JP2016024012A - ディスクパーミアメーター及びこれを用いた透水係数自動測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
より容易に、精度の高い透水係数測定を可能とするディスクパーミアメーター及び透水係数自動測定方法を提供する。
【解決手段】
本発明の一観点に係るディスクパーミアメーターは、地表面に設置し水を浸透させるための給水ディスクと、ディスクに接続され、水を収容するとともに水位計を備えた空間が形成された給水タンクと、給水タンクに接続され、水を収容するとともに少なくとも三本以上の圧力調整管を備える圧力調整タンクと、を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディスクパーミアメーター及びこれを用いた透水係数自動測定方法に関する。

近年、土壌浸透手法を用いた雨水流出抑制施設が提案されている。この雨水流出抑制施設を設計するためには、その設置場所における土壌の透水係数を求めるための現地透水測定試験を行う必要がある。

現在の透水測定試験は、ボアホール法が主流である。しかしながら、ボアホール法は、所定の径を有する孔を地面に掘った上で測定を行わなければならず、土壌構造を破壊することとなり、実際の土壌構造を対象とする精度の高い測定とはいえないといった課題がある。

これに対し、土壌構造を破壊することなく精度の高い値を得ることができるディスクパーミアメーターを用いた測定方法が提案されている。このディスクパーミアメーターに関する公知の技術としては、例えば、下記非特許文献１に記載がある。

宮崎毅，西村拓編、土壌物理実験法、東京大学出版会、１３１頁、２０１１年

しかしながら、上記ディスクパーミアメーターは、現場で３種類の異なる負圧状態での測定値を得るために、その都度、圧力調整管を精密に調整しなければならず、そのためには熟練した技能者と時計係、水位変化読み取り係、記録係等、少なくとも４名が必要となるといった課題がある。

そこで、本発明は、上記課題に鑑み、より容易に、精度の高い透水係数測定を可能とするディスクパーミアメーター及び透水係数自動測定方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の一観点に係るディスクパーミアメーターは、地表面に設置し水を浸透させるための給水ディスクと、ディスクに接続され、水を収容するとともに水位計を備えた空間が形成された給水タンクと、給水タンクに接続され、水を収容するとともに少なくとも三本以上の圧力調整管を備える圧力調整タンクと、を有することを特徴とする。

また、本発明の他の一観点に係る透水係数測定方法は、地表面に設置し水を浸透させるための給水ディスクと、ディスクに接続され、水を収容するとともに水位計を備えた空間が形成された給水タンクと、給水タンクに接続され、水を収容するとともに少なくとも三本以上の圧力調整管を備える圧力調整タンクと、を有するディスクパーミアメーターを用いる透水係数自動測定方法であって、三本以上の圧力調整管を順次操作することで順次圧力を調整して前記水位計の変化を計測するものである。

以上、本発明によって、より容易に、精度の高い透水係数測定を可能とするディスクパーミアメーター及び透水係数自動測定方法を提供することができる。

実施形態に係るディスクパーミアメーターの概略を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。ただし、本発明は多くの異なる形態による実施が可能であり、以下に示す実施形態の具体的な例示にのみ限定して解釈されるものではない。

図１は、本実施形態に係るディスクパーミアメーター（以下「本メーター」という。） １の概略を示す図である。本図で示すように、本メーター１は、地表面Ｇに設置し水を浸透させるための給水ディスク２と、ディスク２に接続され、水を収容するとともに水位計３１を備えた空間が形成された給水タンク３と、給水タンク３に接続され、水を収容するとともに少なくとも三本以上の圧力調整管４１を備える圧力調整タンク４と、を有することを特徴とする。

また、本メーター１の給水タンク３の水位計３１には、水位データを取得する水位データ取得装置３２が備えられており、また、圧力調整タンク４内には圧力データを取得する圧力データ取得装置４が備えられている。更に、本メーター１は、水位データ取得装置３２及び圧力データ取得装置４２に接続され、水位データ及び前記データを記録する記録装置５と、を有する。

