JPH068740B2 - 水中形超音波堆砂計の計測値検知方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、水力発電や水道取水場等での沈砂池、下水・
汚水処理場における沈澱池、水中構造物等を沈める際の
事前調査や河川の堆砂量監視等で用いられる水中形超音
波堆砂計において、計測値１００％近辺の指示値の、誤
計測の可能性を予め報知することが可能な、水中形超音
波堆砂計の計測値検知方法に関するものである。

［従来の技術］ 水力発電や水道取水場等の沈砂池では、堆積している砂
の量を検知して、堆砂量をある一定値以下にすること
が、その所定の性能を発揮する上で非常に重要なことで
ある。

また、河川、特に河床がコンクリートで固められ護岸工
事が行われているような河川の場合においても、ある一
定レベル以下の堆砂量を維持しないと、ちょっとした降
雨があると氾濫を起こす場合があるから、その堆砂量の
計測・監視は重要である。

一般に、水力発電における沈砂池は、ダムの設置現場か
ら１０数ｋｍ離れているので車で数時間掛けて近辺まで
行って更に歩いて数時間掛けて行く等、山の中の非常に
人里離れた箇所に設置されている場合が多く、また、当
該沈砂池を含めた周辺施設の状態の監視は、水力発電用
ダムに設置された集中監視室で行うことが多い。従っ
て、沈砂池の周囲は、無人状態であり、固定設置カメラ
や各種計測機器を用いて、沈砂池の状態の監視を行うの
が通常である。

そこで、堆砂量や沈澱物質の量（以下「堆砂量」とす
る。）の監視に用いられる機器の一つに水中形超音波堆
砂計（以下「超音波堆砂計」とする。）が存在する。

この種従来の超音波堆砂計に用いられている方法の原理
を図面に基いて説明する。

第２図はこの種の典型的な超音波堆砂計の原理を説明す
る模式図、第３図は静水状態で殆ど０％の堆砂量で超音
波堆砂計の超音波発振側と超音波受信側の信号の関係を
描く、（ａ）は堆砂状態と超音波堆砂計の関係を示す模
式図，（ｂ）は発射信号波と発射残響及び反射波の関係
を示すタイミングチャート，第４図は静水状態で１００
％近辺の堆砂量で超音波堆砂計の超音波発振側と超音波
受信側の信号の関係を描く、（ａ）は堆砂状態と超音波
堆砂計の関係を示す模式図，（ｂ）は発射信号波と発射
残響及び反射波の関係を示すタイミングチャートであ
る。

図中、Ａは水中形超音波堆砂計、Ｂは堆砂が全く溜まっ
ていないときの池底等、１は計測処理等を行い監視要員
に計測結果を示す指示器を含む計器部、イは堆砂、ロは
超音波発振及び受信を行う超音波発振器、ハは発射され
た信号波、ニは発射残響、ホは計測範囲、ヘは反射波で
ある。

従来の超音波堆砂計による堆砂量測定方法においては、
第２図から第４図に示すように、超音波発振器（ロ）よ
り超音波を発射した後、水底の堆砂（イ）表面に当たっ
て跳ね返ってきた超音波を探知し、この所要時間ｔを計
測することにより、次の式から距離Ｌを求め、これを堆
砂量として表示するものである。

（但し、ｖは水中での超音波伝播速度で、約1500m/sec
である。） 更に詳しく述べれば、第３図及び第４図に示すように、
超音波信号波（ハ）発射後のｔ１秒間はノイズである発
射残響（ニ）が超音波発振器（ロ）に残るため、この発
射残響（ニ）が消失したと思われるｔ２秒から計測範囲
（ホ）として計測を開始する。

つまり、信号波（ハ）の発射直後の発射残響（ニ）は感
知しても計数されず、あくまでもｔ２秒以降に感知した
堆砂（イ）からの反射波（ヘ）をもって距離Ｌを求め、
堆砂量を検知して指示器等に表示、例えば第３図の場合
であれば堆砂量０％，第４図の場合であれば堆砂量１０
０％と表示するのである。

ただし、超音波堆砂計（Ａ）における堆砂（イ）０％と
は、当該沈砂池等の機能に全く障害がでない程度の堆砂
量ということであり、沈砂池等の池底（Ｂ）に全く堆砂
（イ）がないという状態を指すものではない。また、超
音波堆砂計（Ａ）における堆砂（イ）１００％とは、当
該沈砂池等の機能に障害が確実にでる堆砂量ということ
であり、超音波堆砂計（Ａ）の直下に堆砂（イ）の表面
がきているという状態を指すものではない。すなわち、
ある沈砂池においては、超音波堆砂計（Ａ）から１０ｍ
の位置に堆砂（イ）の表面がきたら堆砂量１００％を指
示するが、別の沈砂池においては、超音波堆砂計（Ａ）
から５ｍの位置に堆砂（イ）の表面がきてもまだ堆砂量
６０％程度で、超音波堆砂計（Ａ）から１ｍの位置に堆
砂（イ）の表面がきたら堆砂量１００％を指示すること
もありうる。

