JP3726201B2

JP3726201B2 - 流量測定装置

Info

Publication number: JP3726201B2
Application number: JP07574897A
Authority: JP
Inventors: 一平谷口; 茂雄伊藤; 竜上田崎; 晃一鳥屋尾; 祐也古川; 智司増田
Original assignee: 東邦地水株式会社
Priority date: 1997-03-27
Filing date: 1997-03-27
Publication date: 2005-12-14
Anticipated expiration: 2017-03-27
Also published as: JPH10267722A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、山地河川等の開水路の流量を、トレーサの瞬間注入法により測定する流量測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
河川等の開水路の流量を測定する流量測定方法として、一般に、その流速と水路の横断面積を測定してその流量を求める流速−流積法、トレーサを流してその拡散や希釈の程度から流量を求める連続注入法や瞬間注入法が、実施されている。
【０００３】
流速−流積法は、流速計や浮き子等により水路の流速を測定し、その流速と水路の断面積との積から流量を求めるものであり、流速が一定で、水路の断面積を容易に求めることができるコンクリート張りの河川では比較的正確に流量を測定することが可能である。しかし、水深が浅く岩や石などがある渓流部分の多い山地河川では、流れが極端に乱れており、水路の断面積や流速を正確に求めることができないため、上記方法では正確に流量を測定することができない。
【０００４】
そこで、この種の山地河川の流量を測定する場合には、通常、トレーサによる連続注入法或は瞬間注入法が実施される。連続注入法は、一定の濃度のトレーサを一定量連続して水路に注入し、その下流側で流量に応じて拡散・希釈された溶液の濃度を測定し、その濃度からその地点の流量を求めるものである。しかし、この連続注入法は、トレーサを連続注入するために必要な定量注入装置が比較的大形であるため、山地の河川では、大形装置の搬入等に困難が伴い、適用が難しい。
【０００５】
これに対し、瞬間注入法は、水路に食塩水等のトレーサを一定量だけ瞬間的に投入し、所定距離だけ離れた下流側で、流量に応じて拡散・希釈された溶液の濃度を測定し、その濃度からその地点の流量を求めるため、上記のような大形の定量注入装置を必要とせず、山地河川の流量測定に、好適に使用されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この瞬間注入法は、水路に食塩水等のトレーサを一定量だけ瞬間的に投入し、所定距離離れた下流側で、河川水の電気伝導率を測定し、その電気伝導率の変化から河川水の流量を算出する。すなわち、測定は、電気伝導率計の検出部を水中に入れ、食塩水を流した時点から、記録係りが筆記可能な時間（例えば５秒間）毎に、電気伝導率計の値を読み記録することによって測定し、食塩水注入による電気伝導率の増加がなくなるまで、電気伝導率の測定を行う。その後、投入食塩水の量とその電気伝導率、電気伝導率の増加開始から終了までの時間、平均増加電気伝導率等から、所定の演算を行って流量を算出している。
【０００７】
しかるに、河川水の電気伝導率は電気伝導率計により比較的簡単に測定できるものの、従来の電気伝導率計には、測定したデータの記憶部、時計装置、及び演算器は設けられていない。このため、記録係りは、例えば５秒毎に電気伝導率計の値を読みながら、記録シートに電気伝導率計の読みを記録しなければならず、煩雑な作業を強いられ、また、誤記による測定誤差の可能性もあった。
【０００８】
更に、測定時の食塩水の投入量の最適範囲は、河川の流量に応じて変わることが判明しているが、測定現場では、通常、電気伝導率の測定を行うのみで、別の場所で流量の演算を行っているため、投入量の最適範囲が分からず、予想した流量に基づく投入量が最適範囲から外れていた場合、測定誤差が大きくなるという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、トレーサ投入時の電気伝導率の測定と記録を容易に行うことができ、測定現場ですぐに流量を算出し、精度の高い流量測定を行うことができる流量測定装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の流量測定装置は、トレーサの瞬間注入法により開水路の流量を測