(57)【要約】【課題】海や河川や湖沼やダム湖等の水底面に堆積される土砂の厚さや、浸食されて減少した土砂の厚さを天候に左右されることなく常時計測することができる水底土砂厚計測装置および漂砂観測システムを提供すること。【解決手段】水底土砂厚計測装置１は、水底面に堆積した土砂の厚さを計測する装置である。水底土砂厚計測装置１は、水底面から所定の深さの位置に水平に埋設され、水底面に堆積した土砂中の細粒分土砂と水とによる圧力を計測する細粒分圧力計５と、細粒分圧力計５が埋設された水底面から同じ深さの位置の近傍に水平に配設され、水底面に堆積した土砂中の土質材料土砂と水とによる圧力を計測する土質材料圧力計６と、細粒分圧力計５で計測された圧力を示す第１出力信号と土質材料圧力計６で計測された圧力を示す第２出力信号との差に基づいて水底面に堆積した土砂の厚さを演算する演算装置２１と、を備えている。【選択図】図２
2008020279.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水底面に堆積した土砂の厚さを計測する水底土砂厚計測装置において、
前記水底面から所定の深さの位置に水平に埋設され、前記水底面に堆積した土砂中の細粒分土砂と水とによる圧力を計測する細粒分圧力計と、
この細粒分圧力計が埋設された前記水底面から同じ深さの位置の近傍に水平に埋設され、前記水底面に堆積した土砂中の土質材料土砂と水とによる圧力を計測する土質材料圧力計と、
前記細粒分圧力計で計測された圧力を示す第１出力信号と前記土質材料圧力計で計測された圧力を示す第２出力信号との差に基づいて演算により前記水底面に堆積した土砂の厚さを求める演算装置と、
を備えたことを特徴とする水底土砂厚計測装置。
【請求項２】
前記細粒分圧力計は、この細粒分圧力計が埋設された位置に存在する土砂中の細粒分土砂とこの土砂中の水とが流入する流入口を有する中空状の細粒分センサ筐体と、
この細粒分センサ筐体に内設され、当該細粒分センサ筐体内に流入した土砂中の前記細粒分土砂と前記水とを通過させるフィルタと、
このフィルタの下方に設置され、当該フィルタを通過した前記細粒分土砂と前記水とによる圧力を検出して前記第１出力信号を生成する細粒分センサ部と、
この細粒分センサ部と前記細粒分センサ筐体とを載設した基板と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の水底土砂厚計測装置。
【請求項３】
前記土質材料圧力計は、前記水底面に堆積した土砂中の土質材料土砂と前記水とによる圧力を検出して前記第２出力信号を生成する土質材料センサ部と、
この土質材料センサ部の上に、この土質材料圧力計が埋設された位置に存在する土砂中の土質材料土砂とこの土質材料土砂中の水とが流入する隙間を介在させて設置されたカバー体と、
前記土質材料センサ部を載設した基板と、
この基板と前記カバー体との間に介設されて前記土質材料土砂と前記水とが前記隙間へ流入する空間を形成するための複数の支柱と、
を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の水底土砂厚計測装置。
【請求項４】
前記細粒分圧力計および前記土質材料圧力計は、前記水底面から所定の深さの位置に埋設される台座に載設されたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の水底土砂厚計測装置。
【請求項５】
前記演算装置は、前記第２出力信号と前記第１出力信号との差を、土砂と水とからなる固液混相部の予め設定した定率補正係数と水の単位体積当たりの重量との差で除した結果として前記水底面に堆積した土砂の厚さを求めることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の水底土砂厚計測装置。
【請求項６】
水底面に堆積した土砂の厚さを観測する漂砂観測システムにおいて、
前記水底面に堆積した土砂中の細粒分土砂と水とによる圧力を計測する細粒分圧力計と、前記水底面に堆積した土砂中の土質材料土砂と水とによる圧力を計測する土質材料圧力計と、前記細粒分圧力計および前記土質材料圧力計を載設した台座と、を備えて、前記水底面から所定の深さの位置に水平に埋設されると共に、前記水底面に沿って所定間隔で設置された複数の土砂厚計測器と、
前記細粒分圧力計で計測された圧力を示す第１出力信号と前記土質材料圧力計で計測された圧力を示す第２出力信号との差に基づいて演算により前記水底面に堆積した土砂の厚さを求める演算装置と、
前記土砂厚計測器と前記演算装置との間を有線または無線信号で伝送する信号伝達手段と、
を備えたことを特徴とする漂砂観測システム。
【請求項７】
前記土砂厚計測器は、沿岸から沖側に向かって第１の間隔で複数設置されると共に、前記沿岸に沿って第２の間隔で複数設置され、
前記演算装置は、陸地に設置された観測局に設けられていることを特徴とする請求項６記載の漂砂観測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海や河川や湖沼やダム湖等の水底面に堆積される土砂の厚さ、および浸食された水底面の土砂の厚さを計測する水底土砂厚計測装置および漂砂観測システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、山腹の斜面等に雨が降って洪水になったときには、山腹の土砂が土石流（固液混相流ともいう）となって河川に流れ込み、やがて、その土砂が河川やダム湖の水底面に堆積したり、水の流れによって海まで流れて海底に堆積したりすることがある。このようにして、河川やダム湖や海では、水底面に土砂が堆積することによって水底面の土砂の厚さが変化したり、水底面や沿岸の地形が変化したりしている。
【０００３】
近年、ダムや砂防堰堤の建設等に伴って、土砂の海への流入量が減少し、海岸は、波や潮の流れを受けて浸食し、遠浅の海岸が減少したり、海岸の水際の位置が後退したりする等の現象が現れている。このため、沿岸の海底に堆積した土砂の厚さは、堆積や浸食によって時系列的に大きく変化している。
【０００４】
このような水底面に堆積した土砂の厚さを計測する手段としては、幾つかの水底土砂厚計測装置が開発されている。例えば、ダム湖等の底面に堆積した土砂の厚さを計測する計測装置としては、センサ棒に数［ｃｍ］のピッチで対向させて配置した発光器および受光器における受光器の作動によって、湖底の砂面の位置を計測する砂面計が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、砂撒船から海底に散布した砂の厚さを計測する装置としては、砂撒船から海底にロープによって降ろされた一方の水深計と、その砂撒船からばら撒いた砂の上にロープによって降ろされた他方の水深計とで計測した水深の差によって、散布した砂の厚さを計測する砂厚計測装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
