JPH09145447A

JPH09145447A - 液面レベル測定装置および液面レベル測定方法

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Publication number: JPH09145447A
Application number: JP30537395A
Authority: JP
Inventors: Hideyo Katayama; 英世片山
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-11-24
Filing date: 1995-11-24
Publication date: 1997-06-06
Anticipated expiration: 2015-11-24
Also published as: JP2781368B2

Abstract

(57)【要約】【課題】掘削穴径が小さく、かつ深さ千数百mに至る
深井戸等の特殊な環境下における地下液面の正確な測定
方法を提示し、もって温泉井戸、あるいは油井等におけ
る温水、石油等の地下浸透液体の湧出量の判定、評価に
有効な測定装置および測定方法を提供することを課題と
する。【解決手段】深井戸内の液体に一端が浸漬されたガス
導入管と、高圧の不活性ガスを供給するガス供給源と、
不活性ガスの圧力を調整するガス圧調整部と、ガス導入
管へ不活性ガスを供給する導入開閉部と、ガス導入管内
の圧力を測定する圧力測定部と、ガス圧調整部を制御す
る圧力制御部と、導入開閉部を制御する導入制御部と、
測定された圧力に基づいて所定の演算を行なう演算処理
部と、演算結果を表示出力する記録部とから構成されて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、温泉水、地下水等の水
位、あるいは石油等の地下浸透液体の液面レベルを測定
する測定装置およびその測定方法に関し、特に地下水位
の変動観測、および温泉井戸、油井等の湧出能力の判断
に用いる液面レベルの測定装置およびその測定方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、たとえば温泉井戸等の掘削におい
て、いわゆる湧湯能力を決定する温水の湧出量および湯
温を測定する方法としては、後述するように統一された
測定方法がなく、また現在行なわれている測定手法も定
性的で精度が低いため、温泉井戸の能力を正確、かつ絶
対的基準の元に評価することができなかった。

【０００３】以下に従来技術による温泉井戸の湧湯能力
の評価方法を説明する。一般に、温泉井戸内に湧出する
温水の量（以下、湧出量と記する）の計測方法は、揚湯
管の地下先端部付近に設けられた揚湯ポンプにより温水
を汲み上げながら井戸内の水位を計測し、温水の揚湯量
と地下からの湧出量がバランスして水位の変化を生じな
い状態になったときの揚湯量をその井戸の湧出量として
いる。そして、この湧出量が多いほど、また揚湯した温
水の温度が高いほど、その温泉井戸の湧湯能力が高いと
判断、評価している。

【０００４】井戸内の水位の計測方法についてさらに説
明すると、温泉井戸は、通常地下圧力に対して井戸内部
を保護するケーシングと呼ばれる円筒壁により形成され
ており、温泉の掘削時、湧湯能力を測定する際には、ケ
ーシング内に温水を汲み上げるための揚湯管とともに、
湧出する温水の水位を計測するレベルセンサが設置され
る。

【０００５】レベルセンサの簡易な構成としては、電極
スイッチを吊り下げ、温水面に接触して電気的に短絡し
た時の吊り下げ距離を測定して温水の水位を決定してい
た。また、精密な測定を要する場合には、電気式圧力セ
ンサをケーシング内に吊り下げ、温水中に浸漬し、圧力
センサに加わる水圧、いわゆる水頭圧により水深を算出
し、相対的な水位を決定していた。

【０００６】このような電気的に水位を測定するセンサ
を用いる方法とは別に、たとえば潜水作業等の水深２０
〜３０m程度の比較的浅い水深をモニタする方法とし
て、潜水作業者（ダイバー）への呼吸管にチューブを併
設し、このチューブに圧縮空気を送出することにより、
チューブ先端から圧縮空気が漏出する状態を圧力変化か
ら検知して、先端部（作業地点）の水圧と送出する圧縮
空気圧の平衡する圧力、すなわち水頭圧を測定し、水深
に換算する方法が知られている。なお、水頭圧（液圧）
と水深の関係については後述する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のような液面レベ
ル測定センサや水頭圧による水位の測定方法は、地下深
度が２０〜５０m程度といった比較的浅く、かつ水位検
知用センサの設置スペースに制限の少ない掘削穴径の大
きい井戸や海中等では適用することができる。しかしな
がら、近年、掘削井戸数の激増、温泉源の枯渇等によ
り、掘削深度を従来の数十mから数百m以上、場合によっ
ては２０００mに迫る深度の掘削が必要となる一方、井
戸掘削費用の負担軽減のため、掘削穴径をより小さくす
る必要性に迫られてきている。このように、井戸形状が
小口径かつ高深度となる場合、地下先端部でのケーシン
グ内径が１０cm程度と非常に小さくなり、温水等の汲み
上げ用ポンプ、揚湯管等の設置スペースを考慮するとセ
ンサを設置するスペースを確保することができなくなっ
ている。加えて、地上から液面レベルまでの距離が数百
mに至る井戸においては、上述した電極スイッチあるい
は電気式圧力センサを液面まで無接触、無衝撃の状態で
吊り下げることは物理的に不可能であり、センサとケー
シング内壁との接触による損傷、誤動作等を生じる欠点
があった。特に、精密な測定が可能な電気式圧力センサ
は非常に高価であるため、その取り扱い、設置には特別
な注意が必要となるとともに、計測終了後には井戸内よ
り回収する必要があり、センサの設置回収作業に多大の
経費と時間を要する欠点があった。そのため、井戸深さ
が千数百m以上に至る温泉井戸や油井等では、センサを
用いた液面測定を実質的に行なうことは不可能であっ
た。

