JP2010249703A - 浮遊砂捕砂器 - Google Patents

Abstract

【課題】浮遊砂を捕捉すると共に、その継続的、時間的な浮遊砂の量的な変化を捉えることができる浮遊砂捕砂器を提供する。
【解決手段】水底に先端が埋め込まれて、水中内で上下方向に起立することが可能となり内部に浮遊砂を収容可能となったケース１２と、ケース１２の上部に取り付けられて捕砂用開口を形成する浮遊砂方向規定キャップ１８と、ケース１２内で上下方向に配設され、ケース内で堆積された浮遊砂の捕砂量を計測するためのセンサ部１４と、センサ部１４に接続されたデータロガー部１６と、電源部２０と、を備え、前記センサ部１４は、同一水平面内に浮遊砂の堆積空間を空けて設けられた発光器と受光器からなるセンサペア４６を、一定間隔ごとに上下方向に配列しており、データロガー部１６は、センサ部１４により計測された捕砂量に関するデータを所定時間毎に時系列的に記録する。
【選択図】図１

Description

本発明は、海水内または河川内等の水中内において浮遊する浮遊砂を捕捉し、捕砂量を継続的に時系列的に計測する浮遊砂捕砂器に関する。

従来、海中等の水中内を運動する浮遊砂を捕らえて、その量や濃度分布を知ることにより、底面の変動または浮遊砂状況といった調査に利用される捕砂器が知られている。

捕砂器は、その捕砂原理から強制吸引式、自然吸引式、自然沈殿式などに分類することができる。

強制吸引式は、ポンプ等の動力源により強制的に砂を集める方式であり、継続的及び自動的な調査には適していない。

自然吸引式は、水圧を利用して試料ビン等に砂を集めるようになっているが、強制吸引式と同様に、測定開始のためのトリガ信号または人的操作が必要であり、継続的及び自動的な調査には適していない。

一方、自然沈殿式は、穴を開けた筒あるいは箱型の容器を海中に設置し、容器の中が静水であることから、穴から流入した砂が容器内に溜ることを利用したものである。

この自然沈降式浮遊砂捕砂器の代表的なものとして、竹の節から節までを１つの捕砂器として、入口用と出口用の穴を互いに対向して穿設したものからなる竹竿式捕砂器が知られている。または、竹の代わりに入口の高さの異なる複数の塩化ビニールパイプを１つの平板に並べ、浮遊砂量の高さ方向の変化を測定したものも知られている。

堀川清司編、「海岸環境工学」、初版、財団法人東京大学出版会、１９８５年６月１３日、ｐ４５３−ｐ４６３

しかしながら、従来の捕砂器では単に浮遊砂を捕捉するにとどまり、その継続的、時間的な浮遊砂の量的な変化を捉えることはできない、という課題がある。

本発明はかかる課題に鑑みなされたもので、継続的に時系列的に浮遊砂捕砂量を計測することができる浮遊砂捕砂器を提供することをその目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、水中内で浮遊する浮遊砂を捕捉する捕砂器であって、
水底に先端が埋め込まれて、水中内で上下方向に起立することが可能となり内部に浮遊砂を収容可能となったケースと、
ケースの上部に設けられた捕砂用開口と、
ケース内で上下方向に配設された、ケース内で堆積された浮遊砂の捕砂量を計測するためのセンサ部と、
センサ部に接続されたデータロガー部と、
必要な電力を供給する電源部と、を備え、
前記センサ部は、同一水平面内に浮遊砂の堆積空間を空けて設けられた発光器と受光器からなるセンサペアを、一定間隔ごとに上下方向に配列しており、
前記データロガー部は、前記センサ部により計測された捕砂量に関するデータを所定時間毎に時系列的に記録することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のケースの上部開口に、前記捕砂用開口を画成する浮遊砂方向規定キャップが取り付けられており、該浮遊砂方向規定キャップは、任意に選択された規定方向に流れる浮遊砂をケース内に誘導することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の前記浮遊砂方向規定キャップが、ケースの上部開口の上方に位置する蓋部と、蓋部の下方にあって下向きに傾斜する誘導面とを有しており、当該誘導面は、前記任意に選択された規定方向と直交するように配置されることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の前記捕砂用開口の水底面よりの高さ位置を任意に変更可能であることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の前記ケースがその長さ方向に沿った分割線に従って２部品以上に分割可能であることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の前記ケースの少なくともセンサ部と対向する部分が、透明な材料から構成されることを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の前記ケースに、前記センサペアの設置間隔と同じ間隔でかつ同じ高さ位置に目盛が付されることを特徴とする。