なお、発射残響（ニ）とは、超音波発振器（ロ）が超音
波信号波（ハ）を発射した直後の機器の余韻や共鳴や発
振側から受信側への超音波の回り込み等で受信用機器を
設置した超音波発振器（ロ）が振動を続けている状態の
残響のことであり、超音波発振器（ロ）の種類や、個々
の超音波発振器（ロ）の例えば材質や形体や性能等によ
る固有特性や、超音波発振器（ロ）の周囲の状況例え
ば、水温、水質、流速、増・減水、気象、水象、近くに
震動源や発振源の存在や通過等により微妙に変化する残
響である。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが、従来の、超音波堆砂計を用いて堆砂量を計測
する方法においては、沈砂池等の流水中で使用する場
合、次のような重大な問題点が存在した。

従来方法の問題点を図面を参照して説明する。

第５図は緩やかな流水状態で殆ど０％の堆砂量で超音波
堆砂計（Ａ）の超音波発振側と超音波受信側の信号の関
係を示し、（ａ）は堆砂（イ）状態及び超音波堆砂計
（Ａ）の関係を示す模式図，（ｂ）は発射信号波と発射
残響及び反射波の関係を示すタイミングチャート、第６
図は急激な流水状態で殆ど０％の堆砂量で超音波堆砂計
（Ａ）の超音波発振側と超音波受信側との信号の関係を
示し、（ａ）は堆砂（イ）状態及び超音波堆砂計（Ａ）
の関係を示す模式図，（ｂ）は発射信号波と発射残響及
び反射波の関係を示すタイミングチャートである。

図中、トは渦流であり、実線矢印は水流の方向を示す。

超音波堆砂計（Ａ）を水流のある場所で使用した場合、
ある一定以上の流速になると、超音波堆砂計（Ａ）の水
に浸っている超音波発振器（ロ）の周辺に、乱流である
水の渦流（ト）が発生する。渦流（ト）は、流速が大き
くなればなるほど大きくなる この渦流（ト）の影響で、発射残響（ニ）は長くなると
いうのが判明しており、また、その渦流（ト）が大きく
なればなるほど、発射残響（ニ）は長くなるということ
も判明している。

下記にそのデータを、一例として挙げる。

上記のデータ例のように、流速が増加すると発射残響は
延長される。このようなデータにもとづき、超音波発振
器の計測開始時間を設定する。

従来方法における重大な問題点とは、つまり、この発射
残響（ニ）が、第５図のように緩やかな流水状態であれ
ば、渦流（ト）も小さいので発射残響（ニ）が延伸され
る割合も少なく、計測範囲（ホ）に入ることもなく誤ま
った指示値が指示器に表示されることもないが、第６図
のように急激な流水状態であれば、第６図（ｂ）に示す
ように渦流（ト）により延長された発射残響（ニ）が計
測範囲（ホ）の計測開始時点（ｔ２）を過ぎて入り込
み、殆ど堆砂（イ）が堆積していない第６図（ａ）のよ
うな沈砂池等の状態でも、超音波堆砂計（Ａ）はこれを
反射波として計測してしまい、指示器は堆砂量１００％
を指示してしまうのである。

通常、水力発電用のダム等においては、前記したよう
に、監視要員は集中監視室等の堆砂現場とは非常に離れ
たところで指示器や表示器を監視しているので、第６図
のように「１００％の指示値であるから、もう堆砂が機
能限界まできている」と指示器等を信用して堆砂浚渫用
の機器を運搬して堆砂現場へ到着してみると、まだ全然
堆砂（イ）が堆積していないという状態に遭遇するわけ
であり、当てが外れ、空振りとなり、これは、時間及び
労力の途方もない浪費へとつながる。

その結果、１００％近辺の指示値が正常値なのか渦流に
よる発射残響のいたずらなのかを判別することは極めて
重大問題である。

このような問題点に鑑み、本発明は、超音波堆砂計
（Ａ）の１００％近辺の指示値が渦流（ト）により延伸
された発射残響（ニ）による誤った指示値又は表示値で
ある可能性を予め報知することが可能である、水中形超
音波堆砂計の計測値検知方法を提供せんとするものであ
る。

