JP2021148757A

JP2021148757A - 地下水位観測装置、地下水位観測装置の設置方法及び地下水位の観測方法

Info

Publication number: JP2021148757A
Application number: JP2020052038A
Authority: JP
Inventors: 裕稲垣; Yutaka Inagaki
Original assignee: Nippon Koei Co Ltd
Current assignee: Nippon Koei Co Ltd
Priority date: 2020-03-24
Filing date: 2020-03-24
Publication date: 2021-09-27

Abstract

【課題】地下水の分布や水位変動を動力や電源を用いることなくサイフォンの原理で観測する地下水位観測装置、地下水位観測装置の設置方法及び地下水位の観測方法を提供すること。【解決手段】地下水位観測孔１１内に挿入設置され、地下水出入り孔１３を有する地下水位観測管１２と、この地下水位観測管１２内の下方に設けた貯水管１４と、前記地下水位観測管１２から離れて設置され、上部に外気孔２０を有する水位表示管１９と、前記貯水管１４の水中に連通管１６の一方端開口部１６ａを浸漬し、前記水位表示管１９に注入した水に前記連通管１６の他方端開口部１６ｄを浸漬してこれら地下水位観測管１２と水位表示管１９の間を、水を充填して連通した連通管１６とを具備し、前記地下水位観測孔１１内の地下水位を前記水位表示管１９にてサイフォンの原理で表示する。【選択図】図１

Description

本発明は、地下水の分布や水位変動を動力や電源を用いることなくサイフォンの原理で観測する地下水位観測装置、地下水位観測装置の設置方法及び地下水位の観測方法に関するものである。

地下水観測孔内の地下水位は、斜面の安定計算に利用されることに示される通り、斜面の安定度を示す指標として知られている。この地下水位を直接的に観察・確認する方法がなく、観測者は、各種の電気的、機械的な計測手法で間接的に認識していた。これらの方法では、後述するように、水位を検知し表示する手法に不具合が生じた場合、実際と異なる水位を表示する懸念があった。

斜面内の地下水位情報は、斜面の安定性を示す指標であり、斜面周辺の住民がこれらの実態を日常的に認識することは、地域の防災上有効である。しかし、既往の地下水位の計測値は、観測孔の管理者や業務の受託者が上記の電気的、機械的な手法で測定し、データを取得し、解析することが一般的であり、地下水位観測孔の設置された斜面周辺の住民が直接的にこれらを認識することができなかった。

前述した従来の間接的な土中水分水位検出装置の第１の例を図６に基づき説明する（特許文献１）。
この土中水分水位検出装置は、一端が密封され他端が開口された管状の部材で土中３１に埋め込まれる超音波導波管３６、及びこの超音波導波管３６の密封側に設けられる超音波トランスジューサ３８を有する検出器３４と、反射波３２の最大振幅に基づいて土中水分量を検出する一方、超音波３０の送信から反射波３２の受信までに要する伝播時間に基づいて地下水位面３３の位置を検出する制御部（図示せず）とを備えているものである。

また、従来の第２の例の地中水位検出杭を図７に基づき説明する（特許文献２）。
地盤に一部または全部が埋め込まれる棒状の杭４０であって、長手方向Ｌに延びた柱状空間４３、およびこの柱状空間４３に外部から液体を侵入させる侵入口４７を有し、この侵入口４７よりも頭部４２側に近接検知装置５０が設置された杭本体４１と、この杭本体４１の頭部４２に被せられて柱状空間４３を閉塞するキャップ４４とを備え、柱状空間４３には、侵入口４７から侵入した液体の水面に浮く浮部材４５が配置され、近接検知装置５０は、浮部材４５の近接を検知するものである。前記近接検知装置５０は、前記杭本体４１の長手方向に沿って配置された複数の近接検知器５１、…５１からなり、前記浮部材４５が所定範囲内に位置することを各近接検知器５１、…５１がそれぞれ検知する。

また、特許文献３には、サイフォン作用により天然ダムの貯水地に貯留されている貯水を、下流側の低地に排水するシステムが記載されている。

下記の非特許文献１には、上述の特許文献２のフロート式水位計の他に、触針式水位計と水圧式水位計が記載されている。
触針式水位計は、おもりを付けた電源ケーブルをボーリング孔内に下ろし、電源ケーブル先端の電極が地下水の水面に着くと、電流が流れ、これを地表の電流計で計ったり、ブザーが鳴るようにしたり、ランプが点灯したりするようにしたもので、ボーリング孔内に下ろした電源ケーブルの挿入延長を記録するものである。

水圧式水位計は、地すべり面付近の地下水帯に水圧計を埋設して、間隙水圧を測定するもので、測定原理により、カサグランデ型、圧気型及び電気型がある。
カサグランデ型は、先端のセンサにポーラスストーンが用いられて、地上部とは径１０ｍｍ程度のプラスチック管でつながっており、地下水の流入、流出に応じてプラスチック管の水位が変動することで、間隙水位を測定する。
圧気型は、圧力測定を行うためのバルブを有する先端のセンサ部と地上の伝達計器とつながる２本のナイロン製管とからなり、圧力供給パイプから送られた気体流は、間隙水圧と同じ水圧になると排出パイプ側に回り込むことになるので、出力側ゲージが変化するときの圧力でもって間隙水圧を測定するものである。
電気型は、先端に、地下水を取り込むポーラスなフィルタと、この地下水の間隙圧によって変化するダイヤフラム及び電気信号に変換する部分がある。水圧変換器のセンサには、ひずみゲージ式、差動トランス式、半導体式などがある。

特開２０１１-４７６７６号公報特開２００９-２８７９２７号公報特開２０１４-１６３２０２号公報

「地すべり観測便覧」平成８年１０月発行「社団法人地すべり対策技術協会」著

特許文献１では、超音波トランスジューサ３８を有する管状の超音波導波管３６を土中３１に埋め込み、反射波３２の最大振幅に基づいて土中水分量を検出する一方、超音波３０の送信から反射波３２の受信までに要する伝播時間に基づいて地下水位面３３の位置を検出するものである。
また、特許文献２では、地盤に埋め込まれる棒状の杭４０の柱状空間４３に、侵入口４７から侵入した水面に浮く浮部材４５が配置され、複数の近接検知器５１、…５１で前記浮部材４５の位置を検知するものである。
これらの従来の装置では、地下水観測孔内の地下水位は、地表で直接的に確認できない状態にある。しかも、この種の装置は、山中、崖地など劣悪な環境の下で長期間設置されるものであるから、位置検知信号を電気信号に変換して送信して間接的に標高値や地表面からの距離・深さとして表示される。このような電気信号に変換して送信するものでは、観測機器の故障、性能低下、停電、電池の消耗などによって、実際の孔内水位の位置と異なる結果を示すことがあった。
特許文献３のシステムは、地下水の水位を検知するものではなく、また、貯水池の水面が低下し、配管の先端が水面から離れると、ここから空気が流入してサイフォンの原理が機能しなくなる。

前記カサグランデ型水位計は、地上部のプラスチック管の水位変動を目読するものであって、地下水位観測孔から離れた場所で直接的に水位を観察・確認することはできない。
前記圧気型水位計は、エア抜き機構がないこと、地上部の圧力計装置が別に必要であることと相俟って、前記カサグランデ型水位計と同様、地下水位観測孔から離れた場所で直接的に水位を観察・確認することはできない。また、地下水位を電気的・機械的な計測手法で間接的に認識しているので、水位を検知し表示する手法に不具合が生じた場合、実際と異なる水位を表示する懸念がある。
前記電気型水圧式水位計は、専用の指示計や記録計を必要とすることなどの欠点がある。また、地下水位を電気的な計測手法で間接的に認識しているので、水位を検知し表示する手法に不具合が生じた場合、実際と異なる水位を表示する懸念がある。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、地下水の分布や水位変動を動力や電源を用いることなくサイフォンの原理で直接的に観測する地下水位観測装置、地下水位観測装置の設置方法及び地下水位の観測方法を提供することを目的とする。