そして、海岸および河口域における土砂の堆積や浸食は、作業船に搭載された音響測深器を使って海の深さを毎年定期的に計測した深浅測量データを使用して漂砂量を求めて観測している。
また、堆積した土砂の厚さを音響測深器で測定する場合には、作業船の船上で測定するため、洪水等が発生した後、数日経過してから天候のよい日を選んで人為的に計測している。その他の土砂の厚さの計測方法としては、作業員が物差しを利用して目視によって計測する方法がある。
【特許文献１】実公平３−４８９５号公報（第１図および第２図）
【特許文献２】特開昭６４−３５２０７号公報（第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記特許文献１，２に記載されたような水底土砂厚計測装置は、河川やダム湖や海等の水底面に堆積した土砂の厚さを計測する場合に、人為的に計測したり、船を利用して計測しているため、土砂の変動が激しい洪水発生時や荒天時に、水底面に堆積した土砂の厚さの計測や土砂動態の観測は困難であった。
このため、波浪時の漂砂の観測や、洪水時に水底面に堆積した土砂の厚さの計測や、日常時に随時に水底面の土砂の観測が可能な方法の開発が求められていた。
【０００８】
また、特許文献１，２に記載の水底土砂厚計測装置で水底面に堆積した土砂の厚さを人為的に測定した場合には、洪水後の天候のよい日に測定した測定値から土砂の厚さを求めなければならないので、波浪時の土砂の厚さの変化の観測や、流砂および漂砂による水底の地形の変化の観測や、所定区域全体の広域的な土砂の厚さの測定や、土砂の動態の観測等は事実上難しかった。
【０００９】
このような河川やダム湖や湖沼や海においては、河川からの供給土砂量や、沿岸線の砂浜の形状や、水底面の形状を把握するために、水底面に堆積した土砂の厚さや水底面の浸食された土砂の厚さを測定したり、洪水時や波浪時の水底面の土砂の分布状態等を広範囲に総合的に観測したりすることが望まれている。
【００１０】
そこで、本発明は、前記実情に鑑み創案されたものであり、海や河川や湖沼やダム湖等の水底面に堆積される土砂の厚さや、浸食されて減少した土砂の厚さを天候に左右されることなく常時計測することができる水底土砂厚計測装置および漂砂観測システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するために、請求項１に記載の水底土砂厚計測装置は、水底面に堆積した土砂の厚さを計測する水底土砂厚計測装置において、前記水底面から所定の深さの位置に水平に埋設され、前記水底面に堆積した土砂中の細粒分土砂と水とによる圧力を計測する細粒分圧力計と、この細粒分圧力計が埋設された前記水底面から同じ深さの位置の近傍に水平に埋設され、前記水底面に堆積した土砂中の土質材料土砂と水とによる圧力を計測する土質材料圧力計と、前記細粒分圧力計で計測された圧力を示す第１出力信号と前記土質材料圧力計で計測された圧力を示す第２出力信号との差に基づいて演算により前記水底面に堆積した土砂の厚さを求める演算装置と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
ここで、水底面から所定の深さとは、例えば、海底や、河川の川底や、湖沼およびダム湖の湖底等の水底面から地中内への任意に設定した深さであり、例えば、水底面が土質材料土砂からなる場合には水底面が深さ０．５〜１［ｍ］である。なお、水底面が岩盤の場合には、土砂厚計測器を直接アンカ等で水底面に固定するようにし、所定の深さが０［ｍ］であっても堆積する土砂の厚さを計測することが可能である。
また、細粒分土砂とは、粒径が約７４［μｍ］以下の砂をいう。粗粒分土砂とは、粒径が約７４［μｍ］以下の砂礫であり、土質材料土砂は、細粒分土砂と粗粒分土砂とを含めたものをいう。
【００１３】
かかる構成によれば、細粒分圧力計および土質材料圧力計は、水底面から所定の深さの土砂中に埋設される。この細粒分圧力計および土質材料圧力計を埋めた土砂とこの土砂中の水とは、水圧等によって土砂（固相）と水（液相）との所謂固液混相部における土砂粒子の間隙比が密な状態になって、細粒分圧力計および土質材料圧力計の上に積載される。例えば、水の流れ等によって運ばれて来た土砂は、水圧等によって固液混相部を形成した状態で細粒分圧力計および土質材料圧力計の上方の水底面に堆積する。その土砂中の細粒分土砂と水との固液混相部による圧力が、細粒分圧力計によって計測される。また、前記土砂中の土質材料土砂と水との固液混相部による圧力が、土質材料圧力計によって計測される。細粒分圧力計および土質材料圧力計からは、それぞれ演算装置へ圧力を示す第１出力信号および第２出力信号が出力される。演算装置は、細粒分圧力計からの第１出力信号と土質材料圧力計からの第２出力信号との差に基づいて、計測開始から水底面に堆積した土砂の厚さを算出する。
また、水底土砂厚計測装置は、水底面から所定の深さの位置に埋設した細粒分圧力計および土質材料圧力計によってそれぞれ計測した圧力に基づいて演算装置で演算した土砂の厚さの値が基準値（初期値）を超えたときには、水底面に堆積した土砂の厚さを計測し、また、その値が基準値（初期値）を下回ったときには、水底面の浸食された土砂の厚さを計測することができる。
【００１４】
請求項２に記載の水底土砂厚計測装置は、請求項１に記載の水底土砂厚計測装置であって、前記細粒分圧力計は、この細粒分圧力計が埋設された位置に存在する土砂中の細粒分土砂とこの土砂中の水とが流入する流入口を有する中空状の細粒分センサ筐体と、この細粒分センサ筐体に内設され、当該細粒分センサ筐体内に流入した土砂中の前記細粒分土砂と前記水とを通過させるフィルタと、このフィルタの下方に設置され、当該フィルタを通過した前記細粒分土砂と前記水とによる圧力を検出して前記第１出力信号を生成する細粒分センサ部と、この細粒分センサ部と前記細粒分センサ筐体とを載設した基板と、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
かかる構成によれば、細粒分圧力計は、水底の土砂中に埋設される。細粒分圧力計を埋めた土砂とこの土砂中の水とは、水圧等によって土砂と水との固液混相部における土砂粒子の間隙比が密な状態に形成される。細粒分圧力計が埋設された位置に存在する固液混相部の土砂は、細粒分センサ筐体の流入口から中空状の細粒分センサ筐体内に流入する。この流入した土砂中の細粒分土砂および水は、固液混相部の状態でフィルタを通過して細粒分センサ部まで流れ込んで細粒分センサ部を押圧する。そして、水の流れ等によって細粒分圧力計の上方に運ばれて堆積した土砂は、水圧等によって固液混相部を形成した状態で細粒分圧力計の上方の水底面に堆積する。その土砂中の細粒分土砂と水との固液混相部による圧力は、細粒分圧力計によって計測される。
【００１６】
