JPH0664082B2 - 地下水の流向、流速測定方法とその測定器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 本発明は地盤中に存在する地下水につき、その流向、流
速の一方または双方を計測するための方法および、当該
方法の実施に用いられる測定器に関するものである。

《従来の技術》 既知の如く地下水は水質源の中で重要なものであるこ
と、また建設工事では止水、排水対策上から、地下水の
流向、流速測定の問題が重要視されて来ている。

ところで、これまで地下水の流れにつき直接これを測定
する方法としては、地盤中に種々のトレーサを注入し
て、その動きを追跡する手段が採られている。

しかし、この測定法によるときは、測定に可成りの時間
と労力をかけなければならないだけでなく、注入したト
レーサによる公害問題も発生するなどの欠陥をもってい
るため、近年ではあまり採用されていない。

そこで、上記欠陥を克服するため、最近ボーリング孔内
に放射性物質や電解質を注入したり、テレビジョン装置
を駆使する手段が提示されているが、この最近法もやは
り測定に手間がかかること、またボーリング孔内での測
定に限られ、従って盛土内の計測はできない等の難点が
ある。

そこで、既知のように水中の一点を加熱し、その周辺に
複数だけ離間配設した温度センサにより、周辺各点の温
度を測定することで、水流の流向、流速を測知しようと
する測定方法に基づき、これを地下水の流向、流速測定
に導入するようにした提案（特開昭59−160788）もなさ
れている。

しかし、上記提案によるときは、通常地下水の流速は非
常に遅いものであるため、水中の中央部であるヒータに
よって加熱し、その周辺の各点における温度を夫々の温
度センサによって測定してみても、実際上、ヒータによ
って過熱された昇温水が、各温度センサに達するまでの
降温状態となってしまうことと、さらには、中央のヒー
タから離間配設した隣装温度センサまでの距離差が小さ
いことから、当該各点における温度を測定して、その差
異を求めても、それは測定誤差の範囲に止まり、有意な
温度差を得ることができず、この結果、上記の如き手段
による地下水の流向、流速測定法は実用化の域に達して
いないのが現況である。

《発明が解決しようとする問題点》 本発明は上記従来手段の諸問題に鑑み検討されたもの
で、全く何等の物質も地下水に注入しないのはもちろ
ん、上記従来例の如く一個のヒータを用いるのではな
く、地下水の流れを遮断する基体の地下水流過表面にあ
って、ヒータとその近傍の温度測定素子とを一対とし、
これを複数対隣装露設した特殊な測定器を地盤中に埋設
しておき、これら各ヒータを通電加熱した際における、
各温度測定素子における温度分布を時間の経過に対して
測定し、これにより得られ温度分布経時変化グラフに基
づいて、当該地下水の流向、流速の一方または双方を測
知可能となし、これによって公害の生じない、しかも、
地下水を基体の地下水流過表面に沿って流過させること
により、当該流過速度を速くしてやることと、ヒータお
よび温度測定素子が基体に多設されることによって、所
定のヒータから、各温度測定素子までの地下水流過距離
差を充分に説明し得るようにすることで、各温度測定素
子における温度差を明瞭に検知し得るようにし、簡易迅
速にして高精度の測定を、広範囲な流速について可能に
しようとするのが、その目的である。

第２発明では上記第１発明に係る方法を実施するのに用
いられる測定器につき、従来例の如く、単に遅速な地下
水の流れにまかせるのではなく、地下水の流れを遮断す
る基体を用いることで、その地下水流過表面に地下水を
流すようにして、これにより地下水の流速を速くしてや
るだけでなく、この基体に、各別に通電加熱を可能とし
た複数のヒータと、これに近設した温度測定素子とを多
数隣設することで、温度分布経時変化グラフを簡易迅速
に、かつ高精度に、しかも遅い速度をも、充分に測定可
能とすることを、その目的としている。

また、前記従来の測定器では、ヒータの周辺に網目状の
センサプロテクタを配し、これに温度センサを付設し、
ヒータにより加温された地下水が温度センサに向けて流
れて行くよう構成されているのに対し、上記の如く地下
水を遮断する基体にヒータや温度センサを付設すること
によって、ボーリング孔内での測定はもちろんのこと、
盛土の内部に直接埋設しての測定にも、充分耐え得るよ
うにすることを目的としている。