【０００８】また、水頭圧による水深の測定方法が、掘
削穴径が１０〜２０cm程度と小さく、かつ井戸深さが数
百m以上に至る温泉井戸や油井に適用された例はなく、
このような特殊な環境における有効な液面レベルの測定
方法の確立と、温泉井戸の有効かつ絶対的な評価方法が
望まれていた。さらに近年、地震災害の頻発により緊急
性が望まれている地震予知観測の分野において、地下水
位の観測網の充実が緊急課題とされている。このような
地下水位の観測用井戸の掘削においても、地下水脈に達
する井戸掘削穴径を小さくすることで、短い工期で、か
つ安価に観測網を充実させることができるが、上述した
ように、水位検知用のセンサの寸法や価格により、井戸
掘削工事の長期化、費用負担の増大を招いており、より
簡易かつ安価で、精度の高い水位測定方法の開発が緊急
に求められている。

【０００９】本発明の目的は、掘削穴径が小さく、かつ
深さ数百mに至る深井戸等の特殊な環境下における地下
液面の正確な測定方法を提示し、もって温泉井戸、ある
いは油井等における温水、石油等の地下浸透液体の湧出
量の判定、評価に有効な測定装置および測定方法を提供
することにある。特に、請求項１および３記載の発明
は、液面レベルを水頭圧の原理に基づいて測定すること
により、たとえば地下水位の変動観測を簡易かつ精度良
く行なうことができるとともに、観測用井戸を短工期、
安価に掘削することができる液面レベル測定装置および
その測定方法を提供することを目的としている。

【００１０】また、請求項２および４記載の発明は、掘
削穴径の小さい深井戸内に湧出する地下浸透液体の液面
レベルを、所定の時間間隔毎に水頭圧の原理に基づいて
測定、算出することにより、液体の湧出量に基づく評
価、たとえば温泉井戸の湧湯能力を総合的に判断、評価
することができる液面レベル測定装置およびその測定方
法を提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１記載の発明は、一端が液体中に浸漬さ
れ、他端にガス供給系が接続されたガス導入管と、該ガ
ス供給系は、所定の一次圧力に圧縮された不活性ガスを
供給するガス供給源と、該ガス供給源の一次圧力を調整
して所望の二次圧力を得るガス圧調整部と、該ガス圧調
整部により圧力が調整された前記不活性ガスを前記ガス
導入管に供給する導入開閉部と、該導入開閉部により前
記ガス導入管に供給された前記不活性ガスの管内圧力を
観測し、前記ガス導入管の先端における前記不活性ガス
の漏出により前記液体の圧力と該管内圧力の平衡状態を
検知し、該平衡状態での管内圧力を測定する圧力測定部
と、該圧力測定部により測定された管内圧力に基づくデ
ータを表示、出力する記録部と、少なくとも前記導入開
閉部によるガスの供給を前記圧力測定部による前記平衡
状態の検知直後に遮断制御するとともに、前記圧力測定
部により測定された管内圧力から所定の演算式に基づい
て前記液体の液面レベルを演算する測定制御部とを備え
たことを特徴としている。

【００１２】また、請求項２記載の発明は、掘削井戸内
に湧出する地下浸透液体を所定の流量で汲み上げる汲み
上げ部が一端に設けられた汲み上げ管と、該汲み上げ管
の他端側に設けられ、前記液体の汲み上げ流量を検知、
測定する流量測定部と、該汲み上げ管の他端側に設けら
れ、前記液体の温度を測定する液温測定部と、前記流量
測定部からの流量に応じて前記汲み上げ部を制御して、
前記液体の汲み上げ流量を一定化する汲み上げ制御部
と、前記液体中に一端が浸漬され、他端が不活性ガス供
給系に接続されたガス導入管と、該ガス供給系は、所定
の一次圧力に圧縮された不活性ガスを供給するガス供給
源と、該ガス供給源の一次圧力を調整して所望の二次圧
力を得るガス圧調整部と、該ガス圧調整部により圧力が
調整された前記不活性ガスを前記ガス導入管に供給する
導入開閉部と、該導入開閉部により前記ガス導入管に供
給された前記不活性ガスの管内圧力を観測し、前記ガス
導入管の先端における前記不活性ガスの漏出により前記
液体の圧力と該管内圧力の平衡状態を検知し、該平衡状
態での管内圧力を測定する圧力測定部と、少なくとも前
記汲み上げ流量、前記液温、前記管内圧力に基づくデー
タを表示、出力する記録部と、少なくとも前記導入開閉
部によるガスの供給を前記圧力測定部による前記平衡状
態の検出直後に遮断制御するとともに、前記圧力測定部
により測定された管内圧力から所定の演算式に基づいて
前記液体の液面レベルを演算する測定制御部とを備えた
ことを特徴としている。