請求項３に記載の水底土砂厚計測装置は、請求項１または請求項２に記載の水底土砂厚計測装置であって、前記土質材料圧力計は、前記水底面に堆積した土砂中の土質材料土砂と前記水とによる圧力を検出して前記第２出力信号を生成する土質材料センサ部と、この土質材料センサ部の上に、この土質材料圧力計が埋設された位置に存在する土砂中の土質材料土砂とこの土質材料土砂中の水とが流入する隙間を介在させて設置されたカバー体と、前記土質材料センサ部を載設した基板と、この基板と前記カバー体との間に介設されて前記土質材料土砂と前記水とが前記隙間へ流入する空間を形成するための複数の支柱と、を備えたことを特徴とする。
【００１７】
かかる構成によれば、土質材料圧力計を水底の土砂中に埋設される。この土質材料圧力計を埋めた土砂とこの土砂中の水とは、水圧等によって土砂と水との固液混相部における土砂粒子の間隙比が密な状態に形成される。土質材料圧力計が埋設された位置に存在する固液混相部の土砂は、カバー体の下の空間から土質材料センサ筐体内に流入する。この流入した土砂中の土質材料土砂および水は、カバー体と土質材料センサ部との隙間に入って、土質材料センサ部を押圧する。そして、水の流れ等によって土質材料圧力計の上方に運ばれて来た土砂は、水圧等によって固液混相部を形成した状態で土質材料圧力計の上方の水底面に堆積する。その土砂中の土質材料土砂と水との固液混相部による圧力は、土質材料圧力計によって計測される。
【００１８】
請求項４に記載の水底土砂厚計測装置は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の水底土砂厚計測装置であって、前記細粒分圧力計および前記土質材料圧力計は、前記水底面から所定の深さの位置に埋設される台座に載設されたことを特徴とする。
【００１９】
かかる構成によると、細粒分圧力計と土質材料圧力計とが、水底面から所定の深さの位置に埋設された同じ台座に載設されているので、水底の近傍で細粒分圧力計と土質材料圧力計とによる圧力がそれぞれ検出される。このため、細粒分圧力計で計測した圧力値と土質材料圧力計で計測した圧力値との差に基づいて水底土砂厚計測装置の上方の水底面に堆積した土砂の厚さや、浸食された土砂の厚さを算出することが可能となる。
【００２０】
請求項５に記載の水底土砂厚計測装置は、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の水底土砂厚計測装置であって、前記演算装置は、前記第２出力信号と前記第１出力信号との差を、土砂と水とからなる固液混相部の予め設定した定率補正係数と水の単位体積当たりの重量との差で除した結果として前記水底面に堆積した土砂の厚さを求めることを特徴とする。
【００２１】
かかる構成によると、演算装置では、第２出力信号と第１出力信号との差を、固液混相部の定率補正係数と水の単位体積当たりの重量との差で除した結果を水底面に堆積した土砂の厚さとしている。
例えば、堆積した土砂の厚さをＨ１、細粒分圧力計と土質材料圧力計とで計測した圧力の差をΔＰ、定率補正係数をγａとすると、堆積した土砂の厚さＨ１は、
Ｈ１＝ΔＰ／（γａ−１）
である。
ここで、「１」は、水の単位体積当たりの重量である。
【００２２】
請求項６に記載の漂砂観測システムは、水底面に堆積した土砂の厚さを観測する漂砂観測システムにおいて、前記水底面に堆積した土砂中の細粒分土砂と水とによる圧力を計測する細粒分圧力計と、前記水底面に堆積した土砂中の土質材料土砂と水とによる圧力を計測する土質材料圧力計と、前記細粒分圧力計および前記土質材料圧力計を載設した台座と、を備えて、前記水底面から所定の深さの位置に水平に埋設されると共に、前記水底面に沿って所定間隔で設置された複数の土砂厚計測器と、前記細粒分圧力計で計測された圧力を示す第１出力信号と前記土質材料圧力計で計測された圧力を示す第２出力信号との差に基づいて演算により前記水底面に堆積した土砂の厚さを求める演算装置と、前記土砂厚計測器と前記演算装置との間を有線または無線信号で伝送する信号伝達手段と、を備えたことを特徴とする。
ここで、水底面に沿った所定間隔とは、任意な距離間隔であり、例えば、水底面が海底面の場合には５〜２０［ｍ］である。
【００２３】
かかる構成によれば、細粒分圧力計および土質材料圧力計を備えた複数の土砂厚計測器が、水底面から所定の深さの位置に埋設されたことにより、各土砂厚計測器で計測された圧力を示す第１出力信号と第２出力信号との差に基づいて演算装置を使用して、計測開始時から各土砂厚計測器の上方に堆積した土砂の厚さや、あるいは浸食された土砂の厚さが算出される。土砂厚計測器が水底面に沿って所定間隔で複数設置されていることによって、所望時に所定区域における水底面の堆積または浸食された土砂の厚さの計測が可能となる。
【００２４】
請求項７に記載の漂砂観測システムは、請求項６に記載の漂砂観測システムであって、
前記土砂厚計測器は、沿岸から沖側に向かって第１の間隔で複数設置されると共に、前記沿岸に沿って第２の間隔で複数設置され、前記演算装置は、陸地に設置された観測局に設けられていることを特徴とする。
ここで、沿岸から沖側に向かう第１の間隔とは、任意の距離間隔であって、例えば、海岸の場合は５〜１０［ｍ］である。また、沿岸に沿った第２の間隔とは、任意の距離間隔であって、例えば、海岸の場合は１０〜２０［ｍ］である。
【００２５】
かかる構成によれば、複数の土砂厚計測器は、沿岸から沖側に向かって第１の間隔で設置されると共に、沿岸に沿って第２の間隔で設置されているので、土砂厚計測器をそれぞれ配設した区域において、計測開始時から水底面に堆積した土砂の厚さまたは浸食された土砂の厚さを計測して、その区域の水底面の土砂の分布状態を観測することが可能となる。水底の各所に設けられた土砂厚計測器からの出力信号に基づいて演算された演算装置の土砂のデータは、陸地にある観測局で遠隔観測することが可能となる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の請求項１に係る水底土砂厚計測装置によれば、細粒分圧力計と土質材料圧力計とが、水底に埋設された状態で計測するので、海や河川や湖沼やダム湖等の水底面に堆積した土砂の厚さを測定したり、洪水発生時や荒天時等の水底面に堆積または浸食された土砂の厚さを計測したり、流動する土砂動態の時系列的な観測等を天候に左右されることなく常時効率的に計測したりすることができる。
【００２７】
本発明の請求項２に係る水底土砂厚計測装置によれば、細粒分圧力計は、土砂中の細粒分土砂と水とを通過させるフィルタを設けたことによって、堆積した土砂中の細粒分土砂および水による圧力を正確に検出することができる。
【００２８】
本発明の請求項３に係る水底土砂厚計測装置によれば、土質材料圧力計は、土質材料センサ筐体の上方部位に、隙間を介してカバー体を設置したことにより、その隙間から土質材料センサ筐体内に土砂が流入して、土質材料センサ部を押圧するため、堆積した土砂中の土質材料土砂および水による圧力を正確に検出することができる。
【００２９】
本発明の請求項４に係る水底土砂厚計測装置によれば、細粒分圧力計と土質材料圧力計とが、同じ台座によって水底面から所定の深さの位置に埋設されることにより、水底面に堆積した土砂の厚さや、浸食された土砂の厚さを正確に算出することができる。また、水底土砂厚計測装置は、細粒分圧力計と土質材料圧力計とを同じ台座で水底に固定させることにより、一度に水底に設置できるため、設置作業の工数を削減することができる。