《問題点を解決するための手段》 本願第１発明では上記の目的を達成するため、地下水を
もった地盤中に、地下水の流れを遮断する基体の地下水
流過表面にあって、所定方向に離間させて隣装露設した
所要複数のヒータと、当該各ヒータの近傍の露設した各
温度測定素子とが具備された測定器を埋設し、上記複数
のヒータに各別の通電を行って加熱した際の前記各温度
測定素子による時間の経過に対する各測温結果を得、当
該各測温結果である夫々の温度分布経時変化グラフか
ら、当該地下水の流向、流速の一方または双方の測知す
るようにしたことを特徴とする地下水の流向、流速測定
方法を提供しようとするものであり、本願第２の発明で
は、これまた前記の目的を達成するため、基体の所要地
下水の流れを遮断する基体の地下水流過表面にあって、
所要複数のヒータと、これら各ヒータの近傍の各温度測
定素子とが所定方向へ離間配置にて露設され、当該各ヒ
ータ、各温度測定用素子に接続された夫々各別のヒータ
用リード線、温度測定素子用リード線が、基体から導出
されていることを特徴とする地下水の流向、流速測定器
を提供したものである。

《実施例》 本願第１発明を説示するに先立って、第２発明である測
定器に関し第１図と第２図によって、これを詳記する。

第２発明に係る測定器１は、熱伝導率が低い電気絶縁材
料等を用いて形成した基体２に、所要複数のヒータ3,3
……が使用時横方向に離間される配置となるよう露設さ
れている共に、当該各ヒータ3,3……の近傍にあって温
度測定素子4,4……が、これまた露呈状態にて設けられ
ている。

従って、当然のことながら上記の基体２は、地下水の流
れを遮断することとなり、このため、当該基体に流当し
た地下水は、そのまま基体２内へ流入して行くのではな
く、基体２の地下水流過表面に沿って迂回して流過する
こととなる。

ここで第１図の実施例では基体２が円筒状（角筒状でも
よい。）に形成されると共に、ヒータ3,3……は何れも
直線状となっており、これらは基体２の外周壁2aである
地下水流過表面にあって、等間隔だけ外周方向へ横向き
に離間させて、長手方向に平行状となるよう露設されて
いる。これに対し第２図の実施例では、基体２が球状
（多面体でもよい。）に形成され、ヒータ3,3……は同
図（ｂ）に明示の如く、閉成されていないループ状とな
っており、このようなヒータ3,3……が基体２の球面壁2
bなどによる地下水流過表面にあって、全面的に略平等
分布となるように点在露設されており、従ってヒータ3,
3……は第１図のものと違って横向離間だけでなく、縦
向離間配置にもなっていて、これにより立体的な配在と
してある。

そして、この場合の温度測定素子4,4……は第２図
（ｂ）に明示の如く、ヒータ3,3……のループ内にあっ
て、その中央部に配在されている。

さらに、上記ヒータ3,3……は各別にその両端子3a,3bか
らヒータ用リード線5a,5bが、基体２内に延内され、さ
らに、これらのヒータ用リード線5a,5bは、基体２の一
端面から引き出されているコード６に集束されて外部へ
導出されており、従って、ヒータ3,3……には各ヒータ
毎に通電し、これを加熱することができる。

また温度測定素子4,4……に接続の温度測定素子用リー
ド線７も、基体２内を通ってコード６に集束導出され、
当該コード６は後に第３図、第４図につき説示される通
り、温度測定装置８に接続されたコントローラ９に接続
されることとなる。

次に、上記の測定器１を用いて本願第１発明に係る方法
を実施するには、先ず第１に第３図、第４図によって示
されている如き準備をしておくこととなる。

すなわち、所要数の測定器１を測定点に設置しておくの
であるが、その手段としては第３図の如く盛土地盤Ａで
ある場合は、盛土中の所定位置に予め埋設しておけばよ
く、第４図の如く現地盤Ｂであればボーリング孔B1を掘
削し、その中に測定器１を装下した後埋め戻すように
し、さらに前記の如く上記何れの場合も測定器１のコー
ド６を外部に引き出して、これを地上に設置してあるコ
ントローラ９に接続すると共に、当該コントローラ９の
出力側に温度測定装置８を接続するのである。

