の断面における平均流速の比である校正係数を求め、前記変換部は、下記の式に基づいて流量を求めるものでもよい。
【００２５】
【数１２】

【００２６】
さらに、前記流速測定部は、水深方向に移動して任意の測定高さにおける平均流速を測定可能であり、前記シミュレーション演算部は、流下断面の部分領域における平均流速に対する全流下断面の平均流速の比である校正係数を求め、前記変換部は、下記の式に基づいて流量を求めるものでもよい。
【００２７】
【数１３】

【００２８】
【発明の実施の形態】
次に、図面に示す実施形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１に示すように、流量測定装置は、現場制御盤１と、有限要素法によるシミュレーションで求めた流速分布解析データに基づいて校正係数を算出するシミュレーション演算装置２とを備えている。
【００２９】
現場制御盤１は、変換部３、記憶部４、及び制御部５を備えている。現場制御盤１には、開水路６に設置された一対の超音波センサ７Ａ，７Ｂ及び水位計８が接続されている。
【００３０】
開水路６の両岸付近に設置された超音波センサ７Ａ，７Ｂは、圧電素子等からなる発信素子及び受信素子をそれぞれ備えており、一方が発信した超音波を他方が受信する。また、超音波センサ７Ａ，７Ｂは、図１において矢印Ａで示す開水路６の流れ方向に対して平面視で所定角度をなして対向している。従って、符号Ｂで概略的に示す超音波伝播経路は、流れ方向に対して所定角度をなしている。本実施形態では、流速によって流体中の超音波伝播速度が変化する現象を利用して流速を測定する。詳細には、現場制御盤１の制御部５により制御された一対の超音波センサ７Ａ，７Ｂが交互に超音波を送受信し、変換部３は往路（例えば、超音波センサ７Ａから超音波センサ７Ｂ）と復路（例えば、超音波センサ７Ｂから超音波センサ７Ａ）の伝播時間の差に基づいて平均流速を算出する。
【００３１】
図２に示すように、超音波センサ７Ａ，７Ｂは昇降機構９Ａ，９Ｂにより昇降可能である。昇降機構９Ａ，９Ｂの駆動は、制御部５によって制御され、二つの超音波センサ７Ａ，７Ｂは同一水深を維持した状態で昇降する。従って、昇降機構９Ａ，９Ｂを昇降させることにより、任意の測定深さｄにおける超音波伝播経路Ｂでの平均流速を測定することができる。超音波センサ７Ａ，７Ｂは開水路６の岸から所定距離の位置に配置されている。
【００３２】
記憶部４にはシミュレーション演算装置２が算出した校正係数が予め記憶されており、変換部３は、超音波センサ７Ａ，７Ｂを使用して実測した平均流速と、水位計８により実測した水位ｈと、記憶部４に記憶された校正係数とに基づいて、開水路６の流量を算出する。
【００３３】
シミュレーション演算装置２は、例えば、パーソナルコンピュータや大型コンピュータにより構成される。シミュレーション演算装置２は、例えば乱流のＮａｖｉｅｒ−Ｓｔｏｒｋｅｓ式、乱流伝播の式、エネルギー拡散の式等に基づく数値モデルを使用した有限要素法によるシミュレーションを実行し、このシミュレーションにより得られる流速分布解析データに基づいて、流量測定に使用する校正係数を算出する。本実施形態では、３種類のモードでの流量測定に使用する３種類の校正係数Ｋ_１，Ｋ_２，Ｋ_３をシミュレーション演算装置２が算出する。まず、第１モードは、一つの測定高さｄにおいて実測された平均流速に基づいて開流路６の全流路断面における流量を算出するものである。次に、第２モードは、開流路６の流下断面を水深方向に複数の層に分割し、各層毎に一つの測定高さｄで平均流速を実測し、これに基づいて求めた各層毎の流量の総和として開流路６の全流下断面における流量を算出するものである。さらに、第３モードは、流路断面の部分領域における平均流速を求め、それに基づいて開流路６の全流下断面における流量を算出するものである。以下、各モードについて詳細に説明する。
【００３４】
（第１モード）
有限要素法を使用するシミュレーションによって、図３に示す任意の水位ｈでの全流下断面における流速分布や、図４に示すその水位ｈでの水深方向の平均流速の分布が得られる。従って、個々の水位ｈについて、全流下断面における平均流速の計算値Ｖｍ^ｃと、任意の測定高さｄにおける平均流速の計算値ｖ（ｄ）^ｃとが得られる。下記の式（２）に示すように、校正係数Ｋ_１は任意の測定高さｄにおける平均流速ｖ（ｄ）^ｃに対する全流下断面での平均流速Ｖｍ^ｃの比として定義される。校正係数Ｋ_１は、測定高さｄ及び水位ｈの関数であり、開水路６の底のプロファイル、護岸状態、構造物や分岐の有無等の条件によっても変化する。図５は、測定高さｄを一定とした場合の水位ｈと校正係数Ｋ_１の関係の一例を示している。
【００３５】
【数１４】