本メーター１において、給水ディスク２は、上記のとおり、地表面Ｇに設置し水を浸透させるものである。より具体的に説明すると、給水ディスク２は水を収容する空間が形成された中空のディスクであって、一方の面には多数の孔が形成されたフィルター２１を配置し、さらにはナイロンメッシュ２２によって覆われている。そして他方の面は給水タンク３と接続されており、本実施形態に係るメーター１は、いわゆる一体型のディスクパーミアメーターとなっている。

また本メーター１において、給水タンク３は、水を収容する空間を備えているとともに、組み立てられた際に、給水ディスク２内の水を収容する空間と給水タンク３の水を収容する空間とが接続される構造となっており、この空間内には水位計３１を備えている。給水タンクと給水ディスク２の接続については、限定されるわけではないが、給水ディスク２にネジ溝を有する開口部を設け、このネジ溝に対応するネジ溝が形成された給水タンクの接続部を組み合わせて接続することが好ましい一形態である。また、給水タンク３には、給水タンク３内の空間を閉じたものとするための蓋３３及び栓３４が備えられている。

本メーター１において、水位計３１は、給水タンク３内に水を入れた場合にその水面の高さを測定することができるものである。水位計３１の構成としては、給水タンク３に収納可能であり、給水タンク内の水位範囲に広く対応できるものであれば特に限定されるものではない。

また本メーターにおいて、水位計３１には、水位データを取得する水位データ取得装置３２が接続されており、記録装置５に当該データが出力される。

また本メーター１において、圧力調整タンク４は、給水タンク３に管Ｐ１及びこれに備えられたバルブＶ１を介して接続され、水を収容するとともに少なくとも三本以上の圧力調整管４１を備える空間が形成されている。なお管Ｐ１の給水タンク３に対する接続位置は、給水タンク３の下端に近い位置において接続されており、管Ｐ１の圧力調整タンクに対する接続位置は、圧力調整タンクの上端に近い位置において接続されている。また、圧力調整タンク４の下端部近傍には、圧力調整タンク４内に収納された水を排出するための排水管Ｐ２及びこれに設けられたバルブＶ２が備えられており、この中の水位を調整することができる。

本メーター１において、圧力調整管４１は、圧力調整タンク４内の圧力を調整するために用いられるものであり、少なくとも三本備えられている。

本メーター１において、各圧力調整管４１は、所定の長さを持つ棒状かつ中空の管であって、一方の端部に圧力調整バルブ４３を備えている。圧力調整バルブ４３を開閉することで、管内の空間を外気に接続した状態又は外気と遮断した状態を選択、制御することができる。

また本メーター１において、複数の圧力調整管４１は、圧力調整管保持部材４４によって一体に固定及びシールされている。また各圧力調整管４１の下端の位置は、各圧力調整管４１で異なっており、必要とする設定負圧を得るため一定の間隔で深くなるよう構成されている。複数の圧力調整管４１は、圧力調整管保持部材４４によって一体に保持されていることで、圧力調整管４１による負圧調整を簡便かつ安定的に確保することができるとともに、圧力調整管保持部材４４との接続を固定することで、従来のように圧力調整管の下端位置調整のため圧力調整管とその保持対象との間の隙間を比較的大きく設けておく必要がなく、この隙間を確実にシールすることが可能となり、圧力の調整精度を向上させることができる。なお複数の圧力調整管保持部材４４は、圧力調整タンクの上部の蓋として機能させておくことが好ましい。

また、上記のとおり圧力調整タンク４内の上端部近傍には、圧力データを取得する圧力データ取得装置４２を備えている。この圧力データ取得装置４２は上記のとおり記録装置５に接続されており、記録装置５に取得した圧力データを出力することができる。

また本メーター１において、記録装置５は、水位データ取得装置３２及び圧力データ取得装置４２に接続され、水位データ及び圧力データを記録することができるものである。また記録装置５には時刻データを取得することのできる計時機能が備えられており、水位データ及び圧力データをこの時刻データとともに記録することができる。なお、この記録された各データは外部に出力可能であり、使用者は、このデータに基づき、他の情報処理装置を用いて透水係数を求める処理を行うことができる。この処理については後述する。