本発明による請求項１記載の地下水位観測装置は、図１に示すとおり、
地下水位観測地点に穿設した地下水位観測孔１１と、
この地下水位観測孔１１から離れた観測地点に設置され、前記地下水位観測孔１１内の変動する地下水位の標高に対応した水位を直接的に表示し、観測できる水位表示管１９と、
前記地下水位観測孔１１内の地下水中に浸漬され、上端開口した貯水管１４と、
前記貯水管１４と前記水位表示管１９の間を満水で連通するための一方端開口部１６ａと上端屈曲部１６ｂと他方端開口部１６ｄを有する連通管１６とを具備し、
前記一方端開口部１６ａは、サイフォンブレーク防止のために前記貯水管１４の水中に浸漬し、前記上端屈曲部１６ｂは、前記地下水位観測孔１１の上端を通り、前記他方端開口部１６ｄは、前記水位表示管１９の孔内水中に浸漬し、
前記貯水管１４の上端開口に設けた水導入孔１５の標高ＲＷＬを、地下水位の通常の変動範囲最上位の標高ＨＷＬより下方に設定し、前記ＨＷＬから前記ＲＷＬまでの区間は、少なくともサイフォン原理が機能する標高の区間とし、
前記水位表示管１９は、上端を開口し、下端を密閉し、上端が前記ＨＷＬより高い標高に位置し、下端が前記ＲＷＬより低い標高に位置することが可能な長さを有し、前記他方端の開口部１６ｄを前記ＲＷＬより低い標高となる位置に挿入したことを特徴とする。
なお、地下水位観測孔１１内の地下水位変動は、ＲＷＬを地下水位の通常の変動範囲ＬＷＬよりも下方に設定できる場合はＨＷＬからＬＷＬの範囲で、サイフォン原理の制約等でＲＷＬをＬＷＬよりも上方に設定する場合は、通常の地下水位変動範囲のうちＨＷＬからＲＷＬの範囲で、水位表示管１９において目視で観測可能である。

本発明による請求項２記載の地下水位観測装置は、
前記地下水位観測孔１１内に、地下水出入り孔１３を有する地下水位観測管１２を挿入したことを特徴とする。

本発明による請求項３記載の地下水位観測装置は、
前記地下水位観測管１２の中に上端から前記貯水管１４を吊紐１７で吊り下げて設置したことを特徴とする。

本発明による請求項４記載の地下水位観測装置は、
前記貯水管１４は、上端を開口して水導入孔１５とし、下端を閉鎖した管体からなり、前記水導入孔１５より深部に前記連通管１６の一方端開口部１６ａを浸漬したことを特徴とする。

本発明による請求項５記載の地下水位観測装置は、
前記貯水管１４は、前記連通管１６の一方端部側を上向きＵ字形に折り曲げた部分で代用することも可能で、その場合には上向きＵ字形の先端部を開口して水導入孔１５として機能せしめたことを特徴とする。

本発明による請求項６記載の地下水位観測装置は、
前記水位表示管１９については、その中心軸の設置角度が水平面に垂直か傾斜しているかに拘わらず、前記ＨＷＬと下方の前記標高ＲＷＬの標高の範囲を包含する長さとしたことを特徴とする。

本発明による請求項７記載の地下水位観測装置は、図３に示すとおり、
前記連通管１６の上端屈曲部１６ｂの近傍に、空気抜き及び注水手段を設けたことを特徴とする。

本発明による請求項８記載の地下水位観測装置は、
前記空気抜き及び注水手段は、前記上端屈曲部１６ｂに低圧部２５が生じたとき、この上端屈曲部１６ｂの両側の連通管１６に設けた２個の止水弁２６と２７と、これら２個の止水弁２６と２７の間に挿入され、前記２個の止水弁２６と２７にそれぞれ前記連通管１６を結合する切換口２９ａと２９ｂと、前記低圧部２５が形成された前記上端屈曲部１６ｂに注水管２８を結合する切換口２９ｃとを有する切換え弁２３とからなることを特徴とする。

本発明による請求項９記載の地下水位観測装置の設置方法は、
地下水位観測地点に穿設した地下水位観測孔１１内の変動する地下水位の標高に対応した水位を、直接的に観測する水位表示管１９を表示地点に設置する工程と、
前記地下水位観測孔１１内の地下水中に上端開口した貯水管１４を浸漬して設置する工程と、
前記貯水管１４と前記水位表示管１９の間を満水で連通するための一方端開口部１６ａと上端屈曲部１６ｂと他方端開口部１６ｄを有する連通管１６を設置する工程とを具備し、
前記連通管１６を設置する工程において、前記一方端開口部１６ａは、サイフォンブレーク防止のために前記貯水管１４の水中に浸漬し、前記上端屈曲部１６ｂは、前記地下水位観測孔１１の上端を通り、前記他方端開口部１６ｄは、前記水位表示管１９の孔内水中に浸漬し、
前記貯水管１４の上端開口に設けた水導入孔１５の標高ＲＷＬを、地下水位の通常の変動範囲最上位の標高ＨＷＬより下方に設定し、前記ＨＷＬから前記ＲＷＬまでの区間は、少なくともサイフォン原理が機能する標高の区間とし、
前記水位表示管１９は、上端を開口し、下端を密閉し、上端が前記ＨＷＬより高い標高に位置し、下端が前記ＲＷＬより低い標高に位置することが可能な長さを有し、前記他方端開口部１６ｄを前記ＲＷＬより低い標高となる位置に挿入したことを特徴とする。

本発明による請求項１０記載の地下水位観測装置の設置方法は、
前記連通管１６を設置する工程に先立ち、前記連通管１６の一方端から注水して管内を満水とし、この連通管１６が満水の状態で前記一方端開口部１６ａを前記貯水管１４の水中に浸漬し、前記他方端開口部１６ｄを前記水位表示管１９の孔内水中に浸漬したことを特徴とする。

本発明による請求項１１記載の地下水位観測装置の設置方法は、
前記連通管１６を設置する工程に先立ち、この連通管１６における前記上端屈曲部１６ｂの両側に止水弁２６と２７をセットし、かつ、これらの止水弁２６と２７の間に切換え弁２３をセットする工程を付加し、前記止水弁２６と２７を閉じて前記切換え弁２３に結合された注水管２８から注水して、前記上端屈曲部１６ｂに形成された低圧部２５を水で置換するようにしたことを特徴とする。

本発明による請求項１２記載の地下水位の観測方法は、
地下水位観測孔１１内の地下水と、この地下水位観測孔１１から離れた場所に設置した水位表示管１９の孔内水との間を水で充満した連通管１６で連通してサイフォンの原理で地下水位の変動を観測する方法であって、
前記連通管１６の一方端開口部１６ａを、サイフォンブレーク防止のために前記地下水位観測孔１１の地下水中に浸漬した上端開口の貯水管１４内の水中に浸漬し、前記連通管１６の上端屈曲部１６ｂを、前記地下水位観測孔１１の上端を通し、前記連通管１６の他方端開口部１６ｄを、前記水位表示管１９の孔内水中に浸漬し、
前記貯水管１４の上端開口に設けた水導入孔１５の標高ＲＷＬを、地下水位の通常の変動範囲最上位の標高ＨＷＬより下方に設定し、前記ＨＷＬから前記ＲＷＬまでの区間は、少なくともサイフォン原理が機能する標高の区間とし、
前記水位表示管１９は、上端を開口し、下端を密閉し、上端が前記ＨＷＬより高い標高に位置し、下端が前記ＲＷＬより低い標高に位置することが可能な長さを有し、前記他方端開口部１６ｄが前記ＲＷＬより低い標高となる位置に挿入して地下水位を観測するようにしたことを特徴とする。

本発明による請求項１３記載の地下水位の観測方法は、
前記地下水位観測孔１１内に、地下水出入り孔１３を有する地下水位観測管１２を挿入して地下水位を観測するようにしたことを特徴とする。

本発明による請求項１４記載の地下水位の観測方法は、
前記地下水位観測管１２の中に上端から前記貯水管１４を吊紐１７で吊り下げて設置して地下水位を観測するようにしたことを特徴とする。

本発明による請求項１５記載の地下水位の観測方法は、
前記貯水管１４は、上端を開口し、下端を閉鎖した管体からなり、前記上端に開口した水導入孔１５より深部に前記連通管１６の一方端開口部１６ａを浸漬して地下水位を観測するようにしたことを特徴とする。

本発明による請求項１６記載の地下水位の観測方法は、
前記貯水管１４は、前記連通管１６の一方端部側を上向きＵ字形に折り曲げた部分で代用し、この上向きＵ字形の上端部を開口して水導入孔１５として機能せしめて地下水位を観測することも可能にしたことを特徴とする。