【００３６】
ある測定高さｄにおいて超音波センサ７Ａ，７Ｂによって実測された平均流速をｖ（ｄ）^Ｍとすると、その時の流量Ｑ^Ｐは、前記校正係数Ｋ_１を使用して以下の式（３）のように表される。
【００３７】
【数１５】

【００３８】
前記式（３）においてＡ（ｈ）は流下断面積であり、水位ｈの関数であるので、水位計８で測定される水位ｈから求まる。従って、任意の水位ｈ及び測定高さｄについて校正係数Ｋ_１を予め求めておけば、一つの測定高さｄにおいて超音波センサ７Ａ，７Ｂにより実測した平均流速ｖ（ｄ）^Ｍから前記式（２）を使用して全流下断面の流量Ｑ^Ｐを求めることができる。
【００３９】
この第１モードでは、任意の水位ｈについて一つの測定高さｄで実測した平均流量ｖ（ｄ）^Ｍがあれば全流下断面の流量Ｑ^Ｐを求めることができる。従って、超音波センサ７Ａ，７Ｂを昇降させることなく流量測定を行うことができる。また、図２に示すような昇降式の超音波センサ７Ａ，７Ｂではなく、測定高さが一定の超音波センサであっても第１モードにより流量測定を行うことができる。
【００４０】
（第２モード）
第２モードでは、図６及び図７に示すように流下断面を水深方向にｎ個の層Δｄ_１，Δｄ_２，Δｄ_３，…，Δｄ_ｎに分割する。各層Δｄ_１〜Δｄ_ｎの幅は等しいものとする。各層Δｄ_１〜Δｄ_ｎ毎の流量Ｑ（Δｄ_ｉ）^Ｐを求め、下記の式（４）に示すように、これらの総和として全流下断面の流量Ｑ^Ｐを求める。
【００４１】
【数１６】

【００４２】
各層Δｄ_１〜ｄ_ｎ毎に第１モードと同様にして流量Ｑ（Δｄ_ｉ）^Ｐを求める。詳細には、有限要素法によるシミュレーションによって任意の水位ｈでの流速分布解析データが得られると、個々の水位ｈについて、各層Δｄ_ｉにおける平均流速の計算値Ｖ（Δｄ_ｉ）^ｃと、各層Δｄ_ｉに含まれる測定高さｄ_ｉでの平均流速の計算値ｖ（ｄ_ｉ）^ｃとが得られる。下記の式（５）に示すように、校正係数Ｋ_２は各層ｄ_ｉに含まれる測定高さにおける平均流速ｖ（ｄ_ｉ）^ｃに対する各層ｄ_ｉにおける平均流速Ｖ（Δｄ_ｉ）^ｃの比として定義される。
【００４３】
【数１７】

【００４４】
このように定義される校正係数Ｋ_２は、測定高さｄ及び水位ｈの関数であり、開水路の底のプロファイル、護岸状態、構造物や分岐の有無等の条件によっても変化する。
【００４５】
各層Δｄ_ｉに含まれる測定高さｄ_ｉにおいて超音波センサ７Ａ，７Ｂによって実測された平均流速をｖ（ｄ_ｉ）^Ｍとすると、その時の層ｄ_ｉの流量Ｑ（Δｄ_ｉ）^Ｐは以下の式（６）のように表される。
【００４６】
【数１８】

