JP3782060B2 - トレーサ製造方法及びトレーサを使用した地下水流動測定方法 - Google Patents
トレーサ製造方法及びトレーサを使用した地下水流動測定方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建設工事に関わる各種調査・例えば亀裂の発達した岩盤内の地下水流動、止水壁の漏水調査・山留め壁による流況阻害調査・環境調査・河川の塩水くさびの流動測定等において三次元的な地下水流動（流向・流速）を測定する地下水流動測定に係り、特に、その測定に使用されるトレーサ及び当該トレーサを使用した地下水流動測定方法に関するものである。
【従来の技術】
近年、建設工事に伴う地下水流動阻害や井戸枯れの問題のほか、止水壁・止水シートからの漏水や産業廃棄物などによる地下水・土壌汚染が深刻な社会問題となっている。
【０００２】
これら地盤環境保全問題に対して、精度の高い影響予測や効果的な対策工事を実施するためには地盤の透水係数だけでなく地下水の流向や流速を精度よく得ることがきわめて重要とされている。
【０００３】
ここで、地下水の流向や流速の測定手法としては大きく分けると多孔法と単孔法とがあり、最近では若干課題が残るものの経済性や測定作業性に優れた単孔法が多用されている。
【０００４】
単孔式で地下水流向流速を計測する手法としては、ほう素水溶液や熱をトレーサとして用い、トレーサの希釈濃度を計測するポイントダイリューション法を応用した方法と、地下水中に浮遊する浮遊物をトレーサとして利用し、該トレーサをカメラで捉えて水流等を直接観察する方法がある。
【０００５】
そして、この水中浮遊するトレーサをＣＣＤカメラで直接捉える方法としては、水中の微細粒子あるいはトレーサ物質として投入した粒子が拡大されて投影できる画像観察装置により、微細粒子の流れ方向および単位時間当たりの移動距離を測定して地下水の流れを観察するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２５７９４３号公報 Ｐ．３ 段落＜００２０＞
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の手法は、今後有望な手法の一つであるとは考えられるが、従来は、トレーサとして腐植物を使用し、それら腐植物等からなる浮遊物を追跡観察する等比較的存在が不確実で不正確なものに頼っている面があった。
【０００７】
これに対処するため、トレーサの素材自体を牛乳の凝集タンパク質からなる人工の粒状物等を使用するものとしたが、該トレーサは親水性に乏しく、また地下水の比重と浮遊物の比重が異なると、特に鉛直方向の正確な流向や流速の計測ができないとの課題があった。
【０００８】
すなわち前記トレーサが水中浮遊することなく特に自重で沈んだりする場合があり、この場合には鉛直方向からの計測につき、数値に誤差が生じていたのが実態であった。
【０００９】
かくして、本発明は前記従来の課題に対処すべく創案されたものであり、ＣＣＤカメラやテレビカメラで水中のトレーサ（水中浮遊物）を追跡してその動きから地下水の流向と流速を計測する方法にあって、測定対象の地下水と同じ比重のトレーサを提供するとともに、地下水の三次元的な流向、流速を精度よく測定するために、地下水へのトレーサの投入時に初速度を与えることのないトレーサを使用した地下水流動測定方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
本発明によるトレーサ製造方法およびトレーサを使用した地下水流動測定方法は、
比重が１．０に近似する複数個の略粒状をなすトレーサ原体と、
前記複数個のトレーサ原体を収納する収納容器と、
前記収納容器内に充填される流動測定対象物となる地下水と、
少なくとも内部の減圧と当該減圧の解除とを繰り返し行える脱気装置と、
を備え、
前記流動測定対象物となる地下水を満たした収納容器内に複数個のトレーサ原体を収納してなり、
前記複数個のトレーサ原体が収納された収納容器を脱気装置内に配置して少なくとも減圧と減圧の解除とを繰り返し、前記トレーサ原体内に前記流動測定物となる地下水を浸透飽和させ、
前記地下水を浸透させたトレーサ原体を前記流動測定物となる地下水に浸して水中浮遊するトレーサ原体のみを抽出して流動測定対象物となる地下水と同じ比重のトレーサを形成した、
ことを特徴とし、
または、
比重が１．０未満の高分子化合物と比重が１．０より大きい天然鉱物とにより形成し比重が１．０に近似する複数個の略粒状をなすトレーサ原体と、
前記複数個のトレーサ原体を収納する収納容器と、
前記収納容器内に充填された流動測定対象物となる地下水と、
内部の減圧と減圧の解除とを繰り返し行える脱気装置と、
を備え、
前記流動測定対象物となる地下水を満たした収納容器内に複数個のトレーサ原体を収納してなり、
前記複数個のトレーサ原体が収納された収納容器を脱気装置内に配置して減圧と減圧の解除とを繰り返し、前記トレーサ原体内に前記流動測定物となる地下水を浸透飽和させ、
前記地下水を浸透させたトレーサ原体を前記流動測定物となる地下水に浸して水中浮遊するトレーサ原体のみを抽出して流動測定対象物となる地下水と同じ比重のトレーサを形成した、
ことを特徴とし、
または、
地下水内に水中浮遊させたトレーサの流動状態を流動測定手段で測定し、流動するトレーサから地下水の流速と流向を測定する地下水流動測定方法であり、
前記トレーサとして請求項１又は請求項２記載の製造方法により製造されたトレーサを使用すると共に、該トレーサを液体内で消失するカプセル内に収納し、
