JP2011047847A - 地下水位検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、常時モニタリングすることなく地下水位が所定の水位まで上昇したことを検出することができる地下水位検知装置を提供することを目的とするものである。
【解決手段】収容体１は、円筒状の外筒体１０及び内筒体１１を備えている。外筒体１０の上部から電線２が挿入されており、電線２の先端部は内筒体１１の内部に挿入され導体部分が露出した一対の検知電極体２０に形成されている。内筒体１１には流入口１４が形成されており、地下水位の上昇に伴い下方の導入口１３から流入した地下水が流入口１４から内筒体１１内に入って貯留されるようになる。そのため、検知電極体２０の間が保水状態となり、検知電極体の通電状態により地下水位が上昇したことを検知する。
【選択図】図２

Description

本発明は、崩落の可能性のある切土斜面や自然斜面等の地盤構造において地下水位を検知する地下水位検知装置に関する。

切土斜面や自然斜面等の地盤構造において崩落現象が発生するのは、一般に降雨や融雪に伴う地下水位の上昇が主な原因であると考えられている。そのため、こうした地盤構造では地下水位がどの程度まで上昇するのか把握することが防災対策を具体的に検討していく上で重要なポイントとなる。

また、斜面崩落を防止する対策として水抜きパイプを敷設して地下水位の上昇を抑える方法が用いられているが、水抜きパイプは長期間使用する間に目詰まりして再び地下水位が上昇する場合があり、こうした防災対策を施工した後でも定期的に地下水位を監視していく必要がある。

地下水位を検知する場合、地盤構造の検知対象となる領域にボーリング等により掘削して観測孔を施工し、観測孔内部に滞留する地下水に基づいて検知することが行われている。例えば、地下水の水面に浮かぶことができるフロートを設置してフロートの作動状況から水位を検知したり、地下水の中に深く沈めて設置した水圧センサで検知した水圧データから水位を検知することが提案されている。

こうした地下水位の検知方法は、正確に検知することができるもののフロートやセンサを設置するために観測孔のサイズを大きくしなければならず、施工費用がかかる課題がある。また、センサ等に電源を供給する必要があるため常時観測するには電源交換等の維持経費がかかり、長期間にわたって継続的に観測を行う上でデメリットとなる。

また、水位を検知するセンサを所定の深さ毎に複数配列して水位を検知する装置が提案されている。例えば、特許文献１では、絶縁物からなる中空筒の周壁に深さ方向に沿って複数の水位電極を等間隔で取り付け、水位電極に対向する位置に棒状の共通電極を設けて共通電極と水位電極との間に水が存在することで電気抵抗が低下することを検知して水位を検知する多電極水位検出器が記載されている。また、特許文献２では、導体が絶縁物で被覆された複数本の電気ケーブルを予め決められた部位で絶縁物を除去して導体を露出させておき、各電気ケーブルを線条のコモン電極とともに地中の深さ方向に埋設して電気ケーブルとコモン電極との間の電気抵抗を計測して地中の水位を検知するようにした地中水位検出装置が記載されている。

特開平５−０７９８８２号公報 特開２００３−０９０７５３号公報

上述した特許文献に記載された装置では、観測孔の内部には電線等のケーブルを設置すればよく、小口径の観測孔を用いることができるため設置コストを抑えることができる。しかしながら、水位の変動を把握するためには水位の検知状態を常時モニタリングする必要があり、長期間継続して使用するには電源の交換等の維持管理のためのコスト負担が大きくならざるを得ない。

ところで、防災対策の観点からみると、降雨や融雪の際に地下水位がどの程度まで上昇しているかが重要なポイントであることから、地下水位が変動する場合に監視水位まで上昇したかを検知することができれば防災対策上十分役に立つ情報を得ることができる。

そこで、本発明は、常時モニタリングすることなく地下水位が所定の水位まで上昇したことを検出することができる地下水位検知装置を提供することを目的とするものである。

本発明に係る地下水位検知装置は、所定の水位に対応する深さに設置されるとともに所定の間隔を空けて配置された一対の検知電極体と、前記検知電極体を内部に収容するとともに前記検知電極体より下方の導入口から流入した地下水を貯留して前記検知電極体の間を保水状態とする収容体と、前記検知電極体の間の通電状態を検知する検知手段とを備え、地下水位の上昇に伴って前記導入口から前記収容体に地下水が流入し前記検知電極体の間に保水されていることを前記検知手段で検知して所定の水位までの上昇を検知することを特徴とする。さらに、前記収容体は、前記検知電極体を内部に収容するとともに開口部から流入した地下水を貯留する内筒体と、前記内筒体を内部に収容するとともに前記開口部から上方が水密に密閉されて前記開口部の下方に前記導入口が形成された外筒体とを備えていることを特徴とする。さらに、前記内筒体及び前記外筒体は、二重の筒状体を構成するとともに当該筒状体の間に前記導入口が形成されていることを特徴とする。さらに、前記検知電極体は、導体を絶縁物で被覆した一対の電線の一部を露出した導体部分からなることを特徴とする。

