JP6124859B2 - 水位計測構造及び水位計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、下水管等の流水管の内部を流れる水の水位を計測する水位計測技術に関する。

各家庭などからの汚水は下水管（汚水管）に流し、雨水は雨水管に集める分流式下水道システムでは、下水管から送られてくる汚水のみを下水処理場で処理し、雨水管からの雨水は川や海に流すことができるので、下水処理場の処理容量を小さく設定できる。しかしながら、下水管に大きな亀裂などが生じていて降雨時に大量の雨水が下水管内に浸入すると、下水処理場に送られる水量が増大し、下水処理場の処理容量を超えてしまうおそれがある。また、このような大量の雨水の下水管内への浸入は下水管からの溢水を引き起こすおそれもある。さらに、下水管の亀裂などから地下水が下水管内に常時浸入している場合には、下水処理場の汚水処理能力を低下させるし、地下水とともに土砂などが下水管内に引き込まれれば、道路の陥没が発生したり、下水管内に堆積した土砂などにより下水管の流下機能が阻害されたりする。

そこで、下水管に水位計又は流量計を取り付けて下水管内の水量を監視し、降雨時に水量が大幅に増大するか否かや、深夜にもかかわらずある程度の流量の水が流れているか否かなどを見極めて雨水の浸入発生エリア及び常時浸入水発生エリアを絞り込み、絞り込んだエリアに適切な浸入水対策を施していくといったことが行われている。

このような下水管内の水量の監視には、例えば特許文献１に記載されたような流量計が用いられている。

特開平０５−２２３６０５号公報

しかしながら、特許文献１のよう流量計は高価であり、下水管への設置が複雑である。したがって、予算の関係でこのような下水管内の水量の監視が見送られる場合も少なくない。

そこで本発明は、下水管等への設置が簡単で安価な水位計測構造及び簡単かつ安価に実施できる水位計測方法の提供を目的とする。

この目的を達成するための本発明の水位計測構造は、下水管等の流水管の内部を流れる水の水位を計測するための水位計測構造であって、前記流水管の内周面に周方向に沿って取り付けられた又は配置された、下端開口及び上端開口を有する透明又は半透明のチューブを備え、前記チューブの前記下端開口は前記流水管の内側の底部に位置し、前記下端開口から前記チューブ内に入り込んでいる前記流水管の水には着色材又は着色液が浮かべられているものである。チューブは、上端開口が流水管内の水の中に沈まないように、かつ、下端開口が流水管内の水の中に、例えば常に入った状態となるように配置される。チューブは、例えば全長にわたって流水管の内周面に接触するように取り付けられる。着色材又は着色液は水と混ざり合わないことが必要であり、例えば油性の液体染料を着色材又は着色液として用いることができる。着色材又は着色液と接触したチューブの内面は着色される。チューブは着色材又は着色液による着色が外側から視認できるような透明性又は半透明性を有する必要がある。着色材又は着色液はチューブの内面の着色個所が水の中に入っても流れ落ちないものを使用する。ここでは、流水管内の水位が下がれば着色材又は着色液はチューブ内で下側に移動するし、流水管内の水位が上昇すれば着色材又は着色液はチューブ内で上側に移動する。したがって、チューブの内面の着色領域の最も上側は、流水管の水位が最高のときの着色材又は着色液の位置を示し、着色領域の最も下側は、少なくとも着色領域の最も下側が適度な高さに位置している場合には、流水管の水位が最低のときの着色材又は着色液の位置を示している。チューブ内に入れておく着色材又は着色液を、比重が十分小さいものとし、かつ、チューブの内面の着色に必要な量に限っておけば、着色領域の上端は流水管の最高の水位と一致又はほぼ一致し、着色領域の下端は、少なくとも着色領域の下端が適度な高さに位置している場合には、流水管の最低の水位と一致又はほぼ一致する。最高の水位と最低の水位とが求まれば、例えばマニングの公式を利用することにより最高の流量と最低の流量を導き出すことができる。