【００４７】
前記式（６）においてＡ（Δｄ_ｉ）は各層Δｄ_ｉの断面積である。任意の水位ｈ、測定高さｄ、及び層ｄ_１〜ｄ_ｉについて校正係数Ｋ_２を求めておけば、各層Δｄ_ｉに含まれる測定高さｄ_ｉにおいて超音波センサ７Ａ，７Ｂにより実測した平均流速ｖ（ｄ_ｉ）^Ｍから、前記式（６）を使用して各層ｄ_ｉの流量Ｑ（ｄ_ｉ）^Ｐを求めることができる。そして、前記式（６）に基づいて算出した各層Δｄ_ｉの流量Ｑ（Δｄ_ｉ）^Ｐの総和を前記式（４）に基づいて算出すれば、全流下断面の流量Ｑ^Ｐを求めることができる。
【００４８】
第１モードでは一つの実測した平均流速ｖ（ｄ）^Ｍに基づいて全流下断面の流量Ｑ^Ｐを求めるのに対し、第２モードでは複数の層Δｄ_ｉに対応する複数の平均流速ｖ（ｄ_ｉ）^Ｍに基づいて全流下断面の流量Ｑ^Ｐを求める。従って、第２モードでは第１モードよりも高精度での流量測定が可能となる。
【００４９】
（第３モード）
第３モードでは、図８及び図９に示すように、流下断面中に矩形の部分領域Ｄを設定する。この部分領域Ｄは、例えば、水位ｈから一定量を引いた高さを上方の境界Ｄ_Ｈとし、開水路６の底部から一定量を加えた高さを下方の境界Ｄ_Ｌとする。部分領域Ｄの水平方向の境界は、超音波センサ７Ａ，７Ｂの配置位置により定まり、超音波センサ７Ａ，７Ｂ間の水平方向の距離Ｌ（図２参照）が部分領域Ｄの水平方向の幅となる。
【００５０】
有限要素法を使用したシミュレーションによって任意の水位ｈでの全流下断面における流量分布が得られると、個々の水位ｈについて、全流下断面における平均流速の計算値Ｖｍ^Ｃと、部分領域Ｄでの平均流速の計算値Ｖｍ（Ｄ）^ｃとが得られる。下記の式（７）に示すように、校正係数Ｋ_３は部分領域Ｄでの平均流速Ｖｍ（Ｄ）^ｃに対する全流下断面における平均流速Ｖｍ^Ｃの比として定義される。校正係数Ｋ_３は、水位ｈ及び部分領域Ｄの関数であり、開水路の底のプロファイル、護岸状態、構造物や分岐の有無等の条件によっても変化する。
【００５１】
【数１９】

【００５２】
部分領域Ｄは超音波センサ７Ａ，７Ｂの可動範囲に設定されているので、部分領域Ｄの平均流速は超音波センサ７Ａ，７Ｂにより測定することができる。この実測された部分領域Ｄにおける平均流速をＶｍ（Ｄ）^Ｍとすると、その時の流量Ｑ^Ｐは、前記校正係数Ｋ_３を使用して以下の式（８）のように表される。
【００５３】
【数２０】

【００５４】
従って、任意の水位ｈ及び部分領域Ｄについて校正係数Ｋ_３を予め求めておけば、一つの部分領域Ｄにおいて超音波センサ７Ａ，７Ｂを使用して実測した平均流速Ｖｍ（Ｄ）^Ｃから前記式（８）を使用して全流下断面の流量Ｑ^Ｐを求めることができる。
【００５５】
部分領域Ｄにおける平均流速Ｖｍ（Ｄ）^Ｃの測定方法としては、例えば、超音波センサ７Ａ，７Ｂによって部分領域Ｄに含まれるｎ個の測定高さｄで平均流速を測定し、その平均を求めれば良い。この場合、部分領域Ｄにおける平均流速Ｖｍ（Ｄ）^Ｃは以下の式（９）により表される。
【００５６】
【数２１】