本発明による請求項１７記載の地下水位の観測方法は、
前記水位表示管１９は、その中心軸の設置角度が水平面に垂直か傾斜しているかに拘わらず、前記ＨＷＬと下方の前記標高ＲＷＬの標高の範囲を包含する長さとして地下水位を観測するようにしたことを特徴とする。

本発明による請求項１８記載の地下水位の観測方法は、
前記連通管１６の上端屈曲部１６ｂの近傍に、空気抜き及び注水手段を設けて地下水位を観測するようにしたことを特徴とする。

本発明による請求項１９記載の地下水位の観測方法は、
前記空気抜き及び注水手段は、前記上端屈曲部１６ｂに低圧部２５が生じたとき、この上端屈曲部１６ｂの両側の連通管１６に設けた２個の止水弁２６と２７と、これら２個の止水弁２６と２７の間に挿入され、前記２個の止水弁２６と２７にそれぞれ前記連通管１６を結合する切換口２９ａと２９ｂと、前記低圧部２５が形成された前記上端屈曲部１６ｂに注水管２８を結合する切換口２９ｃとを有する切換え弁２３を用いて地下水位を観測するようにしたことを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、次の効果を有する。
（１）地下水位観測孔１１内の地下水位を、道路や人家近くに設置した水位表示管１９で直接表示することで、斜面周辺の住民が日常的に斜面内の地下水位を直感的に認識することができる。また、一般に、斜面からの湧水は、斜面内の地下水上昇を示し、崖崩れや地滑り等の斜面崩壊の兆候といわれているが、降雨時には地表にも流水がある場合が多く、斜面からの湧水の目視は困難である。しかし本発明では、水位表示管１９で地表の流水に影響されることなく目視で確認することができる。
（２）装置が簡便であり、特別な機器やそれを駆動する動力、電力を必要とせず、地下水位観測孔１１から連通管１６を経て水位表示管１９までの間がサイフォン原理の機能する標高の範囲内であれば、水位表示管１９を任意の位置に設置して正確に孔内水位を表示することができる。また、住民が通常の降雨時の水位条件を認識し、異常降雨時の斜面状態への注意を喚起する指標とすることができる。

（３）地下水位観測孔１１内の水位がＨＷＬを超えてＤＷＬ以上になったときは、水位表示管１９の上端側部の外気孔２０又は上端開口部から地下水がオーバーフローすることで、斜面内の異常な地下水位の上昇や濁りの発生などの異常の状態を目視でさらに容易に観測可能となる。
（４）地下水位観測孔１１内の地下水位がＲＷＬとＤＷＬの間を上下している間は、地下水位観測孔１１と水位表示管１９との間を水が流動して、水位表示管１９内の観測水位面２２は、地下水位観測管１２の地下水水位面２１と同一標高に維持され、連動する。

（５）地下水位観測孔１１内に貯水管１４がないと、連通管１６の一方端開口部１６ａまで地下水水位面２１が下がると、一方端開口部１６ａが大気に通じ、水位表示管１９側の端部１６ｄと地下水位観測管１２側の端部１６ａの双方から水が排出されてサイフォン原理が機能しなくなる(サイフォンブレーク)。これを防止するため、地下水位観測孔１１内に貯水管１４を設けて連通管１６の一方端開口部１６ａをこの貯水管１４内の水に挿入している。これにより地下水水位面２１が一時的にＲＷＬより低下しても一方端開口部１６ａが大気に露出せず、連通管１６の内部は水に満たされたままであり、サイフォン原理が機能する状態が維持される。このとき水位表示管１９内の観測水位面２２の水位の標高は、水導入孔１５の標高ＲＷＬと同じとなり、地下水位観測孔１１内の地下水水位面２１と同じではなくなるが、地下水位が復元し、地下水位観測孔１１内の地下水水位面２１がＲＷＬを超えて上昇すると、水位表示管１９にて正常に観測水位面２２を観測できる。なお、地下水位がＲＷＬより低下したときの水位変動は、水位表示管１９で表示することができないが、変動範囲内の下方に地下水位が存在する状態については、通常は防災上問題になる可能性が低く、観測対象としての必要性は相対的に低い。
（６）水位表示管１９の上端側部の外気孔２０又は上端開口から地下水をオーバーフローさせて排出し、斜面の地下水位の上昇を妨げることで、斜面崩壊や地すべりの誘因を抑制することができる。地下水位観測孔１１と水位表示管１９を複数組設置したり、連通管１６の内径を太くしたり、ＤＷＬを低く(場合によってはＨＷＬ以下に)設定したりすることでこの効果を高めることもできる。

請求項２記載の発明によれば、
前記地下水位観測孔１１内に、地下水出入り孔１３を有する地下水位観測管１２を挿入したので、既設の地下水位観測孔１１の地下水位観測管１２に貯水管１４と連通管１６を孔壁との接触による抵抗を受けることなくスムーズに挿入することができ、簡単かつ確実に水位の変動を観測することができる。また前記地下水位観測管１２によって、前記地下水位観測孔１１の孔壁が保護されるので、孔壁の崩壊により前記地下水位観測孔１１が土砂で閉塞されて地下水位観測装置が機能しなくなることを防ぐことができる。

請求項３記載の発明によれば、
前記貯水管１４は、前記地下水位観測管１２内に吊紐１７で吊り下げて取り付けたので、前記貯水管１４の位置を地下水位面２１の状況に応じて簡単に調整することができる。

請求項４記載の発明によれば、
前記貯水管１４は、上端を開口し、下端を閉鎖した管体からなり、前記上端開口に設けた水導入孔１５に前記連通管１６の一方端開口部１６ａを浸漬したので、貯水管１４として底の付いた直管を利用できる。また、後述の請求項５の貯水管１４に比べて、前記地下水位観測管１２の内径が、前記連通管１６の外径の２倍より小さい場合も適用可能であり、適用範囲が広い。

請求項５記載の発明によれば、
前記貯水管１４は、前記連通管１６の一方端部側を上向きＵ字形に折り曲げた部分で代用することも可能で、その場合には上向きＵ字形の先端部を開口して水導入孔１５として機能せしめ、Ｕ字形の連通管１６の一端部を貯水管１４として利用することもできる。この場合、前述の請求項４の貯水管１４に比べて、構造が簡素になり、コスト的にも有利となる。

請求項６記載の発明によれば、
前記水位表示管１９は、その中心軸の設置角度が水平面に垂直か傾斜しているかに拘わらず、前記ＨＷＬと下方の前記標高ＲＷＬの標高の範囲を包含する長さとしたので、地下水位が増水したり、渇水したりしても機能が停止することなく水位の変動を監視できる。

請求項７記載の発明によれば、
前記連通管１６の上端屈曲部１６ｂの近傍に、空気抜き及び注水手段を設けたので、連通管１６内に空気が入って低圧部２５が形成されても、連通管１６の一端を前記地下水位観測孔１１又は前記水位表示管１９から引き上げることなく、その低圧部２５を水で置換して、正常にサイフォン原理が機能する状態にすることができる。

請求項８記載の発明によれば、
前記空気抜き及び注水手段は、前記上端屈曲部１６ｂに低圧部２５が生じたとき、この上端屈曲部１６ｂの両側の連通管１６に設けた２個の止水弁２６と２７と、これら２個の止水弁２６と２７の間に挿入され、前記２個の止水弁２６と２７にそれぞれ前記連通管１６を結合する切換口２９ａと２９ｂと、前記低圧部２５が形成された前記上端屈曲部１６ｂに注水管２８を結合する切換口２９ｃとを有する切換え弁２３とからなるので、空気抜き及び注水手段を動力なしで操作することができる。

請求項９記載の発明によれば、
地下水位観測地点に穿設した地下水位観測孔１１内の変動する地下水位の標高に対応した水位を、直接的に観測する水位表示管１９を表示地点に設置する工程と、
前記地下水位観測孔１１内の地下水中に上端開口した貯水管１４を浸漬して設置する工程と、
前記貯水管１４と前記水位表示管１９の間を満水で連通するための一方端開口部１６ａと上端屈曲部１６ｂと他方端開口部１６ｄを有する連通管１６を設置する工程とを具備し、
前記連通管１６を設置する工程において、前記一方端開口部１６ａは、サイフォンブレーク防止のために前記貯水管１４の水中に浸漬し、前記上端屈曲部１６ｂは、前記地下水位観測孔１１の上端を通り、前記他方端開口部１６ｄは、前記水位表示管１９の孔内水中に浸漬し、
前記貯水管１４の上端開口に設けた水導入孔１５の標高ＲＷＬを、地下水位の通常の変動範囲最上位の標高ＨＷＬより下方に設定し、前記ＨＷＬから前記ＲＷＬまでの区間は、少なくともサイフォン原理が機能する標高の区間とし、
前記水位表示管１９は、上端を開口し、下端を密閉し、上端が前記ＨＷＬより高い標高に位置し、下端が前記ＲＷＬより低い標高に位置することが可能な長さを有し、前記他方端の開口部１６ｄを前記ＲＷＬより低い標高となる位置に挿入したので、請求項１記載の発明の地下水位観測装置の設置を簡単かつ確実に実現できる。