【００３０】
本発明の請求項５に係る水底土砂厚計測装置によれば、第２出力信号と第１出力信号との差を、固液混相部の定率補正係数と水の単位体積当たりの重量との差で除した結果を水底面に堆積した土砂の厚さとして正確に算出することができる。
【００３１】
本発明の請求項６に係る漂砂観測システムによれば、複数の土砂厚計測器が、水底面から所定の深さの位置に埋設されると共に、水底面に沿って所定間隔で設置されたことにより、所望時に所定区域における水底の土砂の分布状態や動態を把握できるようになる。
その結果、漂砂観測システムは、荒天時中における土砂の厚さの変化や、土砂の厚さが増減していて行く時系列的な変化や、流砂および漂砂による河床および海底地形の変化や、河口および沿岸の地形の変化等を所望時に随時観測することが可能になると共に、変化して行く漂砂の厚さを予測することも可能となる。したがって、水害時の防災対策および波浪時の海岸浸食の対策に効果を発揮させることができる。
【００３２】
本発明の請求項７に係る漂砂観測システムによれば、陸地に設置された観測局によって、水底面に堆積した土砂の厚さ、または浸食された土砂の厚さを計測して、土砂厚計測器を配置した区域における水底の土砂の分布状態や、河床地形の変化や、沿岸の浸食および遠浅の形状の状態を遠隔観測することができる。その結果、土砂厚計測器を水底に一度設置してしまえば、天候に左右されることなく、いつでも水底面に堆積した土砂の厚さの測定等が行えるようになる。
また、河川やダム湖や河口や海の沿岸線の形状や、それらの沿岸の水底の形状を随時に観測して監視することが可能なため、洪水時の水害対策に有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
次に、本発明の実施形態に係る水底土砂厚計測装置および漂砂観測システムを図１〜図６を参照して説明する。
図１は、水底土砂厚計測装置および漂砂観測システムを示す模式図である。図２は、水底土砂厚計測装置および漂砂観測システムを示す図であり、（ａ）は海に設置したときの設置状態を示す模式図、（ｂ）はＡ部拡大図である。
【００３４】
≪漂砂観測システムの構成≫
図１に示すように、河川の最上流部の山腹斜面から海岸の漂砂域までの間では、土砂が洪水等によって移動し、上流域の砂防堰堤やダム湖や河川や河口や海では、水底の土砂の厚さが変動している。漂砂観測システムＳは、このような海や河川や湖沼やダム湖等の各所における所定区域の水底面に堆積した土砂の厚さＨ１（図２参照）、および、水底面の浸食された土砂の厚さＨ２（図２参照）等を有線または無線によって総合的に遠隔観測するシステムである。
【００３５】
漂砂観測システムＳは、図１に示すように、浸食または堆積が予想される砂防堰堤、ダム湖、河川、および海等に配設され、前記土砂の厚さＨ１，Ｈ２（図２参照）を観測するそれぞれの水底土砂厚計測装置１と、各水底土砂厚計測装置１のデータを送信する機器等が設置されている各観測局２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃと、各観測局２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃからのデータを集計する観測基地局３とを備えている。
この漂砂観測システムＳにおいて、各所に設置された後記の各水底土砂厚計測装置１によって測定された土砂等のデータは、水底土砂厚計測装置１から観測局２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃに送られた後、観測基地局３に送られて管理されて、各地の観測基地局３の土砂（流砂および漂砂）のデータがデータ処理装置３１のモニタリングで観測できるように構成されている。この他この漂砂観測システムＳには、土砂の堆積または浸食を予想可能にするために、波を計測する波高計（図示せず）や、水の流れる方向を検出する方向計（図示せず）や、水の流れる流速を計測する流速計（図示せず）等も各所に設置して備えている。
【００３６】
本発明に係る水底土砂厚計測装置１および漂砂観測システムＳは、海や河川や湖沼やダム湖等のあらゆる水底における堆積した土砂および浸食された土砂の厚さを計測ができるが、以下、海における場合の一例を挙げて説明する。
【００３７】
この漂砂観測システムＳは、後記する細粒分圧力計５および土質材料圧力計６と、この細粒分圧力計５および土質材料圧力計６を載設した台座４１と、を備えて、海底面（水底面）から所定の深さＨ０の位置に水平に埋設されると共に、海底面に沿って所定間隔ａ，ｂ，ｃで設置された複数の土砂厚計測器４と、細粒分圧力計５で計測された圧力を示す第１出力信号（圧力信号）と土質材料圧力計６で計測された圧力を示す第２出力信号（圧力信号）との差に基づいて海底（水底）面に堆積した土砂の厚さＨ１または浸食された土砂の厚さＨ２を演算する演算装置２１と、土砂厚計測器４と演算装置２１との間を有線信号で伝送するケーブル（信号伝達手段）７と、を備えている。
この漂砂観測システムＳにおいて、後記する土砂厚計測器４は、沿岸から沖側に向かって所定間隔（第１の間隔）ｂ、所定間隔ｃで配置されると共に、沿岸に沿って所定間隔（第２の間隔）ａで配置され、演算装置２１は、陸地に設置された観測局２に設けられ、土砂厚計測器４と演算装置２１とはケーブル７によって電気的に接続されている。
【００３８】
なお、図１に示す海岸（沿岸）に沿った所定間隔ａは、例えば、１０〜２０［ｍ］である。土砂厚計測器４は、海岸の海底における土砂の堆積する進行状況、および土砂の浸食される進行状況等に応じて海岸に沿って所定間隔ａで列設される。
沿岸から沖側に向かう所定間隔ｂ，ｃとは、例えば、５〜１０［ｍ］であって、沿岸から沖側に向かって始めの土砂厚計測器４までの距離（所定間隔ｂ）が６［ｍ］で、それ以後の所定間隔ｃが１０［ｍ］である。土砂厚計測器４は、土砂の堆積または浸食の進行が速い海岸や、堆積または浸食が予想される海岸等に、その海岸から沖側に向かって所定間隔ｂ，ｃで直線に設置される。
【００３９】
このように漂砂観測システムＳでは、土砂厚計測器４が沿岸から沖側に向かって所定間隔ｂ，ｃでケーブル７によって接続されて数個設置されると共に、海岸線に沿って所定間隔ａで所望の距離だけケーブル７によって接続して設置される。その結果、漂砂観測システムＳでは、土砂厚計測器４が設置されてから海底区域中に堆積した土砂の厚さＨ１、および浸食された土砂の厚さＨ２を所定間隔ａ，ｂ，ｃで計測して、その区域内の海底の土砂の分布状態を観測できるように設置されている。
【００４０】
図２に示すように、漂砂観測システムＳにおいて、各土砂厚計測器４は、海底面から所定の深さＨ０に埋設されてセットされる。この所定の深さＨ０は、例えば、海底面が土質材料土砂の層で形成されている場合、０．５〜１［ｍ］である。岩盤の場合には、０［ｍ］である。
【００４１】
図３は、日本統一土質分類法による粒径の区分名称を示す表である。