本発明の水位計測構造は、より具体的には、下水管等の流水管の内部を流れる水の水位を計測するための水位計測構造であって、前記流水管の内周面にこの内周面の底部を通り周方向に沿って取り付けられた又は配置された、両端開口のＵ字状又はＣ字状の透明又は半透明のチューブを備え、前記チューブの下端部には水の出入口が形成され、前記水の出入口から前記チューブ内に入り込んでいる前記流水管内の水には、幅方向両側で着色材又は着色液が浮かべられているものとして構成できる。チューブは、例えば全長にわたって流水管の内周面に接触するように取り付けられる。チューブは、両端の開口が流水管内の水の中に沈まないように、かつ、水の出入口が流水管内の水の中に、例えば常に入った状態となるように配置される。水の出入口は流水管の底部に位置し、例えばチューブの下端部の外周側に形成される。

また、この目的を達成するための本発明の水位計測方法又は水量計測方法は、下水管等の流水管の内部を流れる水の水位を計測する水位計測方法であって、少なくとも２つの開口を有する透明又は半透明の柔軟な又は湾曲可能なチューブを準備する準備工程と、前記開口の一つが水の出入口として前記流水管の内側の底部に位置するように、前記チューブを前記流水管の内周面に周方向に沿って取り付ける又は配置する配置工程と、前記チューブ内に着色材又は着色液を注入し、前記水の出入口から前記チューブ内に入り込んでいる前記流水管内の水に前記着色材又は着色液を浮かべる注入工程と、所定の時間又は日数が経過してから前記着色材又は着色液による前記チューブの着色領域を観察する観察工程と、を備え、観察された前記チューブの前記着色領域の上端位置により最高水位又は所定の時間又は日数での最高水位を認定するものである。観察されたチューブの着色領域の下端位置により最底水位又は所定の時間又は日数での最低水位を認定することもできる。チューブの着色領域の観察はチューブの外側から行なわれる。

本発明の水位計測方法又は水量計測方法は、より具体的には、下水管等の流水管の内部を流れる水の水位を計測する水位計測方法であって、長さ方向両端が開口し、長さ方向中間に水の出入口が形成されている透明又は半透明の柔軟な又は湾曲可能なチューブを準備する準備工程と、前記水の出入口が前記流水管の内側の底部に位置し、前記開口が幅方向両側で上端に位置するように、前記チューブを前記流水管の内周面に周方向に沿ってＵ字状又はＣ字状に取り付ける配置工程と、前記チューブ内に着色材又は着色液を注入し、前記水の出入口から前記チューブ内に入り込んでいる前記流水管内の水に幅方向両側で前記着色材又は着色液を浮かべる注入工程と、所定の時間又は日数が経過してから前記着色材又は着色液による前記チューブの着色領域を観察する観察工程と、を備え、観察された前記チューブの前記着色領域の上端位置により最高水位又は所定の時間又は日数での最高水位を認定するものとして構成できる。観察されたチューブの着色領域の下端位置により最底水位又は所定の時間又は日数での最低水位を認定することもできる。あるいは、チューブの両側の着色領域の下端の間隔と最底流量を関連付ける回帰直線又は回帰曲線を分析しておき、観察されたチューブの着色領域の下端の状況又はチューブの着色領域の下端の測定値若しくは測定状況から最低流量を求めることもできる。配置工程では、水の出入口がチューブの下端部の外周側に位置するように、チューブを流水管の内周面に取り付けることができる。

本発明によれば流水管内の流水の水位を簡易に計測することができる。

本発明に係る水位計測構造が設けられた下水管の全体的な構成を示す図である。 水位計測構造の全体的な構造を示す図である。 水位計測構造を構成した直後の状態を示す図である。 下水管内の水の水位が下がった場合を示す図である。 下水管内の水の水位が上がった場合を示す図である。 水位計測構造の構成方法を説明する図である。 チューブ内の下水の残存量が少ない場合の着色領域の下端の状況を示す図である。 着色領域の下端の間隔と最低流量との相関関係を示す図である。 着色領域の下端の間隔と最低流量との相関関係を示す別の図である。 着色領域の下端の間隔を測定する方法を説明する図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

まず、図１を参照して本発明に係る水位計測構造が設けられた下水管の全体的な構成を説明し、図２を参照して水位計測構造の全体的な構造を説明する。

下水管（汚水管）１は各家庭などからの排水を下水処理施設（図示せず）まで流すために地中に埋設されているが、この下水管１内を流れる下水３の水位を計測し、雨水や地下水が下水管１内にどの程度浸入しているかを判定するために、下水管１のマンホール５への開口部分７に水位計測構造９が構成されている。

