JPH06214045A - 流体・流動センサ及びそれを用いた地下水調査方法 - Google Patents

流体・流動センサ及びそれを用いた地下水調査方法

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JPH06214045A
JPH06214045A JP24736292A JP24736292A JPH06214045A JP H06214045 A JPH06214045 A JP H06214045A JP 24736292 A JP24736292 A JP 24736292A JP 24736292 A JP24736292 A JP 24736292A JP H06214045 A JPH06214045 A JP H06214045A
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JP
Japan
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fluid
flow
optical fiber
flow sensor
heating wire
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JP24736292A
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English (en)
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Yukio Oi
幸雄 大井
Kiyoshi Mamiya
清 間宮
Seishi Fujii
勢之 藤井
Akinori Takahashi
昭教 高橋
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Oyo Corp
Eneos Corp
Original Assignee
Japan Energy Corp
Oyo Corp
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A90/00Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
    • Y02A90/30Assessment of water resources

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  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 一次元的に且つ時間的に連続して流体・流動
を測定する。また地下水位や地下水流動の位置や大きさ
も調査できるようにする。 【構成】 流体・流動センサ10は、光ファイバ12
と、それに沿って配置した電熱線14とを、耐熱性の電
気絶縁材16で被覆し一体化した長尺構造である。この
流体・流動センサを地中に設置し、電熱線に通電して発
熱させ、光ファイバに沿った温度分布を測定することに
より、地下水位あるいは流動を調査する。流体・流動セ
ンサを、地下水が存在するボーリング孔内に挿入し、光
ファイバに沿った温度分布を測定しながら電熱線に通電
して発熱させ、温度分布の時間的変化により地下水の流
動の大きさを調査する方法もある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバ式の流体・
流動センサ及びそれを用いた地下水調査方法に関するも
のである。更に詳しく述べると、光ファイバの近傍に電
熱線を配置して、被調査対象に対して積極的に温度上昇
という外乱を起こし、流体の存在や流動に起因する温度
変化を検出することにより、逆に流体の存在(有無及び
存在位置)や流動状態を調査する技術に関するものであ
る。この流体・流動センサは、特に地下水位や地下水流
動の調査・監視などに有用である。
【0002】
【従来の技術】地下水の流動とは、流動位置、流動
速度、水位変動などを意味する。これらを調査・監視
する従来技術としては、地中にボーリング孔を掘削し、
その孔内に水位計を挿入して水位を測定する方法、水に
溶解する塩類を孔内に投入して電気伝導度を測定する方
法などがある。また土中の水分のサクション力を測定す
る場合もある。
【0003】ところで現在のところ地下水調査とは無関
係の技術であるが、本願発明に関係する技術として光フ
ァイバ形温度分布計測システムがある。これは光ファイ
バにレーザパルス光を照射した時、光ファイバ中で発生
する後方散乱光のラマン散乱によるストークス光及び反
ストークス光の強度比が温度の関数であることを利用し
て温度を測定し、レーザパルス光を照射してから後方散
乱光として再び入射端に戻ってくるまでの遅延時間によ
って、散乱光発生地点を求めるものである。このシステ
ムは、光ファイバ自身がセンサであり、光ファイバに沿
った線上の温度分布を測定でき、約10kmの長さに延長
でき、位置の測定精度は約1m程度であると言われてい
る。この技術は、例えば自然環境の調査としては地熱温
度分布測定などに利用されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の地
下水調査方法にはそれぞれ特徴があり、調査目的に応じ
て使い分けられている。しかし、例えば土中のサクショ
ン力の変化から地下水の流動を検知・測定しようとする
場合は、ポテンショメータを埋設するが、これは点測定
であり線状に連続的な測定を行おうとすると多数個のセ
ンサの埋設が必要となるなどの限界がある。またボーリ
ング孔を掘削して孔壁から孔内に地下水が湧出してくる
位置を検知しようとする場合、孔内に食塩を投入して混
合し、電気伝導度を測定して、その変化の大きい部分に
湧出があると判断するが、これも測定は断続的とならざ