また本メーター１において、記録装置５は、上記計時機能の計時データ及び圧力データの少なくともいずれかに基づき圧力調整管４１に備えられる圧力調整バルブを開閉するバルブ開閉装置５１に接続されていることも好ましい。この結果、一定の時間経過、又は一定の圧力状態になった場合に、圧力調整バルブを開閉させ、より多くの機能が自動化された測定を可能とすることができる。より具体的には、浅い位置にある圧力調整管の圧力調整バルブを最初に開かせ、一定時間経過又は一定の圧力状態となった場合に、当該圧力調整管の圧力調整バルブを閉じ、次に浅い位置にある圧力調整バルブを開かせ、一定時間経過又は一定の圧力状態となった場合に、当該圧力調整管の圧力調整バルブを閉じ、次に浅い位置にある圧力調整バルブを開かせ、測定を以後順次行うことができるようになる。

以上の構成の結果、本メーター１は、容易に精度の高い透水係数測定が可能となる。

ここで、本メーター１を用いて土壌の透水係数を測定する方法について具体的に説明する。

（設置面の設定）
まず、透水係数を測定したい設置面を決定する。設置面を決定したら、給水ディスクを設置する面を均平に整形をする。ただし、この際設置面の土壌を必要以上に乱したり削ったりしてはならない。

次に、この設置面の表面に若干湿らせた豊浦砂又は珪砂の層を配置し、直線の辺を有する部材（例えば「へら」等）を用いてその表面を均平にする。このようにすることで、給水ディスクを設置する平坦面を確保することができる。

（給水ディスク、給水タンク、圧力調整タンクの準備）
一方、給水ディスクを準備し、給水ディスク内に水を供給する。なお、給水ディスク内からは給水の際、空気を追い出しておくことが必要である。またこの作業は、水を張った水槽内で行っておくことが好ましい。

そして、給水ディスク、給水タンク、圧力調整タンクをそれぞれ接続させる（管がある場合は管を介して接続させる）。なおこの際、給水ディスクには空気が入らないよう注意する。接続後、各バルブは閉じ、タンク及びディスク内は閉じた状態としておくことが好ましい。

そして、給水タンクの蓋をあけ、給水タンクに所定の高さになるまで水を供給する。給水タンクには水を供給した後水位計を設置し、蓋及び栓をして密封する。

そして、圧力調整タンクにも上記給水タンクと同様、所定の高さに貯まるまで水を供給する。ただし、複数の圧力調整管に関しては、圧力調整バルブを開き、管内に水が入っていない状態（空にした状態）を確認してこの圧力調整バルブを閉めた後、圧力調整タンク内に水を充填し、複数の圧力調整タンクの下部分が水に浸るよう所定の高さになるまで水を貯める。なお、圧力調整タンクに水を供給する際、圧力調整タンク内の空気を逃がして水を貯める必要があるため、上記圧力調整管のいずれかを開放しておくことも好ましい一例である。ただし、水を供給した後は、圧力調整管内に水が残らないよう、排水管、バルブ、圧力調整バルブの開閉を適宜調整して行う。

そして、給水タンクと圧力調整タンクの間のバルブを解放し、水を管内に導入する。なおこの作業は水の現象を抑えるためにできる限り短時間で行うことが好ましい。また、上記作業の後、給水タンクと圧力調整タンクの間のバルブは閉じ、圧力調整タンクの水量を、圧力調整管の水面への挿入量を見ながら調整する。

なおこの調整において、限定されるわけではないが、圧力調整管の水面への挿入量は、１ｃｍ以上５ｃｍ以下、３ｃｍ以上８ｃｍ以下、６ｃｍ以上１５ｃｍ以下のいずれかであって、異なる挿入量であることが好ましい。この範囲とすることで、より精密な測定を行うことができる。