【００１３】また、請求項３記載の発明は、一端が液体
中に浸漬され、他端が不活性ガス供給系に接続されたガ
ス導入管に、所定の圧力を有する不活性ガスを導入し、
前記ガス導入管の前記液体側先端における前記不活性ガ
スの漏出により前記液体の圧力と前記ガス導入管内の圧
力との平衡状態を検知し、該管内圧力を測定するととも
に、該不活性ガスの導入を停止し、該不活性ガスの測定
圧力から所定の演算式を用いて前記液体の液面レベルを
演算して該測定圧力および該液面レベルを記録する、該
一連の測定手順を所定の時間間隔で行なうことを特徴と
している。

【００１４】さらに、請求項４記載の発明は、掘削井戸
内に湧出する地下浸透液体を所定の流量で汲み上げなが
ら、該液体中に一端が浸漬されたガス導入管に、所定の
圧力を有する不活性ガスを導入し、前記ガス導入管の前
記液体側先端における前記不活性ガスの漏出により前記
液体の圧力と前記ガス導入管内の圧力との平衡状態を検
知し、該管内圧力を測定するとともに、該不活性ガスの
導入を停止し、該不活性ガスの測定圧力から所定の演算
式を用いて前記液体の液面レベルを演算して該測定圧力
および該液面レベルとともに、前記液体の汲み上げ流量
および液温を記録する、該一連の測定手順を所定の時間
間隔で繰り返したのち、前記液体の汲み上げ流量を変更
して、再度所定の時間間隔で前記一連の測定手順を行な
うことを特徴としている。

【００１５】このような構成により、請求項１および３
記載の発明では、液体中に浸漬されたガス導入管から不
活性ガスが漏出する際の管内圧力を観測するとともに、
不活性ガスの供給を遮断するので、水頭圧の原理によ
り、当該圧力に相当する液面レベルが容易な演算で得ら
れるとともに、不活性ガスの浪費を効率的に抑制する。
さらに、水頭圧の観測を所定の時間間隔で行なうことに
より液面レベルの継続的な変化が測定される。

【００１６】また、請求項２および４記載の発明では、
掘削穴径が小さく、かつ深さ数百mに至る深井戸内に湧
出する地下浸透液体を一定の流量で汲み上げながら上記
請求項１および３記載の水頭圧の測定を所定の時間間隔
で行なうことにより、液体の湧出量が評価される。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１および３に記載
された液面レベルの測定装置および測定方法の構成およ
び原理を図を用いて説明する。図１は本発明の第１の実
施例を示す構成図である。ガス導入管１の一端側が、液
面レベルの測定対象となる液体中に浸漬され、他端側が
不活性ガス供給系３に接続される。不活性ガス供給系３
は、ガス導入管１の先端部に加わる液圧に相当する圧力
の不活性ガスを供給するガス供給源４と、ガス供給源４
の一次圧力を所定の二次圧に調整するガス圧調整部５
と、圧力の調整された不活性ガスのガス導入管１への導
入開閉を行なう導入開閉部６と、ガス導入管１内の不活
性ガスの圧力を測定する圧力測定部７とが直列に接続さ
れ、ガス圧調整部５は、圧力制御部９_-1により不活性ガ
スの二次圧が設定、制御され、導入開閉部６は、導入制
御部９_-2によりガス導入管１への不活性ガスの供給、遮
断が制御され、圧力測定部７が測定した圧力は、演算処
理部９_-3により所定の演算式に基づいて液面レベルが演
算される。これらの圧力制御部９_-1、導入制御部９_-2お
よび演算処理部９_-3は、測定制御部９を構成する。ま
た、演算処理部９_-3により算出された液面レベルは、記
録部８により表示、出力される。