本発明によれば、センサ部によるセンサペアによって、ケース内に蓄積された捕砂量を計測し、捕砂量に関するデータをデータロガー部が所定時間毎に時系列に記録することによって、継続的に且つ時間的な浮遊砂捕砂量の変化を把握することができる。

この捕砂器は、電源部の寿命、データロガー部の記録容量、ケース内の収容可能体積の範囲で、長期間の間、自動的に動作させることができるため、人手がかからず省力化を図ることができる。

請求項２記載の発明によれば、浮遊砂方向規定キャップにより、主に任意に選択した規定方向に流れる浮遊砂をケース内に誘導することができるため、例えば、岸に平行な方向または岸に垂直な方向といった規定方向を流れる浮遊砂の量を把握することができるようになる。

請求項３記載の発明によれば、浮遊砂方向規定キャップの誘導面により、任意に選択した規定方向に流れる砂を効率良くケース内に誘導することができる。

請求項４記載の発明によれば、水底面より所望の高さ位置を流れる浮遊砂を捕砂することができる。

請求項５記載の発明によれば、この浮遊砂捕砂器を回収後に、ケースを長さ方向に沿った分割線に従い分割することで、ケース内の砂を堆積された状態のまま取り出すことができ、データロガー部によって記録されたデータに基づき、その捕砂時間との関連づけを行うことができて、該捕砂時間に対応して砂の粒形分布や粒形の密度を把握することができるようになる。

請求項６記載の発明によれば、ケースが透明なので、ケース内で堆積している捕砂量及び捕砂の状態を外部より確認することができる。

請求項７記載の発明によれば、ケースに堆積された捕砂量の具体的数値を、外部からの目視により確認することもできる。

本発明の浮遊砂捕砂器の第１実施形態の一部断面側面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 （ａ）は浮遊砂方向規定キャップの正面図、（ｂ）は浮遊砂方向規定キャップの側面図である。 本発明の浮遊砂捕砂器の使用状態を示す図である。 本発明の第２実施形態の図２相当図である。

以下、図面を用いて本発明の第１の実施形態を説明する。
図１は第１の実施形態の浮遊砂捕砂器の側面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。

浮遊砂捕砂器１０は、大別して、水底に先端が埋め込まれて、水中内で上下方向に起立することが可能となり内部に浮遊砂を収容可能となったケース１２と、ケース１２内で堆積された浮遊砂の捕砂量を計測するためのセンサ部１４と、センサ部１４に接続されたデータロガー部１６と、ケース１２の上部開口に取り付けられた浮遊砂方向規定キャップ１８と、必要な電力を供給する電源部２０と、よりなる。

ケース１２は、主として円筒形をなしており、ケース１２は、捕らえた浮遊砂を収容すると共に後述のセンサ部１４を収容する上ケース１２ａと、データロガー部１６を収容する下ケース１２ｂと、下ケース１２ｂの下部に取り付けられて先端が尖った形状となった埋設部１２ｃと、を備えている。ケース１２の外径、内径としては、例えば、７０〜１５０ｍｍ程度とすることができる。

上ケース１２ａは、透明なパイプからなり、例えば、塩化ビニール樹脂といった合成樹脂で構成することができる。その上端は開放され、下端は閉塞されて、捕らえた浮遊砂を閉塞面の上に順次堆積することができるようになっている。

センサ部１４は、上ケース１２ａ内で上下方向に設置されると共に断面Ｃ字形状で上部が閉塞されたチューブ４０と、チューブ４０の開口部に取り付けられた取付ロッド４２と、取付ロッド４２に取り付けられた発光器４３及び受光器４４からなるセンサペア４６とを有している。

取付ロッド４２には長手方向に延びる溝４２ａが形成されて、取付ロッド４２の横断面は凹形状となっており、溝４２ａの対向する溝側面には、同一水平面内に発光器４３及び受光器４４が埋設されてこれらでセンサペア４６が構成される。好ましくは発光器４３及び受光器４４は、溝４２ａの各溝側面に交互に所定間隔で埋設されるとよく、所定間隔ごとにセンサペア４６が配列される。例えばセンサペア４６を１ｃｍ間隔で、所定長さ、例えば１２０ｃｍまで設けることができる。センサペア４６の設置間隔をより小さくすることにより、より精度の高い計測が可能となる。各センサペア４６を構成する発光器４３及び受光器４４はその光軸４５が水平方向を向くように構成される。発光器４３は例えば赤外ダイオード、受光器はフォトトランジスタから構成することができる。