水位計測構造９は、下水管１の開口部分７の内周面１１に周方向に沿ってＣ字状に取り付けられた透明のチューブ１３を備えている。チューブ１３は、全長にわたって下水管１の内周面１１と接触するようにステープル１５を用いて内周面１１に固定されている。チューブ１３には塩化ビニール製のものを用いることができるが、下水３に長期間浸けておいても変色しないタイナノチューブを用いるのが好ましい。チューブ１３は幅方向両側の上端が開口し、下水管１の内周面１１の底部１７に一致するように幅方向中央に位置する下端部に水の出入口１９が形成されていて、チューブ１３の内部はこの水の出入口１９を介して下水管１の底部１７と連通している。したがって、チューブ１３内には下水管１内の下水３の水位とほぼ一致する水位となるように下水３が入り込んでいる。チューブ１３内にはまた、幅方向両側で下水３に浮くように比重の小さな着色液２１が注入されている。着色液２１の注入量は、着色液２１が下水管１の高さ方向中央部に位置しているときに（例えば図２の場合）１０ｍｍ程度の高さとなる量である。着色液２１としては油性の染色液を用いることができ、具体的には赤色の潤滑油用液体染料である株式会社シラド化学の「Ｌｉｑｕｉｄ ｎｅｕｔｒａｌ Ｒｅｄ ＳＳＴ−Ｄ」が用いられている。「Ｌｉｑｕｉｄ ｎｅｕｔｒａｌ Ｒｅｄ ＳＳＴ−Ｄ」は密度０．９１であるが、フルード（希釈液）で４倍に希釈して用いられているので低比重である。

次に、図３乃至図５を参照して水位計測構造９の計測原理を説明する。

図３は水位計測構造９を構成した直後の状態を示している。チューブ１３内の下水３の水位又は高さは下水管１内の下水３の水位とほぼ一致している。より詳細には、着色液２１の上面が下水管１内の下水３の水位よりも若干高く位置している。ここで下水管１内の下水３の水位が低下すると、図４に示すように、チューブ１３内の下水３の水位又は高さも下水管１内の下水３の水位とほぼ一致するように低下し、着色液２１は下側に移動するが、移動過程でチューブ１３の内面を赤色に着色して着色領域２３を構成する。次に下水管１内の下水３の水位が上昇すると、図５に示すように、チューブ１３内の下水３の水位又は高さも下水管１内の下水３の水位とほぼ一致するように上昇し、着色液２１は上側に移動するが、移動過程でチューブ１３の内面を赤色に着色して新たな着色領域２３を構成する。着色液２１は水と混合しないので、チューブ１３に付着した着色液２１は水に触れても流れ落ちない。

このようにチューブ１３内の着色液２１は、下水管１内の下水３の水位の変動に応じて下水管１内の下水３の水位とほぼ一致するように上下動し、接触したチューブ１３の内面を赤色に着色する。したがって、チューブ１３の赤色の着色領域２３の下端Ｌの高さ（より詳細には着色領域２３の下端Ｌよりも若干上側の高さ）が、計測期間中の下水管１内の下水３の最低水位を表し、チューブ１３の赤色の着色領域２３の上端Ｈの高さ（より詳細には着色領域２３の上端Ｈよりも若干下側の高さ）が、計測期間中の下水管１内の下水３の最高水位を表していると考えることができる。

ところで、下水管１内の下水３の流量は、流れの断面積Ａ×流速Ｖで求まるが、下水３の水位が判明すれば流れの断面積Ａは算出でき、また流速Ｖもマニングの公式を用いてＶ＝１／ｎ×Ｒ^２／３×ｉ^１／２で算出できる（ここで、ｎは粗度係数、Ｒは径深でありＲ＝流れの断面積Ａ／潤辺Ｓで求まり、潤辺Ｓも下水３の水位から算出できる、ｉは水面勾配）。したがって、下水管１内の下水３の最低水位を用いて下水の最低流量を算出でき、下水管１内の下水３の最高水位を用いて下水３の最高流量を算出できる。そして、算出した最低流量を地下水の常時浸入水量と把握し、あるいは算出した最低流量から地下水の常時浸入水量を把握し、最高流量から雨天時のおおよその雨水浸入水量を把握する。

