JPH04216434A - 雨水測定方法及び測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、雨水を単位雨量毎に連
続採取してその中に含まれる成分を分析するための方法
及び装置に関し、特に、近年地球環境の保全にとって重
要な問題となっている酸性雨の監視に好適に使用できる
方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】酸性雨は、農作物に対する被害だけでな
く、土壌の破壊、森林の衰退などを通して地球の生態系
全体を歪めるおそれがあり、その実態把握と生態系に影
響を及ぼすメカニズムの解明、ならびにその対策が急が
れている。酸性雨を測定する手段としては、一雨毎の雨
水のｐＨ，導電率，各イオン種濃度を測定する方法が一
般的であるが、瞬間的に酸性の強い雨にさらされること
の生態系への影響も重要視されている。したがって、酸
性の強い初期の降雨や後続雨を所定量ずつ分割採取し、
単位雨量毎に分析を行なうことが望まれており、このよ
うな目的のため、０．５ｍｍ雨量毎に降雨を分割採取す
る雨量採取器とｐＨや導電率測定用の電極類とを内蔵し
た酸性雨モニターが既に市販されている。

【０００３】一方、雨水はＣａ分やＮＨ３によって中和
されることがあり、酸性雨の実態とその生態系への影響
を正確に把握するためには、単に雨水のｐＨのみに着目
するだけでは不十分である。すなわち、非天然的に雨水
を汚染している原因物質とその降下量を知るためには、
雨水に含まれるＣｌ−，ＮＯ３−，ＳＯ４２−等の陰イ
オン成分の測定を単位降雨量毎に行なう必要がある。こ
の場合、雨水のｐＨや導電率は電極法で測定を行なうた
めサンプルに対してほぼ１分で対応し、雨量強度が３０
ｍｍ／ｈｒ程度の強さになっても０．５ｍｍ雨量毎の測
定が可能である。これに対し、Ｃｌ−，ＮＯ３−，ＳＯ
４２−等の陰イオン濃度は、吸光光度法などの化学分析
法やイオンクロマトグラフィー等の機器分析法によって
測定するため、１回の分析に少なくとも５〜１５分を要
する。したがって、化学分析やイオンクロマトグラフィ
ーによって野外で連続的に単位雨量毎の雨水中の陰イオ
ン濃度を測定しようとすると様々な不都合が生じる。こ
のため、雨水中の陰イオン濃度を化学分析装置やイオン
クロマトグラフを用いて単位雨量毎に正確に測定するこ
とができる降雨自動測定装置は実現していないのが実情
である。例えば、特開昭６３ー１８０８３７号公報には
、雨水を連続的に自動採取し、その中に含まれる硝酸イ
オン及び硫酸イオンの濃度を連続的に測定する雨水成分
測定装置が開示されている。しかし、この装置は、計量
管に単位雨量の雨水を採取するに際し、雨量強度が強い
ときには計量管から雨水をオーバーフローさせるように
しており、従って全降雨を正確に単位雨量に分割して測
定することができない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】降雨を単位雨量毎に分
割採取し、その成分を連続的に自動測定する場合、測定
対象の特徴，すなわち降雨が自然現象であり、降雨時を
予測できない点、雨量強度が一定せず、瞬間的には１５
０ｍｍ／ｈｒのような強い降雨から霧雨のようなものま
である点、降雨が持続する時間を予見できない点、とい
った特徴に対処できる手段を確立する必要がある。この
場合、雨水成分の検出部が、測定対象である雨水に接触
すると瞬時に応答信号を発するものであれば、上記目的
は実現する。

【０００５】しかし、上述したように、ｐＨ測定用のガ
ラス電極でも安定した出力を得るのに１分程度を要し、
また陰イオン成分の測定ではどのような方法を採用する
にしても一回の測定に５〜１５分を要する。従って、実
際には、一定の測定周期で測定を繰り返すことになるの
で、採取した単位雨量毎の雨水を直ちに測定に供するこ
とはできず、このため採取した単位雨量毎の雨水を検出
部に送るまでいったん保存しておく必要が生じる。