図３に示すように、前記細粒分土砂とは、粒径が７４［μｍ］以下の砂（細粒分）をいう。前記土質材料土砂とは、細粒分土砂を含む粒径が７５［ｍｍ］以下の砂（土質材料）をいう。
【００４２】
≪水底土砂厚計測装置の構成≫
図２に示すように、水底土砂厚計測装置１は、計測を開始したとき（基準時）から海底（水底）面に堆積された土砂の厚さＨ１、および海底面の浸食された土砂の厚さＨ２を、水底の互いに近傍に埋設された細粒分圧力計５と土質材料圧力計６とによって計測した圧力差分に、水と土砂との固液混相部の予め設定した定率補正係数と水の単位当たりの重量との差で除して算出する計測装置である。この水底土砂厚計測装置１は、海底面（水底面）から所定の深さＨ０の位置に水平に埋設され、海底面に堆積した土砂中の細粒分土砂と水との固液混相部による圧力を計測する細粒分圧力計５と、この細粒分圧力計５が埋設された海底面から同じ深さの位置に水平に隣設され、海底面に堆積した土砂中の土質材料土砂と水との固液混相部による圧力を計測する土質材料圧力計６と、細粒分圧力計５で計測された圧力を示す第１出力信号（圧力信号）と土質材料圧力計６で計測された圧力を示す第２出力信号（圧力信号）との差に基づいて海底面に堆積した土砂の厚さＨ１，Ｈ２を演算する演算装置２１と、を備えている。
【００４３】
≪観測局の構成≫
前記観測局２は、図１および図２に示すように、例えば、海岸の所定区域の海底に配列されたそれぞれの土砂厚計測器４にケーブル７によって接続された演算装置２１を設置するための観測施設である。この観測局２は、土砂厚計測器４を設置した海底の近隣の陸地に設置されている。この観測局２には、演算装置２１と、各土砂厚計測器４等に電力を供給する電源装置（図示せず）と、後記する観測基地局３にデータを発信するための電波送信手段（図示せず）等が設置されて、土砂厚計測器４を遠隔観測することができるようになっている。
また、観測局２では、演算装置２１がケーブル７によって各土砂厚計測器４に接続していることにより、観測局２にある電源から土砂厚計測器４に常時電力を供給して、継続的に観測を行えるようにしている。
【００４４】
＜演算装置の構成＞
前記演算装置２１は、各土砂厚計測器４の細粒分圧力計５からの第１出力信号と、土質材料圧力計６からの第２出力信号との差に基づいて堆積した土砂の厚さＨ１または浸食された土砂の厚さＨ２を演算し、算出した土砂の厚さを表示装置（図示せず）に出力する装置である。この演算装置２１では、第２出力信号と第１出力信号との差を、固液混相部の定率補正係数と水の単位体積当たりの重量との差で除した結果を海底面に堆積した土砂の厚さとする。この演算装置２１で算出した土砂のデータは、観測基地局３に送信されるようになっている。
例えば、堆積した土砂の厚さをＨ１、細粒分圧力計５と土質材料圧力計６とで計測した圧力の差をΔＰ、定率補正係数をγａとすると、堆積した土砂の厚さＨ１は、
Ｈ１＝ΔＰ／（γａ−１）
である。
【００４５】
＜観測基地局の構成＞
観測基地局３は、図１に示すように、各地に設けられたそれぞれの観測局２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃから電波送信手段等によって送られたデータを集計したり、デジタル記録したり、モニタリングしたりするデータ処理装置（パーソナルコンピュータ）３１を備えて土砂厚を観測する施設である。この観測基地局３では、海底の堆積または浸食された土砂の厚さ以外に、高波の観測、波の方向の観測、海水の流れる方向の観測、および海水の流れる流速の観測等も行っている。
【００４６】
図４は、土砂厚計測器を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は台座を離脱したときの状態を示す平面図である。
【００４７】
≪土砂厚計測器の構成≫
図４（ａ）、（ｂ）に示すように、前記土砂厚計測器４は、前記細粒分圧力計５と、前記土質材料圧力計６と、細粒分圧力計５および土質材料圧力計６を載設し、両者を共に海底面から所定の深さＨ０（図２参照）の位置に埋設させるための台座４１と、を備えている。この土砂厚計測器４は、海底に設置する場合、細粒分圧力計５と土質材料圧力計６とを同じ部材からなる台座４１上に一対の状態で設置して、この台座４１を海底面から所定の深さＨ０の穴を掘って、同じ穴の底に水平に埋設してセットされる（図２参照）。
【００４８】
台座４１は、細粒分圧力計５と土質材料圧力計６とを海底面から同じ深さＨ０の位置に固定するための板部材であり、細粒分圧力計５および土質材料圧力計６を保持している。この台座４１は、例えば、ステンレス鋼等の耐食性を有する金属製平板部材からなり、直径が１２０［ｍｍ］で、厚さが２［ｍｍ］程度の大きさの円板状のものからなる。
【００４９】
なお、本実施形態では、この台座４１と、細粒分圧力計５および土質材料圧力計６との間には、１枚の共用の基板４２を介在して基板４２によって細粒分圧力計５および土質材料圧力計６を保持している場合の例を挙げたが、基板４２は、細粒分圧力計５と土質材料圧力計６との下面に別々に設けたそれぞれ専用の基板としてもよく、台座４１で基板４２の役割を共用させてもよい。
また、台座４１は、土砂厚計測器４を埋設する海底の土砂の状況に応じて適宜にアンカ等を用いて海底の地中内に固定してもよい。なお、海底が岩盤の場合には、アンカ等を岩盤に打ち込んで台座４１を固定する。
【００５０】
図４（ａ）、（ｂ）に示すように、基板４２は、細粒分圧力計５の細粒分センサ筐体５１と、土質材料圧力計６の支柱６３とを載設する底板部材の役目と、細粒分センサ部５３および土質材料センサ部６１を載設してケーブル７（図２参照）に接続するための配線基板の役目とを果す部材である。この基板４２は、細粒分センサ部５３と土質材料センサ部６１とを接着する上面に絶縁層を配設したほうろう基板等の金属製絶縁配線基板からなる。その基板４２の絶縁層の上には、細粒分センサ部５３および土質材料センサ部６１とケーブル７に電気的に接続するための導電箔（図示せず）が固着されている。この基板４２は、例えば、縦５０［ｍｍ］、横１００［ｍｍ］、厚さ２［ｍｍ］の長方形の平板材からなる。基板４２の上面上には、細粒分センサ部５３と土質材料センサ部６１とが６５［ｍｍ］の間隔で配置されている。基板４２は、例えば、ねじ部材によって台座４１に固定されている。
【００５１】
≪細粒分圧力計の構成≫
図５は、図４の矢視線Ｘ−Ｘ方向の拡大縦断面図である。
図５に示すように、細粒分圧力計５は、この細粒分圧力計５が埋設された位置に存在する土砂とこの土砂中の水とが出入りする流入口５１ａを有する中空状の細粒分センサ筐体５１と、この細粒分センサ筐体５１に内設され、細粒分センサ筐体５１内に流入した水と土砂中の細粒分土砂とを通過させるフィルタ５２と、細粒分センサ筐体５１内のフィルタ５２の下方に設置され、このフィルタ５２を通過した水と細粒分土砂とによる圧力を検出する細粒分センサ部５３と、この細粒分センサ部５３と細粒分センサ筐体５１とを載設した基板４２と、を備えている。
【００５２】