定する流量測定装置において、開水路内の水中に挿入する検出部を有し、開水路内の水の電気伝導率を測定する電気伝導率測定部と、所定のサンプリング時間毎に電気伝導率測定部から電気伝導率データを取り込むサンプリング手段と、サンプリング手段によって取り込んだ電気伝導率データに基づき、開水路の流量を演算する流量演算手段と、電気伝導率データと流量演算手段が算出した流量データを記憶する記憶手段と、開水路に投入するトレーサの量と濃度を入力するための入力手段と、少なくとも該電気伝導率データと該流量演算手段が算出した流量データを表示する表示手段と、を備え、流量演算手段は、トレーサの投入量、トレーサの電気伝導率、測定した開水路内の水の電気伝導率の平均増加伝導率、及びトレーサの投入により電気伝導率が増加した増加継続時間から流量を算出することを特徴とする。
【００１１】
【作用・効果】
このような構成の流量測定装置では、開水路の水の中に電気伝導率測定部の検出部を挿入し、所定距離離れた上流地点にトレーサを投入して、計測を開始する。サンプリング手段は自動的に所定の時間毎にサンプリングを行って電気伝導率データを取り込み、流量演算手段は、測定終了後、サンプリング手段によって取り込んだ電気伝導率データに基づき、開水路の流量を演算する。記憶手段はそれらの電気伝導率データと、流量演算手段が算出した流量データを各々記憶する。
【００１２】
このように、開水路中に電気伝導率測定部の検出部を挿入し、所定距離離れた上流地点にトレーサを投入して、計測を開始するだけで、自動的に所定時間毎にサンプリングを行って電気伝導率を測定し、測定終了時には、それらの電気伝導率データに基づいて開水路の流量が算出されるため、従来のように、サンプリング時間間隔を記録係りの記録可能な時間例えば５秒以上に制限する必要はなく、より短いサンプリング時間で測定データを採取することで、平均増加電気伝導率を正確に測定でき、より精度の高い流量測定を行うことができる。
【００１３】
また、測定現場で電気伝導率の測定・記録から流量の算出まで自動的にできるため、従来必要であった測定後のデータの整理に要する時間や手間を省くことができる。更に、開水路の流量を現場で直ちに知ることができ、その算出流量から、予想流量に基づいて決定したトレーサの投入量が適当であったか否かが判明する。このため、投入量が不適当であった場合には、適量の投入量として再度測定を行うことができるため、より精度の高い測定を行うことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は山地河川等の流量を瞬間注入法により測定する流量測定装置のブロック図を示している。この流量測定装置は、マイクロコンピュータを主要部にして構成され、各種の演算処理等を実行するＣＰＵ１、プログラムデータ及び演算式等の固定データ等を記憶するＲＯＭ２、計測時に設定入力される各種の定数、設定値、測定データ等を一時記憶するＲＡＭ３等を備える。
【００１５】
ＣＰＵ１は、後述の電気伝導率測定部１５において測定された河川水の電気伝導率の測定データを、所定のサンプリング時間毎に取り込み、更に、投入食塩水の量とその電気伝導率、河川水の電気伝導率の増加開始から終了までの時間、平均増加電気伝導率から、所定の演算式を用いて、河川水の流量を算出する等の処理を実行する。
【００１６】
４は測定された測定データ、演算結果等を記録するフロッピーディスク装置、カードメモリ等の記録装置で、コントローラ５を介してバスに接続される。６は各種設定値等を入力するキーボードで、キーボードコントローラ７を介してバスに接続される。８は設定値、測定値、演算結果、メッセージ等を表示するＬＣＤ等の表示器であり、ディスプレイコントローラ９を介してバスに接続される。１０は入出力回路であり、電気伝導率測定部１５の出力がＡ／Ｄコンバータ１１、１２を介して接続される。
【００１７】
電気伝導率測定部１５には、例えば交流４電極方式の電気伝導率測定回路が採用され、セルと呼ばれる検出部１６と、増幅部、及び交流電圧発生部２０とを備える。検出部１６には、交流電圧印加用の１対の電極１７と、その内側に配置される電気抵抗検出用の１対の電極１８、及びサーミスタ等の温度センサ１９が設けられる。
【００１８】
１対の電極１７に交流電圧を印加してその間に電流を流すと、その間に位置する１対の検出用電極１８間には、河川水の持つ電気抵抗によって生じる電圧降下により電圧が発生する。その電圧は、交流電流が一定であれば、水の抵抗値に比例して発生し、電極１８間に検出される電流値は水の抵抗に逆比例したものとなる。従って、電気伝導率は、電気抵抗の逆数であるため、その電流に比例して得られ、電気伝導率を示す信号は、電気伝導率測定部１５の増幅器２１、整流回路２２を通して出力される。
