JP6087613B2 - 閉水路の堆積物測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、閉断面の水路の各所で堆積物深さを測定することが可能であって、堆積物量を算定するのに利用することができる閉水路の堆積物測定方法に関する。

ボックスカルバートや暗渠などと称される閉断面の水路の内部を調査する技術として、特許文献１が知られている。特許文献１の「水底自走装置」は、水底自走車に一端が連結され他端が地上に導出される動力ケーブルおよび制御ケーブルおよび排出ホースを、水中に浮かべしかも浮力を調整できる水底自走装置を提供することを課題とし、動力ケーブルおよび制御ケーブルのほぼ全長に浮力ホースを被せる。浮力ホースの水底自走車に連結される側の一端部に逆止弁を設ける。暗渠内では浮力ホースにバンドにより排出ホースを結束する。浮力ホースの他端より、浮力ホース内に水を流入してこれを充たせば、浮力ホースは浮力を失ない沈み、所定圧力以上で空気を圧入すれば、内部の水は逆止弁から流出され浮力ホース内は空気で充たされて浮力が増大して、水中で浮かぶようになっている。

特開平９−５３２５４号公報

閉断面の閉水路は、その内部に土砂等が堆積した場合、水路としての機能が損なわれるので、浚渫する必要がある。この浚渫にあたっては、作業量を把握するために、堆積物の量を把握することが好ましい。しかし、閉水路内部で堆積物量を測定することは困難であって、特許文献１も暗渠内部で作業を行い得るものではあるが、堆積物の量を測定できるものではなかった。

本発明は上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、閉断面の水路の各所で堆積物深さを測定することが可能であって、堆積物量を算定するのに利用することができる閉水路の堆積物測定方法を提供することを目的とする。

本発明にかかる閉水路の堆積物測定方法は、内側寸法データが既知で、水流が上流側から下流側へ流れる閉断面の水路に堆積した堆積物量を算定するために、該水路の各所で堆積物深さを測定する閉水路の堆積物測定方法であって、上記水路の水面に浮かぶ浮体と、該浮体に設けられ、該浮体から上記水路の天井面までの距離を測定する高さ測定手段と、上記浮体に設けられ、該浮体から堆積物表面までの深度を測定する深さ測定手段と、上記浮体に設けられ、該浮体から上記水路の幅方向に側壁面までの距離を測定する幅方向位置測定手段と、上記浮体に一端が連結され、計測基点から繰り出し巻き取られて該浮体を前記水路の長さ方向に牽引可能であると共に、上記水路の長さ方向に該浮体と該計測基点との間の距離を計測して、水路長さ方向の浮体位置を測定することが可能な索部材と、前記浮体に設けられ、該浮体を水路幅方向へ移動させる幅方向位置変更手段とを備えた閉水路の堆積物測定装置を用い、上記計測基点から上記索部材を繰り出して上記水路の長さ方向へ上記浮体位置を移し、該索部材の繰り出し長さを計測することで測定される上記浮体と該計測基点との間の距離を知ると共に、該浮体が測定場所に到着したら、該索部材を介して、該計測基点側から該浮体を一旦係留状態とするステップと、上記高さ測定手段、上記深さ測定手段及び上記幅方向位置測定手段により、上記浮体から上記水路の上記天井面までの距離、該浮体から上記堆積物表面までの深度及び該浮体から該水路の幅方向に上記側壁面までの距離を取得するステップと、上記浮体位置を上記水路の幅方向へ移す場合には、上記幅方向位置変更手段により、上記浮体を左右に移動させ、該水路の幅方向へ該浮体位置を移すステップとを備えたことを特徴とする。

前記浮体には、操作信号を該浮体に送信しかつ測定データを該浮体から送信するための通信ケーブルが接続されることを特徴とする。

本発明にかかる閉水路の堆積物測定方法にあっては、閉断面の水路の各所で堆積物深さを測定することができ、堆積物量を算定するのに利用することができる。特に、水流が上流側から下流側へ流れる閉断面の水路に対し、浮体を一旦係留状態とするステップと、距離を取得するステップと、水路の幅方向へ浮体位置を移すステップとで、水路の幅方向や長さ方向へ浮体位置を移すことにより、水路の各所で堆積物深さを測定することができる。