請求項１０記載の発明によれば、
前記連通管１６を設置する工程に先立ち、前記連通管１６の一方端から注水して管内を満水とし、この連通管１６が満水の状態で前記一方端開口部１６ａを前記貯水管１４の水中に浸漬し、前記他方端開口部１６ｄを前記水位表示管１９の水中に浸漬したので、サイフォン原理が機能する連通管１６の設置を確実にすることができる。

請求項１１記載の発明によれば、
前記連通管１６を設置する工程に先立ち、この連通管１６における前記上端屈曲部１６ｂの両側に止水弁２６と２７をセットし、かつ、これらの止水弁２６と２７の間に切換え弁２３をセットする工程を付加し、前記止水弁２６と２７を閉じて前記切換え弁２３に結合された注水管２８から注水して、前記上端屈曲部１６ｂに形成された低圧部を水で置換するようにしたので、連通管１６の一端を前記地下水位観測孔１１又は前記水位表示管１９から引き上げることなく、連通管１６内の上端屈曲部１６ｂに形成された低圧部２５を解消することができる。

請求項１２記載の発明によれば、
前述した請求項１記載の発明と同様の効果を有する。

請求項１３記載の発明によれば、
前述した請求項２記載の発明と同様の効果を有する。

請求項１４記載の発明によれば、
前述した請求項３記載の発明と同様の効果を有する。

請求項１５記載の発明によれば、
前述した請求項４記載の発明と同様の効果を有する。

請求項１６記載の発明によれば、
前述した請求項５記載の発明と同様の効果を有する。

請求項１７記載の発明によれば、
前述した請求項６記載の発明の作用効果と同様の効果を有する。

請求項１８記載の発明によれば、
前述した請求項７記載の発明と同様の効果を有する。

請求項１９記載の発明によれば、
前述した請求項８記載の発明と同様の効果を有する。

本発明による地下水位の観測方法及びその装置の一実施例を示す説明図で、（ａ）は、水位表示管１９を水平面に垂直に設置した例を示し、（ｂ）は、水位表示管１９を地表面１０に沿って斜めに設置した例を示している。（ａ）は、連通管１６の上端屈曲部１６ｂに空気抜き用切換え弁２３を連結した側面図、（ｂ）は、水位表示管１９に浸漬した連通管１６の他方端開口部１６ｄに開閉弁２４を設けた断面図である。（ａ）は、止水弁２６と２７を開放して連通管１６を連通し、地下水位を観測するために切換え弁２３の切換え口２９ｃを閉じる位置に切り換えて、連通管１６の上端屈曲部１６ｂに低圧部２５が生じている状態の断面図、（ｂ）は、連通管１６の上端屈曲部１６ｂに低圧部２５ができたときに止水弁２６と２７を閉鎖して切換え弁２３を切り換えて、切換え弁２３の位置を上端屈曲部１６ｂの標高よりも高くし低圧部２５を切換え口２９ｃの方向に移動させて空気抜き及び注水をしている状態の断面図である。本発明の地下水位の観測方法及びその装置を実験した地下水位観測管１２と水位表示管１９の間の水位差の経過時間の特性曲線図で、実験日の平均気温：２．９〜９．９℃、水質：水道水の例である。本発明の地下水位の観測方法及びその装置を実験した地下水位観測管１２と水位表示管１９の間の水位差が１ｃｍ以内に達するまでの時間の特性図で、実験日の平均気温：連通管１６の長さ６０ｍのとき：０．０〜８．９℃（室内のため凍結なし）、連通管１６の長さ８０ｍのとき：−１．３〜６．５℃（室内のため凍結なし）、いずれも水質：水道水の例である。従来の超音波による水位計測の説明図である。従来の浮部材による水位計測の説明図である。

本発明は、
地下水位観測地点に穿設した地下水位観測孔１１と、
この地下水位観測孔１１から離れた表示地点に設置され、前記地下水位観測孔１１内の変動する地下水位の標高に一致して連動する水位を直接的に表示する水位表示管１９と、
前記地下水位観測孔１１内の地下水中に浸漬され、上端開口した貯水管１４と、
前記貯水管１４と前記水位表示管１９の間を満水で連通するための一方端の開口部１６ａと上端屈曲部１６ｂと他方端の開口部１６ｄを有する連通管１６とを具備し、
前記一方端の開口部１６ａは、サイフォンブレーク防止のために前記貯水管１４の水中に浸漬し、前記上端屈曲部１６ｂは、前記地下水位観測孔１１の上端を通り、前記他方端の開口部１６ｄは、前記水位表示管１９の孔内水中に浸漬し、
前記貯水管１４の上端開口に設けた水導入孔１５の標高ＲＷＬを、地下水位の通常の変動範囲最上位の標高ＨＷＬより下方に設定し、前記ＨＷＬから前記ＲＷＬまでの区間は、少なくともサイフォン原理が機能する標高の区間とし、
前記水位表示管１９は、上端を開口し、下端を密閉し、上端が前記ＨＷＬより高い標高に位置し、下端が前記ＲＷＬより低い標高に位置することが可能な長さを有し、前記他方端の開口部１６ｄを前記ＲＷＬより低い標高となる位置に挿入したことを特徴とする地下水位観測装置である。
なお、地下水位観測孔１１内の地下水位変動は、ＲＷＬを地下水位の通常の変動範囲ＬＷＬよりも下方に設定できる場合はＨＷＬからＬＷＬの範囲で、サイフォン原理の制約等でＲＷＬをＬＷＬよりも上方に設定する場合は、通常の地下水位変動範囲のうちＨＷＬからＲＷＬの範囲で、水位表示管１９において目視で観測可能である。

前記地下水位観測孔１１がすでに設けられているものを利用する場合には、その中に地下水出入り孔１３を有する地下水位観測管１２を挿入し、地下水の出入りを許容しながら孔壁を保護することが望ましい。

前記地下水位観測管１２を利用したときは、その中に上端から前記貯水管１４を吊紐１７で吊り下げて設置する。

前記水位表示管１９は、前記地下水位観測管１２内の水位が通常変動する最も上位の標高ＨＷＬと下方の前記標高ＲＷＬの標高の範囲を包含する長さとする。

前記貯水管１４は、上端を開口し、下端を閉鎖した管体からなるものであってもよいし、前記連通管１６の一方端部側を上向きＵ字形に折り曲げた部分からなるものであってもよい。
前記水位表示管１９は、その中心軸の設置角度を水平面に垂直に設置してもよく、または、その中心軸が傾斜地の地表面とほぼ平行になるよう、傾斜地に寝かせて傾斜して設置してもよい。
前記連通管１６の上端屈曲部１６ｂの近傍に、空気抜き及び注水手段を設けることが望ましく、具体的には、前記空気抜き及び注水手段は、前記上端屈曲部１６ｂに低圧部２５が生じたとき、この上端屈曲部１６ｂの両側の連通管１６に設けた２個の止水弁２６と２７と、これら２個の止水弁２６と２７の間に挿入され、前記２個の止水弁２６と２７にそれぞれ前記連通管１６を結合する切換口２９ａと２９ｂと、前記低圧部２５が形成された前記上端屈曲部１６ｂに注水管２８を結合する切換口２９ｃとを有する切換え弁２３とからなるものとすることができる。

