JPH0229999B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、地下に穿設した観測孔内に挿入して
地下水脈の流動形態を把握するための地下水流動
観測用検出器および地下水の水位と電導度を自動
的且つ的確に測定し記録することにより地下水脈
の流動形態を把握する地下水流動観測装置に関す
るものである。

最初に、地下水の変動によつて引き起こされる
観測孔内の水位の動きについて説明する。

第１図および第２図は、説明のための模式的な
地下水脈の一例を示す断面図である。

定常時においては、第１図に示すように湖を水
源とする圧力水頭Ｈを有する地下水脈Ａ層が存在
する。一方、降雨時または融雪時において、第２
図に示すようにＡ層の他に、圧力水頭ｈを有する
新たな地下水脈Ｂ層が出現したと仮定する。第３
図、第４図は、第１図、第２図における観測孔内
の水位の動きを説明するための模式図である。定
常時においては、第３図に示すように圧力水頭Ｈ
と孔内静水圧Ｐがバランスした水位Ｌを保ち、孔
内の水の流れは地下水脈Ａ層の流動面に沿つた水
平方向の流速Vhが存在する。

一方、降雨時または融雪時においては、第４図
に示すように地下水脈Ａ層とＢ層とが孔内で干渉
し合う。ここで、圧力水頭がｈ＞Ｈなる関係にな
ると、孔内水の圧力水頭は、Ｌ＋ΔLに上昇する。
これと同時に地下水脈Ｂ層からＡ層へ圧力水頭の
差ｈ−Ｈに比例するVvなる流速をもつ鉛直下降
流が発生しＢ層からＡ層に向けて流入するように
なる。一方、圧力水頭が前述した関係とは逆に、
ｈ＜Ｈの場合は、鉛直上昇流が発生する。第１
図、第２図は、説明のために簡素化したが、実際
の地下水脈は、深さ方向に幾層もの流動面をもつ
のが普通であり、また、降雨による水位の変化が
現れるのに数日かかる場合もある。

以上説明したように、観測孔内の水位の動きか
ら次の情報を得ることができる。

(1) 水位の変化を検出すれば、実際に地下水脈が
変動している時期を知ることができる。

(2) 観測孔内の鉛直下降流／上昇流の区間を検出
すれば、地下水脈の位置および流動形態を知る
ことができる。

(3) 鉛直下降流／上昇流の流速を検出すれば、地
下水脈の圧力水頭を知ることができる。

(4) 観測孔を周囲に複数設けて同時に観測すれば
地下水脈の連続性が確認できる。

ところで、従来は、次のような人手を介した測
定方法が行われていた。

すなわち、水位の測定には、孔内にテスタのリ
ード線を降していき、テスタの指示値が水の抵抗
値を示す位置まで降したときのリード線の長さを
測定することにより水位を求めるという方法がと
られていた。また、孔内の鉛直下降流／上昇流の
区間とその流速を測定する方法としては、最初に
紐にぶら下げた塩袋を孔内に投入しその塩袋を上
下に動かしながら孔内水の塩水濃度を一様にし、
その後、定時的に孔内の各深度の位置に電極を降
して電導計を使用して孔内水の電導度を測定して
いた。このような測定方法において、もし、孔内
に水の流れが存在するならば、最初に地下水脈が
孔内に流入する位置の塩水濃度が薄められる。次
に、この薄められた流入部分の水が孔内の鉛直下
降流／上昇流の流れに沿つて流出する位置の地下
水脈に移動していき、塩水濃度が薄くなると共に
電導度が低くなる。このようにして電導度の変化
を測定し、地下水脈の位置と圧力水頭の大きさを
求めていた。

しかしながら、上記従来の方法による測定にお
いては、次のような欠点があつた。

孔内に容易に挿入でき且つ孔内の流速を乱さ
ないような水位と電導度を同時に測定できず、
その都度人手を介して個々の検出器を入れかえ
て測定しなければならない。因みに、通常、観
測孔は、深さ20〜30ｍ、保孔管内径40〜50mmに
穿設されるが、穴径をこれより大きくするとボ
ウリング費用が膨大になる。

