JP2005172574A - トレーサを使用した地下水流動測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、CCDカメラや照明装置からの発熱を極力抑制することにより、特に従来困難とされていた極低速の地下水流動も精度よく測定できるトレーサを使用した地下水流動測定装置を提供することを目的とするものである。
【解決手段】 本発明は、トレーサを使用した地下水流動測定装置であり、水中浮遊させたトレーサの流動状態を撮像手段で撮影し、撮影像から地下水の流速と流向を測定する地下水流動測定方法に使用されてなり、トレーサをステレオ画像で撮影し、前記画像を解析して、前記地下水の流速と流向を測定する地下水流動測定装置において、撮像手段と、視差光学系と、地下水通過部と、照明部とを有し、照明部は光源が導入可能とされた光ファイバからなる光源導入部材を前記支柱内に通し、光源導入部材先端照射部を地下水通過部側に向かって照射可能に配置したことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、建設工事に関わる各種調査・例えば亀裂の発達した岩盤内の地下水流動、止水壁の漏水調査・山留め壁による流況阻害調査・環境調査・河川の塩水くさびの流動測定等において三次元的な地下水流動（流向・流速）を測定する地下水流動測定に係り、特に、その測定に使用されるトレーサを使用した地下水流動測定装置に関するものである。

近年、建設工事に伴う地下水流動阻害や井戸枯れの問題のほか、止水壁・止水シートからの漏水や産業廃棄物などによる地下水・土壌汚染が深刻な社会問題となっている。

これら地盤環境保全問題に対して、精度の高い影響予測や効果的な対策工事を実施するためには地盤の透水係数だけでなく地下水の流向や流速を精度よく得ることがきわめて重要とされている。

ここで、地下水の流向や流速の測定手法としては大きく分けると多孔法と単孔法とがあり、最近では若干課題が残るものの経済性や測定作業性に優れた単孔法が多用されている。

単孔式で地下水流向流速を計測する手法として、地下水中に浮遊する浮遊物をトレーサとして利用し、該トレーサを撮像手段であるＣＣＤカメラで捉えて水流等を直接観察する方法がある。

そして、この水中浮遊するトレーサを撮像手段であるCCDカメラで直接捉える方法としては、特開２００２−２５７９４３号公報の発明のように、ＣＣＤカメラの下にプリズムを設置し、地下水中に浮遊するトレーサを視差の異なる箇所から同時に撮影し、この画像を解析することにより地下水の流向及び流速を正確に測定する方法が一般に知られている。（例えば、特許文献１参照）。そして、この箇所を照らす照明装置やその電源がＣＣＤカメラの近傍位置に設けられている。

特開２００２−２５７９４３号公報 Ｐ．３ 段落（００１４）

しかしながら、前記従来の装置であると、前記ＣＣＤカメラや特に照明装置の発熱により測定すべき地下水に対流が生じてしまい、もって地下水の流向や流速を正確に測定できないとの課題があった。

かくして、本発明は前記従来の課題に対処すべく創案されたものであり、CCDカメラや照明装置からの発熱を極力抑制することにより、特に従来困難とされていた極低速の地下水流動も精度よく測定できるトレーサを使用した地下水流動測定装置を提供することを目的とするものである。

本発明によるトレーサを使用した地下水流動測定装置は、
地下水内に水中浮遊させたトレーサの流動状態を撮像手段で撮影し、流動するトレーサの撮影像から地下水の流速と流向を測定する地下水流動測定方法に使用されてなり、前記撮像手段と視差光学系とを組み合わせた撮影手段で前記トレーサをステレオ画像で撮影し、前記画像を解析して、前記地下水の流速と流向を測定する地下水流動測定装置において、
略筒状をなす本体部内上部側に収納された撮像手段と、該撮像手段の下側に設けられた視差光学系と、
前記本体部下方位置に設けられた地下水通過部と、該地下水通過部の下側に設けられた照明部とを有し、
前記地下水通過部は本体部下端と前記照明部とを所定間隔をおき複数の支柱で連結したフリースペースとして形成され、
照明部は太陽光あるいは人工光線などの光源が導入可能とされた光ファイバからなる光源導入部材を前記支柱内に通し、該光源導入部材先端照射部を透明あるいは半透明状の目盛板裏面側から前記地下水通過部側に向かって照射可能に配置した、
ことを特徴とし、
または、
前記略筒状をなす本体部内上部側に収納された撮像手段と、該撮像手段の下側に設けられた視差光学系との間に、リレーレンズを介在してなることを特徴とし、
または、
前記支柱内には前記地下水の採水用開口が設けられ、該開口と連通し、かつ地上の採水装置に連通する採水路が前記支柱内に設けられた。