【００１８】具体的構成の一例を示すと、ガス導入管１
は、長さ数百m程度、直径１０mm程度の樹脂製の配管を
複数本継いで構成される。ガス導入管１の一端側は、井
戸用ケーシング内に湧出する地下水、あるいは温水中に
浸漬され、他端側は、たとえば高圧窒素（Ｎ₂）の供給
系に接続される。ガスボンベ等の窒素ガス供給源（４）
の圧力（一次圧力）は、井戸の掘削深さあるいはガス導
入管１の長さから予め予想される水圧に相当する圧力以
上を用意する。窒素ガスの一次圧力は、減圧弁（５）に
より所定の二次圧に設定する。圧力の調整された窒素ガ
スは、電磁弁（６）によりガス導入管１への供給、遮断
が制御される。ガス導入管１に供給された窒素ガスの圧
力は圧力計（７）により常時観測される。減圧弁（５）
による二次圧力の調整を制御する圧力制御部９_-1、電磁
弁（６）による窒素ガスの供給、遮断のタイミングを制
御する導入制御部９_-2、および圧力計（７）により測定
された圧力の演算処理を行なう演算処理部９_-3は、マイ
クロコンピュータ等により構成される。演算処理された
データは、ディスプレイやプリンタ（８）により、表
示、出力される。

【００１９】このような構成において、導入制御部９_-2
からの信号により電磁弁（６）が開いて二次圧力の窒素
ガスをガス導入管１に供給されると、ガス導入管１内の
圧力が徐々に高められるのが圧力計（７）により観測さ
れ、ガス導入管１の先端から窒素ガスが水中に漏出し始
めると、圧力計（７）により観測される管内圧力が一定
化する。このタイミングで圧力計から導入制御部９_-2に
信号が出力され、導入制御部９_-2は、電磁弁（６）を閉
じて窒素ガスの供給を遮断する。同時に、圧力計（７）
により測定された圧力データが演算処理部９_-3に入力さ
れる。演算処理部は後述する演算式に基づいて水深を算
出し、プリンタ等に出力する。

【００２０】ここで、ガス圧調整部（減圧弁）５の制御
については、測定制御部９内の圧力制御部９_-1により行
うものとしたが、測定者が手動で予め設定制御する手法
を採用しても本発明の構成、作用になんら支障を与える
ものではない。次に、上述した構成を有する液面レベル
測定装置における請求項３記載の測定方法とその原理に
ついて図２および図３を示して説明する。構成について
は図１を参照する。

【００２１】ガス導入管１に所定の二次圧力の不活性ガ
スが導入開閉部６を介して導入されると、導入管１内の
圧力は徐々に高まる。図２（ａ）のように、ガス導入前
にはガス導入管１の外部および内部の液面２、２_-1は等
しくなっているが、ガスの導入によりガス導入管１内の
圧力が高まり、内部の液面２_-1は図２（ｂ）のようにガ
ス圧力Ｐ₂に平衡するレベルまで押し下げられる。さら
にガスが導入されると図２（ｃ）に示すようにガス圧力
が液圧に打ち勝ってガス導入管１の先端から液体中にガ
スが漏出する。この圧力変化を圧力測定部７により観測
すると、図３に示すように、ガス導入直後から圧力が急
激に上昇し（Ｐ₁→Ｐ₂）、ガス導入管１の先端からのガ
スの漏出時に最高圧力となった後、ガス導入管１内の圧
力伝達が安定化し、圧力Ｐ₃において平衡状態を示す。
この平衡状態を示すタイミングｔ₁で、導入制御部９_-2
が導入開閉部６を制御してガスの供給を遮断する。この
とき観測される圧力、いわゆる水頭圧Ｐから、演算処理
部９_-3により液面レベルの演算が行なわれるが、一般に
液面レベル（液面からの深さ）Ｈ（m）は、測定された
水頭圧Ｐおよび対象となる液体の密度ρ（g/cm³）と以
下の数式のような関係を示す。

【００２２】Ｐ＝ｐ＋α・ρ・Ｈ＋β ・・・但し、ｐは液面に加わる気圧、αは液体の温度条件に基
づく補正値、βは導入ガスの気体密度、温度条件に基づ
く補正値である。ここで、導入ガスの気体密度を大気と
同等とし、液体の温度条件、および導入ガスの気体密度
等の補正値を十分小さく見積もると、大気との相対圧力
と液面からの深さの関係は以下のように簡潔に示され
る。

【００２３】Ｐ＝ρ・Ｈ・・・たとえば対象となる液体が比重１（密度１g/cm³）の水
の場合、水深５００mであれば、水頭圧は実質的に５０k
g/cm²となる。そのため、ガス供給源４において必要と
される一次圧力は、少なくとも水頭圧Ｐ以上の高圧が必
要となるが、これは、井戸の掘削深さあるいはガス導入
管の長さから予め算出、想定することができる。