実際の降雨または融雪水による地下水脈の流
動形態を観測する場合、降雨または融雪水によ
る影響が即座に発生するとは限らず長期間人間
が常駐する必要があり、さらには山の中の悪環
境の下での観測においては、異常豪雨時または
積雪期間中に現場に入つたりまたは常駐するこ
とは人命の危険が伴うため、このような情況で
の観測は著しく困難乃至は不可能であつた。

上記の問題を回避するべく、揚水試験や孔
内水汲み出し法によつて人為的に地下水脈の圧
力水頭を変化させる地下水検層を実施して地下
水脈の流動形態を知る手がかりとしているが、
ある試験期間には、昼夜を問わず連続データを
収集する必要があり、その人件費が膨大となる
難点がある。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもの
で、その目的とするところは、観測孔内に容易に
挿入でき、観測孔内の鉛直下降流／上昇流を乱す
ことなく、観測孔内の水位と各深度における孔内
水の電導度を検出し得る地下水流動観測用検出器
を提供することにあり、さらに本発明の他の目的
は、観測孔内の水位および各深度における電導度
の自動的な測定および記録を可能となして測定の
無人化を実現し、測定に費される膨大な人件費を
大幅に削減し得ると同時に危険を伴う実際の降雨
時または融雪時における地下水脈の流動形態に関
する各情報を集録することができ、もつて実際に
地下水脈の変動が発生したか否かを自動的に検知
することができる地下水流動観測装置を提供する
ことにある。

以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に
説明する。

第５図Ａ，ＢおよびＣは、第１の発明に係る地
下水流動観測用検出器の各部の構成を示す図であ
り、同図Ａは先端部の構成を示す正面図、同図Ｂ
は中間部の構成を示す正面図、同図Ｃは上端部の
構成を示す正面図である。

第５図Ａ〜Ｃにおいて、１は地下水流動観測用
検出器（以下検出器という）であり、円筒形（こ
の場合30mmの内径の円筒）をなす絶縁パイプ２の
周囲に１対の金属リング３ａ，３ｂが所定の間隔
（この場合20mm間隔）で取付けられて１個の電極
３が構成されている。そして、先端部の検出器１
の最下端には、ひずみゲージタイプの圧力式水位
計４が取付けられている。電極３は、絶縁パイプ
２上に等ピツチ間隔（この場合250mm間隔）にな
るように複数個配設されている。この絶縁パイプ
２は、ある一定の長さ（この場合500mmの長さ）
に分割されており、その両端には、折曲方向を
90゜ずらせた継手部５が取着されており、各絶縁
パイプ２は、その継手部５を介して最終的に１本
の検出器１を構成している。なお、水位計コード
６は検出器１の外側（または内側）に沿つて地上
に導かれているが、電極用リード線７は、孔内の
流速を乱さぬ配慮から絶縁パイプ２の中を通し
て、地上に導かれている。

このように構成された検出器１の作用につき説
明するに、非使用時には、継手部５で折り畳まれ
ている検出器１を、使用に際し先端部から順次伸
ばし観測孔内に降していき、略直線状になるよう
に設置する。次に、適宜な濃度の塩水を観測孔内
に投入し、観測孔内の塩水の濃度が一様になるよ
うに適当な手段でかくはんする。

このような状態下において、圧力式水位計４よ
り、出力される観測孔内の水位に対応した電気信
号（圧力式水位計４の圧力値は水位に比例する）
は、水位計コード６を介して地上部に設けた測定
器（後述する）に導かれその水位が測定される。
一方、検出器１の各電極３から出力される観測孔
内の各深度における電導度に応じた電気信号は、
電極用リード線７を介して地上部に設けた測定器
に導かれ、その電導度が測定される。

上記のような検出器１とすることにより次のよ
うな利点が得られる。

すなわち、第１に、外形が細い棒状を呈してい
るため、観測孔が細くても容易に挿入することが
でき、従つて、ボーリング費用が少なくてすむ。
第２に、観測孔内の水位と各深度における孔内水
の電導度が同時に検出できる。従つて、水位と電
導度を検出する２つの検出器を用いる従来方法の
ように検出器の入れ換えの必要がないため、孔内
水の流速を乱す虞れがなく且つ人手もかからず人
件費を節約することができる。第３に、検出器が
棒状を呈しているから、孔内の鉛直下降流／上昇
流を乱すことが殆んどない。第４に、各絶縁パイ
プ２の両端が、折曲方向が90゜異なる継手部５に
よつて連結されているため、一本の長い棒状の検
出器１を折り畳むことができ運搬が容易であると
共に観測孔にスムーズに出し入れすることができ
る。