図４（ａ）、（ｂ）および図５に示すように、細粒分センサ筐体５１は、フィルタ５２および細粒分センサ部５３を内設するための中空部５１ｂを有するハウジングであり、例えば、ステンレス鋼等の耐食性を有する金属によって形成されている。細粒分センサ筐体５１は、下面に中空部５１ｂの開口部を有し、上面を閉塞した状態に形成され、上部側面の前後左右の４箇所に、中空部５１ｂに連通する流入口５１ａを穿設している。
流入口５１ａは、細粒分土砂と水とが通過できるように穿設された孔であり、例えば、口径が１．０［ｍｍ］である。
中空部５１ｂの開口部は、細粒分センサ部５３を中心として、この細粒分センサ部５３を覆い被せるようにして基板４２で閉塞される。細粒分センサ筐体５１は、下端面の複数個所を基板４２にねじ止めすることで、基板４２に固定される。
【００５３】
図５に示すように、フィルタ５２は、例えば、網目が０．０５［ｍｍ］のメッシュ状の金属製フィルタからなり、中空部５１ｂ内の流入口５１ａと細粒分センサ部５３との間に固定される。
【００５４】
細粒分センサ部５３は、フィルタ５２を通過した水と細粒分土砂とに押圧されて機械的な寸法の微小な変化（ひずみ）によって変化する電気抵抗値を出力するセンサであり、例えば、基板４２上に固着されたひずみゲージからなる。細粒分センサ部５３は、金属材料の抵抗体からなる。なお、細粒分センサ部５３を形成する金属材料は、その金属固有の抵抗値を持ち、外部からの引張力（圧縮力）を加えられると伸び（縮む）て抵抗値が増加（減少）するようになっている。
【００５５】
例えば、金属材料の固有の抵抗値をＲ、その金属材料にひずみが加えられたときに変化した抵抗値をΔＲ、ひずみケージの感度を表すケージ率をＫｓとすると、
ΔＲ／Ｒ＝Ｋｓ
の関係がある。
【００５６】
≪土質材料圧力計の構成≫
図６は、図４の矢視線Ｙ−Ｙ方向の拡大縦断面図である。
図４（ａ）、（ｂ）、および図６に示すように、土質材料圧力計６は、水と土砂中の土質材料土砂とによる圧力を検出する土質材料センサ部６１と、この土質材料センサ部６１の上に、この土質材料圧力計６が埋設された位置に存在する土砂中の土質材料土砂とこの土質材料土砂中の水とが出入りする隙間６４を介在させて配設されたカバー体６２と、土質材料センサ部６１を載設した基板４２と、この基板４２とカバー体６２との間に介設されて土質材料土砂と水とが外部から出入り可能な空間６５を形成するための複数の支柱６３と、を備えている。
【００５７】
前記土質材料センサ部６１は、カバー体６２内に流入した水と土質材料土砂とに押圧されて機械的な寸法の微小な変化（ひずみ）によって変化する電気抵抗値を出力するセンサであり、例えば、基板４２上に固着されたひずみゲージからなる。
【００５８】
カバー体６２は、岩石等による不要な荷重が土質材料センサ部６１に負荷されないように隙間６４を介して土質材料センサ部６１の上部を覆うための保護部材であり、例えば、４本の支柱６３によって支えられている。このカバー体６２は、例えば、径が２５［ｍｍ］で厚さが２［ｍｍ］の円板状のステンレス鋼板からなる。
【００５９】
基板４２上には、土質材料センサ部６１が接着され、土質材料センサ部６１の周囲の前後左右にそれぞれ支柱６３が立設されている。
【００６０】
前記複数の支柱６３は、土質材料センサ部６１の高さより長く形成されて、カバー体６２が土質材料センサ部６１に当接しないように、基板４２とカバー体６２との間の空間６５を一定に保っている。支柱６３は、例えば、ステンレス鋼製の円柱状の部材からなる。
【００６１】
≪作用≫
次に、図１〜図６を参照して、本発明の実施形態に係る水底土砂厚計測装置１および漂砂観測システムＳの作用を作業手順と共に説明する。
【００６２】
＜土砂厚計測器のセッティング＞
海底面（水底面）に堆積する土砂の厚さＨ１または浸食された土砂の厚さＨ２を測定する場合には、図２に示すように、まず初めに、土砂の堆積や浸食によって海底の地形や海岸線の地形が変形するおそれがある区域の海底に、それぞれ所定の深さＨ０の穴を掘って土砂厚計測器４とケーブル７とをセットして、元の状態に埋め戻す。
【００６３】
この場合、図１に示すように、海岸に沿って所定間隔（第２の間隔）ａで、海岸から沖側に所定間隔ｂを開けた後、一定の所定間隔（第１の間隔）ｃで適宜な個数の土砂厚計測器４を沖に向かって直線状に配列する。このように多数の土砂厚計測器４を碁盤目状に配列することによって、海岸近くの海底を広い範囲にわたって、計測開始時からの変化した土砂の厚さＨ１，Ｈ２と、変化した海底面の形状と、を把握することが可能となる。それぞれの土砂厚計測器４は、海底の地中および陸地に配線されたケーブル７によって観測局２の演算装置２１に接続する。
【００６４】
セットしたときの細粒分圧力計５は、図５に示すように海底の地中内に埋設したことにより、細粒分センサ筐体５１上に土砂が堆積した状態になると共に、流入口５１ａから土砂中の細粒分土砂と海水とが中空部５１ｂ内に入り込み、今までこの中空部５１ｂ内にあった土砂が流入して来た土砂によって他の流入口５１ａから外部に押し出されると共に、粒径が５０［μｍ］以下の細粒分土砂と海水がフィルタ５２を通過して細粒分センサ部５３を押圧した状態になっている。このセット時の細粒分圧力計５で計測された圧力の第１出力信号は、ケーブル７を介して演算装置２１へ送信されて、細粒分圧力計５の基準の圧力信号とされる。
【００６５】
セットしたときの土質材料圧力計６は、図６に示すように海底の地中内の埋設したことにより、カバー体６２上に土砂が堆積した状態になると共に、空間６５から土砂中の土質材料土砂と海水とが土質材料センサ部６１上に流れ込み、今までこの空間６５内にあった土砂が流入して来た土砂によって外部に押し出されると共に、土質材料土砂と海水が土質材料センサ部６１を押圧した状態になっている。このセット時の土質材料圧力計６で計測された圧力の第２出力信号は、ケーブル７を介して演算装置２１へ送信されて、土質材料圧力計６の基準の圧力信号とされる。
このようにしてすべての土砂厚計測器４の埋設およびケーブル７による接続が終了して、細粒分圧力計５および土質材料圧力計６が初期設定されると、土砂の厚さの計測や監視が可能となる。海底に土砂厚計測器４、ケーブル７を一度設置すれば、天候に左右されず、所望時に何度でも計測が可能となる。
【００６６】
＜水底土砂厚計測装置および漂砂観測システムによる土砂の厚さの測定＞
続いて、本発明の実施形態に係る水底土砂厚計測装置１および漂砂観測システムＳによる土砂の厚さの測定について説明する。
土砂厚計測器４の埋設終了後、波や海流によって海底面の土砂が流されて、海底の地中内に設置した土砂厚計測器４上の海底面に土砂が堆積したり浸食されたりして移動する。また、海岸では、海岸に寄せる波によって波打ち際の５〜１０［ｍ］の地点での土砂の変動が大きく、波で土砂が沖に流されることがある。
【００６７】
例えば、図２に仮想線で示すように、計測を開始してから土砂厚計測器４上の海底面に厚さＨ１の土砂が堆積された場合、細粒分圧力計５の細粒分センサ部５３には、流入口５１ａ（図５（ａ）参照）およびフィルタ５２を通過した細粒分土砂と海水による圧力が負荷され、この圧力が電気抵抗値を示す出力信号（第１出力信号）に変換されて演算装置２１へ出力される。