ここで、上記測定器１を埋設するに際しては、もちろん
どのヒータ３が、どちらを向いて配置されたかを確認し
ておく必要があり、例えば後述の如く一番最初に通電加
熱されるヒータが北向きとなるよう設置するのである。

このような準備が終れば、上記コントローラ９、温度測
定装置８を稼働させることによって、例えば第５図
（ａ）に示す如く最初の特定ヒータ３を所定時間の通電
により加熱し、当該加熱中と通電停止後における温度測
定素子4a,4b,4c,4d,4e……の各点にあっての温度を、所
定時間毎に温度測定装置８によって測知し、これにより
第５図（ｂ）（ｃ）（ｄ）に例示する如き温度分布経時
変化グラフを得るのである。

すなわち、ヒータ３によって加熱された地下水は、当該
地下水の流向、流速に基づいて流れることになるが、基
体２は地下水の直線的な通過を遮断することとなるの
で、当該地下水は基体２の外周壁2aや球面壁2b等による
地下水流過表面に沿って迂回して流れることとなるか
ら、地下水流過表面を流れる地下水は、地下水本来の流
速よりも速くなり、よって、加熱された地下水は、可成
りの流速によって短時間内に隣装の温度測定素子４から
次々と近設の温度測定素子４に流当して行くこととな
り、しかも、当該ヒータ３から各温度測定素子４までの
地下水流過距離には可成りの差異を保有させることがで
きるから、各温度測定素子における充分な温度差をもっ
た温度を経時的に測知することができる。

次に、上記ヒータ３とは別のヒータ３の通電加熱を行い
上述と同様にして温度分布経時変化グラフを得、このよ
うにして全ヒータについての通電加熱による温度上昇の
データを得るのである。

このような測温を行い各種の温度分布経時変化グラフが
得られたならば、次のようにして当該地下水の流向、流
速を知ることができる。

すなわち、今地下水が流れていないとすれば、通電した
加熱状態のヒータに近隣する箇所の温度は左右（前後）
対称となるわけで、当該ヒータから等距離にある温度測
定素子は等温を検知することとなる。

従って前記第５図（ｂ）の温度分布経時変化グラフが得
られたのであれば、ヒータ３の加熱により温度測定素子
4b,4dが同じ経時変化を示していることから、地下水の
流れはないことを知ることができる。

次に地盤中の地下水が流れているとすれば、加熱された
一つのヒータ３により加温された地下水は、流れにより
運ばれることとなるから、当該ヒータ３の上流側におけ
る地下水温よりも、下流側における地下水温の方が高い
温度とならはずであり、しかも加熱状態にあるヒータ近
傍に設けた温度測定素子の検知温度も、前記の流れがな
い場合における当該温度より低くなるわけである。

上記の事柄をもって前記第５図（ｃ）の温度分布経時変
化グラフを考察すれば、これまた同じ位置のヒータ３を
通電加熱しているが、第５図（ｂ）の温度測定素子4cが
検知した温度よりも、当該第５図（ｃ）の場合の方が低
温度となっているので地下水が流れていることを知り得
ると共に、温度測定素子4cに隣接の温度測定素子4bが、
これに次いで最も高い温度となっており、このことで流
れは4cから4bに向け第５図（ａ）に矢印Ｗで示した流向
となっていることを知ることができる。

さらに第５図（ｄ）の如き温度分布経時変化グラフが得
られたとすれば、温度測定素子4cにより第５図（ｃ）の
場合より低温度が測定されていることと、隣設下流側の
温度測定素子4bが他の箇所より高温で、かつ第５図
（ｃ）の場合よりも当該4bの温度上昇が早くなっている
ことから、前者の場合と同じく流れがあり、流向も同じ
あるが、流速は、さらに早くなっていることがわかる。