本発明は、上記のような構成を有することにより、地下水位が上昇したときに収容体の内部に地下水が流入して一対の検知電極体の間を保水状態とするので、地下水位が低下した場合でも検知電極体の間が保水状態に維持されるようになる。そのため、常時モニタリングしなくても所定の水位に対応する位置に検知電極体を設置して、定期的に検知電極体の間の通電状態を検知すれば、過去に所定の水位まで地下水位が上昇したか否か検知することができる。

また、地下水が流入する導入口を検知電極体よりも下方に設けているので、地下水位が上昇した時に地下水が流入して収容体内部に貯留するようになり、地下水位の上昇を確実に検知することが可能となる。

そして、検知する時のみ検知電極体に通電すればよいので、常時モニタリングするための電源の交換等の維持管理コストが不要となる。また、検知電極体及び収容体を備えたコンパクトな構成であり、収容体を観測孔に配置して検知手段を外部に設置するようにすれば、観測孔のサイズを小さくでき、施工費用を抑えることが可能となる。

また、収容体を、検知電極体を内部に収容するとともに開口部から流入した地下水を貯留する内筒体及び内筒体を内部に収容するとともに開口部から上方が水密に密閉されて開口部の下方に導入口が形成された外筒体で構成することで、簡単な構造で上昇する地下水を確実に導入して内筒体内部に貯留することができる。

また、内筒体及び外筒体を二重の筒状体で構成し、二重の筒状体の間に導入口を形成するようにすれば、簡単な構造で全周にわたって導入口が形成されて地下水の導入を確実に行うことができる。

また、検知電極体を、導体を絶縁物で被覆した一対の電線の一部を露出した導体部分とすることで、センサである電極体を細くコンパクトにすることができる。

本発明に係る実施形態を設置した場合に関する概略図である。 収容体に関する断面図である。 収容体に関する分解斜視図である。 収容体を埋設管内に設置した場合において地下水位が上昇した際の状態を示す説明図である。 一対の収容体を異なる深さに設置した場合に関する概略構成図である。 地下水位が下の流入口よりも上昇した場合に関する概略構成図である。 地下水位が上の流入口よりも上昇した場合に関する概略構成図である。 複数の収容体を水平方向に分布させた場合に関する概略構成図である。

以下、本発明に係る実施形態について詳しく説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明を実施するにあたって好ましい具体例であるから、技術的に種々の限定がなされているが、本発明は、以下の説明において特に本発明を限定する旨明記されていない限り、これらの形態に限定されるものではない。

図１は、本発明に係る実施形態を設置した場合に関する概略図である。地下水位を検知する地盤Ｇにボーリング等により掘削した掘削孔に埋設管Ａが挿入されて設置されている。埋設管Ａは、監視したい地下水の帯水層の深度部分が有孔管となっており、地下水が有孔管部分から埋設管Ａの内部に流入して滞留するようになっている。

埋設管Ａの内部には、所定の深さに対応する位置に検知電極体を収容する収容体１が設置されている。収容体１は、検知電極体が形成された電線２を内蔵するケーブル３に取り付けられている。ケーブル３は、埋設管Ａの内部に長手方向に沿って挿入されており、ケーブル３を上下動することで収容体１の深さ方向の位置決めを行うことができる。地表面では、ケーブル３から電線２が延設されて計測器４に接続されている。

計測器４は、電線２に通電して検知電極体の間の電気抵抗を計測するようになっている。計測器４は、電線２に着脱可能に接続することができ、計測する場合にのみ接続して通電し、計測しない場合には取り外しておくことで計測にかかる維持管理コストを節減することが可能となる。

図２は、収容体１に関する断面図であり、図３は、収容体１に関する分解斜視図である。収容体１は、円筒状の外筒体１０及び内筒体１１を備えており、外筒体１０は、一方の端部に電線２が貫通する穴１０ａが形成されており、穴１０ａの周囲がケーブル３のカバー３ａ体に密着して水密に取り付けられている。また、外筒体１０の他方の端部は開口１０ｂが形成されている。

内筒体１１は、外筒体１０よりも小さい口径に設定されており、一方の端部に電線２が貫通する穴１１ａが形成され、穴１１ａの周囲が電線２に密着して水密に取り付けられている。内筒体１１ａの他方の端部は開口１１ｂが形成されており、開口１１ｂは開口１０ｂと同心円状に二重になるように設定されている。開口１１ｂの内側には栓体１２が水密に取り付けられている。そして、２つの開口１０ｂ及び１１ｂの間のリング状の隙間が地下水が流入する導入口１３となる。

