JP2005030912A - 水質環境の監視方法及び監視システム - Google Patents
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Abstract
【課題】水質環境の監視を確実にかつ低コストで行うことができる水質環境の監視方法及び監視システムを提供する。
【解決手段】この水質環境の監視方法は、工事水域Ａ内の水質の基準監視点Ｋよりも内側において水質汚染の発生源２に対して水の流れに沿った下流方向の異なる任意の距離の点に複数の水質観測センサ１１０，１２０，１３０を配置し、複数の水質観測センサにより観測した少なくとも２点以上のデータに基づいて水質汚染の程度を解析し予測することで基準監視点Ｋでの水質環境を監視する。
【選択図】 図１
【解決手段】この水質環境の監視方法は、工事水域Ａ内の水質の基準監視点Ｋよりも内側において水質汚染の発生源２に対して水の流れに沿った下流方向の異なる任意の距離の点に複数の水質観測センサ１１０，１２０，１３０を配置し、複数の水質観測センサにより観測した少なくとも２点以上のデータに基づいて水質汚染の程度を解析し予測することで基準監視点Ｋでの水質環境を監視する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、港湾、河川、湖沼での浚渫などの水中工事施工のときに適用して好適な水質環境の監視方法及び監視システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば港湾の浚渫工事では、海底地盤の掘削により発生した汚濁の監視は、図８のように、浚渫船Ｓで浚渫が行われる工事水域と一般水域との境界の基準監視点Ｋにおいて、定められた時刻、回数で、観測船Ｍから人力にて濁度計を水中に降ろし、水中の濁度（ＳＳ濃度）の観測値を読み取り、そのＳＳ濃度が監視基準値以下であることを確認することで行われている。しかし、この方法では、リアルタイムでの監視は困難であり、監視基準値を越えると水質汚染の拡散となり、浚渫施工へのフィードバックは不可能である。特に、ダイオキシン類汚染対策工事においては、人々の注目を集めており、より精度の高い管理手法が求められている。
【０００３】
そこで、図９のように、基準監視点Ｋの手前に補助監視点Ｊを設置し、補助監視点ＪでのＳＳ濃度の観測値を読みとり、基準監視点での値を予測する手法が考えられる。この管理方法は、水質環境を監視するのに適した方法であるが、濁りは水の流れ方向に拡散するため、これらを常に観測するためには工事区域の周囲に多数の計測装置が必要になり、計測費用が嵩むという問題があった。
【０００４】
また、下記特許文献１には、埋立工事における周辺水域への汚濁状況予測及びそれに基づく土砂投入を管理するために、埋立予定水域に実際に土砂を投入する際に、水質汚濁シミュレーション部で推定された水質汚濁状況を用いて、できるだけ埋立予定水域の周辺に汚濁が拡散しないように、実際に投入される土砂の投入量、投入時期、投入頻度その他投入に必要な土砂投入管理値を土砂投入管理部でリアルタイムにまたは所定の時間間隔で決定することが記載されているが、水の流れ方向を考慮しリアルタイムで行う水質環境の監視に関する具体的な方法・手段は何ら記載されていない。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−３４８８３７公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、水質環境の監視を確実にかつ低コストで行うことができる水質環境の監視方法及び監視システムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による水質環境の監視方法は、所定領域内の水質の基準監視点よりも内側において水質汚染の発生源に対して水の流れに沿った下流方向の異なる任意の距離の点に複数の水質観測センサを配置し、前記複数の水質観測センサにより観測した少なくとも２点以上のデータに基づいて前記水質汚染の程度を解析し予測することで前記基準監視点での水質環境を監視することを特徴とする。
【０００８】
この水質環境の監視方法によれば、水質汚染の発生源に対して水の流れに沿った下流方向の異なる任意の距離の点に複数の水質観測センサを配置して得た複数のデータに基づいて水質汚染の程度（ＳＳ濃度等）を解析し予測するので予測精度を向上できる。このため、水質環境の監視を確実に行うことができるとともに、水の流れに沿った下流方向の任意の距離の点に複数の水質観測センサを配置するだけであるので低コストで水質環境を監視できる。
【０００９】
上記水質環境の監視方法において前記水質観測センサは流速計及び濁度計を含み、前記流速計及び前記濁度計が浮体に接続されることが好ましい。これにより、浮体が水の流れの向きに流速計及び濁度計と一緒に移動できるとともに、濁度（ＳＳ濃度）の測定及びその測定点における水の流速の測定ができ、水の流れに沿った下流方向でＳＳ濃度及び流速の測定を確実に行うことができる。
【００１０】
また、前記観測したデータを有線通信、無線通信または超音波通信で結ばれたネットワークにより集中管理装置で収集し、リアルタイムに前記水質汚染の程度の解析・予測を行いながら任意の基準監視点の水質環境を監視するようにできる。これにより、例えば、水質汚染の発生源が港湾の浚渫工事の工事船である場合、リアルタイムに予測した水質汚染の程度に基づいて工事船による浚渫工事の管理を行うことができる。この場合、集中管理装置は浚渫工事の工事船に搭載することが望ましい。
【００１１】
なお、前記複数の水質観測センサは前記下流方向の任意の距離の点における水深方向に複数の濁度計が配置されることが好ましい。これにより、下流方向の任意の距離の点における水深方向で複数のデータを得ることができ、その平均値からより正確なデータを得ることができ、また、水深方向における濃度分布を密に得ることができるので、水質汚染の程度の予測精度を更に向上できる。
【００１２】