ことを特徴とするものである。

本発明によるトレーサを使用した地下水流動測定装置であれば、CCDカメラや照明装置からの発熱をほとんど抑制できることにより、特に困難とされていた極低速の地下水流動についても精度よく測定できるとの優れた効果を奏する。

以下、本発明を図に示す実施例に基づいて説明する。

図６に本発明を使用して地下水流動の測定を行っている使用状態例を示す。

同図に示すように、本発明によって、一例として工場の周辺地域における地下水の流動を精度よく測定することができ、その精密な測定結果により、地盤環境の保全・修復の観点からの精度の高い影響予測や効果的な対策工の実施が行えるものとなる。

しかして、本発明によるトレーサを使用した地下水流動測定装置は、図１から理解されるように、略円筒状をなすプローブ１内上方に撮像手段であるＣＣＤカメラ２が略垂直下側を撮像すべく収納されている。

符号３はリレーレンズを示し、前記ＣＣＤカメラ２の下側に配置され、プローブ１内に収納されている。そして、該リレーレンズ３のさらに下側には略菱形をなす視差光学系であるプリズム４が設けられている。

ここで、プローブ１の下端部よりさらに下側方向には外周に壁面が設けられておらず、測定すべき地下水が自由に横断して流れるよう障害のないフリースペースとして構成された地下水通過部５が形成されている。

この地下水通過部５は、該地下水通過部５の下側に設けられた照明部６と前記プローブ１の下端部の間に複数本の棒状支柱７（本実施例では３本）で支持されて形成されている。

ここで、照明部６は地上からの太陽光、人工光線あるいは前記ＣＣＤカメラ２の上方等地中内に配置された人工光線などの光源を導入し、先端に設けられた光源照射部９よりその太陽光あるいは人工光線などを外側へ向けて照射する例えば光ファイバから構成された光源導入照射部材８と、半透明あるいは透明の基板上に所定の目盛りが設けられて形成された目盛板９とを有し、前記光ファイバからなる光源導入照射部材８は地上にあるいは前記ＣＣＤカメラ２の上方位置等地中内に設けられた光源を取り込む光源取り込み部（図示せず）と該光源取り込み部から導入された太陽光あるいは人工光線などを搬送する光源搬送部１０と取り込んだ太陽光あるいは人工光線などを外側へ向けて照射する前記光源照射部９とを有して構成されている。

しかして図から理解されるように、光源照射部９はＣＣＤカメラ２側に向けて、すなわち垂直上側に向けて照射できるよう前記目盛板１１の裏面側（目盛板１１の下側）に設置され、その照射方向を前記の如くＣＣＤカメラ２側に向けている。

また、前記光源搬送部１０は前記３本の支柱７のうち少なくとも１本の支柱７内を通過できるよう構成され（図２参照）、これにより前記地下水通過部６のフリースペース状態を何ら妨害することなくして前記目盛板１１の裏面側に光源照射部９が配置できる構成とされている。

ここで本実施例では光源導入照射部材８は１本の光ファイバ用いて構成されているが、光ファイバは１本に限定されるものではなく、強力な光源としたい場合には複数本使用して光源導入照射部材８としても構わない。しかし、支柱７内を通過できるよう構成しなければならないため、図１に示す本実施例にあっては３本の光ファイバまで使用できることとなる。

図３に示す第２実施例は本装置によって地下水の流動測定と地下水の採水とを同時に達成できる構成としたものである。

本実施例では３本の支柱７のうちその１本の内部を中空にして採水路１３として形成し、この採水路１３と外側とを連通する採水用開口１２を該支柱７に設け、かつ地上の採水装置と前記採水路１３とをパイプ等の連結管１５でつなぎ、採水装置で吸い上げることにより地下水測定箇所での地下水を容易、迅速に採水できるようにしてある。

このように地下水の流動測定と地下水測定箇所での地下水の採水と同時に行えることにより、例えば止水壁・止水シートからの漏水や産業廃棄物などによる地下水・土壌汚染等、いわゆる地盤環境保全問題に対し、精度の高い影響予測やより効果的な対策工事の実施が迅速、確実に行えることとなる。

以上において本発明による装置での測定方法につき説明する。

図から理解されるように、地下水を測定したい箇所に地上から地中に向かう略垂直方向に延びるポーリング孔１４を穿設する。そして、そのポーリング孔１４内に本装置を下ろして挿入し、収納設置する。