本発明に係る閉水路の堆積物測定方法に用いられる堆積物測定装置の好適な一実施形態を示す側面図である。 図１に示した閉水路の堆積物測定装置の平面図である。 図１及び図２に示した閉水路の堆積物測定装置を用いた好適な一実施形態に係る堆積物測定方法による堆積物深さの測定状態を説明する説明図である。

以下に、本発明に係る閉水路の堆積物測定方法の好適な一実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１及び図２はそれぞれ、本実施形態に係る閉水路の堆積物測定方法に用いられる堆積物測定装置１の側面図及び平面図である。図３は、図１及び図２に示した閉水路の堆積物測定装置１を用いた本実施形態に係る堆積物測定方法による堆積物深さＤの測定状態を説明する説明図であって、（Ａ）は上流部の様子を示し、（Ｂ）は下流部の様子を示している。

ボックスカルバートや暗渠などの、天井が塞がれた閉断面の水路２では、上流側から下流側へ流れる水流により、その底部に、土砂などの堆積物Ｓが次第に堆積する。一般的には図３に示すように、堆積物Ｓは上流側で薄く、下流側で厚く堆積する。本実施形態に係る閉水路の堆積物測定装置１を用いた堆積物測定方法は、堆積物深さＤを測定して、堆積物Ｓの量を算定する際に利用される。

閉水路２の内側輪郭や内側寸法データは施工データ等として、既知である。図示例にあっては、閉水路２は、底面２ａ、天井面２ｂ及び左右側壁面２ｃで区画されて、断面ほぼ四角形状の内側輪郭で形成されている。当該閉水路２について、水路高さＨ及び水路幅Ｗが既知である場合を例にとって、以下説明する。閉水路２としては、内側輪郭が断面四角形状のものに限らず、内側寸法データが既知である限り、断面円形状やその他の断面形状であっても良い。

本実施形態に係る閉水路の堆積物測定装置１は主に、浮体３と、高さ測定手段４と、深さ測定手段５と、一対の幅方向位置測定手段６と、長さ方向位置測定手段７とを備えて構成される。

浮体３に設けられるこれら高さ測定手段４、深さ測定手段５、左右一対の幅方向位置測定手段６、並びに長さ方向位置測定手段７相互の３次元的位置関係（具体的にはそれらの測定基準位置関係）は、すなわちｘｙｚ−３次元座標系において、水平面を規定するｘｙ平面座標におけるこれら相互間の距離及び垂直面を規定するｘｚもしくはｙｚ平面座標系におけるこれら相互間の距離は、当該堆積物測定装置１の設計上、既知である。

これらの位置関係が既知であることにより、測定を行った閉水路２の位置（ｘｙ平面座標の一点）と、その位置で測定された堆積物深さＤとが１対１で関係付けされる。

また、本実施形態では、堆積物測定装置１を操作するために、閉水路２外方に、操作基地（図示せず）が設けられる。

浮体３は、閉水路２の水面Ｆに浮かべられる。図示例にあっては、浮体３は、閉水路２の上流側へも下流側へもスムーズに移動し得るように、外形形態がカヌー形状で形成される。しかしながら、浮体の形状はどのような外形形態であっても良い。浮体３の前端３ａが上流側に向けられ、後端３ｂが下流側に向けられ、前端３ａには、索部材８を連結するための連結部９が設けられる。

連結部９に一端が連結された索部材８は、他端側が操作基地まで延設される。索部材８は、操作基地から巻き取られたり繰り出されることにより、浮体３を閉水路２の長さ方向に牽引可能であって、繰り出すことにより浮体３を下流側へ、巻き取ることで上流側へ移動して、これにより閉水路２の長さ方向における浮体３位置が調節されるようになっている。

浮体３には、浮体３から閉水路２の天井面２ｂまでの高さ距離Ｖを測定する高さ測定手段４が設けられる。本実施形態では、高さ測定手段４として一般周知のレーザ測距儀が用いられているが、その他の測定機器であっても良い。また、浮体３には、浮体３から、閉水路２の水底をなしている堆積物Ｓ表面までの深度Ｐを垂直に測定する深さ測定手段５が設けられる。本実施形態では、深さ測定手段５として一般周知の超音波測深機が用いられているが、その他の測定機器であっても良い。

また、浮体３には、浮体３から閉水路２の幅方向に側壁面２ｃまでの距離を測定する幅方向位置測定手段６が左右一対設けられる。本実施形態では、幅方向位置測定手段６として、高さ測定手段４と同様な、一般周知のレーザ測距儀が用いられているが、その他の測定機器であっても良い。幅方向位置測定手段６は、左右一対ではなく、いずれか一方であっても良い。