一方、土質材料圧力計６の土質材料センサ部６１には、空間６５（図５（ｂ）参照）から隙間６４に流入した土質材料土砂と海水による圧力が負荷され、この圧力が電気抵抗値を示す出力信号（第２出力信号）に変換されて演算装置２１へ出力される。
【００６８】
演算装置２１では、細粒分圧力計５からの第１出力信号と土質材料圧力計６からの第２出力信号から圧力の計測値の差を求め、この差に基づく演算により土砂厚計測器４の上方の海底面に堆積した土砂の厚さＨ１を算出する。そして、図２に示すように土砂の厚さＨ０がＨ２に減少して浸食された場合には、セッティングした計測開始時の圧力値（初期値）に基づいて算出することができる。
【００６９】
このように土砂厚計測器４は、堆積した土砂の厚さＨ１、および浸食された土砂の厚さＨ２を時系列的に連続して測定することにより、平常時や洪水時等における土砂厚計測器４の上方の海底面に堆積した土砂および浸食された土砂の厚さＨ１，Ｈ２の変動を観測することができる。
そして、この土砂の厚さのデータと、海流のデータとを時系列的に集計してコンピュータで分析することにより、土砂の移動の予想や、海底の地形の変動する予想や、浸食される海岸の地形の予想をすることが可能となる。
【００７０】
≪変形例≫
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内で種々の改造および変更が可能であり、本発明はこれら改造および変更された発明にも及ぶことは勿論である。
【００７１】
図１２は、本発明の実施形態に係る水底土砂厚計測装置および漂砂観測システムを河川や湖沼に使用した場合を示す模式図である。
例えば、前記した実施形態では、水底土砂厚計測装置１および漂砂観測システムＳを海底面に堆積または浸食される土砂の厚さを計測・観測する場合を説明したが、水底土砂厚計測装置１および漂砂観測システムＳは、これに限定されず、図１２に示すように、河川や湖沼等の水底面に堆積する土砂の厚さや浸食される土砂の厚さを測定・観測する装置としても使用できる。
【００７２】
この場合、土砂厚計測器４は、図１２に示すように、水底に堆積している粘土やシルトからなるヘドロと、岩石質材料（または岩盤）との間の土質材料土砂が存在する所定の深さの位置に埋設する。このようにしても、前記実施形態と同じように水底面に堆積する土砂の厚さＨ１や、浸食される土砂の厚さ（Ｈ２）を計測することができる。
【００７３】
また、前記した実施形態では、各土砂厚計測器４と演算装置２１とをケーブル７によって接続した場合を説明したが、水底土砂厚計測装置１および漂砂観測システムＳは、これに限定されず、土砂厚計測器４に発信機を設置して細粒分圧力計５および土質材料圧力計６で計測した圧力の出力信号を無線で演算装置２１へ送信してもよい。
【００７４】
前記した実施形態では、図４に示す細粒分圧力計５の細粒分センサ部５３と、土質材料圧力計６の土質材料センサ部６１とが圧力を測定するセンサであることを説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、荷重を検出するセンサであってもよい。
【実施例】
【００７５】
次に、図７〜図１１を参照して本発明に係る水底土砂厚計測装置の実施例を説明する。
図７は、試験器具を示す斜視図である。
【００７６】
≪試験機器の構成≫
図７に示す試験器具８は、アクリル製の透明な底付円筒柱形状の容器８１と、前記実施形態で説明した土砂厚計測器４Ａを備えてなる。容器８１の内底には、細粒分圧力計５と土質材料圧力計６とを載設した土砂厚計測器４Ａが固定されている。
【００７７】
実験では、高さが３２５０［ｍｍ］、内径が１１９．２［ｍｍ］、外径が１２７．０［ｍｍ］の塩化ビニール製の管を容器８１として使用し、その容器８１に水と土砂を順次投入し、土質材料圧力計６の計測値（Ｗ２）と細粒分圧力計５の計測値（Ｗ１）との計測値の差（圧力差）を求めた。そして、実験では、その計測値の差分（Ｗ２−Ｗ１）と、堆積した土砂の厚さ（ｈ３）、つまり、水と土砂とによる固液混相部Ｃの厚さとの相関を、容器８１の目盛板８２による実験値Ｂと、後記する計算による計算値Ｊと、によって求めた。
【００７８】
この実験では、土砂として、２号珪砂（平均粒径（ｄ５０）が２．２［ｍｍ］）と、３号珪砂（平均粒径（ｄ５０）が１．３［ｍｍ］）と、４号珪砂（平均粒径（ｄ５０）が１．１［ｍｍ］）と、６号珪砂（平均粒径（ｄ５０）が０．４９［ｍｍ］）と、を使用して、それぞれ行った。
そのうちの６号珪砂で実験を行ったときの１つを説明する。そのときの実験は、実験時の気温が１１．９℃、水温が１１．０℃で重さ１５８．８３［ｇ］の水を容器８１に投入し、さらに、投入前の重さが２５０．７４［ｇ］の珪砂を容器８１に投入して、容器８１を２５回振って土砂の粒子の配列（間隙比）を密の状態にした後、堆積した土砂の高さｈ３を計測した。このとき、目盛板８２で計測した堆積した土砂の高さｈ３（実験値Ｂ）は、１８．９［ｃｍ］で、水の水位の変化は、９．２［ｃｍ］であった。実験では、このようにして珪砂の量と、珪砂の平均粒径（ｄ５０）とを変えて、堆積した土砂の高さｈ３の実験値Ｂと計算値Ｊとを求めた。
【００７９】
≪定率補正係数の説明≫
例えば、細粒分圧力計５の計測値（水と細粒分土砂との混合の圧力信号）をＷ１、土質材料圧力計６の計測値（水と土質材料土砂（細粒分土砂と粗粒分土砂とを含めたもの）との混合の圧力）をＷ２、水面から細粒分圧力計５および土質材料圧力計６までの深さ［ｍｍ］をｈ１、水の上澄みＢの深さ［ｍｍ］をｈ２、堆積した土砂つまり水と土砂との固液混相部Ｃの深さ［ｍｍ］をｈ３、水の単位体積当たりの重量をγＷ、水と土砂とによる固液混相部Ｃの定率補正係数をγａとすると次の式が成り立つ。
【００８０】
Ｗ１＝ｈ１γＷ
Ｗ２＝ｈ２γＷ＋ｈ３γａ
そして、細粒分圧力計５の計測値Ｗ１と土質材料圧力計６の計測値Ｗ２との計測値の差分（圧力差分）Ｗ２−Ｗ１は、
Ｗ２−Ｗ１＝ｈ２γＷ＋ｈ３γａ−ｈ１γＷ
＝ｈ２γＷ＋ｈ３γａ−（ｈ２＋ｈ３）γＷ
＝ｈ２γＷ＋ｈ３γａ−ｈ２γＷ−ｈ３γＷ
＝ｈ３γａ−ｈ３γＷ
＝ｈ３（γａ−γＷ）
ここでγｗ＝１．０であり、これを代入すると、
Ｗ２−Ｗ１＝ｈ３（γａ−１．０）
となり、したがって、堆積した土砂の厚さｈ３は、
ｈ３＝（Ｗ２−Ｗ１）／（γａ−１．０）
【００８１】
つまり、水と土砂とによる固液混相部Ｃの深さｈ３は、土質材料圧力計６の計測値Ｗ２と細粒分圧力計５の計測値Ｗ１との差分Ｗ２−Ｗ１と、水と土砂とによる固液混相部Ｃの定率補正係数γａとによって算出できる。
【００８２】
定率補正係数γａを求めると、
γａ＝（Ｗ２−Ｗ１）／ｈ３＋１
となる。つまり、水と土砂とによる固液混相部Ｃの定率補正係数γａは、土質材料圧力計６の計測値Ｗ２と細粒分圧力計５の計測値Ｗ１との差分Ｗ２−Ｗ１と、水と土砂とによる固液混相部Ｃの深さｈ３を計測することで算出できる。
【００８３】