るを得ない。
【0005】他方、光ファイバ形温度分布計測システム
は、単に温度分布(光ファイバの長手方向の各部の位置
での温度)を測定するものであるから、通常土と水とで
殆ど温度差のない地盤中では、それ自体では地下水調査
などには使いようがない。
【0006】本発明の目的は、一次元的に且つ時間的に
連続した測定が可能な流体・流動センサを提供すること
である。本発明の他の目的は、地下水位の測定を一次元
的に又時間的に連続して行うことができ、また地下水流
動の位置や大きさも調査できる方法を提供することであ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、光ファイバ
と、それに沿って配置した電熱線とを、耐熱性の電気絶
縁材で被覆し一体化した温度分布測定方式の流体・流動
センサである。光ファイバと電熱線とは近接配置されて
いればよく、それぞれの形状や組み合わせ方は任意であ
る。使用条件(周囲の環境)によっては、電気絶縁材と
して耐食性を有するものを用いる。
【0008】また本発明は、光ファイバに沿って電熱線
を配置し、耐熱性の電気絶縁材で被覆し一体化した流体
・流動センサを地中に設置し、前記電熱線に通電して発
熱させ、前記光ファイバに沿った温度分布を測定するこ
とにより、地下水の水位あるいは流動を調査する方法で
ある。流体・流動センサを、地下水が存在するボーリン
グ孔内に挿入し、前記光ファイバに沿った温度分布を測
定しながら前記電熱線に通電して発熱させ、前記温度分
布の時間的変化により地下水の流動の大きさを調査する
方法もある。
【0009】
【作用】被調査対象が例えほぼ均一な温度分布をなして
いたとしても、光ファイバに対して積極的に外乱(温度
上昇)を加えると、それに部分的に温度を変動させる要
因が作用した時に温度分布に変化が生じる。その要因と
しては、極端な物性(熱容量)の違いや流体の流動など
がある。従って、逆に外乱(温度上昇)を加えてから後
の温度分布を測定することにより、それら物性の違いや
流体流動などを調査することができる。
【0010】例えば土中では、通常、地下水の有無にか
かわらず各部の温度はほぼ一定である。流体・流動セン
サを土中に設けて、その電熱線に通電すると、センサ全
体がほぼ均一に発熱して周囲よりも温度が上昇する。と
ころが土(あるいは空気)と水とでは熱容量が異なるた
め、土に接している部分と水に接している部分では温度
の上昇程度が異なり、水に接している部分の温度は上が
らない。それ故、電熱線に通電しながら光ファイバにレ
ーザパルス光を照射して温度分布を測定することによ
り、地下水位を検知することが可能となる。また地下水
が流動していると除熱効果は更に高くなり、流動が大き
いほど温度上昇速度が小さいし、また平衡状態での温度
も低くなる。これらの現象を追跡することによって帯水
層の位置や地下水流動の大きさを検知することができ
る。
【0011】
【実施例】図1は本発明に係る流体・流動センサの一実
施例を示す説明図である。この流体・流動センサ10
は、光ファイバ12と、該光ファイバに沿って近接配置
した電熱線14とを、耐熱性且つ耐食性の電気絶縁材1
6で共通に被覆し一体化した長尺構造である。
【0012】図2のAはその流体・流動センサを使用し
た地下水調査方法の一例を示している。流体・流動セン
サ10を地盤20内で垂直方向に、下部で折り返すよう
に埋設する。電熱線の両端には電源を接続して一定電流
を流す。光ファイバの一端には温度分布測定装置を接続
する。ここで図示の位置に地下水位Lがあるとする。電
熱線は通電によって発熱し、流体・流動センサ10全体
はほぼ均一な温度(但し、周囲温度よりもはるかに高い
温度)に上昇しようとする。その時、流体・流動センサ
10は、上部では土に接しているが、下部では地下水に
接している。土と水とでは熱容量が大きく異なり、水の
方がはるかに大きいため、流体・流動センサ10の上部
と下部とで温度上昇が異なり、且つ平衡状態でも温度分
布に差が生じる。水に接している流体・流動センサ10
の下部の方が温度は低くなる。つまり図2のBに示すよ
うな温度分布を検出できる。この温度分布から、温度の
低いレベルL以下に地下水が存在していることが検知で
きる。
【0013】図3のAは流体・流動センサ10の使用状
況の他の例を示し、Bはその時の温度分布を示してい
る。地盤20内に形成したボーリング孔22内に流体・
流動センサ10を挿入する。流体・流動センサ10はボ
ーリング孔22の底部で折り返されている。電熱線の両
端に電源を接続して一定電流を流し、光ファイバの一端
に温度分布測定装置を接続する点は上記の例と同様であ
る。地中に帯水層24があり、地下水の流動があると、
その部分での除熱効果は更に高まる。つまり図3のBに
示すように地下水の流動がある部分では、流体・流動セ
ンサ10から熱が奪われ温度が低下する。平衡状態でも
一定の温度分布が生じ、それを測定することで地下水の
流動位置(帯水層の位置)を検知することができる。
【0014】また流体・流動センサの電熱線に通電し始
めると、徐々に温度が上昇するが、その昇温速度は周囲
の状況に応じて変化する。例えば帯水層の位置で温度変
化を測定すると、図4に示すように、昇温曲線(時間経
過に対する温度の関係)は異なる。速やかに昇温する場
合からゆっくりと徐々に昇温するまで(曲線a,…,
d)さまざまである。地下水の流動が大きいほど除熱効
果は高くなるので、昇温速度は緩やかになる。つまり曲
線a→曲線dのように勾配が緩くなるほど流動が大きい
ことが分かる。従って、電熱線への通電を開始してから
後の温度変化を観測することで、地下水流動の大きさを
求めることが可能となる。また通電を停止すると徐々に
温度が降下し、その降温速度は周囲の状況に応じて変化
するから、降温曲線(曲線e,…,h)からも流動の大
きさを知ることができる。
【0015】図5は本発明方法の更に他の実施例を示し