前記カプセルを前記地下水内に挿入される測定用機器内に固定すると共に該測定用機器を地下水内に挿入し、次いで、地下水内で前記カプセルを消失させ、内部のトレーサを地下水内に水中浮遊させた、
ことを特徴とし、
または、
地下水内に水中浮遊させたトレーサの流動状態を撮像手段で撮影し、流動するトレーサの撮影像から地下水の流速と流向を測定する地下水流動測定方法であり、
前記トレーサとして請求項１又は請求項２記載の製造方法により製造されたトレーサを使用すると共に、該トレーサを液体内で消失するカプセル内に収納し、
前記カプセルを前記地下水内に挿入される測定用機器内に固定すると共に該測定用機器を地下水内に挿入し、次いで、地下水内で前記カプセルを消失させ、内部のトレーサを地下水内に水中浮遊させた、
ことを特徴とするものである。
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施例に基づいて説明する。
【００１０】
比重が１．０よりも軽い素材である、たとえばポリエチレン，ポリプロピレンなどの高分子化合物と、比重が１．０よりも重い材料である、たとえば炭酸カルシウム（石灰岩）などの天然鉱物とによりトレーサ原体１を作製する。
【００１１】
すなわち、比重が１．０になるように限りなく近づけた値でのトレーサ原体１とする。そして、トレーサ原体１はその一つ一つを略小粒状にして大量に形成するものとする。
【００１２】
しかして、複数大量のトレーサ原体１は図１に示すように、ビーカー状をなす収納容器２に収納され、その後、前記トレーサ原体１が収納された収納容器２中には流向、流速を測定すべき現地で採集した地下水３が充填される。
【００１３】
ここで、一般に水の比重は１．０とされるが、地下水３のすべてが比重１．０であるとは限らない。たとえば塩分の濃度あるいは温度の影響などで比重１．０から変動することもある。
【００１４】
よって、測定すべき地下水３と同様の比重とすべく収納容器２内の地下水３内に複数大量のトレーサ原体１を浸すのである。
【００１５】
トレーサ原体１が測定すべき地下水の比重よりも軽い場合には、収納容器２内では地下水３に浸された複数大量のトレーサ原体１は上方から押圧部材５によって浮き上がることなく絶えず係止された状態とされる。なお、複数大量のトレーサ原体１をなるべく均等に係止できるよう押圧部材５と前記トレーサ原体１との間には網などで形成された仕切部材６が設けられている。なお、この仕切部材６は錆などが発生しないようアルミニウム、黄銅、ステンレス製あるいは高分子材料系のネット部材で形成するのが好ましい。
【００１６】
なお、図１５に示すように、高分子系材料で形成した網状の袋部材３３に複数のトレーサ原体１を収納し、それを測定すべき地下水内に浸すと共に、浮き上がらないようおもり３２で係止した構成のものでも構わない。
【００１７】
前記のように構成された収納容器２は脱気装置４内に配置される。
【００１８】
該脱気装置４は脱気装置４の内部を強制的に脱気して真空状態にし、その後その真空状態を解除して大気圧状態とする構成のものが用いられるが、前記強制脱気の方法は何ら限定されるものではない。一般的にはポンプ等で内部の空気を吸気し、真空状態を形成する構成のものが考えられる。
【００１９】
しかして、前記脱気装置４内では前記の収納容器２を内部に配置した状態で内部での真空状態と大気圧状態が数回繰り返される。
【００２０】
すると、前記トレーサ原体１の微小な空隙内に前記測定すべき地下水３が徐々に浸透する。そしてトレーサ原体１の空隙内に測定すべき地下水３を浸透させた後、図２から理解されるように測定すべき地下水３が充填された容器７に前記の地下水３を浸透させた複数大量のトレーサ原体１を入れる。
【００２１】
すると、図２から理解されるように、トレーサ原体１は比重が地下水３より軽くて上方に浮いてしまうものと、比重が地下水より重くて下に沈んでしまうものと、地下水３と同等の比重となり地下水３内を水中浮遊するものにおのおの分かれる。
【００２２】
ここで、水中浮遊するトレーサ原体１のみをスポイト８などで採取し、この採取されたトレーサ原体１が本発明におけるトレーサ９として選択、決定されるのである。
【００２３】
測定すべき地下水３の比重は、その地下水を測定すべき場所での環境等によって微妙に異なり、すべての場所での地下水が、決して同じ値の比重になるとは限らない。
【００２４】
比重１．０より微妙に重い場合もあるし、軽い場合もある。よって、この地下水３内で水中浮遊させるトレーサも比重１．０のものに固定する必然性はないのである。測定すべき地下水３の比重とすべきなのである。
【００２５】
従って、本件発明によるトレーサであればどのような地下水３内でも浮かばず、沈まず、水中浮遊することが可能とされる。よって、特に垂直方向の流向、流速の測定がきわめて精度よく測定できるものとなる。
【００２６】
なお、トレーサ９の沈降あるいは上昇が地下水の測定すべき流速に影響を及ぼさない場合、例えば地下水が水平方向に流れている場合には、若干トレーサ９の沈降あるいは上昇があったとしても精度よく流速の測定を行えることは言うまでもない。
次に、前記のトレーサ９を使用しての地下水の流向、流速測定方法につき説明する。
【００２７】
ここで、流速測定手段については、何ら限定されるものではなく、以下に説明するＣＣＤカメラ１２を用いた場合のみならず、例えば超音波をトレーサ９に向かって送信し、その反射波を測定する構成であっても構わない。
【００２８】
しかして、図３に示すように、視差光学系であるプリズム１１と撮像手段であるＣＣＤカメラ１２等を内蔵したプローブ１３をボーリング孔１４内に挿入し、ＣＣＤカメラ１２からケーブル１５を通じて送信される映像を、地上システム１６で監視しながら測定する。