本発明の地下水位観測装置の設置方法は、
地下水位観測地点に穿設した地下水位観測孔１１内の変動する地下水位の標高に対応した水位を、直接的に観測する水位表示管１９を表示地点に設置する工程と、
前記地下水位観測孔１１内に、地下水出入り孔１３を有する地下水位観測管１２を設置する工程と、
前記地下水位観測孔１１内の地下水中に上端開口した貯水管１４を浸漬して設置する工程と、
前記貯水管１４と前記水位表示管１９の間を満水で連通するための一方端の開口部１６ａと上端屈曲部１６ｂと他方端の開口部１６ｄを有する連通管１６を設置する工程とを具備し、
前記連通管１６を設置する工程において、前記一方端の開口部１６ａは、サイフォンブレーク防止のために前記貯水管１４の水中に浸漬し、前記上端屈曲部１６ｂは、前記地下水位観測孔１１の上端を通り、前記他方端の開口部１６ｄは、前記水位表示管１９の孔内水中に浸漬し、
前記貯水管１４の上端開口に設けた水導入孔１５の標高ＲＷＬを、地下水位の通常の変動範囲最上位の標高ＨＷＬより下方に設定し、前記ＨＷＬから前記ＲＷＬまでの区間は、少なくともサイフォン原理が機能する標高の区間とし、
前記貯水管１４は、その上端開口に設けた水導入孔１５の標高を前記ＲＷＬとなるように設置し、
前記水位表示管１９は、上端を開口し、下端を密閉し、上端が前記ＨＷＬより高い標高に位置し、下端が前記ＲＷＬより低い標高に位置することが可能な長さを有し、前記他方端の開口部１６ｄを前記ＲＷＬより低い標高となる位置に挿入したことを特徴とする地下水位観測装置の設置方法である。

本発明の地下水位の観測方法は、
地下水位観測孔１１内の地下水と、この地下水位観測孔１１から離れた場所に設置した水位表示管１９の孔内水との間を水で充満した連通管１６で連通してサイフォンの原理で地下水位の変動を観測する方法であって、
前記連通管１６の一方端開口部１６ａを、サイフォンブレーク防止のために前記地下水位観測孔１１の地下水中に浸漬した上端開口の貯水管１４内の水中に浸漬し、前記連通管１６の上端屈曲部１６ｂを、前記地下水位観測孔１１の上端を通り、前記連通管１６の他方端開口部１６ｄを、前記水位表示管１９の孔内水中に浸漬し、
前記貯水管１４の上端開口に設けた水導入孔１５の標高ＲＷＬを、地下水位の通常の変動範囲最上位の標高ＨＷＬより下方に設定し、前記ＨＷＬから前記ＲＷＬまでの区間は、少なくともサイフォン原理が機能する標高の区間とし、
前記水位表示管１９は、上端を開口し、下端を密閉し、上端が前記ＨＷＬより高い標高に位置し、下端が前記ＲＷＬより低い標高に位置することが可能な長さを有し、前記他方端開口部１６ｄが前記ＲＷＬより低い標高となる位置に挿入して地下水位を観測するようにした方法である。

前述の地下水位の観測方法において、
前記地下水位観測孔１１内に、地下水出入り孔１３を有する地下水位観測管１２を挿入して地下水位を観測する。

前述の地下水位の観測方法において、
前記地下水位観測管１２の中に上端から前記貯水管１４を吊紐１７で吊り下げて設置して地下水位を観測する。

前述の地下水位の観測方法において、
前記貯水管１４は、上端を開口し、下端を閉鎖した管体からなり、前記上端開口に設けた水導入孔１５より深部に前記連通管１６の一方端開口部１６ａを浸漬して地下水位を観測する。

前述の地下水位の観測方法において、
前記貯水管１４は、前記連通管１６の一方端部側を上向きＵ字形に折り曲げた部分で代用し、この上向きＵ字形の上端部を開口して水導入孔１５として機能せしめて地下水位を観測する。

前述の地下水位の観測方法において、
前記水位表示管１９は、その中心軸の設置角度が水平面に垂直か傾斜しているかに拘わらず、前記ＨＷＬと下方の前記標高ＲＷＬの標高の範囲を包含する長さとして地下水位を観測する。

前述の地下水位の観測方法において、
前記連通管１６の上端屈曲部１６ｂの近傍に、空気抜き及び注水手段を設けて地下水位を観測する。

前述の地下水位の観測方法において、
前記空気抜き及び注水手段は、前記上端屈曲部１６ｂに低圧部２５が生じたとき、この上端屈曲部１６ｂの両側の連通管１６に設けた２個の止水弁２６と２７と、これら２個の止水弁２６と２７の間に挿入され、前記２個の止水弁２６と２７にそれぞれ前記連通管１６を結合する切換口２９ａと２９ｂと、前記低圧部２５が形成された前記上端屈曲部１６ｂに注水管２８を結合する切換口２９ｃを用いて地下水位を観測する。

以下、本発明の実施例１を図面に基づき説明する。
図１において、１０は、崖崩れや地すべり等の斜面変動が発生する恐れのある範囲のうち、地下水位の標高を計測しようとする地点である。
この地表面１０には、地質調査のために、通常直径６６ｍｍの既設の地下水位観測孔１１が穿設されており、本発明では、この地下水位観測孔１１を利用するもので、その内部には、直径(内径)４０ｍｍ、長さ１０ｍ以上の地下水位観測管１２が挿入されている。この地下水位観測管１２の外壁部分には、地下水が流入、流出するように所定間隔で地下水出入り孔１３が形成されている。
前記地下水位観測孔１１と地下水位観測管１２は、既設のものを利用する例を示しているが、新たに地下水位観測孔１１をボーリングして地下水位観測管１２を挿入設置してもよい。
なお、前記地下水位観測孔１１の孔壁が自立して、安定している場合には、地下水位観測管１２は設置しなくても良い。
また、前記地下水位観測管１２の長さは、１０ｍ未満のものもあり、本発明では、直径(内径)、長さともに前記例に限られるものではない。

本発明の装置及び方法は、サイフォンの原理を利用して水位を観測するので、予め地下水位観測管１２内の水位を長期間計測し、サイフォンの原理が機能する条件として、地下水位観測孔１１の上端（正確には、連通管１６の上端屈曲部１６ｂ）から前記地下水位観測管１２内に設置する貯水管１４の上端のＲＷＬ（後述する）までの高さが１０ｍ以内に水位がある地点が観測地として選択される。
本発明におけるサイフォンの原理（またはサイフォン原理と表記する。）とは、具体的には、連通管１６によって満水で連通された地下水位観測管１２（地下水水位面２１がＲＷＬより低下したときは貯水管１４）内の水位の標高と水位表示管１９の水位の標高が異なるときは、両者の水位の標高が同じになるまで、水面標高の高い方から低い方に連通管１６を通って水が流れることをいう。またサイフォン原理が機能するとは、前記のサイフォン原理によって、地下水位観測管１２（地下水水位面２１がＲＷＬより低下したときは貯水管１４）内の水位の標高と水位表示管１９の水位の標高が同じになることをいう。
またサイフォンブレークとは、連通管１６の内部に空気が侵入して連通管１６内の水が排出され、サイフォンの原理が機能しなくなることをいう。

前記貯水管１４は、前記地下水位観測孔１１（又は前記地下水位観測管１２）の中に重り１８を取り付けて吊紐１７で吊り下げられる。この貯水管１４は、上端部付近に水導入孔１５を有し、外周部及び底部からは地下水が流出しない構造で、地下水位水位面２１がこの貯水管１４の上端の水導入孔１５よりも低下するようなことがあっても、貯水管１４の内部は水で満たされた状態が保たれるようになっている。
この水導入孔１５は、その高さが一定位置（後述するＲＷＬ）になるように前記吊紐１７で調整し固定的に保持する。この貯水管１４の中に連通管１６の一方端開口部１６ａが差し込まれ、この一方端開口部１６ａは、前記貯水管１４に水導入孔１５から導入されて貯水された地下水の中に常に浸漬している。この連通管１６は、例えば、内径８ｍｍ、外径１２ｍｍで可撓性を有するが、連通管１６内部を真空状態まで減圧しても閉塞しない強度を有する軟質管が用いられる。この連通管１６の素材は軟質管に限られるものではなく、硬質管を用いてもよく、この場合には、折り曲げ部分をＵ字管やＬ字管で連結してもよい。

前記連通管１６は、前記一方端開口部１６ａから上方に立ち上げ、前記地下水位観測管１２の上端部で前記連通管１６の上端屈曲部１６ｂをＵ字形とし、この上端屈曲部１６ｂから延長した中間引き回し部１６ｃを地表面２１に沿って設置して他方端開口部１６ｄを後述する水位表示管１９内に浸漬する。

