JPS636684Y2

JPS636684Y2 -

Info

Publication number: JPS636684Y2
Application number: JP1981070266U
Authority: JP
Priority date: 1981-05-15
Filing date: 1981-05-15
Publication date: 1988-02-25
Also published as: JPS57183563U

Description

【考案の詳細な説明】〔考案の属する分野〕本考案は、地下水の流動測定装置に係り、とく
にボーリング孔内に降下設置されて測定を行う際
に好適な地下水の流動測定装置に関する。

〔従来の技術とその問題点〕

近年、凍結工法の採用の可否の判断や、地下水
汚染の調査等を行う上で、地下水の流動（流速及
び流向）を正確に測定する必要が多くなつてきて
いる。従来より、地下水の流動測定方法として広
く利用されているものに所謂トレーサ法がある。
この方法は、複数のボーリング孔を堀削し、内、
中心の１孔に食塩あるいは色素を投入して他のボ
ーリング孔との間で電気抵抗あるいは濃度の経時
的変化を調べ、到達時間及びその位置から流動を
測定するものである。けれども上記従来技術にお
いては、ボーリング孔を多数堀削しなければなら
ず、調査費用が極めて高くなるとともに、測定箇
所での地下水の流速が遅いときには測定に長時間
を要し、且つ、その間に降雨等により地下水流が
変化することが多く、正確な測定を行うことが困
難になるという本質的欠点を有していた。

最近、上記従来技術の欠点を改善する試みとし
て、ボーリング孔を１孔堀削するのみで、地下水
の流動を安価に且つ迅速に測定する方法が考案さ
れている。これは、例えば、前記ボーリング孔内
に測定手段としてのプロペラ式流速計を降下配置
し、該プロペラの回転数及びその変化により、流
向及び流速を測定したり、また特公昭45−25029
に開示された発明の如く、円板をボーリング孔内
に降下させ、該円板に作用する孔内水の上昇流お
よび下降流による圧力差から地下水の流動状況を
推定したりするものである。

しかしながら、上記従来技術においては、いづ
れもボーリング孔の孔内水の流れを地下水の流れ
として流動測定を行うものであるが、礫層等の地
盤内を流れる地下水がボーリング孔内に到ると、
該ボーリング孔内で摩擦抵抗が不連続となるため
に乱流を生じ、従つて、比較的小さな径であるボ
ーリング孔にあつては地下水の流速が極めて微小
な場合でも正確な流動測定が困難になるという欠
点を有していた。

〔考案の目的〕

本考案は上記従来技術の欠点に鑑みなされたも
のであつて、簡単な構成により、ボーリング孔に
降下された流動測定装置の観測部内の地下水の流
れを整流させることにより、地下水の流動を正確
に測定することができる地下水の流動測定装置を
提供することを、その目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本考案は、流動の測定手段が配設された円筒状
の観測部を有し、地盤に堀削されたボーリング孔
内に降下設置される地下水の流動測定装置におい
て、前記観測部を円筒状で導電性部材から成る網
状部材で取り囲むとともに、この網状部材を含む
前記観測部全体を密封し、且つ測定時には中心線
に沿つて上方に摺動可能に形成されたスリーブを
装備する、という構成を採り、これによつて前記
目的を達成しようとするものである。

〔考案の実施例〕

以下、本考案の一実施例を第１図ないし第１０
図に基づいて説明する。

第１図は、本考案に係る地下水の流動測定装置
を用いて、実際に観測を行つている場合の一例を
示す概略説明図である。図においては、１は地盤
Ｅ内を、地表から所定深さの地下水層（礫層な
ど）内まで堀削された測定用のボーリング孔であ
る。このボーリング孔１内に、ボーリングロツド
２を介して吊持された流動測定装置の一例として
の測定用プローブ（以下、単に「プローブ」とい
う）３が試験深度まで降下挿入されている。ここ
で、前記プローブ３の方向は、該プローブ３の上
部に内蔵された方位計（第２図参照）４によつて
確認されながら、所定の向きに設置固定されるよ
うになつている。

一方、地盤Ｅ内の前記地下水層には、図の矢印
Ｆで示す地下水の流れがあり、これがため前記ボ
ーリング孔１の下端部（記号「▽」で示す）に地
下水Ｗが湧出し、この地下水Ｗの中に前記プロー
ブ３が侵漬されることになる。

前記プローブ３は、ボーリングロツド２内に延
設されたケーブル５によつて、外部の計測機器等
（図示せず）と電気的に接続されており、これに
より、地下水の流動測定及び記録を行えるように
なつている。