本発明による水質環境の監視システムは、所定領域内の水質の基準監視点よりも内側において水質汚染の発生源に対して水の流れに沿った下流方向の異なる任意の距離の点に配置された複数の水質観測センサと、前記複数の水質観測センサにより観測した少なくとも２点以上のデータに基づいて前記水質汚染の程度を解析し予測する手段と、を備え、前記基準監視点での水質環境を監視することを特徴とする。
【００１３】
この水質環境の監視システムによれば、水質汚染の発生源に対して水の流れに沿った下流方向の異なる任意の距離の点に複数の水質観測センサを配置して得た複数のデータに基づいて水質汚染の程度（ＳＳ濃度等）を解析し予測するので予測精度を向上できる。このため、水質環境の監視を確実に行うことができるとともに、水の流れに沿った下流方向の任意の距離の点に複数の水質観測センサを配置するだけであるので低コストで水質環境を監視可能な監視システムを構成できる。
【００１４】
上記水質環境の監視システムにおいて前記水質観測センサが前記水の流れに沿った下流方向に自動的に移動するように構成されることが好ましい。これにより、水の流れが変わってもその流れに沿った下流方向で水質観測センサが常に測定できるので、水質汚染の程度の予測精度を更に向上できる。例えば、水質観測センサは流速計及び濁度計を含み、前記流速計及び前記濁度計が浮体に接続されることで、水の流れに沿った下流方向に自動的に移動できる。
【００１５】
また、前記複数の水質観測センサは前記水質汚染の発生源から前記各水質観測センサまでの距離が一定になるように構成されることが好ましい。これにより、各水質観測センサと水質汚染の発生源との間の距離が一定になるので、水の流れ等が変わっても水質観測センサが常に水質汚染の発生源に対し一定の距離で測定できるので、水質汚染の程度の予測精度を更に向上できる。
【００１６】
また、前記観測したデータを有線通信、無線通信または超音波通信で結ばれたネットワークにより収集する集中管理装置を更に備え、リアルタイムに前記水質汚染の程度の解析・予測を行いながら任意の基準監視点の水質環境を監視するようにできる。これにより、例えば、水質汚染の発生源が港湾の浚渫工事の工事船である場合、リアルタイムに予測した水質汚染の程度に基づいて工事船による浚渫工事の管理を行うことができる。この場合、集中管理装置は浚渫工事の工事船に搭載することが望ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施の形態について図面を用いて説明する。図１は本実施の形態による水質環境の監視システムにおける水質観測センサの配置例を示す斜視図である。図２は図１の水質環境の監視システムにおける水質観測センサの構成例を示す図である。図３は図１の水質環境の監視システムにおける複数の水質観測センサの各浮体の連結例（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を示す図である。
【００１８】
図１に示すように、本実施の形態による水質環境の監視システムは、作業船１による図１の二点鎖線で示す浚渫工事水域Ａ内に設置され、作業船１に連結された第１の水質観測センサ１１０，第２の水質観測センサ１２０及び第３の水質観測センサ１３０を備える。
【００１９】
図２のように、第２の水質観測センサ１２０は、水面Ｓに浮くことのできる浮遊ブイ等の浮体２１と、水面Ｓの直下に位置し、その位置における流速を測定する流速計２２と、流速計２２よりも下方の水深方向に所定の間隔で位置する複数の濁度計２３，２４，２５と、を備える。流速計２２と複数の濁度計２３，２４，２５は浮体２１にワイヤロープ２６で水深方向に直列に接続されている。
【００２０】
第１の水質観測センサ１１０は、図２の第２の水質観測センサ１２０と同様に構成され、図３（ａ）のように、流速計１２と、流速計１２よりも下方の水深方向に所定の間隔で位置する複数の濁度計１３，１４，１５と、を備え、作業船１の近傍に連結されており、浮体２１が省略されている。
【００２１】
また、第３の水質観測センサ１３０は、図２の第２の水質観測センサ１２０と同様に構成され、浮体３１と、流速計３２と、流速計３２よりも下方の水深方向に所定の間隔で位置する複数の濁度計３３，３４，３５と、を備える。
【００２２】
ここで、各流速計１２，２２，３２は、測定位置の流速を測定し、例えば超音波式で多層の流向と流速を測定可能な流向・流速計を用いることができ、また、各濁度計１３〜１５，２３〜２５、３３〜３５は、測定位置の水中の濁度（ＳＳ濃度）を測定し、例えば散乱光強度を測定できる直読式投げ込みタイプの濁度計を用いることができるが、これらに限定されるものではない。なお、ＳＳ濃度は、濁度とＳＳ濃度との相関関係を試験から予め求めておき、濁度計で測定した濁度をＳＳ濃度に換算する。
【００２３】
図３（ａ）に示すように、第２の水質観測センサ１２０は浮体２１が長さａのロープ１４で作業船１に連結されており、第３の水質観測センサ１３０は浮体３１が長さｂのロープ１５で第２の水質観測センサ１２０の浮体２１に連結されており、各浮体２１，３１がロープ１４，１５でつながれて直列に配置されている。 上述のようにして、図１、図３（ａ）のように、第２の水質観測センサ１２０は、作業船１から距離ａだけ離れた位置に配置され、第３の水質観測センサ１３０は、第２の水質観測センサ１２０から距離ｂだけ離れた位置に配置されている。
【００２４】
また、図３（ｂ）に示す配置例では、水中にブロック等の重量物１８を投入し水底Ｇに沈め、第２の水質観測センサ１２０の浮体２１が長さａ１のロープ１６で重量物１８に連結され、第３の水質観測センサ１３０の浮体３１が長さｂ１のロープ１７で重量物１８に連結されている。
【００２５】
また、図３（ｃ）に示す配置例では、水中にブロック等の重量物１８を投入し水底Ｇに沈め、第２の水質観測センサ１２０の浮体２１が長さａ１のロープ１６で重量物１８に連結され、第３の水質観測センサ１３０の浮体３１が長さｂのロープ１５で第２の水質観測センサ１２０の浮体２１に連結されている。
【００２６】