前記水位表示管１９は、上端側部に外気孔２０を有し、下端を密閉した細長い管からなり、表示地点に鉛直又は傾斜して設置される。前記外気孔２０の標高は、前記地下水位観測管１２の上端の標高より低いが、後述のＨＷＬより高い標高に設置され、また、前記水位表示管１９下端部は、後述のＲＷＬよりやや低い標高に設置する。
なお、前記外気孔２０は、上端の側部に設けなくとも、表示管１９が上端を開口した管体であればよい。上端を開口したものは、雨水が入らないように上部を傘等で覆うことが望ましいが、少量の雨水が入り、一時的に観測水位面２２が上昇した場合でも、サイフォンの原理により、すぐに地下水位面２１に収束する。
ここで、前記地下水位観測管１２の長さ、地下水位観測管１２内の貯水管１４の位置、前記水位表示管１９の長さ、設定位置等を決定する標高は、次のように設定される。
ＨＷＬ：地下水位最上位標高。水位は季節、降雨等に伴って変動するので、前記地下水位観測孔１１内の通常変動範囲の最も上位と考えられる地下水位標高を示すものとする。
ＬＷＬ：地下水位最下位標高。水位は季節、降雨等に伴って変動するので、前記地下水位観測孔１１内の通常変動範囲の最も下位と考えられる地下水位標高を示すものとする。
ＭＷＬ：表示可能水位標高。前記ＨＷＬとＬＷＬの間にある通常の水位標高を示し、水位表示管１９で表示可能な水位を示すものとする。サイフォン原理の制約等によりＲＷＬ＞ＬＷＬとする場合にはＨＷＬとＲＷＬの間に位置する。
ＤＷＬ：水位表示管１９の上端標高ないし外気孔２０の開口している標高。地下水位がこのＤＷＬを超えて上昇した場合には前記上端ないし外気孔２０から排水される。
ＲＷＬ：ＨＷＬより下方の、貯水管１４の上端標高とする。この標高以下の水位は水位表示管１９で表示できないため、既往の水位変動観測結果における変動の範囲や、既往の斜面変動発生時の水位等を勘案し、適切な高さとする。
ＴＬ：連通管１６の最高標高。地下水位観測孔１１の上端、正確には、前記ＤＷＬより高く、連通管１６の標高が最高となる上端屈曲部１６ｂの標高とする。前記地下水位観測孔１１に地下水位観測管１２が挿入されている場合には、通常この地下水位観測管１２の上端より高い位置が前記連通管１６の最高標高ＴＬとなる。
Ｈ：サイフォンの原理が機能する標高差。前記貯水管１４の上端部ＲＷＬから前記連通管１６の最高標高ＴＬまでの標高差を示し、本実施例では、サイフォンの原理が機能する限界（約１０ｍ）よりやや短い９ｍとした。

サイフォン原理が機能するように、連通管１６の全体に水を充填し、一方端開口部１６ａと他方端開口部１６ｄに水漏れがないように栓をする。
前記連通管１６は、その上端屈曲部１６ｂから中間引き回し部１６ｃを６０〜８０ｍ引き回す。一方端開口部１６ａは、水を張った貯水管１４の水導入孔１５に挿入して栓を外し、貯水管１４を地下水位観測管１２の中の所定の高さに吊り下げ設置する。他方端開口部１６ｄは、表示地点に設けられ水を張った水位表示管１９の底部の前記ＲＷＬよりやや低い位置まで挿入して栓を外す。
前記連通管１６の中間引き回し部１６ｃは、地表面１０に沿わせて配置してもよいし、邪魔にならないように杭や木々に吊り下げてもよいが、内部の水の流動の抵抗とならないように直線的に順次下降して配置することが望ましい。
また、空気が内部に混入した場合、容易に外部から確認できるように、前記連通管１６の材質は透明なものとする。

このようにして、サイフォン原理により前記地下水位観測孔１１内の地下水水位面２１の標高と前記水位表示管１９内の水位観測面２２が同一となる。もし、渇水期などに前記地下水位観測孔１１内の水位標高が前記ＲＷＬより低くなるようなことがあっても、前記連通管１６の他方端開口部１６ｄが前記ＲＷＬよりやや低い位置に固定され、前記貯水管１４が水で満たされているので、連通管１６の内部には空気が侵入せずサイフォン原理が機能する状態が保持される。このとき前記地下水位表示管１９の水位観測面２２の標高は、前記貯水管１４の内部の水面の標高と同じとなり、前記地下水位観測孔１１の地下水位と同じではないが、再び前記ＲＷＬより上方まで地下水水位面２１が戻ったときには、前記地下水位観測孔１１内の地下水位面２１の標高と同じとなり、地下水位の観測装置として機能する。

表示地点は、斜面周辺の住民が観測する場合には、道路脇、人家裏などの住民の日常の活動範囲に近接しておりアクセスが良く、いつでも観測できるような場所とすることが望ましい。前記水位表示管１９は、透明なプラスチック管などからなり、上端部の側方に外気孔２０を有するが、計測地の地表面１０に５０ｃｍ程度差し込み設置される。この水位表示管１９は、全体が透明な管で、外側に目盛り１９ａを付けたものが望ましい。全体が透明でなく、外周に軸方向の観測窓だけ透明に形成したものであってもよい。観測水位面２２を目視で確認し易くするために、水位表示管１９内に色付きの浮子を挿入してもよい。また、前記水位表示管１９が不透明な材質であるときは、内部の浮子に指針を取り付け、前記水位表示管１９の上端部から突出させたり、指針を回転させたりして水位を表示するものであってもよい。

前記連通管１６の内部に空気が侵入していたり、一方端の開口部１６ａや他方端の開口部１６ｄから空気が侵入したりして、上端屈曲部１６ｂに空気が溜まり低圧部２５が形成されると、連通管１６内の水が不連続となって、Ｈが９ｍ程度でもサイフォン原理が機能しなくなり、地下水位観測孔１１内の地下水水位面２１と水位表示管１９内の水位観測面２２が同一でなくなる。この場合、低圧部２５を水で置換するために、図３（ａ）に示すように、上端屈曲部１６ｂの両側の連通管１６に位置して止水弁２６と２７を取り付け、これら止水弁２６と２７の間に、３方に切換え口２９ａ、２９ｂ、２９ｃを有する切換え弁２３が配置される。
正常の動作時には、図３（ａ）に示すように、止水弁２６と２７が開口して切換え口２９ａと２９ｂが連通している。
この状態で、連通管１６に空気が入り込むと、上端屈曲部１６ｂの付近に低圧部２５が形成され、サイフォン原理が機能しなくなるおそれがある。この上端屈曲部１６ｂの付近の低圧部２５を水で置換するため、図３（ｂ）に示すように、止水弁２６と２７を閉じ、切換え弁２３の弁体２３ａにより、切換え口２９ａと２９ｃを連通させる。この状態で、切換え弁２３の切換え口２９ｃの位置を、上端屈曲部１６ｂの低圧部２５より上方に持ち上げると、低圧部２５は、連通管１６内を切換え弁２３の方向に移動し、切換え口２９ｃで外気と連通する。そして切換え口２９ｃに結合した注水管２８から水を注入すると、切換え口２９ｃ内の低圧部２５は注入した水で置換され、連通管１６内は水で充満する。このようにして、低圧部２５が水で置換されたら、切換え弁２３を図３（ａ）のように切換え、かつ、止水弁２６と２７を開放することで、元の正常な状態に戻る。低圧部２５がなくなったら、前記切換え弁２３の位置は、図３（ａ）のように戻してもよいし、図３（ｂ）のままであってもよい。

前記実施例１では、水位表示管１９における他方端開口部１６ｄから連通管１６の内部に空気が入らないようにするため、連通管１６の他方端開口部１６ｄを浸漬してから栓を外すようにしたが、図２（ｂ）に示すように、前記連通管１６の他方端開口部１６ｄに設けた開閉弁２４を閉じた状態で、前記水位表示管１９の内部の観測水位面２２の中に浸漬したら操作棒２４ａで開閉弁２４を開くようにしてもよい。