【００５７】
第３測定モードでは、水位ｈに対して部分領域Ｄが一義的に決めるようにしておけば、水位ｈに対して校正係数Ｋ_３が一義的に決まるので、校正係数Ｋ_３の算出に必要な計算量（後述する図１０のステップＳ１０−９参照）や、記憶しておく必要のある校正係数Ｋ_３のデータ量を大幅に低減することができる。
【００５８】
次に、図１０のフローチャートを参照して本実施形態の流量測定装置の動作を説明する。ステップＳ１０−１からステップＳ１０−２はシミュレーション演算装置２の処理である。
【００５９】
まず、ステップＳ１０−１において、測定対象である河川等の開水路に固有の条件が設定される。この条件には、例えば、開水路６の底のプロファイル、護岸状態、構造物や分岐の有無等がある。次に、ステップＳ１０−２において水位条件が設定される。具体的には、シミュレーションで使用する水位ｈの値が設定される。ステップＳ１０−３では、有限要素法によるシミュレーションが実行され、前記ステップＳ１０−２において設定した水位条件における流速分布が解析される（図３、図６、及び図８参照）。ステップＳ１０−４において、この解析結果が出力及び記憶される。ステップＳ１０−５において、すべての水位条件について解析が終了していればステップＳ１０−６の処理に移行するが、終了していなければステップＳ１０−２〜１０−４の処理が繰り返される。
【００６０】
すべての水位条件について流速分布の解析が終了すると、ステップＳ１０−６において解析結果の評価がなされる。例えば、浮き子を使用した測定、機械式流量計、ＡＤＣＰ等の他の測定方法により対象の開流路６の流量が実測されている場合には、その測定結果とシミュレーションにより得られた流速分布とを比較することにより、分析結果の良否が評価される。ステップＳ１０−７において評価結果が良好でない場合には、ステップＳ１０−８において測定対象となる開水路６の条件が再設定され、ステップＳ１０−２からステップＳ１０−６の処理が繰り返される。
【００６１】
ステップＳ１０−７において評価結果が良好であれば、ステップＳ１０−９に移行する。ステップＳ１０−９では、前記ステップＳ１０−３で実行したシミュレーションの結果得られた流速分布解析データから、それぞれ式（２）、（５）、及び（７）に基づいて、校正係数Ｋ_１，Ｋ_２，Ｋ_３を算出する。ステップＳ１０−１０において、これらの校正係数Ｋ_１，Ｋ_２，Ｋ_３がシミュレーション演算装置２から現場制御盤１に出力され、記憶部４に記憶される。校正係数Ｋ_１，Ｋ_２，Ｋ_３はシミュレーション演算装置２からいったん記憶媒体に記憶させた後に現場制御盤２の記憶部４に記憶させてもよく、有線又は無線の通信回線を介してシミュレーション演算装置２から記憶部４に出力させてもよい。
【００６２】
ステップＳ１０−１１において、超音波センサ７Ａ，７Ｂにより流速測定と水位計８による水位測定がなされる。ステップＳ１０−１２では、超音波センサ７Ａ，７Ｂ及び水位計８の測定結果と、記憶部４に記憶された校正係数Ｋ_１，Ｋ_２，Ｋ_３とに基づいて、現場制御盤１の変換部３が流量を算出する。
【００６３】
第１モードでの測定であれば、超音波センサ７Ａ，７Ｂにより測定された一つの測定高さｄにおける平均流速ｖ（ｄ）^Ｍと、水位計８により測定された水位ｈから求められる流下断面積Ａ（ｈ）と、記憶部４に記憶された対応する校正係数Ｋ_１とから、前記式（３）に基づいて流量が算出される。
【００６４】
第２モードでの測定であれば、超音波センサ７Ａ，７Ｂにより測定された各層Δｄ_ｉに含まれる測定高さｄ_ｉにおける平均流速ｖ（ｄ_ｉ）^Ｍと、各層Δｄ_ｉの流下断面積Ａ（Δｄ_ｉ）と、記憶部４に記憶された対応する校正係数Ｋ_２とから、前記式（４）及び（６）に基づいて流量が算出される。
【００６５】
第３モードでの測定であれば、超音波センサ７Ａ，７Ｂにより測定された部分領域Ｄにおける平均流速Ｖｍ（Ｄ）^Ｍと、水位計８により測定された水位ｈから求められる流下断面積Ａ（ｈ）と、記憶部４に記憶された対応する校正係数Ｋ_３とから、前記式（８）に基づいて流量が算出される。
【００６６】
本発明は、前記実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、流速の測定は、前記実施形態のようなシングルパスシステムに限定されず、クロスパスシステム、レスポンダシステム、あるいはマルチパスシステムにより行ってもよい。また、伝播時間法に代えて、周波数シフト法（ドップラー方式）や、シングルアラウンド法を採用してもよい。さらに、ＡＤＣＰ、機械式流速計、浮き子を利用した流速計測等で測定された特定水位又は表面水位における流速を使用して本発明を実行することができる。例えば、表面水位における流速の実測値で第１モードによる流量測定を行う場合には、前記式（３）において測定高さｄを水位ｈに設定すればよい。
【００６７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に係る方法及び装置では、有限要素法によるシミュレーションで求めた流速分布解析データに基づいて校正係数を求め、この校正係数と、測定された流速と、流下断面積とから流量を求めるので、低水位から高水位まで高精度での流量測定を行うことができる。また、校正係数をシミュレーションで求めた流速分布解析データに基づいて求めるので、浮き子を利用した測定や機械式流量計による実測よって校正係数を求めることが困難な洪水域においても高精度の流量測定が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る流量測定装置を示す概略図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線での概略断面図である。
【図３】流体解析の第１モードを説明するための河川断面流速分布の一例を示す図である。
【図４】流体解析の第１モードを説明するための流量プロファィルの一例を示す図である。
【図５】水位と校正係数の関係の一例を示すグラフである。
【図６】流体解析の第２モードを説明するための河川断面流速分布の一例を示す図である。
【図７】流体解析の第２モードを説明するための流量プロファィルの一例を示す図である。
【図８】流体解析の第２モードを説明するための河川断面流速分布の一例を示す図である。
【図９】流体解析の第２モードを説明するための流量プロファィルの一例を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る流量測定装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１　現場制御盤
２　シミュレーション演算装置
３　変換部
４　記憶部
５　制御部
６　開水路
７Ａ，７Ｂ　超音波センサ
８　水位計
９Ａ，９Ｂ　昇降機構