上述の図３（ｂ）または図３（ｃ）のようにして、浮体２１，３１がそれぞれ連結されることで、第２の水質観測センサ１２０は作業船１から距離ａだけ離れた位置に配置され、第３の水質観測センサ１３０は第２の水質観測センサ１２０から距離ｂだけ離れた位置に配置される。
【００２７】
以上のように、図１〜図３の各水質観測センサ１２０，１３０は、浮遊ブイなどの浮体２１，３１に流速計と濁度計等の計測装置を取り付け、ロープ等で作業船１などに固定し、各浮体２１，３１が流速計と濁度計を水深方向に連結したままで自由に水面Ｓ上を移動できる。このため、各浮体２１，３１が流れ方向Ｈの水の流れに乗り自然に下流に移動し、任意のロープ長の位置に停止するので、各水質観測センサ１２０，１３０を下流方向の任意の距離に簡易に常に配置することができる。
【００２８】
また、濁度計は各水質観測センサ１１０，１２０，１３０において水の流れ方向Ｈに複数点配置されており、各地点でのデータを収集することができるので、より精度の高い水質環境の監視を行うことができる。また、各水質観測センサ１２０，１３０の配置距離（作業船からの長さａ，ｂ）は、図１の工事水域Ａ、基準監視点Ｋ、基準監視点Ｋの手前に設定した補助監視点Ｊ等を考慮し、任意に決定することができる。
【００２９】
図１，図３のように、作業船１は図１の工事水域Ａ内で水中に吊されたバケット２により水底Ｇで浚渫作業を行うが、この水底Ｇのバケット２による浚渫作業位置が水質汚染の発生源となる。この水質汚染の程度の解析及び予測について図４及び図５を参照して説明する。
【００３０】
図４は水質汚染の程度の解析及び予測を行うための各種パラメータを説明するための図である。図５は図１〜図３の各水質観測センサでデータを得る様子を示す図（ａ）、各水質観測センサで得たデータに基づいて行う水質汚染の程度の解析及び予測を説明するためのグラフ（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）である。
【００３１】
図４に示すように、水底Ｇにおける作業船１のバケット２による浚渫作業位置（水質汚染の発生源）に対し基準監視点ＫにおけるＳＳ濃度は、発生源おける時間当たりの汚濁発生量Ｑ、水深Ｄ、水の流れ方向Ｈの平均流速Ｖ、浚渫作業位置からの距離Ｘをパラメータにして求めることで予測できる。
【００３２】
図４において、発生源おける時間当たりの汚濁発生量Ｑは第１の水質観測センサ１１０の濁度計１３，１４，１５で測定した測定値から求め、例えば、平均流速Ｖは第３の水質観測センサ１３０の流速計３２で測定し、第３の水質観測センサ１３０の濁度計３３，３４，３５で測定した測定値の平均値から浚渫作業位置から所定距離だけ離れた位置（ａ＋ｂ）のＳＳ濃度を求め、このＳＳ濃度に基づいて上記パラメータから基準監視点ＫにおけるＳＳ濃度を計算し予測できる。
【００３３】
具体的には、図５（ａ）のように、各水質観測センサ１１０，１２０，１３０によりＡ点、Ｂ点、Ｃ点の各位置におけるＳＳ濃度を各濁度計で測定し平均値を求め、各位置Ａ、Ｂ、Ｃに対し各ＳＳ濃度をプロットし、図５（ｂ）のようなグラフを得た場合には、複数の位置Ａ、Ｂ、Ｃに対する各ＳＳ濃度は一定の関係にあるので、基準監視点ＫにおけるＳＳ濃度はその近似曲線から図５（ｂ）のように求めることができる。
【００３４】
また、複数の位置Ａ、Ｂ、Ｃに対する各ＳＳ濃度が図５（ｃ）のような場合には、基準監視点ＫにおけるＳＳ濃度は位置Ａ及びＣの各ＳＳ濃度の直線式から図５（ｃ）のように求めることができる。この場合の基準監視点Ｋの予測ＳＳ濃度は、位置Ａ及びＢの各ＳＳ濃度の直線式から求めるＳＳ濃度よりも高く安全側であるので、好ましい。
【００３５】
また、複数の位置Ａ、Ｂ、Ｃに対する各ＳＳ濃度が図５（ｄ）のような場合には、基準監視点ＫにおけるＳＳ濃度は位置Ａ及びＣの各ＳＳ濃度の直線式から図５（ｄ）のように求めることができる。この場合の基準監視点Ｋの予測ＳＳ濃度は、位置Ｂ及びＣの各ＳＳ濃度の直線式から求めるＳＳ濃度よりも高く安全側であるので、好ましい。
【００３６】
なお、図５（ｂ）乃至（ｄ）において各水質観測センサの各流速計１２，２２，３２で測定した水の平均流速を考慮して基準監視点ＫにおけるＳＳ濃度を予測することで、更に精度よく予測を行うことができる。
【００３７】
上述の基準監視点ＫにおけるＳＳ濃度の予測は、汚濁は水の流れの向きに拡散するため、予測を正確に行うためには汚濁発生源と観測地点とを結ぶ線が流れの方向と一致する必要があるが、本実施の形態では、図１〜図３のように、各水質観測センサの各浮体２１，３１が流速計と濁度計を水深方向に連結したままで自由に水面Ｓ上を移動でき、水の流れ方向Ｈに移動できるので、図６（ａ）のように、汚濁発生源２’（水底Ｇのバケット２による浚渫作業位置）と浮体（観測地点）２１，３１とを結ぶ線が流れの方向Ｈと一致する。従って、浚渫工事中に水の流れが変化してもその流れ方向Ｈに浮体２１，３１が流速計及び濁度計とともに移動するので、水質汚染の拡散範囲を正確に予測でき、基準監視点ＫにおけるＳＳ濃度を精度よく予測できる。
【００３８】
これに対し、従来のように汚濁発生源と観測地点とを結ぶ線が水の流れの方向Ｈと一致しない場合は、図６（ｂ）に示すように、監視地点での測定結果が流れ方向Ｈの実際のＳＳ濃度よりも小さくなり、基準監視点Ｋでは過小な予測値を与えることになる。
【００３９】
以上のように、本実施の形態では、水質観測センサを水の流れの方向Ｈに自動的に配置でき、水質観測センサによる監視地点を汚濁発生源の周囲に高密度に配置する必要がなく、多数の水質観測センサや濁度計が必要ないので、水底Ｇにおける作業船１のバケット２による浚渫作業位置等の水質汚染の発生源に対し基準監視点ＫにおけるＳＳ濃度を精度よく予測可能な水質環境の監視システムを低コストで実現できる。
【００４０】
また、作業船１による浚渫工事において、特に濁りを対象とした水質環境の変化が工事区域外に及ぶことを確実に防止できる。また、作業船１による浚渫工事が特にダイオキシン類汚染対策工事であるときに、水質環境の変化の監視が要求されるが、かかる水質環境の監視を確実かつ正確に行うことができる。
【００４１】