次に、前述したプローブ３の具体的構成を第２
図に示す。このプローブ３の主要部であるプロー
ブ本体部３Ａは、上部に方位計４が内装された円
筒状のプローブ本体６と、このプローブ本体６の
下端に装着された円板形のヘツド７と、このヘツ
ド７の下方に、所定の距離をおいて配置された底
盤８とから構成されている。

前記ヘツド７は、絶縁材から形成されており、
このヘツド７には、下方に突出した複数個の電極
１０，１１Ａ，１１Ｂ，……，１８Ａ，１８Ｂが
第６図に示すように同心円且つ放射状に配設され
ている。そして、このヘツド７は、所定の長さを
有する４本の支柱２０，２０，……の上端部に
て、前記プローブ本体６の下端面にねじ止めさ
れ、これにより、該プローブ本体６に密閉装着さ
れるようになつている。前記ヘツド７の第２図に
おける上面側には、ケーブル５の下端を支持する
支持板２１が固着されており、このケーブル５を
介して、前記電極１０，１１Ａ，……１８Ｂの所
定の配線がなされている。

一方、前記底盤８は、支柱２０，２０，……の
下端部にナツト２２，２２，……によつて固定さ
れており、これにより前記ヘツド７の下端面と底
盤８との間に、所定の空間部（観測部）２３が形
成され、この観測部２３内に地下水が流入し得る
ようになつている。この底盤８は、後述するよう
に、置換物質（第２図参照）２４を充填せしめる
容器底としての機能を有する他、プローブ３全体
をボーリング孔１内に降下させるとき、誤つて当
該ボーリング孔１の底に押下した場合でも、前記
電極１０，１１Ａ，……等の破損を防止するとと
もに、さらに、前記観測部２３内の流れを安定に
する等の機能を有するものである。

前記観測部２３の周囲は、網状部材によつて囲
燒されている。即ち、前記ヘツド７の下面側周端
部と、底盤８の上面側周端部との間に、前記ヘツ
ド７に植設された測定手段としての電極１０，１
１Ａ，……を取り囲んで筒状の金網２５が配設さ
れている。この金網２５は、第１０図に示すよう
に、前述したボーリング孔１内に生じる地下水の
乱流（第１０図の矢印Ｒ参照）成分を、該金網２
５の抵抗作用により、比較的速い流れとして金網
２５の外側を流さしめ、この金網２５の内部に
は、地下水の進行方向に係る層流成分のみを流入
させ、且つ整流することにより、前記地下水層内
の地下水の流動（第１０図の矢印Ｑ参照）と略同
一の流れを観測部２３内に発生させる機能を有し
ている。また、前記金網２５は、ボーリング孔１
の孔壁（第１図参照）１Ａの崩れ等により、前記
観測部２３内への異物の侵入を防ぐとともに、電
極１０，１１Ａ，……を電気的にシールドして地
電流等による外来雑音の影響を除去し、また後述
するように、スリーブ３０の上昇時に生じる乱流
の発生を抑制するためのものである。

このように構成されたプローブ本体部３Ａの上
端には、前記プローブ本体６の外径より小さな径
を有する案内ロツド２６が固着され、これによつ
て全体がピストン形に構成されるとともに、この
案内ロツド２６の上端に前記ボーリングロツド２
が接続されるようになつている。そして、前記案
内ロツド２６の上端部には、後述するスリーブ３
０の上方向移動を制限するための円環状のストツ
パー２７が嵌着されている。