【００１９】
電気抵抗検出用の電極１８は増幅器２１に接続され、増幅器２１の出力側に整流回路２２が接続され、整流回路２２の出力がＡ／Ｄコンバータ１１に接続される。また、温度センサ１９は増幅器２３を介してＡ／Ｄコンバータ１２に接続されれ。
【００２０】
上記マイクロコンピュータ、電子回路等の電源には電池２４が使用される。それらの電池２４、マイクロコンピュータを含む電子回路、キーボード６、フロッピーディスク装置４、表示器８等の機器は、全て携帯型に形成されたケース内に収納され、そのケースには上記電気伝導率測定部１５のケーブルを接続するためのコネクタ、入力端子等が設けられる。これらの機器は比較的小型に構成することができ、電源電池２４を使用するため、商用電源のない測定現場にも、容易に運搬して使用することができる。
【００２１】
次に、上記構成の流量測定装置の動作を、図２、図３のフローチャートに基づき説明する。測定に際し、まず、図２に示すように、初期設定測定を行い、ステップ１００で、トレーサとして使用する食塩水の量ｑをキーボード６から入力する。食塩水の量ｑは例えば、河川水の流量が、0.05m³/minの場合、0.05L 〜0.1L、0.10m³/minの場合、0.1L〜0.25L 、と判明しているための、流量を予想して食塩水量ｑを決定する。
【００２２】
次に、適当な濃度の食塩水を容器にｑ（Ｌ）作り、その中に電気伝導率測定部１５の検出部１６を挿入し、食塩水の電気伝導率Ｅとその温度を測定する（ステップ１１０）。そして、ステップ１２０で、その電気伝導率Ｅを測定温度に応じて補正する。電気伝導率は温度によって変化するため、例えば基準温度を２５℃とし、任意の温度における電気伝導率を２５℃の値に換算するのであるが、予め温度と温度補正係数のテーブルデータが記憶され、そこから求めた温度補正係数を測定した電気伝導率Ｅに乗算して補正する。
【００２３】
次に、測定しようとする渓流河川の水の中に、電気伝導率測定部１５の検出部１６を挿入し、測定前の河川水の電気伝導率Ｅo とその温度を測定する（ステップ１３０）。そして、ステップ１４０で、その電気伝導率Ｅo を測定温度に応じて補正する。上記の設定測定データ及び食塩水の量ｑはＲＡＭ３に格納され、表示器８に表示される。
【００２４】
そして、本来の測定に入り、被測定河川の任意の地点に、トレーサとしての上記食塩水ｑを瞬間的に投入し、その地点から所定距離下流側の地点の河川水に挿入した電気伝導率測定部１５の検出部１６を介して電気伝導率の測定を開始する。食塩水の投入地点と検出部１６との距離は、川幅、水深等に応じて約５〜２０ｍに設定される。
【００２５】
食塩水の投入と同時に、測定開始用のスイッチをオンして測定をスタートさせる。まず、図３のステップ２００で、電気伝導率測定部１５において測定された電気伝導率データＥn と温度データがＡ／Ｄコンバータ１１、１２を通して取り込まれる。そして、ステップ２１０で、その電気伝導率Ｅn を測定温度に応じて補正した後、その電気伝導率Ｅn を表示器８に表示すると共にＲＡＭ３に格納する（ステップ２２０）。
【００２６】
次に、ステップ２３０で、測定した電気伝導率Ｅn が一旦増加した後、投入前の初期値に戻ったか否かを判定し、未だ初期値に戻ってない場合、次に、ステップ２３５に進み、予め設定されたサンプリング時間（例えば１秒、500ms 等の任意の時間に設定可能）が経過したか否かを判定する。ここで、サンプリング時間が経過した時、再び、ステップ２００に戻り、次の電気伝導率データＥn と温度データをＡ／Ｄコンバータ１１、１２を通して取り込み、ステップ２１０〜２３５を上記と同様に実行する。
【００２７】
このように、ステップ２００〜ステップ２３５が繰り返し実行されることにより、測定開始から所定サンプリング時間毎の電気伝導率データＥn （ｎ＝１、２、３、……）が温度補正され、ＲＡＭ３に格納されていく。
【００２８】
そして、ステップ２３０において、測定した電気伝導率Ｅn が一旦増加した後、投入前の初期値に戻ったと判定したとき、ステップ２３０からステップ２４０に進み、測定を終了し、表示器８に測定終了の表示を出す。その後、ステップ２５０で、増加継続時間Ｔを算出する。
【００２９】
例えば、電気伝導率Ｅn の初期値及び電気伝導率Ｅo が１１．９１mS/mであり、開始から９秒まではその値を継続し、開始から１０秒後に１１．９５mS/mとなり、２０秒後に最高値の１５．８８mS/mが測定され、その後徐々に値が減少し、開始から１３０秒後に電気伝導率Ｅn が初期値１１．９１mS/mに戻った場合、増加継続時間Ｔは、１３０−１０＝１２０秒となる。
【００３０】