次に、各水質観測センサ１１０，１２０，１３０の計測装置から作業船１上のデータ集中管理装置までデータを送信するように構成したネットワークの各種例について図７（ａ）乃至（ｄ）により説明する。
【００４２】
図７（ａ）の例は、浮体２１，３１をつなぐロープ１４，１５に沿って電気ケーブルを作業船１まで配線することで、作業船１上のパーソナルコンピュータ等からなるデータ集中管理装置５０に対し各水質観測センサ１１０，１２０，１３０から測定データを送信するようになっている。このデータ集中管理装置５０で、例えば、図５で説明したような解析及び予測を行うことができる。このような有線によるデータ送信は同時に電源供給が可能なため長期の連続した観測に特に優れている。
【００４３】
図７（ｂ）の例は、図３（ｂ）の配置の場合であって、各浮体２１，３１から無線で各水質観測センサ１２０，１３０の測定データを作業船１上の無線部５１まで送信し、データ集中管理装置５０に送られるようになっている。この場合、重量物１８を介してロープ１６、１７に沿って電気ケーブルを浮体２１と３１の間に配線し、例えば、浮体２１から第２の水質観測センサ１２０の測定データだけではなく第３の水質観測センサ１３０の測定データも無線で送信するようにしてもよい。
【００４４】
図７（ｃ）の例は、図３（ｃ）の配置の場合であって、各浮体２１，３１から無線で各水質観測センサ１２０，１３０の測定データを作業船１上の無線部５１まで送信するようになっている。この場合、ロープ１５に沿って電気ケーブルを浮体２１と３１の間に配線し、例えば、浮体２１から第２の水質観測センサ１２０の測定データだけではなく第３の水質観測センサ１３０の測定データも無線で送信するようにしてもよい。
【００４５】
図７（ｄ）の例は、図３（ｂ）の配置の場合に、各浮体２１，３１からロープ１６，１７に沿って電気ケーブルを重量部１８近傍の超音波送信部１８ａまで配線し、超音波送信部１８ａから各水質観測センサ１２０，１３０の測定データを作業船１の底に設けた超音波受信部５２まで送信し、データ集中管理装置５０に送られるようになっている。これにより、水上域の使用制限などで各浮体２１，３１を水中に配置させるときでも、各測定データを無線で送信できる。
【００４６】
図７（ｂ）〜（ｄ）のように、作業船１と各浮体２１，３１との有線による連結が困難な場合には、無線や超音波を使用することで作業船１のデータ集中管理装置５０が測定データの収集を行うことができる。
【００４７】
上述のように、水質汚染の発生源が作業船１の浚渫工事位置である場合、データ集中管理装置５０が作業船１に搭載されているので、リアルタイムに予測した水質汚染の程度に基づいて作業船１による浚渫工事の管理を行うことができ、水質汚染の防止を効率よく管理できる。
【００４８】
以上のように本発明を実施の形態により説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、水面上に配置する水質環境センサの個数は、２であってもよく、また、４以上であってもよいことは勿論である。
【００４９】
また、本実施の形態では、水質汚濁の発生源を作業船による浚渫工事位置として説明したが、本発明は、このような場合に限定されず、水質汚濁の発生源が別の場合でも、適用できることは勿論である。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、水質環境の監視を確実にかつ低コストで行うことができる水質環境の監視方法及び監視システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態による水質環境の監視システムにおける水質観測センサの配置例を示す斜視図である。
【図２】図１の水質環境の監視システムにおける水質観測センサの構成例を示す図である。
【図３】図１の水質環境の監視システムにおける複数の水質観測センサの各浮体の連結例（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を示す図である。
【図４】本実施の形態において水質汚染の程度の解析及び予測を行うための各種パラメータを説明するための図である。
【図５】図１〜図３の各水質観測センサでデータを得る様子を示す図（ａ）、各水質観測センサで得たデータに基づいて行う水質汚染の程度の解析及び予測を説明するためのグラフ（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）である。
【図６】本実施の形態において汚濁発生源と浮体（観測地点）とを結ぶ線が水の流れの方向と一致することによる効果を説明するための図１の概略的な平面図（ａ）であり、従来のように汚濁発生源と観測地点とを結ぶ線が水の流れの方向と一致しないの問題を説明するための平面図（ｂ）である。
【図７】各水質観測センサ１１０，１２０，１３０から作業船上のデータ集中管理装置までデータを送信するネットワークの各種例（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）を説明するための図である。
【図８】従来の浚渫工事等における水質汚濁の監視方法を説明するための斜視図である。
【図９】従来の浚渫工事等における別の水質汚濁の監視方法を説明するための斜視図である。
【符号の説明】
１・・・作業船
２・・・バケット
２’・・・汚濁発生源
１１０・・・第１の水質観測センサ
１２０・・・第２の水質観測センサ
１３０・・・第３の水質観測センサ
２１・・・浮体
３１・・・浮体
１２，２２，３２・・・流速計
１３〜１５・・・濁度計
２３〜２５・・・濁度計
３３〜３５・・・濁度計
Ｈ・・・水の流れ方向
Ａ・・・工事水域（所定領域）
Ｋ・・・基準監視点
Ｊ・・・補助監視点
【発明の属する技術分野】