図８は、６号珪砂による実験のデータを示すもので、（ａ）は土質材料圧力計の計測値Ｗ２と細粒分圧力計の計測値Ｗ１との差分Ｗ２−Ｗ１と、水と土砂とによる固液混相部の深さｈ３との関係を示すグラフであり、（ｂ）は（ａ）の表である。図９は、３号珪砂による実験のデータを示すもので、（ａ）は土質材料圧力計の計測値Ｗ２と細粒分圧力計の計測値Ｗ１との差分Ｗ２−Ｗ１と、水と土砂とによる固液混相部の深さｈ３との関係を示すグラフであり、（ｂ）は（ａ）の表である。
【００８４】
試験器具８で６号珪砂を実験したところ、図８（ａ）、（ｂ）に示すようなデータが得られた。このように、土質材料圧力計６の計測値Ｗ２と細粒分圧力計５の計測値Ｗ１との差分Ｗ２−Ｗ１で演算して計測した水と土砂とによる固液混相部Ｃの深さｈ３（計算値Ｊ）と、実験で容器８１の目盛板８２による目視測定した水と土砂とによる固液混相部Ｃの深さｈ３（実験値Ｂ）とは、略一致している。
【００８５】
これと同じようにして、試験器具８で２号珪砂と、３号珪砂と、４号珪砂とを実験したところ、図８（ａ）、（ｂ）に示すデータと略同一のデータが得られた。例えば、３号珪砂の場合では、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、固液混相部Ｃの深さｈ３は、目盛板８２による実験値Ｂと、計算値Ｊとがほとんど一致している。
このため、土質材料圧力計６の計測値Ｗ２と細粒分圧力計５の計測値Ｗ１とから水底面に堆積した土砂の厚さＨ１（図２および図１２参照）や浸食された土砂の厚さＨ２（図２参照）を計測できることになる。
【００８６】
図１０は、実験で求めた水と土砂とによる固液混相部Ｃの定率補正係数γａと、土質材料圧力計６の計測値Ｗ２と細粒分圧力計５の計測値Ｗ１との差分Ｗ２−Ｗ１で演算して計測した水と土砂とによる固液混相部Ｃの深さｈ３との関係を示すグラフである。
【００８７】
そして、水と土砂とによる固液混相部Ｃの定率補正係数γａは、図１０に示すように、水と土砂とによる固液混相部Ｃの深さｈ３が変化しても常に一定し、１．１であった。
【００８８】
≪細粒分圧力計および土質材料圧力計の説明≫
水の下の土砂中には、土粒子が作る骨格の間隙に間隙水（pore fluid）が存在している。地下水帯の土砂では、土の間隙を間隙水で飽和しており、かつ毛管水現象によって間隙水が連続した状態で存在している。静水は互いに連続していれば、どのような繋がり方をしていても、水が流れていない静水分布を示す。このため、間隙水の働いている水圧を間隙水圧（浸透水圧ともいう）ｕとし、水の単位体積当たりの重量をγＷとし、ｚを深さとすると、間隙水圧ｕは、
ｕ＝γＷｚ    （ｚ＜０）
で、直線分布をなす。
【００８９】
細粒分圧力計５において、水と細粒分土砂（水分子から粒径５０［μｍ］程度）との圧力の計測値と、容器８１の目盛板８２の目盛りとが合致することが確認された。
土質材料圧力計６は、水と土質材料土砂との固液混相部Ｃにおける水中重量を測定する。
【００９０】
なお、海底においては、海水の水圧や流れや波浪によって海底面に堆積した土砂の間隙比ｅの値は最も密な状態になっている。
そして、この実験では、容器８１に砂と水を混在させ、振動を十分与えると、砂の間隙比ｅの値は最も密な状態になった。
【００９１】
土粒子の比重Ｇｓは、水の単位体積当たりの重量をγＷとし、土粒子の重量をγＳとすると、次の式で定義される。
ＧＳ＝γＳ／γＷ
【００９２】
図１１は、各鉱物粒子および各土粒子の比重の値を示す表である。
海底等の水底には、種々の鉱物からなる土砂が存在している。しかしながら、図１１に示すように、各鉱物の比重は、２．３〜２．８６で略均一であり、前記土粒子の比重Ｇｓの値は、鉱物の種類によってもほとんど変わらないため、水底面に堆積される土砂や浸食される土砂の厚さの計測にはほとんど影響しない。
【００９３】
以上のことから、海底や湖底等の水底面に堆積される種々の土砂の厚さ（水と土砂とによる固液混相部Ｃの深さｈ３）は、土質材料圧力計６の計測値Ｗ２と細粒分圧力計５の計測値Ｗ１との差分（圧力差分）Ｗ２−Ｗ１と、水と土砂とによる固液混相部Ｃの定率補正係数γａによっていずれ場合も正確に算出できることが判る。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】水底土砂厚計測装置および漂砂観測システムを示す模式図である。
【図２】水底土砂厚計測装置および漂砂観測システムを示す図であり、（ａ）は海に設置したときの設置状態を示す模式図、（ｂ）はＡ部拡大図である。
【図３】日本統一土質分類法による粒径の区分名称を示す表である。
【図４】土砂厚計測器を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は台座を離脱したときの状態を示す平面図である。
【図５】図４の矢視線Ｘ−Ｘ方向の拡大縦断面図である。
【図６】図４の矢視線Ｙ−Ｙ方向の拡大縦断面図である。
【図７】試験器具を示す斜視図である。
【図８】６号珪砂による実験のデータを示すもので、（ａ）は土質材料圧力計の計測値Ｗ２と細粒分圧力計の計測値Ｗ１との差分Ｗ２−Ｗ１と、水と土砂とによる固液混相部の深さｈ３との関係を示すグラフであり、（ｂ）は（ａ）の表である。
【図９】３珪砂による実験のデータを示すもので、（ａ）は土質材料圧力計の計測値Ｗ２と細粒分圧力計の計測値Ｗ１との差分Ｗ２−Ｗ１と、水と土砂とによる固液混相部の深さｈ３との関係を示すグラフであり、（ｂ）は（ａ）の表である。
【図１０】実験で求めた水と土砂とによる固液混相部の定率補正係数と、土質材料圧力計の計測値と細粒分圧力計の計測値との圧力差分で演算して計測した水と土砂とによる固液混相部の深さとの関係を示すグラフである。
【図１１】鉱物粒子および土粒子の比重の値を示す表である。
【図１２】本発明の実施形態に係る水底土砂厚計測装置および漂砂観測システムを河川や湖沼に使用した場合を示す模式図である。
【符号の説明】
【００９５】
１      水底土砂厚計測装置
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ  観測局
４，４Ａ  土砂厚計測器
５      細粒分圧力計
６      土質材料圧力計
７      ケーブル（信号伝達手段）
２１    演算装置
４１    台座
４２    基板
５１    細粒分センサ筐体
５１ａ  流入口
５２    フィルタ
５３    細粒分センサ部
６１    土質材料センサ部
６２    カバー体
６３    支柱
６４    空間
６５    隙間
ａ      所定間隔（第２の間隔）
ｃ      所定間隔（第１の間隔）
Ｃ      固液混相部
Ｓ      漂砂観測システム
Ｈ０    所定の深さ
Ｈ１    堆積した土砂の厚さ
Ｈ２    浸食された土砂の厚さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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