さらに、浮体３には、閉水路２の長さ方向に浮体２と計測基点との間の距離を計測して、閉水路２の長さ方向における浮体３位置を測定するための長さ方向位置測定手段７が設けられる。計測基点は、閉水路２の長さ方向における浮体３位置を決定するために設定される。計測基点は、閉水路２の適宜箇所に設定し得るが、浮体３を操作する操作基地に設定することが便利である。

長さ方向位置測定手段７も、幅方向位置測定手段６と同様にレーザ測距儀等を用いて、計測基点にセットされるターゲットとの間で測距を行うことができるが、本実施形態にあっては、長さ方向位置測定手段７は、浮体３の前端３ａに設けた連結部９に連結される索部材８で構成される。

索部材８を繰り出し巻き取る操作基地に、索部材８の計測基点を設定すると、これにより浮体前端３ａの連結部９から計測基点までの索部材８の繰り出し長さ寸法が計測可能となって、当該索部材８の繰り出し長さを計測することにより、閉水路２の長さ方向における浮体３位置が測定される。長さ方向位置測定手段７として、この他の測定機器を採用しても良いことはもちろんである。

浮体３にはさらに、浮体３を閉水路２の幅方向へ移動させる幅方向位置変更手段１０が設けられる。浮体３は、閉水路２の長さ方向への位置制御が索部材８の操作で行われ、さらに、閉水路２の幅方向への位置制御が幅方向位置変更手段１０で行われる。本実施形態では、幅方向位置変更手段１０として、推進力を発生する操舵可能な旋回式スクリュウ１１が用いられる。旋回式スクリュウ１１は、垂直軸周りにその向きが旋回されて右方や左方へ向けられ、これにより浮体３は、閉水路２の幅方向へ右側の側壁面２ｃへ近づいたり、左側の側壁面２ｃへ近づくように位置が移動されるようになっている。

浮体３にはまた、高さ位置測定手段等の各種測定手段４〜６や旋回式スクリュウ１１を制御するための制御盤１２と、制御盤１２や各種測定手段４〜６、旋回式スクリュウ１１を作動するためのバッテリ１３が搭載される。

浮体３の制御盤１２には、操作基地まで延設され、操作基地から制御盤１２に操作信号を送信し、かつ各種測定手段４〜６の測定データを制御盤１２より操作基地へ送信するための通信ケーブル１４が接続される。操作基地では、通信ケーブル１４を介して有線で、浮体３からの測定データを受信すると共に、測定データを利用して堆積物測定装置１を操作する操作信号を浮体３へ送信する。

具体的には、操作基地では、高さ測定手段４で測定された浮体３から閉水路２の天井面２ｂまでの高さ距離Ｖ、深さ測定手段５で測定された浮体３から堆積物Ｓ表面までの深度Ｐ、幅方向位置測定手段６で測定された水路幅方向の浮体位置のデータ（以下、「幅方向位置データ」という）Ｑ、並びに旋回式スクリュウ１１の旋回角度や回転速度などの運転データが受信される。なお、水路長さ方向の浮体位置のデータ（以下、「長さ方向位置データ」という）Ｒは、操作基地で、索部材８の長さを計測することで測定される。

操作基地では、幅方向位置データＱ及び長さ方向位置データＲに関連づけて、高さ距離Ｖ及び深度Ｐのデータが記録される。

また、操作基地では、閉水路２の幅方向における浮体３位置を変更する場合、幅方向位置データＱ及び旋回式スクリュウ１１の運転データに基づき、旋回式スクリュウ１１を操作する操作信号を浮体３の制御盤１２へ送信する。測定を行う場合には、各種測定手段４〜６を作動する操作信号を制御盤１２へ送信する。これにより、高さ測定手段４、深さ測定手段５及び幅方向位置測定手段６による測定が行われる。

長さ方向位置測定手段７による測定は、操作基地で適時、索部材８の繰り出し長さを計測することで行われる。浮体３には必要に応じて、浮体３の向きを検知する方位角センサ１５や浮体３の位置を自動的に追尾する予備の自動追尾装置１６が搭載される。