【００２４】このようにして測定、演算された水頭圧
Ｐ、液面レベルは、記録部８に表示される。以上の一連
の測定手順が所定の時間間隔毎に繰り返され、液面レベ
ルの変化が継続的に測定、記録される。次に、本発明で
使用する高圧の導入ガスについて説明すると、液面レベ
ルの測定対象となる液体中の発火性成分、たとえば油分
等との酸化反応（発火）を防止し、液体中に溶け込みに
くい特性を持つ気体である窒素ガス（Ｎ₂）、ヘリウム
ガス（Ｈｅ）等の不活性ガスを用いる。特に、空気組成
の７０％以上を占める窒素ガスの場合、圧力測定時のデ
ータの補正がほとんど必要なく、得られたデータをその
まま液面レベルの換算に使うことができるとともに、非
常に安価で容易に入手することができる。

【００２５】ところで、本発明に圧縮空気を使用する
と、数十kg/cm²の高圧に圧縮する必要があるため、非常
に発火危険性が高くなり、液体中に発火性の成分が含ま
れやすい温泉井戸や油井には適用することができない。
このような請求項１および３の液面レベルの測定装置お
よび測定方法は、地震予知観測用として整備される地下
水位の変動観測に有効に適用することができる。

【００２６】地下水位観測用井戸のケーシング内に樹脂
製配管を用いてガス導入管とし、地下水中にその一端を
浸漬する。一定時間毎に窒素ガスボンベから一定圧力の
窒素ガスを供給して、圧力計により水頭圧を検知し、ガ
スの供給を停止する。測定された水頭圧から地下水位を
演算し、記録する手順を繰り返す。これらのデータを所
定の観測通信網により特定の施設において集中的に監視
することにより、観測網全体の地下水位の動向を的確か
つ迅速に把握することができ、地震予知に大きく寄与す
ることができる。

【００２７】また、本発明の液面レベル測定装置および
測定方法を用いることにより、地下水位観測用井戸の掘
削穴径を極めて小さくすることができるため、井戸を短
工期かつ安価に掘削することができ、観測網の整備を迅
速に進めることができるうえ、地下水位の観測を簡単か
つ正確に行なうことができる。次に、本発明の請求項２
および４記載の発明に係る液面レベル測定装置および測
定方法を図に示して説明する。ここで、特に言及しない
限り温泉井戸を対象とした液面レベル測定装置と測定方
法を示すものとする。

【００２８】図４は、本発明の請求項２に記載の液面レ
ベル測定装置の第２の実施例を示す図である。図におい
て、地中に埋設され、所定の深さ、たとえば地下５００
mに至るケーシング１は、深度が大きくなるにつれて外
径および内径が小さくなる形状を有している。上述した
ように、井戸掘削穴径、すなわちケーシング径は、費用
削減のためより小さくされ、また温泉源の枯渇により掘
削深度は千数百m以上に至っている。そのため、ケーシ
ング先端部における内径は１０cm程度と小さくなる。こ
のケーシング１１内には、地中から湧出する温水に浸漬
して揚湯管１４（汲み上げ管）が設置されている。通常
揚湯管１４の温水浸漬側には、温水等を汲み上げるため
のポンプモータ１２および揚湯ポンプ１３（汲み上げ
部）が設置されている。揚湯管１４の地上側には汲み上
げられた温水の流量および水温を測定する流量計１７
（流量測定部）および温度計１８（液温測定部）が設置
されている。汲み上げられた温水は最終的に、貯湯槽１
９に排出される。揚湯管１４に設置されたポンプモータ
１２は、地上に設置されたインバータを有する揚湯量制
御装置１６（汲み上げ制御部）によりモーター動力線１
５を介して回転数が制御され、揚湯ポンプ１３の温水汲
み上げ量を調整する。また、ケーシング１１内には、温
水の水位を測定するためのたとえば直径８mm程度の液面
レベル測定用のパイプ２０（ガス導入管）が温水に浸漬
するように設置されている。この測定用パイプ２０は、
通常４００mの長さのパイプを順次継ぎ合せることで掘
削深度に対応する。測定用パイプ２０としては、樹脂性
のパイプを用いる。測定用パイプ２０の他端、すなわち
地上側には、窒素ガス供給系（ガス供給系）が設けられ
ている。窒素ガス供給系は、掘削深さから推定される圧
力以上の一次圧力を有する高圧窒素ガスボンベ２１（ガ
ス供給源）と、高圧窒素ガスボンベ２１からの窒素ガス
を所定の二次圧力に減圧する圧力計２３_-1付きの減圧弁
２３（ガス圧調整部）と、所定のタイミングで窒素ガス
を供給する開閉機構としての電磁弁２４（導入開閉部）
と、測定用パイプ２０内の圧力を測定する圧力計２５
（圧力測定部）とを有している。揚湯ポンプの揚湯量を
制御する揚湯量制御装置２６への制御信号線、電磁弁２
４への開閉制御信号線、圧力計２５、流量計１７および
温度計１８からの測定データは、湧湯能力計測装置２６
内の測定制御部に接続される。