【００２９】
プローブ１３は、例えば耐圧でかつ密封されたケース状のプローブ本体１７に、プリズム１１を下側に、ＣＣＤカメラ１２をその上に配置して内蔵するとともに、更にボーリング孔１４内を照らす照明装置１８及び電源１９を内蔵して構成される。
【００３０】
ＣＣＤカメラ１２は、例えば下向きにしてプローブ本体１７内の中央部に固定され、プリズム１１は、プローブ本体１７内の底部付近側に設置される。
【００３１】
このプリズム１１は、例えば、角錐形の外形に形成され、その角錐形の角度が約６０度をなす様に２個のプリズム体１１ａ，１１ｂを互いに上下背合わせにして重ね合わせたもので構成される。
【００３２】
ここで、図７に前記２個のプリズム体１１ａ，１１ｂ内を通過する光の進行経路を示す。
【００３３】
このプリズム１を通過した状態を上方から見ると、図８に示すように、視差（見る角度）が異なる２つの画面領域がＡ、Ｂに分かれて並んで同時に現れることとなる。
【００３４】
つまり図７から理解されるように、左下方と右下方の像が２つの画面領域Ａ、Ｂに分かれて並んで同時に現れるのである。
【００３５】
従って、プリズム１１を通してＣＣＤカメラ１２で撮影される画像は、ボーリング孔１４内の下方を見た、互いに視差が異なる左下方像と右下方像が同時に現れ、しかも左下方像と右下方像とはある一定の領域が重複しているため、同じ物体の像が左右に同時に現れることになる。
【００３６】
プローブ本体１７の透明な底部には、４本の連結棒２０が図９に示すように正方形の隅角位置に４点配置にして垂直に垂設され、これら４本の連結棒２０の下側に円形の先端治具２１が固着されている。
【００３７】
この先端治具２１の外周及びプローブ本体１７の外周中途には、膨張・収縮するパッカー２２，２３がそれぞれ設けられ、これらパッカー２２，２３を膨張させてボーリング孔１４の周壁に圧接させ、プローブ本体１７をボーリング孔１４内の所望位置に安定して固定してある。
【００３８】
また、プローブ本体１７の外周の下端と先端治具２１の外周の上端とには、ゴム等の弾性材質のリング状の遮断板２４，２５が固着され、これら上下の遮断板２４，２５とプローブ本体１７の底部及び先端治具２１の上面において、ボーリング孔１４の中でトレーサ９の遊動空間を上下に区画する空間区画部２７が形成される。しかしてこの空間区画部２７としてはボーリング孔１４の直径方向全体が使用される。
【００３９】
ところでトレーサ９は、前述したように、測定すべき地下水３と同等の比重に形成されたものが使用される。これにより、トレーサ９は、前記の如くどのような地下水３内でも浮かばず、沈まず、水中浮遊することが可能とされ、特に鉛直方向の流向、流速の測定がきわめて精度よく測定できるものとなる。
【００４０】
先端治具２１の上面には、図９に示すように、極めて薄い透明板で形成された円状をなすスケール２８が付設されている。なお、前記スケール２８の形状については何ら限定されない。
【００４１】
スケール２８上には、図１０に拡大して示すように、寸法点３０が数ｍｍ程度の等間隔のピッチＰで複数列に、また列と列の間隔も数ｍｍ程度の間隔Ｌとして設けられている。
【００４２】
一方、地上システム１６には、図示していないが、プローブ１７の方位を指示する方位指示器や、深度を指示する深度指示器や、ＣＣＤカメラ１２の撮影画像を処理する画像処理システム（ハードウェア及びソフトウェア）を組み込んだパソコンや、監視及び測定データ表示用のディスプレイなどが含まれている。
【００４３】
画像処理システムは、上記のようにＣＣＤカメラ１２で撮影された２つの画面領域の撮影画像を、ボーリング孔１４内の下方画像に基づいて画像処理することとなる。
【００４４】
次に、このように構成された装置によっての測定を順を追って説明する。
【００４５】
プローブ１３を吊り下げてボーリング孔１４内に挿入し、測定個所を選定する。
【００４６】
測定個所を決めたら、パッカー２２・２３を膨張させてプローブ１３をボーリング孔１４内に固定し、空間区画部２７内にトレーサ９を投入する。
【００４７】
ここで、本発明におけるトレーサ９の投入につき述べる。
【００４８】
本発明では前記プローブ１３内において、しかも測定すべき地下水の流れ上流側位置にトレーサ９をあらかじめ仮止めして配置されている。
【００４９】
なお、地下水の流れ方向が不明の場合はプローブ１３内において、幅方向の両側及び上下方向等全方位の方向にトレーサ９を配置しても構わない。
【００５０】
ところで、図４から理解されるように、本発明ではトレーサ９をカプセル１０の中にあらかじめ封入しておくものとする。このカプセル１０の材質については何ら限定されないが、少なくとも地下水３内で迅速に溶解したりして消失する材質であることを要する。例としてゼラチン等の材質が考えられる。
【００５１】
なお、溶解など消失するのを待つまでもなく、前記カプセル１０を所定の治具によって機械的に破壊しても構わないものである。
【００５２】
そして、前記カプセル１０は図４に示すように、地下水３の流れの上流側位置に仮止めされる。図４において、空間区画部２７における左側の連結棒２０の中間位置と遮蔽板２５の左隅に接着剤等により仮止めしてある。
【００５３】
そして、地下水３の中で溶解等で消失したカプセル１０内からフリーとなったトレーサ９は矢印で示す如く地下水３内を移動するものとなる（図５，図６参照）。
【００５４】
そして、この移動するトレーサ９をプリズム１１を通じてＣＣＤカメラ１２で撮影する。地下水流によって移動するトレーサ９は、撮影された下方画像の中の視差が異なる左右２つの画面に同時に現れ、またこれと同じ画面にスケール２８も現れる。