電線２は、一対の電線２ａ及び２ｂからなり、穴１０ａ及び１１ａを貫通して内筒体１１ａ内に長手方向に沿って延設されている。電線２ａ及び２ｂは、金属線等の導体の周囲に樹脂材料からなる絶縁物で被覆されているが、先端部では所定の長さだけ絶縁物が除去されて導体が露出した状態となっている。露出した導体部分が検知電極体２０ａ及び２０ｂとして機能するようになっており、検知電極体２０ａ及び２０ｂの間は所定間隔だけ空けられて電気的に接触しないように設定されている。

そして、内筒体１１には、検知電極体２０ａ及び２０ｂに対して開口１１ｂとは反対側に一対の流入口１４が形成されている。

図４は、収容体１を埋設管Ａ内に設置した場合において地下水位が上昇した際の状態を示す説明図である。この場合、収容体１は、開口１０ｂ及び１１ｂが下端となるように埋設管Ａ内に設置されている。地下水位Ｌが上昇してくると、地下水が開口１０ｂ及び１１ｂに流入してくるようになる（図４（ａ））。内筒体１１の内部には栓体１２が設けられているので、内筒体１１の内部には栓体１２の下面までしか地下水が流入してこない。そのため、導入口１３から地下水が流入して地下水位の上昇に伴い外筒体１０と内筒体１１との間を地下水が上昇していくようになる。一方、収容体１の上方から埋設管Ａ内に流入する雨水等の水Ｗは、外筒体１０が水密に取り付けられているため外筒体１０の内部に流入することはない。

そして、流入口１４まで地下水位Ｌが上昇すると、流入口１４から地下水が内筒体１１の内部に流入するようになる（図４（ｂ））。内部に流入した地下水はそのまま貯留されて検知電極体２０ａ及び２０ｂは地下水内に浸漬した状態となる。

その後、地下水位Ｌが低下していくと、外筒体１０及び内筒体１１の間から地下水が下方に引いていくが、内筒体１１の内部には地下水が貯留したままの状態が保持されるようになる（図４（ｃ））。そのため、地下水位Ｌが低下した後でも検知電極体２０ａ及び２０ｂの間は保水状態が維持されるようになり、計測器４を電線２ａ及び２ｂに接続して通電した場合に検知電極体２０ａ及び２０ｂの間の保水状態により電気抵抗が低下したことが検知される。

したがって、収容体１を地盤の監視水位となる所定の深さに設置しておけば、降雨や融雪の際に地下水位が上昇した場合に監視水位まで上昇すると収容体１の内筒体１１の内部に地下水が貯留されて監視水位まで上昇したことが確実に検知される。また、地下水位が低下した場合でも貯留された地下水により検知電極体の間の保水状態が維持されるため、定期的に水位の検知を行った場合でも監視水位まで地下水が上昇したことを検知することができ、常時地下水位を監視する必要がなくなる。

以上説明したように、所定の深さまで地下水位が上昇したことを簡単でコンパクトな構成で確実に検知することができるため、細い埋設管に設置することが可能となり、設置費用が安価となる。そのため、多数本の埋設管に設置することが可能となり、対象領域の計測ポイントの密度分布を上げてさらに異なる深さで検知するように設置すれば、より精度の高い地下水位の分布状況を調査することができる。

また、常時地下水位を監視しておく必要がなく、定期的に計測器を電線に接続して電気抵抗を測定すればよく、操作が簡単で維持管理コストを低減することができる。

図５は、一対の収容体を異なる深さに設置した場合に関する概略構成図である。この例では、外筒体１０の内部に２つの内筒体１１１及び１１２を設置し、二対の電線をそれぞれ一対ずつ内筒体１１１及び１１２内に挿入して検知電極体２０１及び２０２を配置している。内筒体１１１の流入口１４１及び内筒体１１２の流入口１４２は、それぞれ異なる深さＤ１及びＤ２に対応する位置に設定されている。

図６は、地下水位Ｌが流入口１４２よりも上昇した場合に関する概略構成図である。図６（ａ）に示すように、地下水位Ｌの上昇により流入口１４２から地下水が内筒体１１２の内部に流入していくようになる。そして、地下水位Ｌが流入口１４１までは上昇せずに地下水が下方に引いていくと、図６（ｂ）に示すように、内筒体１１２のみ地下水が貯留された状態となる。この状態で検知電極体２０１及び２０２の通電状態を計測すると、検知電極体２０２のみ通電状態となり、地下水位Ｌが深さＤ１及びＤ２の間まで上昇したことを検知することができる。