【００２９】湧湯能力計測装置２６は、マイクロコンピ
ュータ等により構成される上記の測定制御部の他に、圧
力（水位）表示部２６ａ、流量表示部２６ｂ、温度表示
部２６ｃ、プリンタ２６ｄ（記録部）、計測開始スイッ
チ２６ｅ、計測終了スイッチ２６ｆ、揚湯量設定スイッ
チ２６ｇおよび計測時間設定スイッチ２６ｈを有してい
る。圧力表示部２６ａ、流量表示部２６ｂ、温度表示部
２６ｃには、圧力計２５、流量計１７および温度計１８
により測定されたデータが表示され、プリンタ２６ｄか
らは、これらの測定されたデータとともに、演算処理部
（測定制御部）により演算された水位、水位変動量等が
出力される。水位測定の開始、終了動作は、計測開始ス
イッチ２６ｅおよび計測終了スイッチ２６ｆにより指示
される。また、揚湯量設定スイッチ２６ｇおよび計測時
間設定スイッチ２６ｈにより、任意の揚湯量および計測
時間の設定が指示される。ここで指示された揚湯量は、
揚湯量制御装置１６を介してポンプモータ１２に伝えら
れる。

【００３０】なお、本実施例では、測定用パイプ２０と
して４００mの長さの樹脂製のパイプを示したが、通常
このパイプは、適度な弾性をもって巻き収納され、測定
時に順次引き出して延伸させるものの方が作業性がよ
い。パイプの材質としては、樹脂製以外の材質によるも
のであってもよい。但し、測定用パイプ２０として鋼管
を利用することもできるが、掘削深度数百mに至る長さ
では総重量が数百kgとなり設置作業上現実的ではない。
また、ケーシング内を、たとえば揚湯管１４とともに垂
直に延伸、下降させ、かつ数十kg/cm²の高圧ガスを導入
するため、パイプは、適度な弾性とガス圧力に耐える強
度が必要であることはいうまでもない。

【００３１】次にこのような温泉井戸の液面レベル測定
装置による請求項４記載の測定方法を図４のフローチャ
ートを用いて説明する。液面レベルの測定原理は上述し
た方法による。湧湯能力計測装置２６の揚湯量設定スイ
ッチ２６ｇにより所定の揚湯量Ｑ＝Ａ（たとえばＡ＝
０．１ｍ³／min.）が入力されると、揚湯量制御装置１
６に制御信号が出力され、インバータによりポンプモー
タ１２の回転数が設定される（Ｓ１０１）。次に、計測
時間設定スイッチ２６ｈにより所定の測定時間間隔ｔ=
ａ（たとえばａ＝１min.）を入力して測定制御部に設定
する（Ｓ１０２）。続いて電磁弁２４を開き、測定用パ
イプ２０に所定の二次圧力に設定された窒素ガスを供給
し、水頭圧Ｐを圧力計２５により測定した（測定時窒素
ガス供給は遮断）後、静水位Ｈ₀を算出し（Ｓ１０
３）、プリンタ２６ｄに出力する（Ｓ１１７）。続いて
計測開始スイッチ２６ｅをＯＮにして揚湯ポンプ１３を
駆動し（Ｓ１０４）、先に設定した揚湯量Ｑ＝Ａを確認
した後、電磁弁２４を開き、測定用パイプ２０に二次圧
力の窒素ガスを供給する（Ｓ１０５）。窒素ガスの供給
により測定用パイプ２０内の圧力は徐々に高められ（Ｓ
１０６）、パイプ先端から窒素ガスが漏出して、測定用
パイプ２０内の圧力が安定化するタイミング（ｔ₁）を
圧力計２５および圧力表示部２６ａによりモニタする。
このようにして水頭圧Ｐが検知された信号が圧力計２５
から入力されると、電磁弁２４を閉じて窒素ガスの供給
を遮断する（Ｓ１０７）。このとき、水頭圧Ｐを測定す
るとともに、流量計および温度計により観測している揚
湯量および湯温を測定する（Ｓ１０８）。測定された水
頭圧Ｐから、演算処理部が上述した数式に基づいて水
位を算出し（Ｓ１０９）、プリンタ２６ｄに出力する
（Ｓ１１７）。このような測定動作を所定の時間間隔ｔ
で所定の回数実行した後（Ｓ１１１）、揚湯ポンプ１３
を停止する（Ｓ１１２）。次に、ケーシング１１内の水
位が先に測定した静水位Ｈ₀に回復するまで、時間間隔
ｔで測定（Ｓ１１３、Ｓ１１４）し、プリンタ２６ｄに
出力する。（Ｓ１１７）ながらモニタする。続いて、先
に設定された測定時間間隔ｔを再設定ｔ＝ｂ（たとえば
ｂ＝１０min.）し（Ｓ１１５）、同様にして水頭圧、湯
温および水位の回復を測定する。このような操作を測定
時間間隔ｔ＝ｃ（たとえばｃ＝３０min、１h）について
も設定し、水頭圧Ｐ（水位）と湯温を測定する。予め設
定された数種類の時間間隔ｔでの測定終了後、揚湯ポン
プの揚湯量をＱ＝Ａ→Ｂ→Ｃ（たとえばＢ＝０．２ｍ³
／min.、Ｃ＝０．４ｍ³／min.）と変化させ、再び数種
類の測定時間間隔ｔ＝ａ→ｂ→ｃで一連の測定動作を行
なう（Ｓ１１６）。