【００５５】
図１１に、プリズム１の光線の透過経路と、トレーサ９が時点ｔ１から時点ｔ２までの時間経過中に移動した移動軌跡とを示し、図１２にその移動の平面的な軌跡を示す。
【００５６】
また、図１３にｔ１時点における下方画像の視差が異なる２つの画面の画像を示し、図１４にｔ２時点における同様の左右２つの画面の画像を示す。
【００５７】
トレーサ９は、地下水３の移動に伴ってゆっくりと移動するため、図１３に示すように、トレーサ９の像は、視差が異なる左右２つの画面に同時に現れ、スケール２８の寸法点３０の像も同様に現れる。
【００５８】
また、図１３から理解されるように、左右２つの画面は視差が異なるため、同じトレーサ９がその像の位置を相違させて映ることになり、トレーサ９が移動すれば、その移動は図１３と図１４との相関から三次元的に捉えることができる。
【００５９】
そこで、任意の時点ｔ１、ｔ２、ｔ３・・・・・ｔｎにおいての撮影を繰り返し、各時点ごとにトレーサ９の像の三次元座標をパソコンで算出し、各時間ごとに移動量を把握することで三次元的な流速を求めることができる。
【００６０】
また、トレーサ９の像の移動方向も平面的な移動とともに、鉛直方向の移動も把握できることから、三次元的な流向も算出できるのである。
【００６１】
しかして、前記本発明によるトレーサ９の投入方法であれば、トレーサ９投入時の初速度を全く無視できるため、すなわち、トレーサ９を上方からプローブ本体１７に投げ入れる方法でないためトレーサ９に初速度が発生せず、もって精度の高い流向、流速測定が行えるものとなる。また、カプセル１０を機械的に破壊させたときでも、前記初速度はほとんど無視できるものと考えられる。
【００６２】
なお、上記の測定をプローブ１３の設置位置を変え、また必要な個所、深度ごとに繰り返すことにより測定精度は格段に向上する。
【発明の効果】
かくして本発明は以上の構成よりなる。
【００６３】
そして本発明によるトレーサ及びトレーサを使用した地下水流動測定方法であれば、測定対象の地下水と同じ比重のトレーサをいかなる比重の地下水であったとしても提供できる。
【００６４】
また、地下水へのトレーサの投入時に初速度を与えることのないトレーサを使用した地下水流動測定方法であるため地下水の三次元的な流向、流速をきわめて精度よく測定することができるとの優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】トレーサの作製状態を示す構成説明図（その１）である。
【図２】トレーサの作製状態を示す構成説明図（その２）である。
【図３】本発明による地下水流動測定方法の構成を示す構成説明図（その１）である。
【図４】本発明による地下水流動測定方法の構成を示す構成説明図（その２）である。
【図５】本発明による地下水流動測定方法の構成を示す構成説明図（その３）である。
【図６】本発明による地下水流動測定方法の構成を示す構成説明図（その４）である。
【図７】プリズム内を通過する光の進行経路を説明する説明図である。
【図８】画像領域を説明する説明図である。
【図９】図３のＩ−Ｉ線断面図である。
【図１０】スケールの拡大図である。
【図１１】プリズムを通過する光の通過経路と、トレーサが時点ｔ１から時点ｔ２までの時間経過中に移動した移動軌跡とを示す説明図である。
【図１２】トレーサ移動の平面的な軌跡を示す説明図である。
【図１３】ｔ１時点における下方画像の視差が異なる２つの画面の画像の説明図である。
【図１４】ｔ２時点における下方画像の視差が異なる２つの画面の画像の説明図である。
【図１５】トレーサの作製状態を示す構成説明図（その２）である。
【符号の説明】
１ トレーサ原体
２ 収納容器
３ 地下水
４ 脱気装置
５ 押圧部材
６ 仕切部材
７ 容器
８ スポイト
９ トレーサ
１１ プリズム
１１ａ、１１ｂ プリズム体
１２ ＣＣＤカメラ
１３ プローブ
１４ ポーリング孔
１５ ケーブル
１６ 地上システム
１７ プローブ本体
１８ 照明装置
１９ 電源
２０ 連結棒
２１ 先端治具
２２ パッカー
２３ パッカー
２４ 遮蔽板
２５ 遮蔽板
２７ 空間区画部
２８ スケール
３０ 寸法点
３１ 亀裂位置
３２ おもり
３３ 袋部材
【発明の属する技術分野】
本発明は、建設工事に関わる各種調査・例えば亀裂の発達した岩盤内の地下水流動、止水壁の漏水調査・山留め壁による流況阻害調査・環境調査・河川の塩水くさびの流動測定等において三次元的な地下水流動（流向・流速）を測定する地下水流動測定に係り、特に、その測定に使用されるトレーサ及び当該トレーサを使用した地下水流動測定方法に関するものである。
【従来の技術】
近年、建設工事に伴う地下水流動阻害や井戸枯れの問題のほか、止水壁・止水シートからの漏水や産業廃棄物などによる地下水・土壌汚染が深刻な社会問題となっている。
【０００２】
これら地盤環境保全問題に対して、精度の高い影響予測や効果的な対策工事を実施するためには地盤の透水係数だけでなく地下水の流向や流速を精度よく得ることがきわめて重要とされている。
【０００３】
ここで、地下水の流向や流速の測定手法としては大きく分けると多孔法と単孔法とがあり、最近では若干課題が残るものの経済性や測定作業性に優れた単孔法が多用されている。
【０００４】
単孔式で地下水流向流速を計測する手法としては、ほう素水溶液や熱をトレーサとして用い、トレーサの希釈濃度を計測するポイントダイリューション法を応用した方法と、地下水中に浮遊する浮遊物をトレーサとして利用し、該トレーサをカメラで捉えて水流等を直接観察する方法がある。
【０００５】