前記上ケース１２ａは、透明であるため、ケース１２内の砂の量や状態を外部から目視することができる。好ましくは、上ケース１２ａにはセンサペア４６の設置間隔と同じ間隔でかつ同じ高さ位置で目盛１２ｄが付されるとよく、これによって、堆積された砂の高さを目視によっても具体的な数値として目視により容易に確認することができるようになっている。

データロガー部１６は、センサ部１４の下方の下ケース１２ｂ内に配設され、センサ部１４に接続されている。データロガー部１６は、制御部を構成する１チップＣＰＵと、メモリを構成するメモリーカードとを有しており、捕砂器１０を水中に設置する前に、ＵＳＢケーブルを介してパーソナルコンピュータと接続することにより、観測条件の設定、時計の設定を行うことが可能である。観測条件として、観測を行う時間間隔である観測インターバル（例えば、分単位）、１回の観測時に行う計測回数及びその計測インターバル（例えば、秒単位）などを設定することができる。

メモリーカードには、例えば、テキスト形式のデータが記録され、カードリーダを介することで該データを非接触でパーソナルコンピュータに直接読み込み可能とすることができる。または、メモリーカードをデータロガー部１６から及び捕砂器１０から脱着可能に構成することもできる。

電源部２０は、データロガー部１６と共にセンサ部１４の下方の下ケース１２ｂ内に配設され、電池からなり、センサ部１４及びデータロガー部１６に電力を供給する。好ましくは、主電源の他に、主電源の容量低下や瞬電現象に対応するために動作補償用電源も設けるとよい。

浮遊砂方向規定キャップ１８は、図３に示したように、ケース１２の上部開口を閉塞することが可能な蓋部１８ａと、蓋部１８ａの下側から下方に突出し、その上端基部が上ケース１２ａの内径とほぼ同じ外径を持つ突出部１８ｂと、突出部１８ｂに相対して形成されそれぞれ下向きに傾斜する誘導面１８ｃ、１８ｃと、を有している。誘導面１８ｃとケース１２の上部開口とによって、ケースの捕砂用開口が画成され、誘導面１８ｃは、任意に選択した砂の流れ方向と直交するように配置されて、ケース１２内に砂を誘導する。

浮遊砂方向規定キャップ１８は、さらに、上ケース１２ａに取り付けるための円筒形の円筒枠１８ｅと、円筒枠１８ｅと前記蓋部１８ａとを連結する一対の板状部材１８ｆとを有する。円筒枠１８ｅが、上ケース１２ａに対して、その上ケース１２ａの上部への取付け位置を上下方向に調整可能に蝶ねじ１８ｇで固定される。

以上のように構成される浮遊砂捕砂器１０の作用について以下に説明する。

浮遊砂方向規定キャップ１８の蓋部１８ａがケース１２の上部開口よりも上方になるように、円筒枠１８ｅをケース１２に固定し、浮遊砂方向規定キャップ１８とケース１２とで捕砂用開口を形成した後、観測地点において、観測したい浮遊砂の流れ方向に対して誘導面１８ｃが直交するように海底に埋設部１２ｃを差し込み、図４に示すように、海中内で上下方向に浮遊砂捕砂器１０を起立させる。

埋設部１２ｃを含むケース１２の埋設量を調整して、誘導面１８ｃの海底面からの高さを調整することで、所望の高さを流れる浮遊砂を捕らえることができる。通常、捕砂用開口が３０ｃｍ、５０ｃｍ、７０ｃｍ等の所望の高さになるように設定する。複数の高さについて観測を行う場合には、それぞれの高さに捕砂用開口が一致した複数の浮遊砂捕砂器１０を用いる。必要に応じて、下ケース１２ｂと埋設部１２ｃとの間にダミー棒を挿入することにより、捕砂用開口の海底面からの高さ位置を高くすることも可能である。また、長さ寸法の異なるダミー棒を使用することにより、捕砂用開口の海底面からの高さ位置を所望の位置に設定することもできる。

波に巻上げられる等して流れに乗って浮遊する浮遊砂は、誘導面１８ｃに当接すると、誘導面１８ｃの傾斜に導かれたりするなどして、ケース１２内に落下し、ケース内１２で堆積していく。

ケース１２内に堆積した砂は、前記センサ部１６の取付ロッド４２の溝４２ａ内を埋めていく。よって、堆積された砂の上面よりも下にあるセンサペア４６においては、その光軸４５が遮断されるために、発光器４３からの光を受光器４４が受光することができない。これに対して、堆積された砂の上面よりも上になるセンサペア４６においては、その光軸４５が遮断されていないために、発光器４３からの光を受光器４４が受光することができる。受光可能及び受光不能なセンサペア４６の境界となる受光不能な（または受光量が所定閾値以下の）センサペア４６を検出することにより、浮遊砂の堆積した高さを検出することができる。

