JP7410578B2 - 気象観測機能を備えた小河川用の水位測定装置 - Google Patents

Description

本発明は気象を観測する機能を備えた小河川の水位を計測することが出来る測定装置に関するものである。

近年では、地球温暖化に伴って降水量が多くなって各地で大雨が発生し、洪水発生の頻度が高まっている。国が直接管理する大河川（一級河川）の洪水対策用に用いる水位観測点は温暖化と共に増加している。しかし、大河川の毛細管と言われている小河川の数は多いが地方自治体の管理域にあり、その為に観測の手が届いていない。

一般的に大河川には多くの小河川が流れ込み、その集水域は広く、その中における線状降水帯がもたらす部分的集中豪雨の位置を知ることで大河川が増水する原因となる地域の特定が可能となる。しかし広域に分散している小河川に使用される水位観測装置は殆どなく、気象観測も行うことが出来るように一体化して簡易に設置できる手頃な水位測定装置の開発が望まれている。

その原因の一つに公共事業予算が縮減されていることで、その為に小河川の水位測定装置を増設することが困難になっている。気象観測や河川水位の情報を社会的に適用する場合、計測値の信憑性が問われる。測定機器の精度と検査基準があり、製造コストや維持管理費の増大が障害になっていることで、多数の小河川の水位を測定することは容易でない。
従来、豪雨によって上昇する大河川の水位を予測して、河川の氾濫を抑制することが出来る技術は色々知られている。

特開２００３－２９３３４４号に係る「河川の水位予測装置」は、 精度良く河川の水位を予測できる。
そこで、河川の水位予測装置１１は、河川４の水位を計測し、記憶する水位計測部と、河川流域の降雨量を計測し、記憶する降雨量計測部と、これらの計測値に基づいて河川の水位を予測する水位予測モデルとを備えている。水位予測モデルは自己回帰部分とＦＩＲモデル部分とを有し、この水位予測モデルはモデル同定部により同定される。モデル同定部は、上記の計測値に基づいて、自己回帰部分のパラメータとＦＩＲモテル部分のパラメータを独立して別々に求める。

特開２００１－２１５１１９号に係る「水位計算装置、水位予測システム及び水位予測方法」は、計算量が少なく且つ高精度な河川の水位予測を数値計算にて行うことが出来る。
そこで、所定の時間間隔で河川の水位を測定する水位測定部と、所定の時間間隔で降雨量を測定する降雨量測定部とを有する測定装置と、第１の関係式が蓄積された第１の蓄積部と、第２の関係式が蓄積された第２の蓄積部と、測定された水位と第１の関係式とから流路抵抗を求め、測定された降雨量と第２の関係式とから流入量を求め、求めた流路抵抗と流入量とから河川の予測水位を算出する演算部と、算出した予測水位と測定された水位とを比較し、その誤差に基づいて第１の蓄積部によって蓄積されている第１の関係式と第２の蓄積部によって蓄積されている第２の関係式とを更新する更新部とを有する水位計算装置とを備えている。

特開２００３－２９３３４４号に係る「河川の水位予測装置」 特開２００１－２１５１１９号に係る「水位計算装置、水位予測システム及び水位予測方法」

このように、環境の温暖化の為に降水量が増加する状況において、大河川の水位上昇や氾濫予測を的確に早く行うには、大河川に集まる多くの小河川の水位を観測する必要がある。しかし、公共事業の予算が削減されて小河川までは手が届かない。
本発明が解決しようとする課題はこれら問題点であり、各地域毎の自治会などが中心となり、自主防災体制における水位測定装置の設置と維持管理を行うことが出来るように、簡単な構造でコストも安くなる小河川の水位測定装置を提供する。

本発明は、各地区の自治会などを中心とする自主防災体制を活用し、この体制に対して国の補助予算を活かす方法で、気象観測と小河川用の水位計を一体化した装置を設置し、維持管理を簡便に行えるシステムを構成している。
気象観測は雨量を中心に、可能であれば風向／風速・気圧・気温・湿度を測定できるユニットとし、並びに、水位計として超音波距離計や電波距離計・レーザ距離計・水圧計、これらの内、経済的寸法的に可能な計測ユニット一つを組み合わせた水位計に観測位置を半径１０ｍ程度で明確にする簡易なＧＰＳユニットを取付ける。
ところで、気象観測に関しては、独自に雨量、風向／風速・気圧・気温・湿度を測定することは出来るが、気象庁などの外部機関が発表する情報を取得して用いることも可能である。

観測の時間管理はＧＰＳ信号に含まれる世界標準時間を用い、計測情報には自治会などの連絡先を含め、日常における異常信号の発生を地元の人が確認できるようにすることで、計測値の大まかな信憑性確保に用いる。
更に、河川の状態をリアルタイムに目視できる画像を添付し、これにより、観測値の信憑性を画像でも確認できるようにしている。

このように、気象観測、小河川の水位観測、画像を同時に無線伝送する装置を具体化する為に次のように構成している。
観測電源として、日当部ではソーラパネルを用い、日陰部では河川水を用いて稼働するピコ水力発電を電源とする。場所によっては両方を装備し、観測値と画像取得、情報伝送で消費する電力の最小化を図るために専用のマイクロコンピュータを製作し、観測の時間間隔は電源状況に応じて可能な時間間隔、電力が不足する場所では１５又は３０分毎、不足しない場所や時間帯では５～１０分毎に専用のサーバーに向け情報を送り、サーバー内にデータを記録すると共に専用ソフトで情報配信画像を生成する。