そして、この水中浮遊するトレーサをＣＣＤカメラで直接捉える方法としては、水中の微細粒子あるいはトレーサ物質として投入した粒子が拡大されて投影できる画像観察装置により、微細粒子の流れ方向および単位時間当たりの移動距離を測定して地下水の流れを観察するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２５７９４３号公報 Ｐ．３ 段落＜００２０＞
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の手法は、今後有望な手法の一つであるとは考えられるが、従来は、トレーサとして腐植物を使用し、それら腐植物等からなる浮遊物を追跡観察する等比較的存在が不確実で不正確なものに頼っている面があった。
【０００７】
これに対処するため、トレーサの素材自体を牛乳の凝集タンパク質からなる人工の粒状物等を使用するものとしたが、該トレーサは親水性に乏しく、また地下水の比重と浮遊物の比重が異なると、特に鉛直方向の正確な流向や流速の計測ができないとの課題があった。
【０００８】
すなわち前記トレーサが水中浮遊することなく特に自重で沈んだりする場合があり、この場合には鉛直方向からの計測につき、数値に誤差が生じていたのが実態であった。
【０００９】
かくして、本発明は前記従来の課題に対処すべく創案されたものであり、ＣＣＤカメラやテレビカメラで水中のトレーサ（水中浮遊物）を追跡してその動きから地下水の流向と流速を計測する方法にあって、測定対象の地下水と同じ比重のトレーサを提供するとともに、地下水の三次元的な流向、流速を精度よく測定するために、地下水へのトレーサの投入時に初速度を与えることのないトレーサを使用した地下水流動測定方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
本発明によるトレーサ製造方法およびトレーサを使用した地下水流動測定方法は、
比重が１．０に近似する複数個の略粒状をなすトレーサ原体と、
前記複数個のトレーサ原体を収納する収納容器と、
前記収納容器内に充填される流動測定対象物となる地下水と、
少なくとも内部の減圧と当該減圧の解除とを繰り返し行える脱気装置と、
を備え、
前記流動測定対象物となる地下水を満たした収納容器内に複数個のトレーサ原体を収納してなり、
前記複数個のトレーサ原体が収納された収納容器を脱気装置内に配置して少なくとも減圧と減圧の解除とを繰り返し、前記トレーサ原体内に前記流動測定物となる地下水を浸透飽和させ、
前記地下水を浸透させたトレーサ原体を前記流動測定物となる地下水に浸して水中浮遊するトレーサ原体のみを抽出して流動測定対象物となる地下水と同じ比重のトレーサを形成した、
ことを特徴とし、
または、
比重が１．０未満の高分子化合物と比重が１．０より大きい天然鉱物とにより形成し比重が１．０に近似する複数個の略粒状をなすトレーサ原体と、
前記複数個のトレーサ原体を収納する収納容器と、
前記収納容器内に充填された流動測定対象物となる地下水と、
内部の減圧と減圧の解除とを繰り返し行える脱気装置と、
を備え、
前記流動測定対象物となる地下水を満たした収納容器内に複数個のトレーサ原体を収納してなり、
前記複数個のトレーサ原体が収納された収納容器を脱気装置内に配置して減圧と減圧の解除とを繰り返し、前記トレーサ原体内に前記流動測定物となる地下水を浸透飽和させ、
前記地下水を浸透させたトレーサ原体を前記流動測定物となる地下水に浸して水中浮遊するトレーサ原体のみを抽出して流動測定対象物となる地下水と同じ比重のトレーサを形成した、
ことを特徴とし、
または、
地下水内に水中浮遊させたトレーサの流動状態を流動測定手段で測定し、流動するトレーサから地下水の流速と流向を測定する地下水流動測定方法であり、
前記トレーサとして請求項１又は請求項２記載の製造方法により製造されたトレーサを使用すると共に、該トレーサを液体内で消失するカプセル内に収納し、
前記カプセルを前記地下水内に挿入される測定用機器内に固定すると共に該測定用機器を地下水内に挿入し、次いで、地下水内で前記カプセルを消失させ、内部のトレーサを地下水内に水中浮遊させた、
ことを特徴とし、
または、
地下水内に水中浮遊させたトレーサの流動状態を撮像手段で撮影し、流動するトレーサの撮影像から地下水の流速と流向を測定する地下水流動測定方法であり、
前記トレーサとして請求項１又は請求項２記載の製造方法により製造されたトレーサを使用すると共に、該トレーサを液体内で消失するカプセル内に収納し、
前記カプセルを前記地下水内に挿入される測定用機器内に固定すると共に該測定用機器を地下水内に挿入し、次いで、地下水内で前記カプセルを消失させ、内部のトレーサを地下水内に水中浮遊させた、
ことを特徴とするものである。
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施例に基づいて説明する。
【００１０】
比重が１．０よりも軽い素材である、たとえばポリエチレン，ポリプロピレンなどの高分子化合物と、比重が１．０よりも重い材料である、たとえば炭酸カルシウム（石灰岩）などの天然鉱物とによりトレーサ原体１を作製する。
【００１１】
すなわち、比重が１．０になるように限りなく近づけた値でのトレーサ原体１とする。そして、トレーサ原体１はその一つ一つを略小粒状にして大量に形成するものとする。
【００１２】
しかして、複数大量のトレーサ原体１は図１に示すように、ビーカー状をなす収納容器２に収納され、その後、前記トレーサ原体１が収納された収納容器２中には流向、流速を測定すべき現地で採集した地下水３が充填される。
【００１３】