次に、本実施形態に係る閉水路の堆積物測定方法について説明する。操作基地から索部材８を繰り出しつつ、水流に乗せて浮体３を閉水路２内方へ送り込む。閉水路２を上流から下流へ移動する浮体３の位置は、索部材８の繰り出し長さを計測することで測定される長さ方向位置データＲによって知ることができる。浮体３が測定場所に到着したら、索部材８を介して、操作基地側から浮体３を一旦係留状態とする。

次に、操作基地から通信ケーブル１４を介して制御盤１２に操作信号を送信し、制御盤１２を介して、高さ測定手段４、深さ測定手段５及び幅方向位置測定手段６を作動させ、高さ距離Ｖ、深度Ｐ及び幅方向位置データＱを取得する。取得されたこれらデータは、制御盤１２から通信ケーブル１４を介して測定基地に送信される。長さ方向位置データＲと幅方向位置データＱにより閉水路２における浮体３位置が特定される。

そして、既知である閉水路２の水路高さ寸法Ｈから、高さ距離Ｖ及び深度Ｐの値を差し引けば、浮体３位置一点における堆積物深さＤを測定することができる。堆積物深さＤを精細に測定するには、上述した浮体３上における測定手段４〜６相互の３次元的位置関係を盛り込んで算出すればよい。

浮体３位置を閉水路２の幅方向へ移す場合には、操作基地からの操作信号で旋回式スクリュウ１１を駆動し、浮体３を左右に移動させればよい。浮体３位置を閉水路２の長さ方向へ移す場合には、旋回式スクリュウ１１で推進力を発生させつつ、測定基地で索部材８を繰り出したり巻き取ることにより、下流側又は上流側へ移動させればよい。閉水路２の幅方向や長さ方向へ浮体３位置を移すことにより、閉水路２の各所で堆積物深さＤが測定される。

本実施形態に係る閉水路の堆積物測定方法によって測定された各所での堆積物深さＤは、ｘｙｚ−３次元座標系のｘｙ平面座標の各点となる複数の浮体３位置（測定箇所）に対し、各浮体３位置で測定された堆積物深さＤをｚ値としてプロットすることが可能であり、これにより閉水路２内部の堆積物Ｓの堆積状態を立体的に把握することができると共に、堆積物深さＤをｘｙ平面で積算して、堆積物Ｓの体積、すなわち堆積物量を算出するのに利用することができる。

以上説明したように、本実施形態に係る閉水路の堆積物測定方法にあっては、内側寸法データが既知で、水流が上流側から下流側へ流れる閉断面の水路２に堆積した堆積物Ｓの量を算定するために、水路２の各所で堆積物深さＤを測定する閉水路の堆積物測定方法であって、閉水路２の水面Ｆに浮かぶ浮体３と、浮体３に設けられ、浮体３から閉水路２の天井面２ｂまでの距離Ｖを測定する高さ測定手段４と、浮体３に設けられ、浮体３から堆積物Ｓ表面までの深度Ｐを測定する深さ測定手段５と、浮体３に設けられ、浮体３から閉水路２の幅方向に側壁面２ｃまでの距離Ｑを測定する幅方向位置測定手段６と、浮体３に一端が連結され、計測基点から繰り出し巻き取られて浮体３を閉水路２の長さ方向に牽引可能であると共に、閉水路２の長さ方向に浮体３と計測基点との間の距離Ｒを計測して、水路長さ方向の浮体３位置を測定することが可能な索部材８と、浮体３に設けられ、浮体３を閉水路２の幅方向へ移動させる幅方向位置変更手段１０とを備えた閉水路の堆積物測定装置１を用い、計測基点から索部材８を繰り出して閉水路２の長さ方向へ浮体３位置を移し、索部材８の繰り出し長さを計測することで測定される浮体３と計測基点との間の距離Ｒを知ると共に、浮体３が測定場所に到着したら、索部材８を介して、計測基点側から浮体３を一旦係留状態とするステップと、高さ測定手段４、深さ測定手段５及び幅方向位置測定手段６により、浮体３から閉水路２の天井面２ｂまでの距離Ｖ、浮体３から堆積物Ｓ表面までの深度Ｐ及び浮体３から閉水路２の幅方向に側壁面２ｃまでの距離Ｑを取得するステップと、浮体３位置を閉水路２の幅方向へ移す場合には、幅方向位置変更手段１０により、浮体３を左右に移動させ、閉水路２の幅方向へ浮体３位置を移すステップとを備えたので、閉水路２の各所で堆積物深さＤを測定することができる。そして、各所で測定した堆積物深さＤは、閉水路２内の堆積物量を算定するのに好ましく利用することができる。