前記プローブ本体部３Ａの全長に亘つて、該プ
ローブ本体部３Ａの外周部を囲燒するスリーブ３
０が上下動可能に装備されている。このスリーブ
３０は、底部が開口した壜状のシリンダ形に形成
されている。即ち、前記スリーブ３０は、プロー
ブ本体部３Ａの側面部分を被覆する円筒部３１
と、この円筒部３１の上端部近傍が前記プローブ
本体６の上端にて内方向に略円錐状に曲折された
肩部３２と、この肩部３２の内端部より前記案内
ロツド２６に当接して上方に延設された首部３３
とから構成されている。そして、前記プローブ本
体６の上下端部近傍及び底盤８の下端部に装着さ
れたＯリング３４ないし３６によつて、前記円筒
部３１とプローブ本体部３Ａとの間が密閉され、
また首部３３の上端部に装着されたＯリング３７
によつて、該首部３３と案内ロツド２６との間が
密閉され、且つ、スリーブ３０全体が上下方向に
摺動自在となるように形成されている。このよう
に構成されたシリンダ形のスリーブ３０と、ピス
トン形の前記案内ロツド２６及びプローブ本体６
とによつて、ピストン・シリンダ機構３８が形成
されるようになつている。これを更に詳述する
と、シリンダ部としての前記スリーブ３０の肩部
３２には、第２図の左側部分に示すように、吐出
口３９が穿設されており、この吐出口３９の外側
部にホース４０と接続されたノズル４１が嵌合さ
れている。そして、前記ホース４０を介して外部
に設けられた水圧ポンプ（図示せず）より、所定
の圧水がスリーブ３０の肩部３２と、ピストン部
としてのプローブ本体６の上端面との間に注入さ
れるようになつている（第２図の矢印Ａ参照）。
この圧水の注入により、スリーブ３０が反力を受
けて上方に移動されることになる（第４図参照）。
一方、スリーブ３０の下方移動（復帰）は、前記
肩部３２の第２図における右側に設けられた抜弁
４２を開放して該スリーブ３０全体を下方へ押し
下げることにより、簡単に行うことができるよう
になつている。

ここで、前記スリーブ３０の上方向移動は、前
述したストツパー２７によつて制限され、このと
き、前記観測部２３全体がボーリング孔１内に露
出されるようになつている（第１図、第４図参
照）。また、スリーブ３０の下方向移動は、前記
肩部３２の内側に設けられた段部４３が、プロー
ブ本体６の上端縁に当接することにより制限さ
れ、このとき、前記円筒部３１の下端部が前述し
た底盤８の側部に嵌合するようになつている（第
２図、第３図参照）。このため、前記観測部２３
が外部から密閉されることになる。

このように構成されたスリーブ３０は、地下水
の流動を測定する前には下方に配置されて、前記
観測部２３内に、予め地下水とは電気的又は化学
的性質の異なる置換物質（例えばNaCl溶液、酸
又はアルカリ溶液等）２４を密閉充填させるため
のものであり、また流動の測定時には上方に移動
されて、前記観測部２３内に地下水を流入せし
め、これにより、前記置換物質を地下水の流動に
従つて外部へ押し出させるためのものである。さ
らに、このスリーブ３０は、前記プローブ３をボ
ーリング孔１内に降下させる際、当該プローブ３
Ａを孔壁１Ａへの衝突から保護する機能を有して
いる。

次に、前記ヘツド７に突設された電極１０，１
１Ａ，……の構成並びに測定方法を第６図及び第
７図に基づいて説明する。

まず、第６図において、ヘツド７の中心位置に
中心電極１０が設けられており、この中心電極１
０を中心として水平面内の８等分方向に、同心円
状に外部電極１１Ａ，１２Ａ，……，１８Ａが植
設されている。また、前記中心電極１０と各外部
電極１１Ａ，……，１８Ａの間には、放射状か
つ、同心円状に補助電極１１Ｂ，１２Ｂ，……１
８Ｂが設けられている。そして、一方向をなす。
例えば外部電極１１Ａと補助電極１１Ｂ及び中心
電極１０が一組の測定電極群を構成するようにな
つている。即ち、例えば置換物質として電解液を
用い地下水との抵抗率の差を利用する場合につい
て説明すると、第７図に示すように、一対の直列
接続された固定抵抗R₁，R₂に対し、前記外部電
極１１Ａと補助電極１１Ｂとの間の抵抗（液体抵
抗）RX１１及び該補助電極１１Ｂと中心電極１
０との間の抵抗RY１１をブリツジ接続し、前記
外部電極１１Ａと中心電極１０との間に所定の交
流電圧を印加するとともに、前記固定抵抗R₁，
R₂間の端子Ｓと、補助電極１１Ｂとの間の電圧
Ｖ１１の変化を測定するようになつている。この
ように、測定回路５０を構成することにより、予
め観測部２３内に充填された電解液等が、地下水
の流入に従つて、観測部２３外に押し出される
際、前記外部電極１１Ａと補助電極１１Ｂとの間
の抵抗RX１１と補助電極１１Ｂと中心電極１０
との間の抵抗RY１１が順次変化するため、この
抵抗変化の様子を前記測定電圧Ｖ１１の変化とし
てとらえることができる。具体的には、外部電極
１１Ａから中心電極１０に向かつて、前記置換物
質と地下水との置換が進行するとき、地下水が外
部電極１１Ａにさしかかると、RY１１が徐々に
大きくなり、よつて測定電圧Ｖ１１が変化し始
め、そして補助電極１１Ｂに到ると抵抗RX１１
とRY１１の差が最大になつてピークを示し、さ
らに地下水が中心電極１０まで進行するとRY１
１も増大するため、測定電圧Ｖ１１は再びもとの
値近くに戻る。従つて、前記測定電圧Ｖ１１のピ
ーク時より、補助電極１１Ｂへ地下水が到達した
タイミングを検知することができる。