第６図は、第２の発明に係る地下水流動観測装
置の一実施例の構成を示すブロツク図である。

第６図において、検出器１の水位計４は水位計
コード６を介してスキヤナ８の入力端に、各電極
３は各電極用リード線７を介してスキヤナ８の複
数の入力端にそれぞれ接続されている。多数の入
力の中から任意の一入力を選択するスキヤナ８の
出力端は、測定器９の入力端に接続されている。
この測定器９は、水位と電導度の両方が測定でき
るものであれば、どのような形態の機器構成であ
つてもよい。測定器９の出力は、記録器１０に入
力される。これらスキヤナ８、測定器９から常時
データをサンプルしそのサンプル値の大小判定を
行い、その判定結果に基いて記録器１０に一定期
間の電導度データを記録させるための制御を制御
器１１が行う。また、この制御器１１は、時計を
内蔵しており、時間の制御を行うと同時に次の３
段階の連続した制御機能も有する。すなわち、 (イ) 貯水槽１２に予め貯えてある塩水を一様の濃
度にするため一定時間、モータ１３により回転
駆動されるスクリユウでかくはんする。

(ロ) 電磁バルブ１４を開き、観測孔１５内最下部
まで挿入したパイプ１６を介して貯水槽１２の
塩水を一定量観測孔１５内に投入する。

(ハ) 電磁バルブ１７を開き、観測孔１５内最下部
まで挿入した送気パイプ１８を介してコンプレ
ツサ１９の圧搾空気を一定時間、観測孔１５内
に送気し、孔内水の濃度を均一にする。

なお、貯水槽１２を観測孔１５よりも高い場所
に設置すれば、塩水を観測孔１５内に投入するた
めの特別な手段は不要となる。

次に上記構成よりなる本実施例の動作につき、
第６図および第７図を参照して説明する。第７図
は、第６図示の地下水流動観測装置の基本動作の
ステツプを示すフローチヤートである。

先ず、制御器１１によつて圧力式水位計４の出
力をスキヤナ８により選択し測定器９に入力させ
る。測定器９は、この水位に対応した入力信号を
サンプルする。次に、このサンプルした水位デー
タが予め定めた設定値、すなわち予定の水位上昇
高と予定の水位上昇速度の値のいずれか一つがオ
ーバーしたか否かを制御器１１が判定する。予め
定めた設定値以内であれば、地下水脈変化が発生
していないと判断し、次に定時観測の時間か否か
の判定をする。定時観測であれば、スキヤナ８を
順次走査し、測定器９で水位と各電導度をサンプ
ルし、記録器１０に記録した後、再度孔内水位の
データをサンプルする最初の処理に戻る。このよ
うに常時孔内水位の変化を監視しながら定常時の
バツクグランドデータも定期的に収集しておく。
一方、孔内水位の変化を検出すると、制御器１１
によつて前述した(イ)、(ロ)、(ハ)の一連の制御が行わ
れた後、設定周期に従つて水位、各電導度をスキ
ヤナ８を介し、測定器９でサンプルし、記録器１
０に記録する。所定の期間のデータ収集が終了す
ると再度孔内水位を監視する最初の処理に戻る。
このように、実際の孔内水位の変化を自動検知
し、必要な区間のみのデータを自動集録すること
ができる。

なお、本発明は、上述し且つ図面に示した実施
例にのみ限定されるものではなく、その要旨を逸
脱しない範囲で種々の変形実施が可能である。

例えば、小型で孔内の流速を乱さず電気信号が
得られる水位計であれば、ひずみゲージタイプの
圧力式水位計以外のものでもよいし、また上記実
施例では安価であることから孔内水の電導度変化
を検出するために孔内に塩水を投入したが、公害
源とならない限り、他の電解質溶液を投入しても
よい。

また、制御器１１をパーソナルコンピユータ等
の機器で、また測定器９、記録器１０の各機器を
アナログ式あるいはデイジタル式のいずれの方式
の機器で構成することも可能である。