【０００６】一般に、間欠的に採取される試料を保存す
る手段としてフラクションコレクターがあり、採取した
試料を間欠的に検出部に送る手段としてオートサンプラ
ーがある。また、フラクションコレクターとオートサン
プラーを組み合わせた試料の保存移送装置も考えられる
。しかし、フラクションコレクターやオートサンプラー
を単位雨量毎の雨水の保存と測定に用いることには、２
つの点で問題がある。第１は、降雨の強度と持続時間が
不明であるため、コレクターの採取びんを何本用意しな
ければならないかを決定するのが困難なことである。 第２は、コレクターの採取びんから試料雨水を検出部に
送るためのオートサンプラーの吸引チューブをどの位置
に設定すればよいかを予見できず、常にサンプリングす
べき採取びんの位置を認識し、吸引チューブを移動させ
る必要が生じることである。

【０００７】本発明は、自然現象としての降雨の採取及
び測定に関する上述した問題点を考慮してなされたもの
で、全降雨の単位雨量毎の測定を可能にし、仮に雨量強
度が強くて検出手段の動作が追随できない場合でも、そ
の近傍の単位雨量雨水群の平均値を求めることによって
、全降雨における単位雨量雨水中の成分分布を検知する
ことが可能な雨水測定方法及び測定装置を提供すること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、降雨を単位雨量毎に連続的に分割採取し、
採取した単位雨量毎の雨水を複数個の保存容器に所定の
順序にしたがって順次保存すると共に、これら保存容器
中の雨水を上記順序にしたがって検出部に順次移送して
単位雨量毎の雨水中の目的成分を検出するにあたり、採
取した雨水を保存容器に保存するに際して空の保存容器
がない時には、直前に採取した雨水を保存している保存
容器にその雨水を重ねて保存するようにしたことを特徴
とする雨水測定方法、並びに、上記保存容器より容量が
大きい仮保存容器を別に設けると共に、採取した雨水を
保存容器に保存するに際して空の保存容器がないときに
は、その雨水を上記仮保存容器に保存し、空の保存容器
が生じたときに仮保存容器中の雨水を空になった保存容
器に移すようにしたことを特徴とする雨水測定方法を提
供する。

【０００９】また、本発明は、降雨を単位雨量毎に連続
的に分割採取する雨水採取機構と、複数個の保存容器を
有する雨水保存機構と、雨水中の目的成分を検出する成
分検出機構と、上記保存容器から成分検出機構に雨水を
移送する雨水移送機構とを具備し、上記雨水採取機構で
採取した単位雨量毎の雨水を上記雨水保存機構の複数個
の保存容器に所定の順序にしたがって順次保存すると共
に、これら保存容器中の雨水を上記雨水移送機構により
上記順序にしたがって上記成分検出機構に順次移送して
単位雨量毎の雨水中の目的成分を検出するにあたり、採
取した雨水を上記保存容器に保存するに際して空の保存
容器がないときには、直前に採取した雨水を保存してい
る保存容器にその雨水を重ねて保存するようにしたこと
を特徴とする雨水測定装置、並びに、上記雨水保存機構
に上記保存容器より容量の大きい仮保存容器を別途設け
ると共に、採取した雨水を上記保存容器に保存するに際
して空の保存容器がないときには、その雨水を上記仮保
存容器に保存し、空の容器が生じたときに仮保存容器中
の雨水を空になった保存容器に移すようにしたことを特
徴とする雨水測定装置を提供する。

【００１０】本発明の請求項１，３の方法及び装置にお
いては、空の容器がないとき、即ち雨量強度が強くて測
定が雨水の採取に追随できないときには、直前に採取し
た雨水を保存している容器に採取した雨水を重ねて保存
する。従って、その保存容器には複数回分の単位雨量の
雨水が保存され、この雨水中の成分を測定することによ
って、上記複数単位雨量中の成分濃度の平均値を得るこ
とができる。また、請求項２，４の方法及び装置におい
ては、空の容器がないときには採取した雨水を容量が大
きい仮保存容器に仮保存し、空の保存容器が生じたとき
にその保存容器に仮保存容器から雨水を移す。従って、
請求項２，４の方法及び装置は、測定を雨水の採取によ
り良好に追随させることができると共に、雨量強度が強
いときには仮保存容器に複数回分の単位雨量の雨水をい
ったん保存し、この雨水の測定に必要な量を空になった
保存容器に移した後、雨水を検出部に送って成分濃度の
平均値を検出するため、各保存容器の容量を大きくする
必要がない。