図６を参照して水位計測構造９の構成方法を説明する。

水位計測構造９を構成するには、まず、下水管１の内周の８割程度の長さの両端開口の柔軟な、湾曲可能な又は可撓性を有するチューブ１３を準備する。ここでは下水管１の内径は２００ｍｍであり、チューブ１３の長さは約５００ｍｍである。このチューブ１３の長さ方向中央に水の出入口１９をあけておく（図６ａ）。チューブ１３の太さは例えば内径６ｍｍ×外径８ｍｍであり、水の出入口１９は例えば３ｍｍ乃至３．５ｍｍの径の円形口である。水の出入口１９の径が３ｍｍ未満だと下水３内の汚泥などにより水の出入口１９が簡単に詰まってしまうおそれがある。このような水の出入口１９は例えばポンチであけることができる。水の出入口１９が設けられたチューブ１３は、水の出入口１９が下水管１の内面の底部１７と向き合うように下水管１の内周面１１に沿ってステープル１５で固定される（図６ｂ）。そして、チューブ１３に着色液２１が入ったシリンジ２５の針を刺し、水の出入口１９からチューブ１３内に入り込んだ下水３の上側にそれぞれ、着色液２１を注入又は供給する（図６ｃ）。ここでは、チューブ１３の下水管１への取り付けは下水３の水位が最も下がったときに行い、チューブ１３への着色液２１の注入又は供給は下水３の水位が適度に上昇したときに行うことができる。

ところで、下水管１内の下水３の水位が下がり、チューブ１３内の下水３の残存量が少なくなると、図７に示すように、両側に位置する下水３と着色液２１との境界がハの字を形成するように変位するので、下水管１内の下水３の水位がチューブ１３の外径に近づいたり、チューブ１３の外径以下となる場合には、下水管１内の下水３の水位と着色領域２３の下端Ｌとの関係が複雑となる。そこで、着色領域２３の下端Ｌがハの字を形成している場合には、一律に所定の最低水位を認定したり、両側の着色領域２３の間隔又は離れ度合いにより下水管１内の下水３の水位を判断したりすることが可能である。また、下水管１内の下水３の水位がチューブ１３の外径に近づいたり、チューブ１３の外径以下となる場合には、チューブ１３付近での下水３の水位が下水３の他の個所での水位よりも実質的に上昇しているので、最低水位の認定にはこの点も考慮する必要がある。したがって、着色領域２３の下端Ｌがハの字を形成している場合には最低流量を直接認定することが好ましい。ここでは、一律に所定の最低流量を認定するという対処も可能ではあるが、両側の着色領域２３の間隔により最低流量を導き出すのが効果的である。両側の着色領域２３の間隔により最低流量を導き出すには、両側の着色領域２３の間隔と流量との関係を実験により求めておき、最低流量の回帰直線又は回帰曲線を回帰分析することが考えられる。図８には、着色領域２３の間隔と流量との実験により求めた関係を示す表と、着色領域２３の間隔と流量又は最低流量の関係を示す回帰曲線２９が記載された相関図が示されている。ここでは、着色領域２３の間隔として両側の着色領域２３の下端Ｌの上側Ａ−Ａ間隔を用いているが（図７参照、Ａ−Ａ間隔はチューブ１３をまっすぐに延ばした時の間隔を用いる）、下水３の流量が極端に少なくなると両側の着色領域２３の下端Ｌの上側Ａ同士がつながってしまう場合もあるので、着色領域２３の間隔として両側の着色領域２３の下端Ｌの下側Ｂ−Ｂ間隔（図７参照、Ｂ−Ｂ間隔はチューブ１３をまっすぐ延ばした時の間隔を用いる）を用いて回帰グラフを構成してもよい。図９には、着色領域２３の間隔として両側の着色領域２３の下端Ｌの下側Ｂ−Ｂ間隔を用いた場合の着色領域２３の間隔と流量（１５００ｍｌ／ｍｉｎ以上）との実験により求めた関係を示す表と、着色領域２３の間隔と流量又は最低流量の関係を示す回帰直線又は回帰曲線３０が記載された相関図が示されている。着色領域２３の下側Ｂ−Ｂ間隔が３０ｍｍ未満の場合は一律に所定の最低流量を認定することもできる。また、両側の着色領域２３の下端Ｌの上側Ａがつながってしまった場合には一律に所定の最低流量を認定するという対処も可能である。