このブリツジ回路５０によれば、前述した地下
水と置換物質との抵抗率の差の他、誘電率の差等
を利用して測定することも可能である。

他の外部電極１２Ａ〜１８Ａ及び補助電極１２
Ｂ〜１８Ｂについても、前述した外部電極１１Ａ
及び補助電極１１Ｂの場合と全く同様に構成され
ており、各々ブリツジ回路（図示せず）にて、電
圧Ｖ１２〜Ｖ１８が測定されるようになつてい
る。

次に、上記実施例の全体的動作を第８図及び第
９図に基づいて説明する。

まず、予めプローブ３の前記観測部２３内に測
定対象の地下水とは電気的又は科学的性質の異な
る置換物質（例えば、地下水の抵抗率が高い場合
にはNaCl溶液等の電解液、一方、地下水が塩分
を含んで抵抗率が比較的低い場合には純水等を使
用する。ここでは、NaCl溶液を用いることとす
る。）２４を充填し、スリーブ３０を最下方に移
動させた状態（第３図参照）で、該プローブ３を
ボーリング孔１内の所定の深度に降下させる。こ
のとき、プローブ３の方向は、前述した方位計４
によつて所定方向に配置される。

次に、プローブ３の降下によるボーリング孔１
内の地下水の攪乱がおさまつたのち、前記ホース
４０を介して、圧水をスリーブ３０内に注出し、
該スリーブ３０を静かに上方へ移動させる。この
とき、スリーブ３０の上昇に伴い、該スリーブ３
０の下端部近傍に乱流を生じるが、前記金網２５
の働きによつて、観測部２３内側での乱流が抑制
され、前記NaCl溶液２４の流出は殆ど生じない
（第５図参照）。

そして、スリーブ３０が最上端に移動すると、
地下水Ｗの流動に従つて、次第に前記観測部２３
内に地下水Ｗが流入し、これに伴いNaCl溶液２
４が外部へ押し出される。この際、前述した金網
２５の作用で、観測部２３内にはボーリング孔１
によつて生じた乱流が殆ど流入しない他、該金網
２５及び前記底盤８により観測部２３内の流れが
整流されるため、該観測部２３内は地下水層内の
流れと略同一な層流状態となる。

ここで、地下水Ｗが、例えば、外部電極１１Ａ
→外部電極１５Ａ方向へ流動する場合、まず、外
部電極１１Ａに地下水Ｗが到達するので、電圧Ｖ
１１が最初に変化する（第８図１、第９図のT₁
参照）。これにより、地下水Ｗの流向が外部電極
１１Ａ→１５Ａの方向であることが検出される。
続いて地下水Ｗが補助電極１１Ｂ位置まで進行す
ると、外部電極１１Ａと補助電極１１Ｂとの間の
抵抗が最大となり、前記電圧Ｖ１１がピークを示
す（第８図２、第９図のT₃参照）。そして、さら
に地下水Ｗが進行すると、補助電極１１Ｂと中心
電極１０との間の抵抗も大きくなるため、前記電
圧Ｖ１１はもとに戻る（第８図３、第９図のT₄
参照）。従つて、前記電圧Ｖ１１のピーク時を測
定することにより、地下水Ｗが補助電極１１Ｂ位
置に到達したタイミングが求められる。

一方、他の測定電極群においては、例えば外部
電極１２Ａ、補助電極１２Ｂ及び中心電極１０間
のブリツジ回路に係る測定電圧Ｖ１２は、外部電
極１１Ｂに地下水Ｗが到達するタイミングが外部
電極１１Ａに到達するタイミングより遅れ、従つ
て、電圧Ｖ１２の変化開始も遅延する（第９図の
T₂参照）。