そして、上記の流速を上記各種の温度分布経時変化グラ
フから測知する最もよい手段は、予め室内実験により現
地の土と同じものを用いて、所定の流速を与えそのとき
の温度分布経時変化グラフを作成しておけば、この時間
に対する温度分布の関係図から、当該流速を求めるよう
にすることである。

《発明の効果》 本願第１発明に係る方法は、上記のようにして実施し得
るものであり、従って、公害問題を生ずる心配がないと
いうだけでなく、測定器の基体は地下水を、その地下水
流過表面へ向けて回流させることで、その速度を速くす
ることができ、しかも、ヒータと温度測定素子とが近接
状態で、当該地下水流過表面に隣装露設されていること
から、各温度測定素子間における地下水流過距離を充分
に設定でき、この結果温度測定素子における温度差を明
確にして高精度に、かつ迅速に測定可能となり、しか
も、複数設置した各ヒータに順次通定し測温を行うこと
で、各種の温度分布経時変化グラフを得ることができる
から、流速、流向につき極めて信頼性の高い測定結果を
得ることができる。このため、今予め実験による温度分
布の変化を得ておけば流速についても、難解な計算式を
用いるといったことなく測知することも可能となる。

また第２発明に係る測定器についても、上記の如き基体
と、ヒータそして温度測定素子との隣装多設による効果
だけでなく、基体を構成要素とすることで、盛土へ測定
器を埋設しても、ヒータ、温度測定素子が損傷してしま
うことなく、充分に測定機能を長期にわたって保持する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）（ｂ）は本発明に係る測定器の一実施例を
示す夫々側面図と平面図、第２図（ａ）（ｂ）は同上測
定器の他実施例による夫々側面図と、部分拡大側面説明
図、第３図と第４図は本発明に係る方法の実施態様を示
す夫々盛土地盤、現地盤の場合の縦断正面説明図、第５
図（ａ）は測定器の一通電加熱状態を示す平面説明図
で、同図の（ｂ）（ｃ）（ｄ）は夫々地下水の流速零状
態、低流速、同上流向高流速の場合において実測した温
度分布経時変化グラフを示す。 １……測定器 ２……基体 2a……基体の外周壁 2b……基体の球面壁 ３……ヒータ ４……温度測定素子 5a,5b……ヒータ用リード線 ７……温度測定素子用リード線

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】地下水をもった地盤中に、地下水の流れを
   遮断する基体の地下水流過表面にあって、所定方向に離
   間させて隣装露設した所要複数のヒータと、当該各ヒー
   タの近傍に露設した各温度測定素子とが具備された測定
   器を埋設し、上記複数のヒータに各別の通電を行って加
   熱した際の前記各温度測定素子による時間の経過に対す
   る各測温結果を得、当該各測温結果である夫々の温度分
   布経時変化グラフから、当該地下水の流向、流速の一方
   または双方を測知するようにしたことを特徴とする地下
   水の流向、流速測定方法。
2. 【請求項２】温度分布経時変化グラフは、各ヒータ毎の
   通電加熱開始時点から、通電停止後の側温結果を含んで
   いる特許請求の範囲第１項記載の地下水の流向、流速測
   定方法。
3. 【請求項３】地下水の流れを遮断する基体の地下水流過
   表面にあって、所要複数のヒータと、これら各ヒータの
   近傍の各温度測定素子とが所定方向へ離間配置にて露設
   され、当該各ヒータ、各温度測定用素子に接続された夫
   々各別のヒータ用リード線、温度測定素子用リード線
   が、基体から導出されていることを特徴とする地下水の
   流向、流速測定器。
4. 【請求項４】基体は円筒または角筒状に形成され、直線
   状のヒータが、当該基体の地下水流過表面を有する外周
   壁に等間隔だけ離間して長手方向に平行状に露設されて
   いる特許請求の範囲第３項記載の地下水の流向、流速測
   定器。
5. 【請求項５】基体は球または多面体状に形成され、ルー
   プ状のヒータが、当該基体の地下水流過表面を有する表
   面壁に略平等分布となるよう点在露設されていると共
   に、上記各ヒータのループ内に各温度測定素子が配在さ
   れている特許請求の範囲第３項記載の地下水の流向、流
   速測定器。