図１０を参照して着色領域２３の下端Ｌの間隔を測定する場合を説明する。

両側に位置する着色領域２３の下端Ｌの間隔を測定する場合には、チューブ１３の両端開口又は上端開口をそれぞれキャップ３１で密封し、ステープル１５を外して下水管１の開口部分７からチューブ１３を取り出す。チューブ１３の両端開口の密封は作業員が指で両端開口を押さえて行ってもよい。ここで、水の出入口１９が３．５ｍｍよりも大径であると、チューブ１３の両端開口を閉塞しておいても水の出入口１９から下水３などが簡単に流出するおそれがあるので、水の出入口１９の径は３．５ｍｍ以下としておく。そして、水の出入口１９から下水３が流出しないようにしてチューブ１３をまっすぐに延ばし、着色領域２３の下端Ｌの間隔をスケール３３で測定する。

本発明の水位計測構造及び水位計測方法は下水管の水量調査に適用することができる。

１ 下水管
３ 下水
９ 水位計測構造
１３ チューブ
１９ 水の出入口
２１ 着色液

Claims (9)

1. 流水管内を流れる水の水位を計測するための水位計測構造であって、
   前記流水管の内周面に周方向に沿って取り付けられた、下端開口及び上端開口を有する透明又は半透明のチューブを備え、
   前記チューブの前記下端開口は前記流水管の内側の底部に位置し、
   前記下端開口から前記チューブ内に入り込んでいる前記流水管内の水には着色材が浮かべられていて、
   前記着色材は接触した前記チューブの内面を着色する、ことを特徴とする水位計測構造。
2. 流水管内を流れる水の水位を計測するための水位計測構造であって、
   前記流水管の内周面にこの内周面の底部を通り周方向に沿って取り付けられた、両端開口のＵ字状又はＣ字状の透明又は半透明のチューブを備え、
   前記チューブの下端部には水の出入口が形成され、
   前記水の出入口から前記チューブ内に入り込んでいる前記流水管内の水には、幅方向両側で着色材が浮かべられている、ことを特徴とする水位計測構造。
3. 前記水の出入口は前記チューブの下端部の外周側に形成されている、ことを特徴とする請求項２記載の水位計測構造。
4. 前記着色材は着色液である、ことを特徴とする請求項１、２又は３記載の水位計測構造。
5. 流水管内を流れる水の水位を計測する水位計測方法であって、
   少なくとも２つの開口を有する透明又は半透明の柔軟なチューブを準備する準備工程と、
   前記開口の一つが水の出入口として前記流水管の内側の底部に位置するように、前記チューブを前記流水管の内周面に周方向に沿って取り付ける配置工程と、
   前記チューブ内に着色材を注入し、前記水の出入口から前記チューブ内に入り込んでいる前記流水管内の水に前記着色材を浮かべる注入工程と、
   所定の時間又は日数が経過してから前記着色材による前記チューブの着色領域を観察する観察工程と、を備え、
   観察された前記チューブの前記着色領域の上端位置に基づき最高水位を認定する、ことを特徴とする水位計測方法。
6. 流水管内を流れる水の水位を計測する水位計測方法であって、
   長さ方向両端が開口し、長さ方向中間に水の出入口が形成されている透明又は半透明の柔軟なチューブを準備する準備工程と、
   前記水の出入口が前記流水管の内側の底部に位置し、前記開口が幅方向両側で上端に位置するように、前記チューブを前記流水管の内周面に周方向に沿ってＵ字状又はＣ字状に取り付ける配置工程と、
   前記チューブ内に着色材を注入し、前記水の出入口から前記チューブ内に入り込んでいる前記流水管内の水に幅方向両側で前記着色材を浮かべる注入工程と、
   所定の時間又は日数が経過してから前記着色材による前記チューブの着色領域を観察する観察工程と、を備え、
   観察された前記チューブの前記着色領域の上端位置に基づき最高水位を認定する、ことを特徴とする水位計測方法。
7. 前記着色材は着色液である、ことを特徴とする請求項５又は６記載の水位計測方法。
8. 観察された前記チューブの前記着色領域の下端位置に基づき最低水位を認定する、ことを特徴とする請求項５、６又は７記載の水位計測方法。
9. 前記配置工程では、前記水の出入口が前記チューブの下端部の外周側に位置するように、前記チューブを前記流水管の内周面に取り付ける、ことを特徴とする請求項５、６、７又は８記載の水位計測方法。

Images