【００１１】以下、本発明につき更に詳しく説明する。 本発明においては、降雨を単位雨量毎（例えば０．１ｍ
ｍ，０．５ｍｍ等）に連続的に分割採取する。この場合
、単位雨量を例えば０．１ｍｍ雨量のようにこまかくと
るとサンプル数は増加し、測定回数は増加する。逆に、
１０ｍｍ雨量のようにあらくとるとサンプル数は減少し
、測定回数は減少する。従って、全降雨の雨水成分の分
布を求める場合、単位雨量をこまかくとると得られる成
分分布は実際の分布に近づき、あらくとると得られる成
分分布はより近似的なものになる。

【００１２】雨水採取機構の構成に限定はないが、例え
ば後述する実施例に示すように、単位受雨面積をもった
受雨器と、単位容量の雨がたまると転倒して雨水を排出
する転倒ますとからなるものを用いることができる。ま
た、雨水採取機構としては、レベル計を内蔵した複数個
の採雨容器を配設したものを用いることもできる。この
採雨容器は、採取した雨水が一定容量に達したことをレ
ベル計が検知すると排出用電磁弁が動作し、内部の雨水
を直ちに保存容器に輸送するものである。この場合、採
雨容器が１個であると雨水を排出している間に採雨容器
に入る雨水を採取できないので、採雨容器は複数個設け
て交代で用いる。

【００１３】なお、環境庁の仕様では、雨水の測定は０
．５ｍｍ雨量毎に採取測定することが規定されており、
このため通常上述した転倒ますやレベル計つき採雨容器
はこの雨量になったときに雨水を排出輸送し、信号を発
するように調整される。例えば、受雨器の採雨面積は測
定に必要な雨量に応じて決定されるが、０．５ｍｍ雨量
の場合、直径２００ｍｍの受雨器では雨水が１５．７ｍ
ｌたまり，直径２８３ｍｍの受雨器では雨水が３１．４
ｍｌたまる。

【００１４】本発明においては、雨水採取機構で採取し
た単位雨量毎の雨水を複数個の保存容器に所定の順序に
したがって順次保存する。即ち、雨水成分の検出手段で
ある電極，吸光光度セル，イオンクロマトグラフなどは
測定結果を得るのに一定の時間を要するので、採取した
単位雨量雨水を容器に保存する必要が生じる。この場合
、保存容器の数は、採取する雨量単位と、検出手段の測
定周期に応じて適宜決定される。一般に、雨が降りやん
で３時間以上経過したあとに次の雨が降ったときには、
この雨は別の雨とみなされている。従って、雨が降りや
んで３時間以内には降雨の測定を終了していることが好
ましいため、例えば検出手段としてイオンクロマトグラ
フを用いる場合、測定周期を２０分とすると、保存容器
は９個（１８０分÷２０分）程度が適当である。

【００１５】複数個の保存容器は雨水が保存される順番
が決められており、雨水がためられている場合にはレベ
ル計などでそのことを示す信号を発すると共に、雨水が
測定に用いられて空になった場合にも信号を発するよう
に構成される。この場合、単位雨量雨水が予め定められ
た順序にしたがって容器に保存されてゆくと共に、保存
された雨水は測定の準備が整い次第検出機構に送られて
空になり、再び雨水を受け入れ可能となる。雨量が強い
ときには、測定が追随できず、保存容器が全て雨水で満
たされて空の容器がなくなる場合がある。このときは、
採取した単位雨水は直前に採取した雨水を保存している
保存容器に重ねて保存するか、別途設けた容量の大きい
仮保存容器に保存する。前者の場合、空の容器が生じな
い限り採取された単位雨水は１つの保存容器に何回分で
も重ねて保存され、空の容器が生じた後の単位雨水はこ
の新たに生じた空の容器に保存される。また、後者の場
合、空の容器が生じない限り採取された単位雨水は仮保
存容器に何回分でも重ねて保存されると共に、空の保存
容器が生じたときには仮保存容器中の雨水を直ちにその
空の保存容器に移し、余剰の雨水は排出して後続の雨水
に備える。従って、仮保存容器を用いない場合（前者の
場合）、保存容器に複数回分の単位雨量が入っても雨水
がオーバーフローしないように、各保存容器の容量を単
位雨量より十分大きくしておくことが好ましい。また、
仮保存容器を用いる場合。各保存容器の容量は大きくす
る必要はないが、仮保存容器の容量は単位雨量より十分
に大きくしておくことが好ましい。なお、本発明におい
て、雨水移送機構、成分検出機構としては任意のものを
使用できる。例えば、成分検出機構としては、測定電極
類、イオンクロマトグラフ、吸光光度測定装置等を用い
ることができる。