ここで、一般に水の比重は１．０とされるが、地下水３のすべてが比重１．０であるとは限らない。たとえば塩分の濃度あるいは温度の影響などで比重１．０から変動することもある。
【００１４】
よって、測定すべき地下水３と同様の比重とすべく収納容器２内の地下水３内に複数大量のトレーサ原体１を浸すのである。
【００１５】
トレーサ原体１が測定すべき地下水の比重よりも軽い場合には、収納容器２内では地下水３に浸された複数大量のトレーサ原体１は上方から押圧部材５によって浮き上がることなく絶えず係止された状態とされる。なお、複数大量のトレーサ原体１をなるべく均等に係止できるよう押圧部材５と前記トレーサ原体１との間には網などで形成された仕切部材６が設けられている。なお、この仕切部材６は錆などが発生しないようアルミニウム、黄銅、ステンレス製あるいは高分子材料系のネット部材で形成するのが好ましい。
【００１６】
なお、図１５に示すように、高分子系材料で形成した網状の袋部材３３に複数のトレーサ原体１を収納し、それを測定すべき地下水内に浸すと共に、浮き上がらないようおもり３２で係止した構成のものでも構わない。
【００１７】
前記のように構成された収納容器２は脱気装置４内に配置される。
【００１８】
該脱気装置４は脱気装置４の内部を強制的に脱気して真空状態にし、その後その真空状態を解除して大気圧状態とする構成のものが用いられるが、前記強制脱気の方法は何ら限定されるものではない。一般的にはポンプ等で内部の空気を吸気し、真空状態を形成する構成のものが考えられる。
【００１９】
しかして、前記脱気装置４内では前記の収納容器２を内部に配置した状態で内部での真空状態と大気圧状態が数回繰り返される。
【００２０】
すると、前記トレーサ原体１の微小な空隙内に前記測定すべき地下水３が徐々に浸透する。そしてトレーサ原体１の空隙内に測定すべき地下水３を浸透させた後、図２から理解されるように測定すべき地下水３が充填された容器７に前記の地下水３を浸透させた複数大量のトレーサ原体１を入れる。
【００２１】
すると、図２から理解されるように、トレーサ原体１は比重が地下水３より軽くて上方に浮いてしまうものと、比重が地下水より重くて下に沈んでしまうものと、地下水３と同等の比重となり地下水３内を水中浮遊するものにおのおの分かれる。
【００２２】
ここで、水中浮遊するトレーサ原体１のみをスポイト８などで採取し、この採取されたトレーサ原体１が本発明におけるトレーサ９として選択、決定されるのである。
【００２３】
測定すべき地下水３の比重は、その地下水を測定すべき場所での環境等によって微妙に異なり、すべての場所での地下水が、決して同じ値の比重になるとは限らない。
【００２４】
比重１．０より微妙に重い場合もあるし、軽い場合もある。よって、この地下水３内で水中浮遊させるトレーサも比重１．０のものに固定する必然性はないのである。測定すべき地下水３の比重とすべきなのである。
【００２５】
従って、本件発明によるトレーサであればどのような地下水３内でも浮かばず、沈まず、水中浮遊することが可能とされる。よって、特に垂直方向の流向、流速の測定がきわめて精度よく測定できるものとなる。
【００２６】
なお、トレーサ９の沈降あるいは上昇が地下水の測定すべき流速に影響を及ぼさない場合、例えば地下水が水平方向に流れている場合には、若干トレーサ９の沈降あるいは上昇があったとしても精度よく流速の測定を行えることは言うまでもない。
次に、前記のトレーサ９を使用しての地下水の流向、流速測定方法につき説明する。
【００２７】
ここで、流速測定手段については、何ら限定されるものではなく、以下に説明するＣＣＤカメラ１２を用いた場合のみならず、例えば超音波をトレーサ９に向かって送信し、その反射波を測定する構成であっても構わない。
【００２８】
しかして、図３に示すように、視差光学系であるプリズム１１と撮像手段であるＣＣＤカメラ１２等を内蔵したプローブ１３をボーリング孔１４内に挿入し、ＣＣＤカメラ１２からケーブル１５を通じて送信される映像を、地上システム１６で監視しながら測定する。
【００２９】
プローブ１３は、例えば耐圧でかつ密封されたケース状のプローブ本体１７に、プリズム１１を下側に、ＣＣＤカメラ１２をその上に配置して内蔵するとともに、更にボーリング孔１４内を照らす照明装置１８及び電源１９を内蔵して構成される。
【００３０】
ＣＣＤカメラ１２は、例えば下向きにしてプローブ本体１７内の中央部に固定され、プリズム１１は、プローブ本体１７内の底部付近側に設置される。
【００３１】
このプリズム１１は、例えば、角錐形の外形に形成され、その角錐形の角度が約６０度をなす様に２個のプリズム体１１ａ，１１ｂを互いに上下背合わせにして重ね合わせたもので構成される。
【００３２】
ここで、図７に前記２個のプリズム体１１ａ，１１ｂ内を通過する光の進行経路を示す。
【００３３】
このプリズム１を通過した状態を上方から見ると、図８に示すように、視差（見る角度）が異なる２つの画面領域がＡ、Ｂに分かれて並んで同時に現れることとなる。
【００３４】
つまり図７から理解されるように、左下方と右下方の像が２つの画面領域Ａ、Ｂに分かれて並んで同時に現れるのである。
【００３５】
従って、プリズム１１を通してＣＣＤカメラ１２で撮影される画像は、ボーリング孔１４内の下方を見た、互いに視差が異なる左下方像と右下方像が同時に現れ、しかも左下方像と右下方像とはある一定の領域が重複しているため、同じ物体の像が左右に同時に現れることになる。
【００３６】
プローブ本体１７の透明な底部には、４本の連結棒２０が図９に示すように正方形の隅角位置に４点配置にして垂直に垂設され、これら４本の連結棒２０の下側に円形の先端治具２１が固着されている。