単位長さ当たりのケース１２内の砂の収容可能体積が上下方向で一定である場合には、該単位長さ当たりのケース１２内の収容可能体積を、高さと乗ずることで、堆積した砂の量、即ち、浮遊砂捕砂量を求めることができる。但し、必ずしも、単位長さ当たりのケース１２内の砂の収容可能体積が上下方向で一定である必要はない。

センサ部１４の起動は、前記指定された観測インターバル毎に指定された計測回数、指定された計測インターバルで行われ、その結果データが日時のデータと共にデータロガー部１６のメモリに順次、記録される。結果データとしては、センサペア４６の検出結果のデータ、浮遊砂捕砂量に変換したデータ、または、浮遊砂捕砂量の変化量に変換したデータとしてもよい。

こうして、計測は間欠的に行われるために、消費電力を節約することができる。

例えば、捕砂器に搭載可能なバッテリーによって、観測インターバルを１０分として、約３〜４ヶ月ほどの計測が自動的に可能である。

通常、計測は自動的に放置したまま行われるが、この堆積していく様子は、ケース１２が透明であるため、外部から目視で確認することができるとともに、堆積量の具体的数字も、ケース１２に設けられている目盛１２ｄにより確認することができる。

電源部２０の寿命、データロガー部１６の記録容量、ケース１２内の収容可能体積の範囲で、捕砂器１０は海中から引き揚げられて回収され、そのケース１２内に堆積された砂の粒形分布や粒形の密度を分析して、底面の変動または浮遊砂状況といった調査に有益な情報を提供することができる。

好ましくは、図５に示すように、ケース１２の少なくとも上ケース１２ａは、センサ部１４の長さ方向に沿った分割線１２ｅに従って２部品以上に分割可能であるとよい。即ち、上ケース１２ａは２部品以上の分割された部品で構成するか、または、易破断可能に構成しておくことができる。

回収後に、上ケース１２ａをセンサ部１４の長さ方向に沿った分割線１２ｅに従って分割することで、堆積された状態を維持して、砂をケース１２外に取り出すことができる。これによって、堆積された時間と、浮遊砂の粒形分布や粒形の密度とを関連付けることができる。例えば、計測期間中の台風の到来と浮遊砂との相関などを求めることができる。

１０ 浮遊砂捕砂器
１２ ケース
１２ｄ 目盛
１２ｅ 分割線
１４ センサ部
１６ データロガー部
１８ 浮遊砂方向規定キャップ
１８ａ 蓋部
１８ｃ 誘導面
２０ 電源部
４３ 発光器
４４ 受光器
４６ センサペア

Claims (7)

1. 水中内で浮遊する浮遊砂を捕捉する捕砂器であって、
   水底に先端が埋め込まれて、水中内で上下方向に起立することが可能となり内部に浮遊砂を収容可能となったケースと、
   ケースの上部に設けられた捕砂用開口と、
   ケース内で上下方向に配設された、ケース内で堆積された浮遊砂の捕砂量を計測するためのセンサ部と、
   センサ部に接続されたデータロガー部と、
   必要な電力を供給する電源部と、を備え、
   前記センサ部は、同一水平面内に浮遊砂の堆積空間を空けて設けられた発光器と受光器からなるセンサペアを、一定間隔ごとに上下方向に配列しており、
   前記データロガー部は、前記センサ部により計測された捕砂量に関するデータを所定時間毎に時系列的に記録することを特徴とする浮遊砂捕砂器。
2. ケースの上部開口には、前記捕砂用開口を画成する浮遊砂方向規定キャップが取り付けられており、該浮遊砂方向規定キャップは、任意に選択された規定方向に流れる浮遊砂をケース内に誘導することを特徴とする請求項１記載の浮遊砂捕砂器。
3. 前記浮遊砂方向規定キャップは、ケースの上部開口の上方に位置する蓋部と、蓋部の下方にあって下向きに傾斜する誘導面とを有しており、当該誘導面は、前記任意に選択された規定方向と直交するように配置されることを特徴とする請求項２記載の浮遊砂捕砂器。
4. 前記捕砂用開口の水底面よりの高さ位置を任意に変更可能であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の浮遊砂捕砂器。
5. 前記ケースがその長さ方向に沿った分割線に従って２部品以上に分割可能であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の浮遊砂捕砂器。
6. 前記ケースの少なくともセンサ部と対向する部分は、透明な材料から構成されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の浮遊砂捕砂器。
7. 前記ケースには、前記センサペアの設置間隔と同じ間隔でかつ同じ高さ位置に目盛が付されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の浮遊砂捕砂器。

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