長さ方向位置測定手段７として、浮体３に一端が連結され、浮体３を閉水路２の長さ方向に牽引可能であると共に、浮体３と計測基点との間の距離Ｒを測定することが可能な索部材８を用いたので、閉水路２の長さ方向における浮体３位置の調整及び長さ方向位置データＲの取得とを、索部材８で兼用することができ、装置構成を簡略化できると共に、操作性を向上することができる。

浮体３には、これを閉水路２の幅方向へ移動させる旋回式スクリュウ１１を設けたので、閉水路２の幅方向に対し、円滑に堆積物深さＤを測定することができ、作業効率を向上することができる。

浮体３には、操作信号を浮体３に送信しかつ測定データＶ，Ｐ，Ｑを浮体３から送信するための通信ケーブル１４が接続されるので、閉ざされた閉水路２内での測定作業に対し、有線によって的確に各種機器を遠隔制御できると同時に、測定手段４〜６等で得られたデータＶ，Ｐ，Ｑを確実に取得することができる。

本実施形態に係る堆積物測定方法は、閉水路２に限らず、天井面２ｂがない開水路にも適用することができる。この場合、高さ測定手段４に代えて、左右側壁面２ｃにおける水位、すなわち左右側壁面２ｃ上端から水面Ｆまでの距離を計測する水位計測装置を採用すると共に、開水路であるから、浮体３の位置はＧＰＳで計測することができ、これにより、開水路であっても、堆積物深さＤを求めることができる。

１ 閉水路の堆積物測定装置
２ 閉水路
２ｂ 閉水路の天井面
２ｃ 閉水路の側壁面
３ 浮体
４ 高さ測定手段
５ 深さ測定手段
６ 幅方向位置測定手段
７ 長さ方向位置測定手段
８ 索部材
１０ 幅方向位置変更手段
１４ 通信ケーブル
Ｄ 堆積物深さ
Ｆ 水面
Ｐ 深度
Ｑ 幅方向位置データ
Ｒ 長さ方向位置データ
Ｓ 堆積物
Ｖ 高さ距離

Claims (2)

1. 内側寸法データが既知で、水流が上流側から下流側へ流れる閉断面の水路に堆積した堆積物量を算定するために、該水路の各所で堆積物深さを測定する閉水路の堆積物測定方法であって、
   上記水路の水面に浮かぶ浮体と、該浮体に設けられ、該浮体から上記水路の天井面までの距離を測定する高さ測定手段と、上記浮体に設けられ、該浮体から堆積物表面までの深度を測定する深さ測定手段と、上記浮体に設けられ、該浮体から上記水路の幅方向に側壁面までの距離を測定する幅方向位置測定手段と、上記浮体に一端が連結され、計測基点から繰り出し巻き取られて該浮体を前記水路の長さ方向に牽引可能であると共に、上記水路の長さ方向に該浮体と該計測基点との間の距離を計測して、水路長さ方向の浮体位置を測定することが可能な索部材と、前記浮体に設けられ、該浮体を水路幅方向へ移動させる幅方向位置変更手段とを備えた閉水路の堆積物測定装置を用い、
   上記計測基点から上記索部材を繰り出して上記水路の長さ方向へ上記浮体位置を移し、該索部材の繰り出し長さを計測することで測定される上記浮体と該計測基点との間の距離を知ると共に、該浮体が測定場所に到着したら、該索部材を介して、該計測基点側から該浮体を一旦係留状態とするステップと、
   上記高さ測定手段、上記深さ測定手段及び上記幅方向位置測定手段により、上記浮体から上記水路の上記天井面までの距離、該浮体から上記堆積物表面までの深度及び該浮体から該水路の幅方向に上記側壁面までの距離を取得するステップと、
   上記浮体位置を上記水路の幅方向へ移す場合には、上記幅方向位置変更手段により、上記浮体を左右に移動させ、該水路の幅方向へ該浮体位置を移すステップとを備えたことを特徴とする閉水路の堆積物測定方法。
2. 前記浮体には、操作信号を該浮体に送信しかつ測定データを該浮体から送信するための通信ケーブルが接続されることを特徴とする請求項１に記載の閉水路の堆積物測定方法。

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