【００１６】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に示すが
、本発明は下記実施例に限定されるものではない。第１
図は本発明雨水測定装置の一実施例を示す。第１図の装
置において１はふた、２は受雨器、３は転倒ます、４は
雨量単位信号発信スイッチ、５は受水口、６はピンチバ
ルブ、１１ａ〜１１ｆは保存容器、１２は仮保存容器、
１３ａ〜１３ｇ、１５ａ〜１５ｆ、１４ａ〜１４ｆ、１
６、１７、１８はそれぞれ電磁弁、１９は標準液タンク
、２０はシリンジポンプ、２１は、２２は洗浄水流通管
である。

【００１７】本装置において、受雨器２は通常ふた１に
よって閉塞されているが、感雨器（図示せず）が雨を検
知するとふた１が回転してひらく。受雨器２の開口直径
は降雨を分割する単位雨量と雨水を測定その他の目的で
どのくらいの容量使用するかによって決定する。例えば
、０．５ｍｍ雨量毎に１５．７ｍｌを採取する場合には
受雨器２の開口直径は２００ｍｍφになる。転倒ます３
は所定量の雨水がたまる毎に交互に転倒すると共に、そ
のたびに雨量単位信号発信スイッチ４が動作して採取信
号を発信し、コントローラ（図示せず）に送る。転倒ま
す３の転倒によって落下した雨水は予備タンク７にため
られ、直ちにサンプル輸送用ポンプ８によって空気圧送
等の方法で保存容器１１ａに送られる。このとき、ピン
チバルブ６は閉じ、ピンチバルブ１０は開く。次の単位
雨水が採取されたならば電磁弁１３ａ，１３ｂが動作し
て保存容器１１ｂにこの雨水が保存される。本実施例で
は保存容器が１１ａ〜１１ｆまで６個用意されているの
で、電磁弁１３ａ〜１３ｆを順次作動することにより雨
水が保存容器１１ａ〜１１ｆに順次ためられてゆく。保
存容器１１ａ〜１１ｆにためられた雨水は、検出機構２
１がサンプルの受け入れ可能状態になりしだい、１１ａ
〜１１ｆの順番で検出機構２１に送られて空になる。こ
の場合の動作は、例えば保存容器１１ａでは、電磁弁１
４ａ，１６，１７，１８が動作してシリンジポンプ２０
に保存容器１１ａ中の雨水が吸引され、次に電磁弁１８
が検出機構２１側に作動したときにシリンジポンプ２０
のピストンが動いて内部の雨水が圧送される。このよう
にして、保存容器は１１ａ〜１１ｆの順序で空になって
ゆくと共に、雨が続いて次の単位雨量雨水が転倒ます３
にためられたときには、空になった順番に次の雨水を受
け入れて保存してゆく。もしも、雨量強度が強くて保存
容器１１ａ〜１１ｆが雨水で満たされている間に次の単
位雨水が採取された場合には、この雨水を仮保存容器１
２にためる。 さらに次の単位雨水が供給される場合は、同様に仮保存
容器１２にためられ、この仮保存容器１２で二以上の単
位雨量雨水が混合され、雨水成分の濃度は均一化され平
均化される。この間に保存容器１１ａが空になり次第（
順序により保存容器１１ａが最初に空になる）、仮保存
容器１２にためられた雨水は電磁弁１４ｆ，１６，１７
，１８を介してシリンジポンプ２０に吸引され、その後
電磁弁１３ａが動作して保存容器１１ａに押し出される
。なお、上記動作は、すべてコントローラーの制御によ
って行なわれる。

【００１８】検出手段はいずれの場合でも一定の測定周
期、例えば吸光光度法の場合は３〜５分、イオンクロマ
トグラフィーの場合は１０〜１５分を要するため、測定
機構にサンプルを導入する間隔は測定手段の特性によっ
て決まる。なお、検出機構２１にはシリンジポンプ２０
、電磁弁１７，１８の動作によって標準液１９が予め供
給され、キャリブレーションされる。検出手段にイオン
クロマトグラフを用いる場合、標準液はイオンクロマト
グラフ用のサンプルループに送られる。

【００１９】以上のように、本装置においては、上述し
たような雨水の採取，保存，測定を繰り返すことにより
、検出機構の測定周期以上の時間をかけて単位雨量がた
まる場合には各単位雨量毎の測定が行なわれ、雨量強度
が強くなって単位雨量が測定周期時間内に２回以上たま
る場合は、その間の均一化された平均濃度の測定が行な
われる。