本発明は、港湾、河川、湖沼での浚渫などの水中工事施工のときに適用して好適な水質環境の監視方法及び監視システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば港湾の浚渫工事では、海底地盤の掘削により発生した汚濁の監視は、図８のように、浚渫船Ｓで浚渫が行われる工事水域と一般水域との境界の基準監視点Ｋにおいて、定められた時刻、回数で、観測船Ｍから人力にて濁度計を水中に降ろし、水中の濁度（ＳＳ濃度）の観測値を読み取り、そのＳＳ濃度が監視基準値以下であることを確認することで行われている。しかし、この方法では、リアルタイムでの監視は困難であり、監視基準値を越えると水質汚染の拡散となり、浚渫施工へのフィードバックは不可能である。特に、ダイオキシン類汚染対策工事においては、人々の注目を集めており、より精度の高い管理手法が求められている。
【０００３】
そこで、図９のように、基準監視点Ｋの手前に補助監視点Ｊを設置し、補助監視点ＪでのＳＳ濃度の観測値を読みとり、基準監視点での値を予測する手法が考えられる。この管理方法は、水質環境を監視するのに適した方法であるが、濁りは水の流れ方向に拡散するため、これらを常に観測するためには工事区域の周囲に多数の計測装置が必要になり、計測費用が嵩むという問題があった。
【０００４】
また、下記特許文献１には、埋立工事における周辺水域への汚濁状況予測及びそれに基づく土砂投入を管理するために、埋立予定水域に実際に土砂を投入する際に、水質汚濁シミュレーション部で推定された水質汚濁状況を用いて、できるだけ埋立予定水域の周辺に汚濁が拡散しないように、実際に投入される土砂の投入量、投入時期、投入頻度その他投入に必要な土砂投入管理値を土砂投入管理部でリアルタイムにまたは所定の時間間隔で決定することが記載されているが、水の流れ方向を考慮しリアルタイムで行う水質環境の監視に関する具体的な方法・手段は何ら記載されていない。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−３４８８３７公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、水質環境の監視を確実にかつ低コストで行うことができる水質環境の監視方法及び監視システムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による水質環境の監視方法は、所定領域内の水質の基準監視点よりも内側において水質汚染の発生源に対して水の流れに沿った下流方向の異なる任意の距離の点に複数の水質観測センサを配置し、前記複数の水質観測センサにより観測した少なくとも２点以上のデータに基づいて前記水質汚染の程度を解析し予測することで前記基準監視点での水質環境を監視することを特徴とする。
【０００８】
この水質環境の監視方法によれば、水質汚染の発生源に対して水の流れに沿った下流方向の異なる任意の距離の点に複数の水質観測センサを配置して得た複数のデータに基づいて水質汚染の程度（ＳＳ濃度等）を解析し予測するので予測精度を向上できる。このため、水質環境の監視を確実に行うことができるとともに、水の流れに沿った下流方向の任意の距離の点に複数の水質観測センサを配置するだけであるので低コストで水質環境を監視できる。
【０００９】
上記水質環境の監視方法において前記水質観測センサは流速計及び濁度計を含み、前記流速計及び前記濁度計が浮体に接続されることが好ましい。これにより、浮体が水の流れの向きに流速計及び濁度計と一緒に移動できるとともに、濁度（ＳＳ濃度）の測定及びその測定点における水の流速の測定ができ、水の流れに沿った下流方向でＳＳ濃度及び流速の測定を確実に行うことができる。
【００１０】
また、前記観測したデータを有線通信、無線通信または超音波通信で結ばれたネットワークにより集中管理装置で収集し、リアルタイムに前記水質汚染の程度の解析・予測を行いながら任意の基準監視点の水質環境を監視するようにできる。これにより、例えば、水質汚染の発生源が港湾の浚渫工事の工事船である場合、リアルタイムに予測した水質汚染の程度に基づいて工事船による浚渫工事の管理を行うことができる。この場合、集中管理装置は浚渫工事の工事船に搭載することが望ましい。
【００１１】
なお、前記複数の水質観測センサは前記下流方向の任意の距離の点における水深方向に複数の濁度計が配置されることが好ましい。これにより、下流方向の任意の距離の点における水深方向で複数のデータを得ることができ、その平均値からより正確なデータを得ることができ、また、水深方向における濃度分布を密に得ることができるので、水質汚染の程度の予測精度を更に向上できる。
【００１２】
本発明による水質環境の監視システムは、所定領域内の水質の基準監視点よりも内側において水質汚染の発生源に対して水の流れに沿った下流方向の異なる任意の距離の点に配置された複数の水質観測センサと、前記複数の水質観測センサにより観測した少なくとも２点以上のデータに基づいて前記水質汚染の程度を解析し予測する手段と、を備え、前記基準監視点での水質環境を監視することを特徴とする。
【００１３】
この水質環境の監視システムによれば、水質汚染の発生源に対して水の流れに沿った下流方向の異なる任意の距離の点に複数の水質観測センサを配置して得た複数のデータに基づいて水質汚染の程度（ＳＳ濃度等）を解析し予測するので予測精度を向上できる。このため、水質環境の監視を確実に行うことができるとともに、水の流れに沿った下流方向の任意の距離の点に複数の水質観測センサを配置するだけであるので低コストで水質環境を監視可能な監視システムを構成できる。
【００１４】
上記水質環境の監視システムにおいて前記水質観測センサが前記水の流れに沿った下流方向に自動的に移動するように構成されることが好ましい。これにより、水の流れが変わってもその流れに沿った下流方向で水質観測センサが常に測定できるので、水質汚染の程度の予測精度を更に向上できる。例えば、水質観測センサは流速計及び濁度計を含み、前記流速計及び前記濁度計が浮体に接続されることで、水の流れに沿った下流方向に自動的に移動できる。
【００１５】
また、前記複数の水質観測センサは前記水質汚染の発生源から前記各水質観測センサまでの距離が一定になるように構成されることが好ましい。これにより、各水質観測センサと水質汚染の発生源との間の距離が一定になるので、水の流れ等が変わっても水質観測センサが常に水質汚染の発生源に対し一定の距離で測定できるので、水質汚染の程度の予測精度を更に向上できる。