さらに、検出器１とスキヤナ８とパイプ１６，
１８のみを増設すれば、複数の観測孔を同時に監
視、測定でき、従つて地下水脈の連続性を容易に
確認することができる。

以上詳述したように、第１の発明によれば、観
測孔内に容易に挿入でき、その孔内水の鉛直下降
流／上昇流を乱すことなく、その孔内水の水位と
各深度における電導度を同時にあるいは同時的に
検出し得る地下水流動観測用検出器を提供するこ
とができる。

さらに第２の発明によれば、観測孔内の水位お
よび各深度における電導度の自動測定が可能で、
測定の無人化により測定に費される膨大な人件費
を大幅に削減し得ると共に従来危険を伴なうため
著しく困難乃至不可能であつた実際の降雨時また
は融雪時における地下水脈の流動形態に関する情
報をも容易に集録し得る地下水流動観測装置を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は地下水脈の変動によつて
引き起こされる観測孔内の水位の動きを説明する
ための模式的な地下水脈の一例を示す断面図、第
３図および第４図は観測孔内の水位の動きを示す
模式的断面図、第５図Ａ〜Ｃは第１の発明に係る
地下水流動観測用検出器の一実施例における各部
の構成を示す図であり、同図Ａは先端部の構成
を、同図Ｂは中間部の構成を、同図Ｃは上端部の
構成をそれぞれ示す正面図、第６図は第２の発明
に係る地下水流動観測装置の一実施例の構成を示
すブロツク図、第７図は第６図示の地下水流動観
測装置の基本動作のステツプを示すフローチヤー
トである。 １……地下水流動観測用検出器、２……絶縁パ
イプ、３ａ，３ｂ……金属リング、３……電極、
４……水位計、５……継手部、６……水位計コー
ド、７……電極用リード線、８……スキヤナ、９
……測定器、１０……記録器、１１……制御器、
１２……貯水槽、１３……モータ、１４，１７…
…電磁バルブ、１５……観測孔、１６，１８……
パイプ、１９……コンプレツサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 地下に穿設した観測孔内に挿入して地下水脈
   の流動形態を把握するための地下水流動観測用検
   出器において、１対の金属リングでなる電極を等
   ピツチで絶縁パイプ上に複数対配設し、該絶縁パ
   イプの内部に前記電極の出力を導出するためのリ
   ード線を挿通し、前記絶縁パイプを90゜ずらして
   交互に折畳み得るように前記絶縁パイプの両端に
   取着された継手部を介し前記絶縁パイプを複数個
   連結して１本の電極棒を構成し、前記電極棒の最
   下部に水位計を取付けて、前記観測孔内の水位を
   検出すると共に前記複数の電極棒により前記観測
   孔内の各深度における電導度を検出し得るように
   構成したことを特徴とする地下水流動観測用検出
   器。 ２ 地下に穿設した観測孔内に地下水流動観測用
   検出器を挿入して地下水脈の流動形態を把握する
   ための地下水流動観測装置において、１対の金属
   リングでなる電極を等ピツチで絶縁パイプ上に複
   数対配設してなる電極棒とこの電極棒の最下部に
   設けた水位計とよりなる地下水流動観測用検出器
   と、前記観測孔へ投入すべき電解質溶液の濃度を
   一定にするための貯水槽と、この貯水槽の電解質
   溶液をかくはんするモータと、前記貯水槽の電解
   質溶液を前記観測孔に導くパイプと、前記貯水槽
   または前記パイプの中間部に設けられ前記観測孔
   への電解質溶液の投入を規制する電磁バルブと、
   前記観測孔へ圧搾空気を送出するコンプレツサ
   と、このコンプレツサより送出された空気を前記
   観測孔内に導く送気パイプと、前記コンプレツサ
   または前記送気パイプの中間部に設けられ前記観
   測孔への送気を規制する電磁バルブと、前記水位
   計の出力および前記複数対の電極の複数の出力を
   入力として受けそれらの中から１入力を順次選択
   して出力するスキヤナと、このスキヤナの出力を
   受け前記観測孔内の水位および各深度における各
   電導度を測定する測定器と、この測定器の出力を
   記録する記録器と、前記スキヤナ、前記測定器お
   よび前記記録器を制御する制御器とを具備し、前
   記観測孔内の水位変動から地下水脈の変動を自動
   検知した後、前記観測孔内水の電解質溶液濃度を
   媒体として地下水の流動形態を自動観測し得るよ
   うに構成したことを特徴とする地下水流動観測装
   置。