【００３７】
この先端治具２１の外周及びプローブ本体１７の外周中途には、膨張・収縮するパッカー２２，２３がそれぞれ設けられ、これらパッカー２２，２３を膨張させてボーリング孔１４の周壁に圧接させ、プローブ本体１７をボーリング孔１４内の所望位置に安定して固定してある。
【００３８】
また、プローブ本体１７の外周の下端と先端治具２１の外周の上端とには、ゴム等の弾性材質のリング状の遮断板２４，２５が固着され、これら上下の遮断板２４，２５とプローブ本体１７の底部及び先端治具２１の上面において、ボーリング孔１４の中でトレーサ９の遊動空間を上下に区画する空間区画部２７が形成される。しかしてこの空間区画部２７としてはボーリング孔１４の直径方向全体が使用される。
【００３９】
ところでトレーサ９は、前述したように、測定すべき地下水３と同等の比重に形成されたものが使用される。これにより、トレーサ９は、前記の如くどのような地下水３内でも浮かばず、沈まず、水中浮遊することが可能とされ、特に鉛直方向の流向、流速の測定がきわめて精度よく測定できるものとなる。
【００４０】
先端治具２１の上面には、図９に示すように、極めて薄い透明板で形成された円状をなすスケール２８が付設されている。なお、前記スケール２８の形状については何ら限定されない。
【００４１】
スケール２８上には、図１０に拡大して示すように、寸法点３０が数ｍｍ程度の等間隔のピッチＰで複数列に、また列と列の間隔も数ｍｍ程度の間隔Ｌとして設けられている。
【００４２】
一方、地上システム１６には、図示していないが、プローブ１７の方位を指示する方位指示器や、深度を指示する深度指示器や、ＣＣＤカメラ１２の撮影画像を処理する画像処理システム（ハードウェア及びソフトウェア）を組み込んだパソコンや、監視及び測定データ表示用のディスプレイなどが含まれている。
【００４３】
画像処理システムは、上記のようにＣＣＤカメラ１２で撮影された２つの画面領域の撮影画像を、ボーリング孔１４内の下方画像に基づいて画像処理することとなる。
【００４４】
次に、このように構成された装置によっての測定を順を追って説明する。
【００４５】
プローブ１３を吊り下げてボーリング孔１４内に挿入し、測定個所を選定する。
【００４６】
測定個所を決めたら、パッカー２２・２３を膨張させてプローブ１３をボーリング孔１４内に固定し、空間区画部２７内にトレーサ９を投入する。
【００４７】
ここで、本発明におけるトレーサ９の投入につき述べる。
【００４８】
本発明では前記プローブ１３内において、しかも測定すべき地下水の流れ上流側位置にトレーサ９をあらかじめ仮止めして配置されている。
【００４９】
なお、地下水の流れ方向が不明の場合はプローブ１３内において、幅方向の両側及び上下方向等全方位の方向にトレーサ９を配置しても構わない。
【００５０】
ところで、図４から理解されるように、本発明ではトレーサ９をカプセル１０の中にあらかじめ封入しておくものとする。このカプセル１０の材質については何ら限定されないが、少なくとも地下水３内で迅速に溶解したりして消失する材質であることを要する。例としてゼラチン等の材質が考えられる。
【００５１】
なお、溶解など消失するのを待つまでもなく、前記カプセル１０を所定の治具によって機械的に破壊しても構わないものである。
【００５２】
そして、前記カプセル１０は図４に示すように、地下水３の流れの上流側位置に仮止めされる。図４において、空間区画部２７における左側の連結棒２０の中間位置と遮蔽板２５の左隅に接着剤等により仮止めしてある。
【００５３】
そして、地下水３の中で溶解等で消失したカプセル１０内からフリーとなったトレーサ９は矢印で示す如く地下水３内を移動するものとなる（図５，図６参照）。
【００５４】
そして、この移動するトレーサ９をプリズム１１を通じてＣＣＤカメラ１２で撮影する。地下水流によって移動するトレーサ９は、撮影された下方画像の中の視差が異なる左右２つの画面に同時に現れ、またこれと同じ画面にスケール２８も現れる。
【００５５】
図１１に、プリズム１の光線の透過経路と、トレーサ９が時点ｔ１から時点ｔ２までの時間経過中に移動した移動軌跡とを示し、図１２にその移動の平面的な軌跡を示す。
【００５６】
また、図１３にｔ１時点における下方画像の視差が異なる２つの画面の画像を示し、図１４にｔ２時点における同様の左右２つの画面の画像を示す。
【００５７】
トレーサ９は、地下水３の移動に伴ってゆっくりと移動するため、図１３に示すように、トレーサ９の像は、視差が異なる左右２つの画面に同時に現れ、スケール２８の寸法点３０の像も同様に現れる。
【００５８】
また、図１３から理解されるように、左右２つの画面は視差が異なるため、同じトレーサ９がその像の位置を相違させて映ることになり、トレーサ９が移動すれば、その移動は図１３と図１４との相関から三次元的に捉えることができる。
【００５９】
そこで、任意の時点ｔ１、ｔ２、ｔ３・・・・・ｔｎにおいての撮影を繰り返し、各時点ごとにトレーサ９の像の三次元座標をパソコンで算出し、各時間ごとに移動量を把握することで三次元的な流速を求めることができる。
【００６０】
また、トレーサ９の像の移動方向も平面的な移動とともに、鉛直方向の移動も把握できることから、三次元的な流向も算出できるのである。
【００６１】
しかして、前記本発明によるトレーサ９の投入方法であれば、トレーサ９投入時の初速度を全く無視できるため、すなわち、トレーサ９を上方からプローブ本体１７に投げ入れる方法でないためトレーサ９に初速度が発生せず、もって精度の高い流向、流速測定が行えるものとなる。また、カプセル１０を機械的に破壊させたときでも、前記初速度はほとんど無視できるものと考えられる。