情報配信はインターネットを用い、パスワードによる情報閲覧をスマートフォンやタブレットでも可能とする。
水位や気象観測値が設定値を超えた場合、予め設定した相手先、ＰＣ・スマートフォン・タブレットに警報を送る機能を付加する。
更に、地域防災の意識高揚を目指し、大型マーケットや最寄り駅に大型表示器を設けて通常時も観測値を表示する等の実践をすることが出来る。

多数の小河川は大河川に流れ込んで合流するが、これら小河川の水位を測定することで、近い将来の大河川の水位を推測することが出来る。しかも、現実の水位のみならず気象観測を行うことで、小河川の現在の水位の他に近い将来の水位を予測することが可能となる。

そして、数多くある小河川の管理は地方自治体が組織する自治会などが主体と成って維持管理することが出来る。
小河川の水位や気象観測値が設定値を超えた場合、予め設定した相手先、ＰＣ・スマートフォン・タブレットに警報を送って知らせることが可能となる。
更に、大型マーケットや最寄り駅に大型表示器を設けて通常時も観測値を表示することが出来る。

本発明に係る気象観測機能を備えた小河川の水位測定装置を示す実施例。 橋梁に起立する支持柱に方位調整金具を介して取付けたソーラパネル。 橋梁に起立する支持柱に方位調整金具を介して取付けたソーラパネル。

図１は本発明に係る「気象観測機能を備えた小河川用の水位測定装置」を示す実施例である。
同図の１は水面間距離を測る距離計、２は通信機能を有すマイコン計測盤、３はソーラパネル、４は河川撮像カメラ、５は雨量計、６は風向／風速計、７は気温／湿度／気圧計、８はステンレス管支持柱、９はガードレール支柱、１０はガードレール板、１１は小河川の水面、１２はＧＰＳアンテナ、１３は方位調整金具をそれぞれ表わしている。

上記ステンレス管支持柱８に通信機能を有すマイコン計測盤２、ソーラパネル３、河川撮像カメラ４、雨量計５、風向／風速計６、気温／湿度／気圧計７、ＧＰＳアンテナ１２が取付けられ、そしてステンレス管支持柱８の下端から水平にアームを延ばし、該アームの先端に上記距離計１を取付けている。
このように、本発明はステンレス管支持柱８とアームに取付けられて一体化して構成し、橋梁のガードレールや欄干、例えば、同図に示すようにガイドレール支柱９に簡易に取付けることが出来る構造とし、しかも比較的軽い重量を有している。

上記距離計１の取付け個所が橋梁であれば、真下が河川水面である為に水位の測定に最良の場所である。
従来、橋梁のステンレス管支持柱８及びアームを橋梁の欄干に取り付ける場合、欄干のデザインや強度を考慮した形状とし、重量、並びに、風圧荷重を考慮する必要があり、特に車両の衝突も考慮する必要がある。
橋梁欄干への車両の衝突については、ガードレールへの衝突と似た考え方で衝突の衝撃を適度に吸収する為に変形を前提としている。また、水位計の衝突に対して適度な強度と変形が考慮されている。

ところで、上記アーム先端に取付けた距離計１で水面１１までの距離を測定し、河川撮像カメラ４を用いて河川の流れ状況の画像を取得する。そして、風向／風速計６にて１０分毎の瞬間最大と平均風を測定する。
また、雨量計５にて１０分毎の雨量を０．１ｍｍ単位で測定し、気温／湿度／/気圧計７にて１０分毎の平均を測定し、ソーラパネル３で電力を供給し、昼間の余剰電力をマイコン計測盤２内の蓄電池に充電して夜間と雨天時の電力をカバーすることが出来る。

マイコン計測盤２は全ての計測データを集計し、無線通信回線を用いて専用サーバーへ伝送することが出来る。
ステンレス管支持柱８は適度な肉厚を有し、車両が衝突した時には衝撃を吸収して曲がることが出来る強度としている。
ステンレス管支持柱８はガードレール支柱９に取付けられているが、化粧欄干に取り付ける場合もあり、欄干形状にあった金具を製作して同様の方法で取り付ける。

図２、図３はステンレス管支持柱８に取付けた場合のソーラパネル３を表している実施例であり、図２は正面を向いている場合、図３は左右方向を向いている場合を示している。
すなわち、ソーラパネル３は太陽が昇る方向を向いているが、方位調整金具１３を介してステンレス管支持柱８に取付けられている。したがって、ステンレス管支持柱８を中心に±４０度の角度でソーラパネル３の方位調整が出来る構造としている。

１ 距離計
２ マイコン計測盤
３ ソーラパネル
４ 河川撮像カメラ
５ 雨量計
６ 風向／風速計
７ 気温／湿度／気圧計
８ ステンレス管支持柱
９ ガイドレール支柱
10 ガイドレール板
11 小河川の水面
12 ＧＰＳアンテナ
13 方位調整金具
14 アーム

Claims (2)

1. 小河川の水位を測定する装置において、橋梁に起立したステンレス管支持柱に、通信機能を有すマイコン計測盤、電源となるソーラパネル、河川撮像カメラ、ＧＰＳアンテナを設け、さらに気象観測として雨量計、風向／風速計、気温／湿度／気圧計を備え、上記ステンレス管支持柱の下端から水平に延びて一体化したアームの先端に水面までの距離を計測する距離計を取付け、上記マイコン計測盤は全ての計測データを集計し、無線通信回線を用いて専用サーバーへ伝送する機能を有し、上記ソーラパネルは向きの調整が出来るように方位調整金具を介してステンレス管支持柱に取付けられたことを特徴とする気象観測機能を備えた小河川の水位測定装置。
2. 上記気象観測として、雨量計、風向／風速計、気温／湿度／気圧計を備えることなく、気象庁などの外部機関が発表する情報を取得するようにした請求項１記載の気象観測機能を備えた小河川の水位測定装置。
   

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