また、NaCl溶液２４の拡散のため、該NaCl溶
液２４の抵抗率が経時的に上昇し、これにより電
圧Ｖ１２のピークは前記測定電圧Ｖ１１のピーク
より小さくなる（第９図参照）。前記地下水Ｗと
NaCl溶液２４との置換が更に進行して、該地下
水Ｗが中心電極１０の反対側にくると、この地下
水Ｗの進行方向における中心電極１０、補助電極
１５Ｂ、外部電極１５Ａの測定電極群に対し、前
述したと同様にして測定電圧Ｖ１５の変化が生じ
る。この電圧Ｖ１５のピーク時（第８図の４、第
９図のT₅参照）は、地下水Ｗの前縁が補助電極
１５Ｂに到達したタイミングを表すことにより、
補助電極１１Ｂ，１５Ｂ間の距離をＬとしてＬ／
（T₅−T₃）の計算式から地下水の流速を求めるこ
とができる。

この実施例によれば、測定手段としての電極が
配設された観測部を金網によつて囲燒したことに
より、該観測部内の地下水の流れを地下水層と略
同一な層流とすることができると同時に、前記電
極を外乱雑音から電気的にシールドすることがで
き、従つて、地下水の流動測定を正確に、かつ、
確実に行うことが可能となる。また、スリーブの
上昇を、ピストン・シリンダ機構を用いて単に外
部から圧水を注入するのみで行うことができ、従
つて、スリーブの外壁を地上まで延設して上昇さ
せるなど複雑な構成を用せず、またワイヤー等で
上昇させた場合におけるワイヤーの絡まりなどの
誤操作を防止して確実に上昇移動をなすことがで
きる。また、各測定電極をブリツジ接続して電圧
変化を検出する構成としたので、測定線図がピー
クを示し、これがため正確な流動測定を行うこと
ができる。

尚、上記実施例においては、置換物質として電
解液を用いたが、例えば、誘電率の高い絶縁油等
を使用して地下水との容量成分の差を利用した
り、PH値の異なる液体（酸又はアルカリ溶液）を
使用してPH検出用の電極により前記地下水との置
換を検出してもよく、さらに金属粒子等を混入し
た複合物質を使用して測定感度の向上を図つても
よく、要は、測定対象の地下水と電気的（抵抗
率・誘電率等）又は化学的（PH等）性質が異な
り、比重及び粘性が近似した液状の物質（ゾル状
のものを含む）及びそれに応じた電極並びに測定
回路であればよい。

また、前記観測部に配設される測定手段は、ボ
ーリング孔内水の流動（流向又は流速）を測定す
るものであれば、電気的測定手段の他に、プロペ
ラ式流速計等の機械的測定手段等を用いたもので
あつてもよい。

〔考案の効果〕

以上のように、本考案によると、円筒状の金網
部材の作用により水平方向360゜のいづれの方向か
ら流入する地下水に対しても全く同一条件で整流
することができ、特に、観測時に、地下水中でス
リーブを上昇せしめても円筒状金網部材の作用に
よつて観測部周囲の乱流の発生を有効に抑えるこ
とができ、従つて地下水の流動測定を迅速且つ正
確に行うことができ、観測部周囲に配設された導
電性の網状部材の作用により、地電流等の外部か
らの雑音による悪影響を有効に排除することがで
き、従つて測定精度の向上を図ることができると
いう従来にない実用的な地下水の流動測定装置を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る流体の流動測定装置を用
いて測定を行つている状態を示す説明図、第２図
は第１図のプローブ部分を示す詳細部分断面図、
第３図及び第４図は第２図の一部に係るスリーブ
の動作説明図、第５図は第２図の他の一部に係る
金網のスリーブ上昇時における作用説明図、第６
図は第２図の−線に沿つた横断面図、第７図
は本発明の測定原理を示す回路図、第８図の１な
いし４は測定状態を示す説明図、第９図は測定結
果の一例を示す線図、第１０図は測定時における
金網の作用説明図である。１……ボーリング孔、３……プローブ、１０…
…中心電極、１１Ａ〜１８Ａ……外部電極、１１
Ｂ〜１８Ｂ……補助電極、２３……観測部、２４
……置換物質、２５……網状部材としての金網、
５０……測定回路。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】流体の流動測定手段が配設された円筒状の観測
部を有し、地盤に堀削されたボーリング孔内に降
下設置される地下水の流動測定装置において、前記観測部を円筒状で導電性部材から成る網状
部材で取り囲むとともに、この網状部材を含む前
記観測部全体を密封し且つ測定時には中心線に沿
つて上方に摺動可能に形成されたスリーブを装備
したことを特徴とする地下水の流動測定装置。