［問題点を解決するための手段］ 前記問題点の解決は、本発明の次に挙げる新規な特徴的
構成手法を採用することにより達成される。

すなわち、本発明方法の特徴は、堆砂量の監視に用いる
水中形超音波堆砂計において、河川等のある一定以上の
流体速度が存在する場所にセットされた超音波発振器か
らの信号波発射所要経過後に開始し計測範囲開始時に終
了する設定時間内に渦流により延長された発射残響を検
知すると、誤計測の可能性を予め報知してなる水中形超
音波堆砂計の計測値検知方法である。

［作 用］ 本発明はこのような手法を採用するので、超音波堆砂計
の指示器が１００％近辺の指示値を指した場合、その指
示値の信頼性を高め、間違いのない堆砂量及び沈澱物質
の量の監視を実現することが可能である。

［実 施 例］ 本発明の実施例を図面につき説明する。

第１図は、本発明の実施態様を説明するための、（ａ）
は超音波堆砂計と堆砂等の関係を示す模式図、（ｂ）は
発射信号波と発射残響及び反射波の関係を示すタイミン
グチャートである。図中、チは発射残響の伸長による計
測異常を監視する計測異常検知領域、１ａは当該計測異
常検知領域に信号が侵入したことを監視要員に報知する
機能、例えばランプやブザーをもった報知器及び計測処
理等を行い監視要員に計測結果を示す指示器を含む計器
部である。

本実施例の実行手順を図面につき詳細に説明する。

まず、監視要員は、堆砂量を調査するため、信号波
（ハ）を発射する。その直後、発射残響（ニ）が計測開
始時点ｔ２まで伸長されなければ、報知機能は何も動作
しないが、第１図に示すように、発射残響（ニ）が渦流
（ト）の影響で計測開始時点ｔ２秒後まで伸長された場
合、計測異常検知領域（チ）に発射残響が侵入している
ので、当該計測異常検知領域（チ）に発射残響（ニ）に
よる信号が入力されたということを、ランプがブザー等
で監視要員に報知する。

従って、監視要員は、超音波堆砂計（Ａ）の計器部（１
ａ）の指示器が１００％を指示していても、同時あるい
はそれ以前に計測異常である可能性のある１００％堆砂
ということを警報されるから、超音波堆砂計（Ａ）の指
示が誤計測である可能性を知ることができる。

その後、監視要員は、適宜超音波発射を繰り返し、この
計測異常が検知されない時の指示値を見ればよい。

［発明の効果］ 以上のように、本発明を用いれば、１００％近辺の指示
値で誤った可能性のある指示値の場合、そのことを監視
要員に報知するので、正確な堆砂量及び沈澱物質の量の
監視を実現する。

従って、例えば水力発電等の沈砂池等に用いた場合、か
なり時間のかかる山の中の沈砂池まで重い浚渫用機器を
無駄に運ぶことがなくなるため時間・労力等を大幅に節
減できる等、優れた有用性，経済性を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施態様を説明するための、（ａ）は
超音波堆砂計と堆砂等の関係を示す模式図，（ｂ）はタ
イミングチャート、第２図はこの種の典型的な超音波堆
砂計の原理を説明する模式図、第３図及び第４図は静水
状態での超音波堆砂の超音波発振側と超音波受信側の信
号の関係を描く、（ａ）は堆砂状態と超音波堆砂計の関
係を示す模式図，（ｂ）はタイミングチャート、第５図
及び第６図は従来技術の問題点を説明するための（ａ）
は超音波堆砂計と堆砂量及び渦流の関係を示す模式図，
（ｂ）はタイミングチャートである。 Ａ…水中形超音波堆砂計 Ｂ…池底等 １，１ａ…計器部 イ…堆砂 ロ…超音波発振器 ハ…信号波 ニ…発射残響 ホ…計測範囲 ヘ…反射波 ト…渦流 チ…計測異常検知領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−155277（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−151469（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−74368（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−154076（ＪＰ，Ａ) 実開 昭56−86520（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−106084（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−176982（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭52−24424（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】堆砂量の監視に用いる水中形超音波堆砂計
   において、河川等のある一定以上の流体速度が存在する
   場所にセットされた超音波発振器からの信号波発射所要
   経過後に開始し計測範囲開始時に終了する設定時間内に
   渦流により延長された発射残響を検知すると、誤計測の
   可能性を予め報知してなる水中形超音波堆砂計の計測値
   検知方法。