（測定の開始）
次に、給水ディスクを設置面に設置するとともに、複数の圧力調整管のうち、もっとも浅く水に挿入されている圧力調整管（以下「第一の圧力調整管」という。）の圧力調整バルブを開放し、測定を開始する。この場合において、第一の圧力調整管の内部に水が浸入することとなるが、この水の浸入分、より具体的には圧力調整管の挿入量ｚ_０から、設置面と給水タンクに接続される管Ｖ１の高さｚ_１を引いた高さｈ（ｈ＝ｚ_０−ｚ_１）だけ給水タンク内の水には負圧が生じることとなるため、負圧を与えた状態で、設置面以下の地盤に水を浸透させていくことができる。

そして、記録装置５は、水位データ取得装置及び圧力データ取得装置からの出力を随時自動で取得し、その取得時における時刻データとともに記録する。

そしてさらに、ある程度時間が経過し、給水速度が一定になった後、第一の圧力調整管のバルブを閉じ、その後速やかに次に挿入量の少ない圧力調整管（以下「第二の圧力調整管」という。）を開き、負圧量を変化させて、同様の測定を行い、さらにある程度時間が経過し、給水速度が一定になった後、第二の圧力調整管の圧力調整バルブを閉じ、次に挿入量の少ない圧力調整管（以下「第三の圧力調整管」という。）を開放する。

この結果、記録装置は、第一の圧力調整管が開いた状態、第二の圧力調整管が開いた状態、第三の圧力調整管が開いた状態それぞれにおける圧力データ、水位データを時刻データとともに取得することができるため、これに基づき透水係数データを算出することができる。透水係数データは、種々の方法によって取得することができるが、例えば、“宮崎毅、西村拓，土壌物理実験法，東京大学出版会”に基づき算出することができる。

以上、本発明によって、より容易に、精度の高い透水係数自動測定を可能とするディスクパーミアメーター及び透水係数測定方法を提供することができる。なお、この効果をより具体的に説明すると、本メーター１では、少なくとも三本以上の圧力調整管を設け、事前に各圧力調整管の挿入深度を上記した範囲にすることで異なる負圧による測定値を得ることができ、一つの管で圧力調整を行う必要がなくなるため、熟練した技能を有する場合でなくても、安定的に圧力調整を行うことができるとともに、圧力調整管を圧力調整タンクに対して摺動させる必要がなくなるため、より実験の精度を向上させることができるといった利点がある。

また、本実施形態では、測定の観点から一体型のディスクパーミアメーターを用いた例について説明しているが、一体型ではなく分離型のディスクパーミアメーターに適用させることもできる。

更に、本実施形態では、圧力調整管を圧力調整タンクの蓋に一体に固定する構成としているが、測定時において一体に固定することができる限り、測定時以外は深さを適宜調整できるよう解放、固定できる部材、具体的には圧力調整タンクの蓋に固定され、圧力調整管を貫通させることのできる第一の中空のねじ部材と、この第一の中空のねじ部材の周囲に配置され、圧力調整管及び中空のねじ部材を締め固めることのできる中空の第二のねじ部材と、を有するものとすることもできる。このようにすれば、その場での調整も可能となるといった利点がある。

本発明は、ディスクパーミアメーターとして産業上の利用可能性がある。

Claims (3)

1. 地表面に設置し水を浸透させるための給水ディスクと、
   前記ディスクに接続され、水を収容するとともに水位計を備える空間が形成された給水タンクと、
   前記給水タンクに接続され、水を収容するとともに少なくとも三本の圧力調整管を備える空間が形成された圧力調整タンクと、を有するディスクパーミアメーター。
2. 前記水位計の水位データを取得する水位データ取得装置と、
   前記圧力調整タンク内の圧力データを取得する圧力データ取得装置と、
   前記水位データ取得装置及び前記圧力データ取得装置に接続され、前記水位データ及び前記データを記録する記録装置と、を有する請求項１記載のディスクパーミアメーター。
3. 地表面に設置し水を浸透させるための給水ディスクと、前記ディスクに接続され、水を収容するとともに水位計を備えた空間が形成された給水タンクと、前記給水タンクに接続され、水を収容するとともに少なくとも三本の圧力調整管を備える圧力調整タンクと、を有するディスクパーミアメーターを用いる透水係数自動測定方法であって、
   前記三本の圧力調整管の高さを順次操作することで順次圧力を調整して前記水位計の変化を計測する透水係数自動測定方法。