【００２０】本装置で測定を行なうことにより、図２の
ような測定結果を得ることができる。即ち、図２におい
て実線の矢印は０．５ｍｍ雨量毎の測定成分の真の濃度
を示し、点線は本装置による測定値を示すものである。 この図２より、本装置によれば単位雨量毎の雨水成分を
降雨順に測定できること、また雨量強度が強いときには
複数単位雨量の平均濃度が算出され（図中ａ〜ｃで示す
部分）、単位雨量毎の分布を近似的に求められることが
わかる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
一定の測定周期をもつ成分検出機構と一定の数の保存容
器とを用いて、雨量強度が一定せず、かつ降り続く時間
が一定しない全降雨の雨量単位毎の雨水成分の濃度分布
を、雨量強度が強いときでも適正に求めることができる
。また、本発明によれば、装置の複雑化を最小限に抑え
ることができる。従って、本発明の方法及び装置は、酸
性雨の精密な観測に特に好適に使用される。

【図面の簡単な説明】 　　　【図１】本発明雨水測定装置の一実施例を示す概
略図 【図２】図１の装置を用いて得られた測定値の一例を示
すグラフ 【符号の説明】 ２…受雨器 ３…転倒ます １１ａ〜１１ｆ…保存容器 １２…仮保存容器 ２１…成分検出機構

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　降雨を単位雨量毎に連続的に分割採取
   し、採取した単位雨量毎の雨水を複数個の保存容器に所
   定の順序にしたがって順次保存すると共に、これら保存
   容器中の雨水を上記順序にしたがって検出部に順次移送
   して単位雨量毎の雨水中の目的成分を検出するにあたり
   、採取した雨水を保存容器に保存するに際して空の保存
   容器がないときには、直前に採取した雨水を保存してい
   る保存容器にその雨水を重ねて保存するようにしたこと
   を特徴とする雨水測定方法。
2. 【請求項２】　　降雨を単位雨量毎に連続的に分割採取
   し、採取した単位雨量毎の雨水を複数個の保存容器に所
   定の順序にしたがって順次保存すると共に、これら保存
   容器中の雨水を上記順序にしたがって検出部に順次移送
   して単位雨量毎の雨水中の目的成分を検出するにあたり
   、上記保存容器より容量が大きい仮保存容器を設けると
   共に、採取した雨水を保存容器に保存するに際して空の
   保存容器がないときには、その雨水を上記仮保存容器に
   保存し、空の保存容器が生じたときに仮保存容器中の雨
   水を空になった保存容器に移すようにしたことを特徴と
   する雨水測定方法。
3. 【請求項３】　　降雨を単位雨量毎に連続的に分割採取
   する雨水採取機構と、複数個の保存容器を有する雨水保
   存機構と、雨水中の目的成分を検出する成分検出機構と
   、上記保存容器から成分検出機構に雨水を移送する雨水
   移送機構とを具備し、上記雨水採取機構で採取した単位
   雨量毎の雨水を上記雨水保存機構の複数個の保存容器に
   所定の順序にしたがって順次保存すると共に、これら保
   存容器中の雨水を上記雨水移送機構により上記順序にし
   たがって上記成分検出機構に順次移送して単位雨量毎の
   雨水中の目的成分を検出するにあたり、採取した雨水を
   上記保存容器に保存するに際して空の保存容器がないと
   きには、直前に採取した雨水を保存している保存容器に
   その雨水を重ねて保存するようにしたことを特徴とする
   雨水測定装置。
4. 【請求項４】　　降雨を単位雨量毎に連続的に分割採取
   する雨水採取機構と、複数個の保存容器とこの保存容器
   より容量の大きい仮保存容器とを有する雨水保存機構と
   、雨水中の目的成分を検出する成分検出機構と、上記保
   存容器から成分検出機構に雨水を移送する雨水移送機構
   とを具備し、上記雨水採取機構で採取した単位雨量毎の
   雨水を上記雨水保存機構の複数個の保存容器に所定の順
   序にしたがって順次保存すると共に、これら保存容器中
   の雨水を上記雨水移送機構により上記順序にしたがって
   上記成分検出機構に順次移送して単位雨量毎の雨水中の
   目的成分を検出するにあたり、採取した雨水を上記保存
   容器に保存するに際して空の保存容器がないときには、
   その雨水を上記仮保存容器に保存し、空の容器が生じた
   ときに仮保存容器中の雨水を空になった保存容器に移す
   ようにしたことを特徴とする雨水測定装置。