【００３２】このようにして得られた水位変動量、回復
量（湧出量）、湯温等の測定、計算結果は順次プリンタ
２６ｄを介して取り出され、温泉井戸の能力を総合的か
つ絶対的に評価する指標となる。なお、上記実施例中の
説明では、測定用パイプ２０に供給される二次圧力を予
め一定に設定し、電磁弁２４の開閉制御のみで水頭圧Ｐ
を測定したが、本発明はこの手法に限定されるものでは
なく、減圧弁２３により二次圧力を随時変化させて水頭
圧Ｐをモニタする方法としてもよい。この場合、図１に
示したように測定制御部９内に設けられた圧力制御部９
_-1により減圧弁２３（ガス圧調整部５）を制御する手法
としてもよいし、測定者が随時減圧弁２３を操作しても
よい。

【００３３】また、本発明の測定用パイプ２０は、極め
て安価に入手することができるため、上述した湧湯能力
の測定後、測定用パイプ２０を回収する必要はない。そ
のため測定用パイプ２０の回収に関する経費および工期
が短縮される。特に、温泉井戸では、揚湯管１４内に溶
解物質が析出して揚湯管内径を狭くする現象が生じやす
く、このような現象の解決のため、未回収の測定用パイ
プ２０を利用して析出物質を溶解する薬剤の注入に用い
ることができる。この薬剤の注入により、温泉の揚湯能
力を確保することができるとともに、温泉寿命を伸ばす
ことができる。

【００３４】さらに、ガス供給系の各構成は上述したよ
うにパーソナルコンピュータ等を用いて一体化してもよ
いし、各機能毎に個別の専用装置によってもよい。その
ため、回収しない測定用パイプ以外のガス供給系の装置
を、たとえば湧湯能力計測装置２６のように一体化する
ことにより、取り外しが容易となり、他の測定地での測
定に有効に利用することができる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１および３
の発明では、掘削穴径が小さい井戸用ケーシング内にガ
ス導入管を付設し、ガス圧力を観測しながら水頭圧を測
定することにより、容易にかつ精度良く液面レベルを継
続的に決定することができるため、地震予知用の地下水
位観測用井戸の水位の変動を簡易かつ的確に測定するこ
とができる。

【００３６】また、本発明の測定装置によれば、井戸の
掘削穴径を１０cm程度と極めて小さくすることができる
ので、井戸の掘削工期を短縮するとともに、掘削費用を
低減することができ、地下水位の観測網を迅速に整備す
ることができる。さらに、請求項２および４の発明で
は、請求項１および３の発明を温泉井戸や油井に適用
し、掘削穴径が１０cm程度と小さく、かつ深さ千数百m
に至る井戸用ケーシング内に汲み上げ管、汲み上げ部と
ともに液面レベル測定用のガス導入管を付設し、汲み上
げ量を制御しながら所定の圧力の不活性ガスを送出し
て、液面レベルを測定することができるので、簡易にか
つ精度良く温泉井戸、油井の湧出能力を評価、判断する
ことができる。

【００３７】加えて、高圧に圧縮される不活性ガスとし
て窒素ガスを用いることにより、対象となる液体中に含
有する発火性物質との反応を防止して、安全な液面レベ
ルの測定方法を提供するとともに、入手、取り扱いが容
易であるため安価、かつ簡易な液面レベルの測定装置お
よび測定方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の請求項１に係る液面レベル測定装置の
第１の実施例を示す構成図である。