次に、ステップ２６０で、平均電気伝導率Ｅａと平均増加伝導率λを算出する。平均電気伝導率Ｅａは全測定データの総和をサンプリング数で除算した値、平均増加伝導率λは平均電気伝導率Ｅａから投入前の電気伝導率Ｅo を減算した値（λ＝Ｅａ−Ｅo ）である。
【００３１】
そして、ステップ２７０にて、河川水の流量Ｑを、
Ｑ＝ｑ・Ｅ／（λ・Ｔ）
の式から算出する。
【００３２】
例えば、食塩水の投入量ｑが０．３０Ｌ、食塩水の電気伝導率Ｅが１０２３mS/m、平均増加伝導率λが０．３８mS/m、増加継続時間Ｔが１２０秒、の場合、流量Ｑは、４０２．９７Ｌ／min と算出される。この測定結果としての流量データは、ＲＡＭ３に格納されると共に、表示器８に表示される（ステップ２８０）。測定終了後に、測定データや演算結果等のデータは記録装置４に格納される。
【００３３】
このように、河川水の中に電気伝導率測定部１５の検出部１６を挿入し、所定距離離れた上流地点に食塩水を投入し、計測を開始するだけで、自動的に任意の時間毎にサンプリングを行って電気伝導率を測定し、更に、測定終了時には、食塩水の投入量ｑ、食塩水の電気伝導率Ｅ、及び測定・算出した平均増加伝導率λ、増加継続時間Ｔから、直ちに河川水の流量Ｑを算出し、得ることができる。
【００３４】
このため、従来のように、サンプリング時間間隔を記録係りの記録可能な時間例えば５秒以上に制限する必要はなく、例えば、１秒或は５００ｍ秒とより短いサンプリング時間で測定データを採取することで、平均増加伝導率をより正確に測定でき、より精度の高い流量測定を行うことができる。また、測定現場で電気伝導率の測定・記録から流量の算出まで自動的にできるため、従来必要であった測定後のデータの整理に要する時間や手間を省くことができる。
【００３５】
更に、河川水の流量を直ちに知ることができ、その算出流量から、予想流量に基づいて決定した食塩水の投入量が適当であったか否かが判明し、投入量が不適当であった場合には、現地にて適量の投入量として再度測定を行うことができるため、より精度の高い測定を行うことができる。
【００３６】
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、以下の実施形態でも実施することができる。
【００３７】
▲１▼電気伝導率測定部１５の検出部１６には交流４電極式を使用したが、交流２電極式、電磁誘導方式等を用いることもできる。
【００３８】
▲２▼トレーサとして食塩水を使用したが、食塩水と同様に電気伝導率が高くなる塩化カリウム水溶液、逆に電気伝導率が低くなる蒸留水等を使用することもできる。
【００３９】
▲３▼測定中、表示器８には各サンプリング毎に得られる電気伝導率Ｅn の測定値を順に表示するため、測定の進行状況を容易に把握できるが、時間に対する電気伝導率Ｅn の変化をグラフにして表示するようにしてもよい。
【００４０】
▲４▼測定装置には、測定データや演算データを印字するプリンターを設けることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す流量測定装置のブロック図である。
【図２】初期設定と初期測定のフローチャートである。
【図３】電気伝導率の測定に基づき流量を算出するフローチャートである。
【符号の説明】
１−ＣＰＵ
３−ＲＡＭ
４−記録装置
６−キーボード
８−表示器
１５−電気伝導率測定部
１６−検出部

Claims

トレーサの瞬間注入法により開水路の流量を測定する流量測定装置において、
開水路内の水中に挿入する検出部を有し、該開水路内の水の電気伝導率を測定する電気伝導率測定部と、
所定のサンプリング時間毎に該電気伝導率測定部から電気伝導率データを取り込むサンプリング手段と、
該サンプリング手段によって取り込んだ電気伝導率データに基づき該開水路の流量を演算する流量演算手段と、
該電気伝導率データと該流量演算手段が算出した流量データを記憶する記憶手段と、
該開水路に投入するトレーサの量と濃度を入力するための入力手段と、
該少なくとも該電気伝導率データと該流量演算手段が算出した流量データを表示する表示手段と、
を備え、
該流量演算手段は、該トレーサの投入量、該トレーサの電気伝導率、測定した該開水路内の水の電気伝導率の平均増加伝導率、及び該トレーサの投入により電気伝導率が増加した増加継続時間から流量を算出することを特徴とする流量測定装置。
前記検出部に温度センサが設けられ、前記サンプリング手段によって取り込んだ電気伝導率データが該温度センサの検出温度により温度補正される請求項１記載の流量測定装置。
前記サンプリング手段、前記流量演算手段、前記記憶手段、前記入力手段、および前記表示手段が１つの携帯形ケース内に収容された請求項１記載の流量測定装置。