【００１６】
また、前記観測したデータを有線通信、無線通信または超音波通信で結ばれたネットワークにより収集する集中管理装置を更に備え、リアルタイムに前記水質汚染の程度の解析・予測を行いながら任意の基準監視点の水質環境を監視するようにできる。これにより、例えば、水質汚染の発生源が港湾の浚渫工事の工事船である場合、リアルタイムに予測した水質汚染の程度に基づいて工事船による浚渫工事の管理を行うことができる。この場合、集中管理装置は浚渫工事の工事船に搭載することが望ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施の形態について図面を用いて説明する。図１は本実施の形態による水質環境の監視システムにおける水質観測センサの配置例を示す斜視図である。図２は図１の水質環境の監視システムにおける水質観測センサの構成例を示す図である。図３は図１の水質環境の監視システムにおける複数の水質観測センサの各浮体の連結例（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を示す図である。
【００１８】
図１に示すように、本実施の形態による水質環境の監視システムは、作業船１による図１の二点鎖線で示す浚渫工事水域Ａ内に設置され、作業船１に連結された第１の水質観測センサ１１０，第２の水質観測センサ１２０及び第３の水質観測センサ１３０を備える。
【００１９】
図２のように、第２の水質観測センサ１２０は、水面Ｓに浮くことのできる浮遊ブイ等の浮体２１と、水面Ｓの直下に位置し、その位置における流速を測定する流速計２２と、流速計２２よりも下方の水深方向に所定の間隔で位置する複数の濁度計２３，２４，２５と、を備える。流速計２２と複数の濁度計２３，２４，２５は浮体２１にワイヤロープ２６で水深方向に直列に接続されている。
【００２０】
第１の水質観測センサ１１０は、図２の第２の水質観測センサ１２０と同様に構成され、図３（ａ）のように、流速計１２と、流速計１２よりも下方の水深方向に所定の間隔で位置する複数の濁度計１３，１４，１５と、を備え、作業船１の近傍に連結されており、浮体２１が省略されている。
【００２１】
また、第３の水質観測センサ１３０は、図２の第２の水質観測センサ１２０と同様に構成され、浮体３１と、流速計３２と、流速計３２よりも下方の水深方向に所定の間隔で位置する複数の濁度計３３，３４，３５と、を備える。
【００２２】
ここで、各流速計１２，２２，３２は、測定位置の流速を測定し、例えば超音波式で多層の流向と流速を測定可能な流向・流速計を用いることができ、また、各濁度計１３〜１５，２３〜２５、３３〜３５は、測定位置の水中の濁度（ＳＳ濃度）を測定し、例えば散乱光強度を測定できる直読式投げ込みタイプの濁度計を用いることができるが、これらに限定されるものではない。なお、ＳＳ濃度は、濁度とＳＳ濃度との相関関係を試験から予め求めておき、濁度計で測定した濁度をＳＳ濃度に換算する。
【００２３】
図３（ａ）に示すように、第２の水質観測センサ１２０は浮体２１が長さａのロープ１４で作業船１に連結されており、第３の水質観測センサ１３０は浮体３１が長さｂのロープ１５で第２の水質観測センサ１２０の浮体２１に連結されており、各浮体２１，３１がロープ１４，１５でつながれて直列に配置されている。 上述のようにして、図１、図３（ａ）のように、第２の水質観測センサ１２０は、作業船１から距離ａだけ離れた位置に配置され、第３の水質観測センサ１３０は、第２の水質観測センサ１２０から距離ｂだけ離れた位置に配置されている。
【００２４】
また、図３（ｂ）に示す配置例では、水中にブロック等の重量物１８を投入し水底Ｇに沈め、第２の水質観測センサ１２０の浮体２１が長さａ１のロープ１６で重量物１８に連結され、第３の水質観測センサ１３０の浮体３１が長さｂ１のロープ１７で重量物１８に連結されている。
【００２５】
また、図３（ｃ）に示す配置例では、水中にブロック等の重量物１８を投入し水底Ｇに沈め、第２の水質観測センサ１２０の浮体２１が長さａ１のロープ１６で重量物１８に連結され、第３の水質観測センサ１３０の浮体３１が長さｂのロープ１５で第２の水質観測センサ１２０の浮体２１に連結されている。
【００２６】
上述の図３（ｂ）または図３（ｃ）のようにして、浮体２１，３１がそれぞれ連結されることで、第２の水質観測センサ１２０は作業船１から距離ａだけ離れた位置に配置され、第３の水質観測センサ１３０は第２の水質観測センサ１２０から距離ｂだけ離れた位置に配置される。
【００２７】
以上のように、図１〜図３の各水質観測センサ１２０，１３０は、浮遊ブイなどの浮体２１，３１に流速計と濁度計等の計測装置を取り付け、ロープ等で作業船１などに固定し、各浮体２１，３１が流速計と濁度計を水深方向に連結したままで自由に水面Ｓ上を移動できる。このため、各浮体２１，３１が流れ方向Ｈの水の流れに乗り自然に下流に移動し、任意のロープ長の位置に停止するので、各水質観測センサ１２０，１３０を下流方向の任意の距離に簡易に常に配置することができる。
【００２８】
また、濁度計は各水質観測センサ１１０，１２０，１３０において水の流れ方向Ｈに複数点配置されており、各地点でのデータを収集することができるので、より精度の高い水質環境の監視を行うことができる。また、各水質観測センサ１２０，１３０の配置距離（作業船からの長さａ，ｂ）は、図１の工事水域Ａ、基準監視点Ｋ、基準監視点Ｋの手前に設定した補助監視点Ｊ等を考慮し、任意に決定することができる。
【００２９】
図１，図３のように、作業船１は図１の工事水域Ａ内で水中に吊されたバケット２により水底Ｇで浚渫作業を行うが、この水底Ｇのバケット２による浚渫作業位置が水質汚染の発生源となる。この水質汚染の程度の解析及び予測について図４及び図５を参照して説明する。
【００３０】
図４は水質汚染の程度の解析及び予測を行うための各種パラメータを説明するための図である。図５は図１〜図３の各水質観測センサでデータを得る様子を示す図（ａ）、各水質観測センサで得たデータに基づいて行う水質汚染の程度の解析及び予測を説明するためのグラフ（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）である。