図１（ａ）に示す実施例１では、貯水管１４は、連通管１６とは別体に構成して連通管１６の一方端の開口部１６ａを差し込むようにした。しかし、これに限られるものではなく、図２（ａ）に示すように、連通管１６の先端をＵ字管１４ａとし、このＵ字管１４ａの他方端を立ち上げて、立ち上げた部分を貯水管１４として代用することができる。この貯水管１４の上端部が水導入口１５となり、この水導入口１５の位置が前記ＲＷＬとなるようにして、重り１８で位置決め固定する。
なお、前記連通管１６として使用するチューブは、直径（内径）８ｍｍとすると、この連通管１６の先端をＵ字管１４ａとした場合、このＵ字管１４ａ部分の最小曲げ半径は５０ｍｍ必要である。そのため、前記水位観測管１２が１００ｍｍ以上の大径の場合のみ前記Ｕ字管１４ａを利用することが可能となる。また、連通管１６の先端にＵ字管１４ａを介在して立ち上げた部分を貯水管１４として機能させる場合、この貯水管１４の断面積が小さすぎると、前記貯水管１４内の水が蒸発したようなとき、前記貯水管１４内の水位の低下によりサイフォンブレークが起こりやすくなるので、前記貯水管１４の断面積は可能な限り大きくすることが望ましい。

前記水位表示管１９は、図１（ａ）に示すように、その中心軸の設置角度を水平面に垂直に設置する場合に限られず、図１（ｂ）に示すように傾斜した地表面１０に、その中心軸が傾斜地の地表面とほぼ平行になるよう、寝かせて設置してもよく、この場合でも、前記水位表示管１９の上端標高は前記ＨＷＬより上方、下端標高はＲＷＬより下方とし、前記連通管１６の挿入端部１６ｄは、水位表示管１９内で前記ＲＷＬよりやや下方に位置するように挿入する。

前記地下水位観測孔１１は、１個所だけでなく、複数個所に設置し、それぞれの地下水位観測孔１１にそれぞれの連通管１６を介してそれぞれの水位表示管１９を設けてそれぞれ独立した観測装置とすることにより観測の範囲を広げるようにすることが可能である。

以上のような構成において、貯水管１４と連通管１６と水位表示管１９を水で充満して地下水位観測孔１１内の地下水位を観測する。地下水位観測孔１１内の地下水水位面２１が上昇したり下降したりすると、サイフォンの原理により水位表示管１９内の孔内水位が後述する実験結果からも明らかなように概ね３０秒以内に追随し、地下水位観測孔１１内の地下水水位面２１と水位表示管１９の観測水位面２２が同一高さになった時点で水の移送が停止し、地下水位観測孔１１内の地下水位と同じ高さを水位表示管１９で表示する。この水位表示管１９で地下水位を直接目視で確認することができる。

室内実験によって、模擬的に地下水位観測孔１１内の地下水位を急激に変化させてから、水位表示管１９内との地下水位との水位差が概ね０になるまでの経過時間を測定したところ、図４に示すように、次の通りであった。
Ｎｏ. 水位差（ｃｍ）経路長Ｌ（ｍ）経過時間（秒）
Ａ４３６０２８
Ｂ４０６０２３
Ｃ３８６０１８
Ｄ１６６０１３

また、同様の室内実験によって、地下水位観測孔１１と水位表示管１９の水位差の初期状態を４０ｃｍとして、連通管１６の経路長を変化させて、水位差が１ｃｍ以内になるまでの経過時間を測定したところ、図５に示すように、次の通りであった。
Ｅ経路長Ｌ＝６０ｍのとき、５〜１７秒
Ｆ経路長Ｌ＝８０ｍのとき、１８〜３５秒
経路長が長くなれば、経過時間が長くなるが、これは、連通管１６の内径や配置時の屈曲の程度に影響を受ける、水の移送時の抵抗の違いによるものと考えられる。

本発明によれば、次の作用効果を有する。
（１）地下水位観測孔１１内の地下水位を、道路や人家近くに設置した水位表示管１９で直接表示することで、斜面周辺の住民が日常的に斜面内の地下水位を直感的に認識することができる。また、一般に、斜面からの湧水は、斜面内の地下水上昇を示し、崖崩れや地滑り等の斜面崩壊の兆候といわれているが、降雨時には地表にも流水がある場合が多く、斜面からの湧水の目視は困難である。しかし本発明では、水位表示管１９で地表の流水に影響されることなく斜面内の地下水上昇を目視で確認することができる。

（２）装置が簡便であり、特別な機器やそれを駆動する動力、電力を必要とせず、地下水位観測孔１１と水位表示管１９との間がサイフォン原理の機能する同一標高の範囲内であれば、水位表示管１９を任意の位置に設置して正確に孔内水位を表示することができる。また、水位表示管１９の側面や周囲に着色やマーキングをすることにより、住民が通常の降雨時の水位条件を認識し、異常降雨時の斜面状態への注意を喚起する指標とすることができる。

（３）地下水位観測孔１１内の地下水位がＤＷＬ以上になったときは、水位表示管１９の上端側部の外気孔２０又は上端開口から地下水がオーバーフローするので、斜面内の異常な地下水位の上昇や濁りの発生などの異常の状態を目視で観測可能となる。

（４）地下水位観測孔１１内の地下水位がＲＷＬとＤＷＬの間を上下している間は、地下水位観測孔１１と水位表示管１９との間を水が流動して、水位表示管１９内の観測水位面２２は、地下水位観測孔１１の地下水水位面２１と同一標高に維持される。

（５）地下水位観測孔１１内に貯水管１４がない状態で、連通管１６の一方端開口部１６ａまで水位が下がると、一方端開口部１６ａが大気に通じ、水位表示管１９側の端部１６ｄと地下水位観測孔１１側の端部１６ａの双方から水が排出されてサイフォンの原理は機能しなくなる。これを防止するため、地下水位観測孔１１内に貯水管１４を設けて連通管１６の一方端開口部１６ａをこの貯水管１４内の水に挿入している。これにより地下水位がＲＷＬより低下しても一方端開口部１６ａが大気に露出せず、サイフォンの原理が機能するので、地下水位観測孔１１内の地下水位は、水導入孔１５の位置に維持される。地下水位が復元し地下水位観測管孔１１内の水位がＲＷＬを超えて上昇すると、水位表示管１９にて正常に観測水位面２２を観測できる状態に回復する。なお、地下水位がＲＷＬより低下したときの水位は、水位表示管１９で正しく表示することができないが、変動範囲内の下方に地下水位が存在する状態については、通常は防災上問題になる可能性が低く、観測対象としての必要性は相対的に低い。

（６）水位表示管１９の上端側部の外気孔２０又は上端開口から地下水をオーバーフローさせて排出し、斜面の地下水位の上昇を防げることで、斜面崩壊や地すべりの誘因を抑制することができる。地下水位観測孔１１と水位表示管１９を複数組設置したり、連通管１６の内径を太くしたり、ＤＷＬを低く(場合によってはＨＷＬ以下に)設定したりすることでこの効果を高めることもできる。

１０…地表面、１１…地下水位観測孔、１２…地下水位観測管、１３…地下水出入り孔、１４…貯水管、１５…水導入孔、１６…連通管、１６ａ…一方端開口部、１６ｂ…上端屈曲部、１６ｃ…中間引回し部、１６ｄ…他方端開口部、１７…吊紐、１８…重り、１９…水位表示管、２０…外気孔、２１…地下水水位面、２２…観測水位面、２３…切換え弁、２４…開閉弁、２５…低圧部（Ｈが大きい場合真空度が高くなる）、２６…止水弁、２７…止水弁、２８…注水管、２９ａ、２９ｂ、２９ｃ…切換口、３０…超音波、３１…土中、３２…反射波、３３…地下水位面、３４…検出器、３６…超音波導波管、３８…超音波トランスジューサ、４０…杭、４１…杭本体、４２…頭部、４３…柱状空間、４４…キャップ、４５…浮部材、４７…侵入口、５０…近接検知装置、５１…近接検知器。