しかして測定すべき個所を決めたら、パッカーを膨張させてプローブ１をボーリング孔２内に固定し、地下水通過部６内にトレーサ１６を投入する。

地下水の中でフリーとなったトレーサ１６は矢印で示す如く地下水内をその流れに沿って移動するものとなる。

そして、この移動するトレーサ１６をプリズム４を通じてＣＣＤカメラ２で撮影する。 地下水流によって移動するトレーサ１６は、撮影された下方画像の中の視差が異なる左右２つの画面に同時に現れ、またこれと同じ画面に目盛板１１の寸法点１８・・も同時に現れる。

図７にはｔ１時点における下方画像の視差が異なる２つの画面の画像が示されており、図８にはｔ２時点における同様の左右２つの画面の画像が示されている。そしてこれらの図は、トレーサ１６が時点ｔ１から時点ｔ２までの時間経過中に移動した平面的な移動軌跡を示すものとなっている。

トレーサ１６は、地下水の移動に伴ってゆっくりと移動するため、図７，図８に示すように、トレーサ１６の像は、視差が異なる左右２つの画面に同時に現れ、スケール１７の寸法点１８の像も同様に現れるものとなる。

また、図７，図８から理解されるように、左右２つの画面は視差が異なるため、同じトレーサ１６がその像の位置を相違させて映ることになり、トレーサ１６が移動すれば、その移動は図７と図８との相関から三次元的に捉えることができる。

そこで、任意の時点ｔ１、ｔ２、ｔ３・・・・・ｔｎにおいての撮影を繰り返し、各時点ごとにトレーサ１６の像の三次元座標をパソコンで算出し、各時間ごとに移動量を把握することで三次元的な流速を求めることができるのである。

また、トレーサ１６の像の移動方向も平面的な移動とともに、鉛直方向の移動も把握できることから、三次元的な流向も算出できるのである。

なお、上記の測定をプローブ１の設置位置を変え、また必要な個所、深度ごとに繰り返して行うことにより測定精度は格段に向上する。
そして、本装置ではＣＣＤカメラ２と照明部６とをリレーレンズ３を使用することにより両者を大きく引き離し、かつ前記照明部６を太陽光あるいは人工光線などを導入した光ファイバで構成した結果、発熱により生ずる地下水の対流を防止することができる。よって精度よく地下水流動を測定できるものとなる。

本発明の概略構成を説明する構成説明図（その１）である。

図１のＡ−Ａ線断面図である。

本発明の概略構成を説明する構成説明図（その２）である。

図３のＢ−Ｂ線断面図である。

本発明による地下水採水装置の概略構成を説明する概略構成説明図である。

本発明による地下水流動測定装置の使用状態説明図である。

地下水通過部内を通過するｔ１時点のトレーサの進行経路を説明する説明図である。

地下水通過部内を通過するｔ２時点のトレーサの進行経路を説明する説明図である。

符号の説明

１ プローブ
２ ＣＣＤカメラ
３ リレーレンズ
４ プリズム
５ 地下水通過部
６ 照明部
７ 支柱
８ 光源導入照射部材
９ 光源照射部
１０ 光源搬送部
１１ 目盛板
１２ 採水用開口
１３ 採水路
１４ ポーリング孔
１５ 連結管
１６ トレーサ

Claims (3)

1. 地下水内に水中浮遊させたトレーサの流動状態を撮像手段で撮影し、流動するトレーサの撮影像から地下水の流速と流向を測定する地下水流動測定方法に使用されてなり、前記撮像手段と視差光学系とを組み合わせた撮影手段で前記トレーサをステレオ画像で撮影し、前記画像を解析して、前記地下水の流速と流向を測定する地下水流動測定装置において、
   略筒状をなす本体部内上部側に収納された撮像手段と、該撮像手段の下側に設けられた視差光学系と、
   前記本体部下方位置に設けられた地下水通過部と、該地下水通過部の下側に設けられた照明部とを有し、
   前記地下水通過部は本体部下端と前記照明部とを所定間隔をおき複数の支柱で連結したフリースペースとして形成され、
   照明部は太陽光あるいは人工光線などの光源が導入可能とされた光ファイバからなる光源導入部材を前記支柱内に通し、該光源導入部材先端照射部を透明あるいは半透明状の目盛板裏面側から前記地下水通過部側に向かって照射可能に配置した、
   ことを特徴とするトレーサを使用した地下水流動測定装置。
   
2. 前記略筒状をなす本体部内上部側に収納された撮像手段と、該撮像手段の下側に設けられた視差光学系との間に、リレーレンズを介在してなることを特徴とする請求項１記載のトレーサを使用した地下水流動測定装置。
   
3. 前記支柱内には前記地下水の採水用開口が設けられ、該開口と連通し、かつ地上の採水装置に連通する採水路が前記支柱内に設けられた。
   ことを特徴とする請求項１または請求項２記載のトレーサを使用した地下水流動測定装置。

Images