【００３１】
図４に示すように、水底Ｇにおける作業船１のバケット２による浚渫作業位置（水質汚染の発生源）に対し基準監視点ＫにおけるＳＳ濃度は、発生源おける時間当たりの汚濁発生量Ｑ、水深Ｄ、水の流れ方向Ｈの平均流速Ｖ、浚渫作業位置からの距離Ｘをパラメータにして求めることで予測できる。
【００３２】
図４において、発生源おける時間当たりの汚濁発生量Ｑは第１の水質観測センサ１１０の濁度計１３，１４，１５で測定した測定値から求め、例えば、平均流速Ｖは第３の水質観測センサ１３０の流速計３２で測定し、第３の水質観測センサ１３０の濁度計３３，３４，３５で測定した測定値の平均値から浚渫作業位置から所定距離だけ離れた位置（ａ＋ｂ）のＳＳ濃度を求め、このＳＳ濃度に基づいて上記パラメータから基準監視点ＫにおけるＳＳ濃度を計算し予測できる。
【００３３】
具体的には、図５（ａ）のように、各水質観測センサ１１０，１２０，１３０によりＡ点、Ｂ点、Ｃ点の各位置におけるＳＳ濃度を各濁度計で測定し平均値を求め、各位置Ａ、Ｂ、Ｃに対し各ＳＳ濃度をプロットし、図５（ｂ）のようなグラフを得た場合には、複数の位置Ａ、Ｂ、Ｃに対する各ＳＳ濃度は一定の関係にあるので、基準監視点ＫにおけるＳＳ濃度はその近似曲線から図５（ｂ）のように求めることができる。
【００３４】
また、複数の位置Ａ、Ｂ、Ｃに対する各ＳＳ濃度が図５（ｃ）のような場合には、基準監視点ＫにおけるＳＳ濃度は位置Ａ及びＣの各ＳＳ濃度の直線式から図５（ｃ）のように求めることができる。この場合の基準監視点Ｋの予測ＳＳ濃度は、位置Ａ及びＢの各ＳＳ濃度の直線式から求めるＳＳ濃度よりも高く安全側であるので、好ましい。
【００３５】
また、複数の位置Ａ、Ｂ、Ｃに対する各ＳＳ濃度が図５（ｄ）のような場合には、基準監視点ＫにおけるＳＳ濃度は位置Ａ及びＣの各ＳＳ濃度の直線式から図５（ｄ）のように求めることができる。この場合の基準監視点Ｋの予測ＳＳ濃度は、位置Ｂ及びＣの各ＳＳ濃度の直線式から求めるＳＳ濃度よりも高く安全側であるので、好ましい。
【００３６】
なお、図５（ｂ）乃至（ｄ）において各水質観測センサの各流速計１２，２２，３２で測定した水の平均流速を考慮して基準監視点ＫにおけるＳＳ濃度を予測することで、更に精度よく予測を行うことができる。
【００３７】
上述の基準監視点ＫにおけるＳＳ濃度の予測は、汚濁は水の流れの向きに拡散するため、予測を正確に行うためには汚濁発生源と観測地点とを結ぶ線が流れの方向と一致する必要があるが、本実施の形態では、図１〜図３のように、各水質観測センサの各浮体２１，３１が流速計と濁度計を水深方向に連結したままで自由に水面Ｓ上を移動でき、水の流れ方向Ｈに移動できるので、図６（ａ）のように、汚濁発生源２’（水底Ｇのバケット２による浚渫作業位置）と浮体（観測地点）２１，３１とを結ぶ線が流れの方向Ｈと一致する。従って、浚渫工事中に水の流れが変化してもその流れ方向Ｈに浮体２１，３１が流速計及び濁度計とともに移動するので、水質汚染の拡散範囲を正確に予測でき、基準監視点ＫにおけるＳＳ濃度を精度よく予測できる。
【００３８】
これに対し、従来のように汚濁発生源と観測地点とを結ぶ線が水の流れの方向Ｈと一致しない場合は、図６（ｂ）に示すように、監視地点での測定結果が流れ方向Ｈの実際のＳＳ濃度よりも小さくなり、基準監視点Ｋでは過小な予測値を与えることになる。
【００３９】
以上のように、本実施の形態では、水質観測センサを水の流れの方向Ｈに自動的に配置でき、水質観測センサによる監視地点を汚濁発生源の周囲に高密度に配置する必要がなく、多数の水質観測センサや濁度計が必要ないので、水底Ｇにおける作業船１のバケット２による浚渫作業位置等の水質汚染の発生源に対し基準監視点ＫにおけるＳＳ濃度を精度よく予測可能な水質環境の監視システムを低コストで実現できる。
【００４０】
また、作業船１による浚渫工事において、特に濁りを対象とした水質環境の変化が工事区域外に及ぶことを確実に防止できる。また、作業船１による浚渫工事が特にダイオキシン類汚染対策工事であるときに、水質環境の変化の監視が要求されるが、かかる水質環境の監視を確実かつ正確に行うことができる。
【００４１】
次に、各水質観測センサ１１０，１２０，１３０の計測装置から作業船１上のデータ集中管理装置までデータを送信するように構成したネットワークの各種例について図７（ａ）乃至（ｄ）により説明する。
【００４２】
図７（ａ）の例は、浮体２１，３１をつなぐロープ１４，１５に沿って電気ケーブルを作業船１まで配線することで、作業船１上のパーソナルコンピュータ等からなるデータ集中管理装置５０に対し各水質観測センサ１１０，１２０，１３０から測定データを送信するようになっている。このデータ集中管理装置５０で、例えば、図５で説明したような解析及び予測を行うことができる。このような有線によるデータ送信は同時に電源供給が可能なため長期の連続した観測に特に優れている。
【００４３】
図７（ｂ）の例は、図３（ｂ）の配置の場合であって、各浮体２１，３１から無線で各水質観測センサ１２０，１３０の測定データを作業船１上の無線部５１まで送信し、データ集中管理装置５０に送られるようになっている。この場合、重量物１８を介してロープ１６、１７に沿って電気ケーブルを浮体２１と３１の間に配線し、例えば、浮体２１から第２の水質観測センサ１２０の測定データだけではなく第３の水質観測センサ１３０の測定データも無線で送信するようにしてもよい。
【００４４】
図７（ｃ）の例は、図３（ｃ）の配置の場合であって、各浮体２１，３１から無線で各水質観測センサ１２０，１３０の測定データを作業船１上の無線部５１まで送信するようになっている。この場合、ロープ１５に沿って電気ケーブルを浮体２１と３１の間に配線し、例えば、浮体２１から第２の水質観測センサ１２０の測定データだけではなく第３の水質観測センサ１３０の測定データも無線で送信するようにしてもよい。
【００４５】