Claims

地下水位観測地点に穿設した地下水位観測孔１１と、
この地下水位観測孔１１から離れた観測地点に設置され、前記地下水位観測孔１１内の変動する地下水位の標高に対応した水位を直接的に表示し、観測できる水位表示管１９と、
前記地下水位観測孔１１内の地下水中に浸漬され、上端開口した貯水管１４と、
前記貯水管１４と前記水位表示管１９の間を満水で連通するための、一方端開口部１６ａと上端屈曲部１６ｂと他方端開口部１６ｄを有する連通管１６とを具備し、
前記一方端開口部１６ａは、サイフォンブレーク防止のために前記貯水管１４の水中に浸漬し、前記上端屈曲部１６ｂは、前記地下水位観測孔１１の上端を通り、前記他方端開口部１６ｄは、前記水位表示管１９の孔内水中に浸漬し、
前記貯水管１４の上端開口に設けた水導入孔１５の標高ＲＷＬを、地下水位の通常の変動範囲最上位の標高ＨＷＬより下方に設定し、前記ＨＷＬから前記ＲＷＬまでの区間は、少なくともサイフォン原理が機能する標高の区間とし、
前記水位表示管１９は、上端を開口し、下端を密閉し、上端が前記ＨＷＬより高い標高に位置し、下端が前記ＲＷＬより低い標高に位置することが可能な長さを有し、前記他方端開口部１６ｄを前記ＲＷＬより低い標高となる位置に挿入したことを特徴とする地下水位観測装置。
前記地下水位観測孔１１内に、地下水出入り孔１３を有する地下水位観測管１２を挿入したことを特徴とする請求項１記載の地下水位観測装置。
前記地下水位観測管１２の中に上端から前記貯水管１４を吊紐１７で吊り下げて設置したことを特徴とする請求項２記載の地下水位観測装置。
前記貯水管１４は、上端を開口して水導入孔１５とし、下端を閉鎖した管体からなり、前記水導入孔１５より深部に前記連通管１６の一方端開口部１６ａを浸漬したことを特徴とする請求項１、２又は３記載の地下水位観測装置。
前記貯水管１４は、前記連通管１６の一方端部側を上向きＵ字形に折り曲げた部分で代用し、この上向きＵ字形の先端部を開口して水導入孔１５として機能せしめたことを特徴とする請求項１、２又は３記載の地下水位観測装置。
前記水位表示管１９は、その中心軸の設置角度が水平面に垂直か傾斜しているかに拘わらず、前記ＨＷＬと下方の前記標高ＲＷＬの標高の範囲を包含する長さとしたことを特徴とする請求項１記載の地下水位観測装置。
前記連通管１６の上端屈曲部１６ｂの近傍に、空気抜き及び注水手段を設けたことを特徴とする請求項１、２、３、４、５又は６記載の地下水位観測装置。
前記空気抜き及び注水手段は、前記上端屈曲部１６ｂに低圧部２５が生じたとき、この上端屈曲部１６ｂの両側の連通管１６に設けた２個の止水弁２６と２７と、これら２個の止水弁２６と２７の間に挿入され、前記２個の止水弁２６と２７にそれぞれ前記連通管１６を結合する切換口２９ａと２９ｂと、前記低圧部２５が形成された前記上端屈曲部１６ｂに注水管２８を結合する切換口２９ｃとを有する切換え弁２３とからなることを特徴とする請求項７記載の地下水位観測装置。
地下水位観測地点に穿設した地下水位観測孔１１内の変動する地下水位の標高に対応した水位を、直接的に観測する水位表示管１９を表示地点に設置する工程と、
前記地下水位観測孔１１内の地下水中に上端開口した貯水管１４を浸漬して設置する工程と、
前記貯水管１４と前記水位表示管１９の間を満水で連通するための、一方端開口部１６ａと上端屈曲部１６ｂと他方端開口部１６ｄを有する連通管１６を設置する工程とを具備し、
前記連通管１６を設置する工程において、前記一方端開口部１６ａは、サイフォンブレーク防止のために前記貯水管１４の水中に浸漬し、前記上端屈曲部１６ｂは、前記地下水位観測孔１１の上端を通り、前記他方端開口部１６ｄは、前記水位表示管１９の孔内水中に浸漬し、
前記貯水管１４の上端開口に設けた水導入孔１５の標高ＲＷＬを、地下水位の通常の変動範囲最上位の標高ＨＷＬより下方に設定し、前記ＨＷＬから前記ＲＷＬまでの区間は、少なくともサイフォン原理が機能する標高の区間とし、
前記水位表示管１９は、上端を開口し、下端を密閉し、上端が前記ＨＷＬより高い標高に位置し、下端が前記ＲＷＬより低い標高に位置することが可能な長さを有し、前記他方端開口部１６ｄを前記ＲＷＬより低い標高となる位置に挿入したことを特徴とする地下水位観測装置の設置方法。
前記連通管１６を設置する工程に先立ち、前記連通管１６の一方端から注水して管内を満水とし、この連通管１６が満水の状態で前記一方端開口部１６ａを前記貯水管１４の水中に浸漬し、前記他方端開口部１６ｄを前記水位表示管１９の孔内水中に浸漬したことを特徴とする請求項９記載の地下水位観測装置の設置方法。
前記連通管１６を設置する工程に先立ち、この連通管１６における前記上端屈曲部１６ｂの両側に止水弁２６と２７をセットし、かつ、これらの止水弁２６と２７の間に切換え弁２３をセットする工程を付加し、前記止水弁２６と２７を閉じて前記切換え弁２３に結合された注水管２８から注水して、前記上端屈曲部１６ｂに形成された低圧部２５を水で置換するようにしたことを特徴とする請求項９又は１０記載の地下水位観測装置の設置方法。
地下水位観測孔１１内の地下水と、この地下水位観測孔１１から離れた場所に設置した水位表示管１９の孔内水との間を水で充満した連通管１６で連通してサイフォンの原理で地下水位の変動を観測する方法であって、
前記連通管１６の一方端開口部１６ａを、サイフォンブレーク防止のために前記地下水位観測孔１１の地下水中に浸漬した上端開口の貯水管１４内の水中に浸漬し、前記連通管１６の上端屈曲部１６ｂを、前記地下水位観測孔１１の上端を通し、前記連通管１６の他方端開口部１６ｄを、前記水位表示管１９の孔内水中に浸漬し、
前記貯水管１４の上端開口に設けた水導入孔１５の標高ＲＷＬを、地下水位の通常の変動範囲最上位の標高ＨＷＬより下方に設定し、前記ＨＷＬから前記ＲＷＬまでの区間は、少なくともサイフォン原理が機能する標高の区間とし、
前記水位表示管１９は、上端を開口し、下端を密閉し、上端が前記ＨＷＬより高い標高に位置し、下端が前記ＲＷＬより低い標高に位置することが可能な長さを有し、前記他方端開口部１６ｄが前記ＲＷＬより低い標高となる位置に挿入して地下水位を観測するようにしたことを特徴とする地下水位の観測方法。
前記地下水位観測孔１１内に、地下水出入り孔１３を有する地下水位観測管１２を挿入して地下水位を観測するようにしたことを特徴とする請求項１２記載の地下水位の観測方法。
前記地下水位観測管１２の中に上端から前記貯水管１４を吊紐１７で吊り下げて設置して地下水位を観測するようにしたことを特徴とする請求項１３記載の地下水位の観測方法。
前記貯水管１４は、上端を開口し、下端を閉鎖した管体からなり、前記上端に開口した水導入孔１５より深部に前記連通管１６の一方端開口部１６ａを浸漬して地下水位を観測するようにしたことを特徴とする請求項１２、１３又は１４記載の地下水位の観測方法。
前記貯水管１４は、前記連通管１６の一方端部側を上向きＵ字形に折り曲げた部分で代用し、この上向きＵ字形の先端部を開口して水導入孔１５として機能せしめて地下水位を観測することも可能にしたことを特徴とする請求項１２、１３又は１４記載の地下水位の観測方法。
前記水位表示管１９は、その中心軸の設置角度が水平面に垂直か傾斜しているかに拘わらず、前記ＨＷＬと下方の前記標高ＲＷＬの標高の範囲を包含する長さとして地下水位を観測するようにしたことを特徴とする請求項１２記載の地下水位の観測方法。
前記連通管１６の上端屈曲部１６ｂの近傍に、空気抜き及び注水手段を設けて地下水位を観測するようにしたことを特徴とする請求項１２、１３、１４、１５、１６又は１７記載の地下水位の観測方法。
前記空気抜き及び注水手段は、前記上端屈曲部１６ｂに低圧部２５が生じたとき、この上端屈曲部１６ｂの両側の連通管１６に設けた２個の止水弁２６と２７と、これら２個の止水弁２６と２７の間に挿入され、前記２個の止水弁２６と２７にそれぞれ前記連通管１６を結合する切換口２９ａと２９ｂと、前記低圧部２５が形成された前記上端屈曲部１６ｂに注水管２８を結合する切換口２９ｃとを有する切換え弁２３を用いて地下水位を観測するようにしたことを特徴とする請求項１８記載の地下水位の観測方法。