【００６２】
なお、上記の測定をプローブ１３の設置位置を変え、また必要な個所、深度ごとに繰り返すことにより測定精度は格段に向上する。
【発明の効果】
かくして本発明は以上の構成よりなる。
【００６３】
そして本発明によるトレーサ及びトレーサを使用した地下水流動測定方法であれば、測定対象の地下水と同じ比重のトレーサをいかなる比重の地下水であったとしても提供できる。
【００６４】
また、地下水へのトレーサの投入時に初速度を与えることのないトレーサを使用した地下水流動測定方法であるため地下水の三次元的な流向、流速をきわめて精度よく測定することができるとの優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】トレーサの作製状態を示す構成説明図（その１）である。
【図２】トレーサの作製状態を示す構成説明図（その２）である。
【図３】本発明による地下水流動測定方法の構成を示す構成説明図（その１）である。
【図４】本発明による地下水流動測定方法の構成を示す構成説明図（その２）である。
【図５】本発明による地下水流動測定方法の構成を示す構成説明図（その３）である。
【図６】本発明による地下水流動測定方法の構成を示す構成説明図（その４）である。
【図７】プリズム内を通過する光の進行経路を説明する説明図である。
【図８】画像領域を説明する説明図である。
【図９】図３のＩ−Ｉ線断面図である。
【図１０】スケールの拡大図である。
【図１１】プリズムを通過する光の通過経路と、トレーサが時点ｔ１から時点ｔ２までの時間経過中に移動した移動軌跡とを示す説明図である。
【図１２】トレーサ移動の平面的な軌跡を示す説明図である。
【図１３】ｔ１時点における下方画像の視差が異なる２つの画面の画像の説明図である。
【図１４】ｔ２時点における下方画像の視差が異なる２つの画面の画像の説明図である。
【図１５】トレーサの作製状態を示す構成説明図（その２）である。
【符号の説明】
１ トレーサ原体
２ 収納容器
３ 地下水
４ 脱気装置
５ 押圧部材
６ 仕切部材
７ 容器
８ スポイト
９ トレーサ
１１ プリズム
１１ａ、１１ｂ プリズム体
１２ ＣＣＤカメラ
１３ プローブ
１４ ポーリング孔
１５ ケーブル
１６ 地上システム
１７ プローブ本体
１８ 照明装置
１９ 電源
２０ 連結棒
２１ 先端治具
２２ パッカー
２３ パッカー
２４ 遮蔽板
２５ 遮蔽板
２７ 空間区画部
２８ スケール
３０ 寸法点
３１ 亀裂位置
３２ おもり
３３ 袋部材
Claims (4)
- 比重が１．０に近似する複数個の略粒状をなすトレーサ原体と、
前記複数個のトレーサ原体を収納する収納容器と、
前記収納容器内に充填される流動測定対象物となる地下水と、
少なくとも内部の減圧と当該減圧の解除とを繰り返し行える脱気装置と、
を備え、
前記流動測定対象物となる地下水を満たした収納容器内に複数個のトレーサ原体を収納してなり、
前記複数個のトレーサ原体が収納された収納容器を脱気装置内に配置して少なくとも減圧と減圧の解除とを繰り返し、前記トレーサ原体内に前記流動測定物となる地下水を浸透飽和させ、
前記地下水を浸透させたトレーサ原体を前記流動測定物となる地下水に浸して水中浮遊するトレーサ原体のみを抽出して流動測定対象物となる地下水と同じ比重のトレーサを形成した、
ことを特徴とするトレーサ製造方法。 - 比重が１．０未満の高分子化合物と比重が１．０より大きい天然鉱物とにより形成し比重が１．０に近似する複数個の略粒状をなすトレーサ原体と、
前記複数個のトレーサ原体を収納する収納容器と、
前記収納容器内に充填された流動測定対象物となる地下水と、
内部の減圧と減圧の解除とを繰り返し行える脱気装置と、
を備え、
前記流動測定対象物となる地下水を満たした収納容器内に複数個のトレーサ原体を収納してなり、
前記複数個のトレーサ原体が収納された収納容器を脱気装置内に配置して減圧と減圧の解除とを繰り返し、前記トレーサ原体内に前記流動測定物となる地下水を浸透飽和させ、
前記地下水を浸透させたトレーサ原体を前記流動測定物となる地下水に浸して水中浮遊するトレーサ原体のみを抽出して流動測定対象物となる地下水と同じ比重のトレーサを形成した、
ことを特徴とするトレーサ製造方法。 - 地下水内に水中浮遊させたトレーサの流動状態を流動測定手段で測定し、流動するトレーサから地下水の流速と流向を測定する地下水流動測定方法であり、
前記トレーサとして請求項１又は請求項２記載の製造方法により製造されたトレーサを使用すると共に、該トレーサを液体内で消失するカプセル内に収納し、
前記カプセルを前記地下水内に挿入される測定用機器内に固定すると共に該測定用機器を地下水内に挿入し、次いで、地下水内で前記カプセルを消失させ、内部のトレーサを地下水内に水中浮遊させた、
ことを特徴とする地下水流動測定方法。 - 地下水内に水中浮遊させたトレーサの流動状態を撮像手段で撮影し、流動するトレーサの撮影像から地下水の流速と流向を測定する地下水流動測定方法であり、
前記トレーサとして請求項１又は請求項２記載の製造方法により製造されたトレーサを使用すると共に、該トレーサを液体内で消失するカプセル内に収納し、
前記カプセルを前記地下水内に挿入される測定用機器内に固定すると共に該測定用機器を地下水内に挿入し、次いで、地下水内で前記カプセルを消失させ、内部のトレーサを地下水内に水中浮遊させた、
ことを特徴とする地下水流動測定方法。
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