図７（ｄ）の例は、図３（ｂ）の配置の場合に、各浮体２１，３１からロープ１６，１７に沿って電気ケーブルを重量部１８近傍の超音波送信部１８ａまで配線し、超音波送信部１８ａから各水質観測センサ１２０，１３０の測定データを作業船１の底に設けた超音波受信部５２まで送信し、データ集中管理装置５０に送られるようになっている。これにより、水上域の使用制限などで各浮体２１，３１を水中に配置させるときでも、各測定データを無線で送信できる。
【００４６】
図７（ｂ）〜（ｄ）のように、作業船１と各浮体２１，３１との有線による連結が困難な場合には、無線や超音波を使用することで作業船１のデータ集中管理装置５０が測定データの収集を行うことができる。
【００４７】
上述のように、水質汚染の発生源が作業船１の浚渫工事位置である場合、データ集中管理装置５０が作業船１に搭載されているので、リアルタイムに予測した水質汚染の程度に基づいて作業船１による浚渫工事の管理を行うことができ、水質汚染の防止を効率よく管理できる。
【００４８】
以上のように本発明を実施の形態により説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、水面上に配置する水質環境センサの個数は、２であってもよく、また、４以上であってもよいことは勿論である。
【００４９】
また、本実施の形態では、水質汚濁の発生源を作業船による浚渫工事位置として説明したが、本発明は、このような場合に限定されず、水質汚濁の発生源が別の場合でも、適用できることは勿論である。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、水質環境の監視を確実にかつ低コストで行うことができる水質環境の監視方法及び監視システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態による水質環境の監視システムにおける水質観測センサの配置例を示す斜視図である。
【図２】図１の水質環境の監視システムにおける水質観測センサの構成例を示す図である。
【図３】図１の水質環境の監視システムにおける複数の水質観測センサの各浮体の連結例（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を示す図である。
【図４】本実施の形態において水質汚染の程度の解析及び予測を行うための各種パラメータを説明するための図である。
【図５】図１〜図３の各水質観測センサでデータを得る様子を示す図（ａ）、各水質観測センサで得たデータに基づいて行う水質汚染の程度の解析及び予測を説明するためのグラフ（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）である。
【図６】本実施の形態において汚濁発生源と浮体（観測地点）とを結ぶ線が水の流れの方向と一致することによる効果を説明するための図１の概略的な平面図（ａ）であり、従来のように汚濁発生源と観測地点とを結ぶ線が水の流れの方向と一致しないの問題を説明するための平面図（ｂ）である。
【図７】各水質観測センサ１１０，１２０，１３０から作業船上のデータ集中管理装置までデータを送信するネットワークの各種例（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）を説明するための図である。
【図８】従来の浚渫工事等における水質汚濁の監視方法を説明するための斜視図である。
【図９】従来の浚渫工事等における別の水質汚濁の監視方法を説明するための斜視図である。
【符号の説明】
１・・・作業船
２・・・バケット
２’・・・汚濁発生源
１１０・・・第１の水質観測センサ
１２０・・・第２の水質観測センサ
１３０・・・第３の水質観測センサ
２１・・・浮体
３１・・・浮体
１２，２２，３２・・・流速計
１３〜１５・・・濁度計
２３〜２５・・・濁度計
３３〜３５・・・濁度計
Ｈ・・・水の流れ方向
Ａ・・・工事水域（所定領域）
Ｋ・・・基準監視点
Ｊ・・・補助監視点
Claims (7)
- 所定領域内の水質の基準監視点よりも内側において水質汚染の発生源に対して水の流れに沿った下流方向の異なる任意の距離の点に複数の水質観測センサを配置し、前記複数の水質観測センサにより観測した少なくとも２点以上のデータに基づいて水質汚染の程度を解析し予測することで前記基準監視点での水質環境を監視することを特徴とする水質環境の監視方法。
- 前記水質観測センサは流速計及び濁度計を含み、前記流速計及び前記濁度計が浮体に接続されることを特徴とする請求項１に記載の水質環境の監視方法。
- 前記観測したデータを有線通信、無線通信または超音波通信で結ばれたネットワークにより集中管理装置で収集し、リアルタイムに前記水質汚染の程度の解析・予測を行いながら任意の基準監視点の水質環境を監視することを特徴とする請求項１または２に記載の水質環境の監視方法。
- 所定領域内の水質の基準監視点よりも内側において水質汚染の発生源に対して水の流れに沿った下流方向の異なる任意の距離の点に配置された複数の水質観測センサと、
前記複数の水質観測センサにより観測した少なくとも２点以上のデータに基づいて前記水質汚染の程度を解析し予測する手段と、を備え、前記基準監視点での水質環境を監視することを特徴とする水質環境の監視システム。 - 前記水質観測センサが前記水の流れに沿った下流方向に自動的に移動するように構成されたことを特徴とする請求項４に記載の水質環境の監視システム。
- 前記複数の水質観測センサは前記水質汚染の発生源から前記各水質観測センサまでの距離が一定になるように構成されたことを特徴とする請求項６に記載の水質環境の監視システム。
- 前記観測したデータを有線通信、無線通信または超音波通信で結ばれたネットワークにより収集する集中管理装置を更に備え、リアルタイムに前記水質汚染の程度の解析・予測を行いながら任意の基準監視点の水質環境を監視することを特徴とする請求項５または６に記載の水質環境の監視システム。
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