図７は、地下水位Ｌが流入口１４１よりも上昇した場合に関する概略構成図である。図７（ａ）に示すように、地下水位Ｌの上昇により流入口１４１及び１４２から地下水が内筒体１１１及び１１２の内部に流入していくようになる。そして、地下水が下方に引いて地下水位Ｌが低下していくと、図７（ｂ）に示すように、内筒体１１１及び１１２の内部に地下水が貯留された状態となる。この状態で検知電極体２０１及び２０２の通電状態を計測すると、検知電極体２０１及び２０２がいずれも通電状態となり、地下水位Ｌが深さＤ１を超えて上昇したことを検知することができる。

以上説明したように、深さの異なる位置に収容体を設置しておくことで、地下水位が所定位置まで上昇したことを正確に検知することができるようになる。上述した例において、深さＤ１を警戒水位とし、深さＤ２を要注意水位に設定しておけば、降雨や融雪時のように地下水位が上昇した後に地下水位を検知することで、どの程度まで地下水位が警戒水位に迫ってきているのか把握することができ、警戒水位を超えた場合には地下水位低下工法が必要と判断することが可能となる。

設置する収容体の数は簡単に増加することができるため、設置する深さの間隔を小さくして地下水位の所定位置までの上昇に対する検知精度を向上させることが可能となる。検知電極体は電線で形成されていることから、電線の数が増加しても埋設管内に収容することができ、施工費用負担を増加させることなく収容体の数を増加させることが可能となる。

図８は、複数の収容体を水平方向に分布させた場合に関する概略構成図である。この例では、図８（ａ）に示すように、地盤の６個所を掘削して埋設管Ａ１〜Ａ６を設置し、各埋設管内にそれぞれ収容体１ａ〜１ｆを１つずつ配置する。この場合、各収容体は、異なる水平位置で同じ深さに設定されている。各収容体に取り付けられる検知電極体の電線はすべて計測器４に接続されている。

この場合、計測器４は、各収容体の検知電極体が通電状態か否か測定するとともに、異なる収容体の検知電極体の間に通電して電気抵抗を測定する。各収容体の検知電極体の通電状態から地下水位が上昇したか否かが検知でき、また各収容体の検知電極体の間の電気抵抗を測定することで、収容体の間に地下水が存在しているか否かも検知することができる。

図８（ｂ）は、収容体１ｃ、１ｄ及び１ｅを含む領域に宙水Ｈが存在している場合を示している。宙水は、粘土層等の透水性の小さい地層の上部に地下水が滞留して生じる現象で、地下水位が低下しているにもかかわらず地層の一部に浮いたように滞水域が残留し、地滑りの誘因となる場合がある。

宙水に含まれる収容体１ｃ、１ｄ及び１ｅの検知電極体は通電状態であると検知されるようになる。そして、通電状態であると検知された収容体については、各収容体の検知電極体の間に通電して電気抵抗が測定される。電気抵抗が通常よりも低い値となった収容体の間には地下水が存在している可能性が高くなる。地下水が存在している可能性が高い収容体を地図上にプロットすることで宙水の存在する領域を画定することができる。

以上説明したように、複数の収容体を深さ方向及び水平方向に設置することで、地下水位の上昇現象を２次元又は３次元的に把握することができ、地盤内部の地下水の動きを詳細に分析することが可能となる。

１ 収容体
２ 電線
３ ケーブル
４ 計測器
10 外筒体
11 内筒体
12 栓体
13 導入口
14 流入口
20 検知電極体

Claims (6)

1. 所定の水位に対応する深さに設置されるとともに所定の間隔を空けて配置された一対の検知電極体と、前記検知電極体を内部に収容するとともに前記検知電極体より下方の導入口から流入した地下水を貯留して前記検知電極体の間を保水状態とする収容体と、前記検知電極体の間の通電状態を検知する検知手段とを備え、地下水位の上昇に伴って前記導入口から前記収容体に地下水が流入し前記検知電極体の間に保水されていることを前記検知手段で検知して所定の水位までの上昇を検知することを特徴とする地下水位検知装置。
2. 前記収容体は、前記検知電極体を内部に収容するとともに開口部から流入した地下水を貯留する内筒体と、前記内筒体を内部に収容するとともに前記開口部から上方が水密に密閉されて前記開口部の下方に前記導入口が形成された外筒体とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の地下水位検知装置。
3. 前記内筒体及び前記外筒体は、二重の筒状体を構成するとともに当該筒状体の間に前記導入口が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の地下水位検知装置。
4. 前記検知電極体は、導体を絶縁物で被覆した一対の電線の一部を露出した導体部分からなることを特徴とする請求項１から３のいずれに記載の地下水位検知装置。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の地下水位検知装置を異なる深さに設置した地下水位検知システム。
6. 請求項１から４のいずれかに記載の地下水位検知装置を異なる水平位置に設置した地下水位検知システム。

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