【図２】本発明の請求項３に係る液面レベル測定方法の
原理を説明する図である。

【図３】本発明の請求項３に係る液面レベル測定方法に
おける圧力変化を示す図である。

【図４】本発明の請求項２に係る液面レベル測定装置の
第２の実施例を示す構成図である。

【図５】本発明の請求項４に係る液面レベル測定方法を
説明するフローチャートである。

【符号の説明】

１ガス導入管２液面（水面）３ガス供給系４ガス供給源５ガス圧調整部６導入開閉部７圧力測定部８記録部９測定制御部９_-1 圧力制御部９_-2 導入制御部９_-3 演算処理部１１ケーシング１２ポンプモータ１３揚湯ポンプ１４汲み上げ管１５モータ動力線１６揚湯量制御装置（ＩＮＶ）１７流量計１８温度計１９貯湯槽２０測定用パイプ２１高圧窒素ボンベ２２ハンドバルブ２３減圧弁（ＲＥＧ）２３_-1 二次圧力設定用圧力計２４電磁弁（ＳＶ）２５圧力計２６湧湯能力計測装置２６ａ圧力（水位）表示部２６ｂ流量表示部２６ｃ温度表示部２６ｄプリンタ２６ｅ計測開始スイッチ２６ｆ計測終了スイッチ２６ｇ揚湯量設定スイッチ２６ｈ計測時間設定スイッチ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一端が液体中に浸漬され、他端にガス供給
系が接続されたガス導入管と、該ガス供給系は、所定の
一次圧力に圧縮された不活性ガスを供給するガス供給源
と、該ガス供給源の一次圧力を調整して所望の二次圧力
を得るガス圧調整部と、該ガス圧調整部により圧力が調
整された前記不活性ガスを前記ガス導入管に供給する導
入開閉部と、該導入開閉部により前記ガス導入管に供給
された前記不活性ガスの管内圧力を観測し、前記ガス導
入管の先端における前記不活性ガスの漏出により前記液
体の圧力と該管内圧力の平衡状態を検知し、該平衡状態
での管内圧力を測定する圧力測定部と、該圧力測定部に
より測定された管内圧力に基づくデータを表示、出力す
る記録部と、少なくとも前記導入開閉部によるガスの供
給を前記圧力測定部による前記平衡状態の検知直後に遮
断制御するとともに、前記圧力測定部により測定された
管内圧力から所定の演算式に基づいて前記液体の液面レ
ベルを演算する測定制御部とを備えたことを特徴とする
液面レベル測定装置。
【請求項２】掘削井戸内に湧出する地下浸透液体を所定
の流量で汲み上げる汲み上げ部が一端に設けられた汲み
上げ管と、該汲み上げ管の他端側に設けられ、前記液体
の汲み上げ流量を検知、測定する流量測定部と、該汲み
上げ管の他端側に設けられ、前記液体の温度を測定する
液温測定部と、前記流量測定部からの流量に応じて前記
汲み上げ部を制御して、前記液体の汲み上げ流量を一定
化する汲み上げ制御部と、前記液体中に一端が浸漬さ
れ、他端が不活性ガス供給系に接続されたガス導入管
と、該ガス供給系は、所定の一次圧力に圧縮された不活
性ガスを供給するガス供給源と、該ガス供給源の一次圧
力を調整して所望の二次圧力を得るガス圧調整部と、該
ガス圧調整部により圧力が調整された前記不活性ガスを
前記ガス導入管に供給する導入開閉部と、該導入開閉部
により前記ガス導入管に供給された前記不活性ガスの管
内圧力を観測し、前記ガス導入管の先端における前記不
活性ガスの漏出により前記液体の圧力と該管内圧力の平
衡状態を検知し、該平衡状態での管内圧力を測定する圧
力測定部と、少なくとも前記汲み上げ流量、前記液温、
前記管内圧力に基づくデータを表示、出力する記録部
と、少なくとも前記導入開閉部によるガスの供給を前記
圧力測定部による前記平衡状態の検出直後に遮断制御す
るとともに、前記圧力測定部により測定された管内圧力
から所定の演算式に基づいて前記液体の液面レベルを演
算する測定制御部とを備えたことを特徴とする液面レベ
ル測定装置。
【請求項３】一端が液体中に浸漬され、他端が不活性ガ
ス供給系に接続されたガス導入管に、所定の圧力を有す
る不活性ガスを導入し、前記ガス導入管の前記液体側先端における前記不活性ガ
スの漏出により前記液体の圧力と前記ガス導入管内の圧
力との平衡状態を検知し、該管内圧力を測定するととも
に、該不活性ガスの導入を停止し、該不活性ガスの測定圧力から所定の演算式を用いて前記
液体の液面レベルを演算して該測定圧力および該液面レ
ベルを記録する、該一連の測定手順を所定の時間間隔で行なうことを特徴
とする液面レベル測定方法。
【請求項４】掘削井戸内に湧出する地下浸透液体を所定
の流量で汲み上げながら、該液体中に一端が浸漬された
ガス導入管に、所定の圧力を有する不活性ガスを導入
し、前記ガス導入管の前記液体側先端における前記不活性ガ
スの漏出により前記液体の圧力と前記ガス導入管内の圧
力との平衡状態を検知し、該管内圧力を測定するととも
に、該不活性ガスの導入を停止し、該不活性ガスの測定圧力から所定の演算式を用いて前記
液体の液面レベルを演算して該測定圧力および該液面レ
ベルとともに、前記液体の汲み上げ流量および液温を記
録する、該一連の測定手順を所定の時間間隔で繰り返したのち、
前記液体の汲み上げ流量を変更して、再度所定の時間間
隔で前記一連の測定手順を行なうことを特徴とする液面
レベル測定方法。