ている。これらの例では、流体・流動センサ10を螺旋
状に巻き回して地盤20内に埋設したり(図5のA)、
地盤20に形成したボーリング孔22内に挿入してい
る。これによって分解能が向上する。例えば直径約30
cm(円周長1m)で1cmのピッチで巻き付けた構成とす
ると、直線状に配置した場合に比べて約100倍の精度
で地下水位や帯水層の位置を特定できることになる。な
お図示されていないが、これらの場合、流体・流動セン
サ10を円筒状のケーシングなどに巻き付け固定する構
成とすると、ボーリング孔などへの挿入も容易となり好
ましい。
【0016】本発明に係る流体・流動センサは、上記の
ような構成のみに限定されるものではない。例えば図6
に示すように、光ファイバ32と電熱線34を同じよう
に中間部で折り曲げて近接配置し、耐熱性の電気絶縁材
36で共通に被覆するような構成でもよい。このように
すると、土中への埋設やボーリング孔内への挿入作業性
がより一層向上する。また電熱線の両端への電源の接続
も容易となる。なお光ファイバは一端からレーザパルス
光を照射し、後方散乱光を検知するものであるから、折
り返さずに1本のみ添設する構成でもよい。
【0017】本発明に係る流体・流動センサは、水以外
の液体の存在や流動の検知にも利用できるし、その他、
ガスの流動(噴出など)の検知などにも利用可能であ
る。
【0018】
【発明の効果】本発明は上記のように光ファイバと電熱
線とを近接して耐熱性の電気絶縁材で被覆した長尺構造
の流体・流動センサであるから、電熱線に通電して発熱
させ、光ファイバで温度分布を測定することで、流体の
存在位置あるいは流動状況を一次元的に且つ時間的に連
続して測定することが可能である。
【0019】特に地下水調査に適用すると、1本の流体
・流動センサを地中に直接埋設したり、ボーリング孔内
に挿入するだけでよく、そのためセンサの設置が容易
で、設置コストも低く、地下水の水位、帯水層の位置、
地下水流動状況を、センサの長手方向の全長にわたって
連続的に精度良く調査することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る流体・流動センサの一実施例を示
す説明図。
【図2】その使用状況と温度分布の一例を示す説明図。
【図3】その使用状況と温度分布の他の例を示す説明
図。
【図4】本発明方法による地下水流動測定の説明図。
【図5】本発明方法による調査状況の他の例を示す説明
図。
【図6】本発明に係る流体・流動センサの他の実施例を
示す説明図。
【符号の説明】
10 流体・流動センサ 12 光ファイバ 14 電熱線 16 電気絶縁材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤井 勢之 東京都千代田区九段北4丁目2番6号 応 用地質株式会社内 (72)発明者 高橋 昭教 東京都千代田区九段北4丁目2番6号 応 用地質株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光ファイバと、該光ファイバに沿って配
    置した電熱線とを、耐熱性の電気絶縁材で被覆し一体化
    したことを特徴とする温度分布測定方式の流体・流動セ
    ンサ。
  2. 【請求項2】 光ファイバに沿って電熱線を配置し、耐
    熱性の電気絶縁材で被覆し一体化した流体・流動センサ
    を地中に設置し、前記電熱線に通電して発熱させ、前記
    光ファイバに沿った温度分布を測定することにより、地
    下水の水位あるいは流動を調査することを特徴とする地
    下水調査方法。
  3. 【請求項3】 光ファイバに沿って電熱線を配置し、耐
    熱性の電気絶縁材で被覆し一体化した流体・流動センサ
    を、地下水が存在するボーリング孔内に挿入し、前記光
    ファイバに沿った温度分布を測定しながら前記電熱線に
    通電して発熱させ、前記温度分布の時間的変化により地
    下水の流動の大きさを調査することを特徴とする地下水
    調査方法。
JP24736292A 1992-08-24 1992-08-24 流体・流動センサ及びそれを用いた地下水調査方法 Pending JPH06214045A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010164536A (ja) * 2009-01-19 2010-07-29 Japan Oil Gas & Metals National Corp 地下ガス体の流動検知方法
JP2011174768A (ja) * 2010-02-23 2011-09-08 Central Res Inst Of Electric Power Ind 地盤の深さ方向における水分量測定装置
WO2016068736A1 (en) 2014-10-31 2016-05-06 Neostrain Spółka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia Method, system and prefabricated multi-sensor integrated cable for detection and monitoring of a fluid flow, in particular of a fluid flow in filtration processes, especially of leakage in constructions and/or in ground
CN105676308A (zh) * 2016-01-14 2016-06-15 中国地质大学(武汉) 一种单井地下水渗流流速流向测量方法及测量仪

Cited By (5)

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