Claims

測定された流速と、流下断面積と、前記測定された流速を流下断面での平均流速に換算する校正係数に基づいて開流路の流量を求める流量測定方法において、
前記校正係数を有限要素法によるシミュレーションで求めた流速分布解析データに基づいて求めることを特徴とする、流量測定方法。
前記流速分布解析データに基づいてある測定高さでの平均流速に対する全流下断面での平均流速の比である校正係数を求め、
この校正係数を使用して下記の式に基づいて流量を求めることを特徴とする、請求項１に記載の流量測定方法。
流下断面を水深方向に複数の層に分割し、
前記層に含まれる測定高さにおける平均流速に対する、その層の断面における平均流速の比である校正係数を求め、
下記の式に基づいて流量を求めることを特徴とする、請求項１に記載の流量測定方法。
流下断面の部分領域における平均流速に対する全流下断面での平均流速の比である校正係数を求め、
下記の式に基づいて流量を求めることを特徴とする、請求項１に記載の流量測定方法。
前記部分領域の上限は水位から第１の一定値を引いた高さであり、かつ前記部分領域の下限は開水路の底から第２の一定値を加えた高さであることを特徴とする、請求項４に記載の流量測定方法。
測定された流速と、流下断面積と、前記測定された流速を流下断面での平均流速に換算する校正係数に基づいて開水路の流量を測定する流量測定装置であって、
開流路の平均流速を測定する流速測定部と、
開水路の水位を測定する水位測定部と、
前記校正係数を有限要素法によるシミュレーションで求めた流速分布解析データに基づいて求めるシミュレーション演算部と、
前記流速測定部により測定された平均流速と、前記水位測定部により測定された水位と、シミュレーション演算部が求めた校正係数とに基づいて、全流下断面の流量を算出する変換部と
を備えることを特徴とする、流量測定装置。
前記流速測定部は一つの測定高さにおける平均流速を測定し、
前記シミュレーション演算部は、前記流速分布解析データに基づいて任意の測定高さでの平均流速に対する全流下断面の平均流速の比である校正係数を求め、
前記変換部は、下記の式に基づいて流量を算出する、請求項６に記載の流量測定装置。
前記流速測定部は、水深方向に移動して任意の測定高さにおける平均流速を測定可能であり、
前記シミュレーション演算部は、流下断面を水深方向に分割した複数の層に含まれる測定高さにおける平均流速に対する、層の断面における平均流速の比である校正係数を求め、
前記変換部は、下記の式に基づいて流量を求める、請求項６に記載の流量測定装置。
前記流速測定部は、水深方向に移動して任意の測定高さにおける平均流速を測定可能であり、
前記シミュレーション演算部は、流下断面の部分領域における平均流速に対する全流下断面での平均流速の比である校正係数を求め、　前記変換部は、下記の式に基づいて流量を求める、請求項６に記載の流量測定装置。