(57)【要約】【課題】河床断面の測定が困難な起伏の激しい乱流河川などの流量測定が可能で、下流側に環境的な悪影響を与えずに表流水の流量を良好に測定することができる流量測定方法を提供する。【解決手段】濁水を投入し、下流側でその表流水の濁度を測定して流量を測定する流量測定方法である。予め濁度を測定した所定量の濁水を表流水の上流に投入し、その下流の表流水に生じた濁度を時間と共に測定し、その測定値から平均増加濁度と濁度の増加時間を算出し、投入した濁水の量と濁度、平均増加濁度、及び濁度の増加時間から、表水流の流量を算出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表流水の流量を測定する流量測定方法において、
予め濁度を測定した所定量の濁水を表流水の上流に投入し、その下流の表流水に生じた濁度を時間と共に測定し、それらの測定値から平均増加濁度と濁度の増加時間とを算出し、投入した濁水の量と濁度、該平均増加濁度、及び該濁度の増加時間から、表水流の流量を算出することを特徴とする流量測定方法。
【請求項２】
前記投入する濁水として、コロイド分を５０重量％以上含む粘土鉱物の水溶液を使用することを特徴とする請求項１の流量測定方法。
【請求項３】
前記投入する濁水の量として、表流水が１秒間に流れる水量に対し０．０４〜０．２５重量％の粘土鉱物を溶かす量だけ投入することを特徴とする請求項２記載の流量測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、河川等の表流水の流量を希釈法により測定する流量測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
河川等の表流水の流量を測定する流量測定方法として、従来、容器法、堰測定法、流速計測定法、浮子法、塩分希釈法などが知られており、河川などの状況や流速、流量などに応じて、それらの測定方法が選択使用されている。これらの測定方法において、容器法は、流水の流量を直接容器に入れて測定するもので、流水の流量の全てが容器に確保できるような小流量の流水の測定のみで可能な方法である。
【０００３】
また、堰測定法は、水路に三角堰や四角堰を設置し、その堰を自由越流する越流高さを測定し、その越流高さと流量公式により流量を算出するもので、測定用の堰を設けることが可能な水路で測定可能な方法である。また、流速計測定法は、流速計を表流水中に入れてその流速を直接測定し、その流路の断面と流速により流量を算出する方法であり、表流水の流速を直接測定可能な河川の流量に使用される。また、浮子法は、表流水に浮子を流し、その浮子が一定の区間を通過する時間と距離により流速を求め、その流路の断面積と流速の積により流量を算出する方法である。
【０００４】
さらに、塩分希釈法は、下記の特許文献１でも知られているように、測定しようとする表流水の上流に、食塩水を投入し、その下流において塩分の希釈された濃度を電気伝導度として測定し、測定した電気伝導度、投入した食塩水の量、食塩水の電気伝導度などと所定の公式から流量を算出する方法である。この塩分希釈法は、沢や渓流など堰の設置が困難であったり、河床断面の測定が困難な起伏の激しい乱流河川の流量を測定する際に適しており、我が国の多くの河川の流量測定に使用されている。
【特許文献１】特開平１０−２６７７２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、この塩分希釈法は、淡水河川に食塩水を投入して下流の水の電気伝導度を測定するため、下流側に養殖場、田畑、水源などがある場合、塩水による影響が懸念される。このため、測定する河川の下流側に養殖場、田畑、水源などがある場合でも、それらに悪影響を出さずに、表流水の流量を測定する方法が要望されていた。
【０００６】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、河床断面の測定が困難な起伏の激しい乱流河川などの流量測定が可能で、下流側に環境的な悪影響を与えずに表流水の流量を良好に測定することができる流量測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の流量測定方法は、表流水の流量を測定する流量測定方法において、予め濁度を測定した所定量の濁水を表流水の上流に投入し、その下流の表流水に生じた濁度を時間と共に測定し、その測定値から平均増加濁度と濁度の増加時間を算出し、投入した濁水の量と濁度、該平均増加濁度、及び該濁度の増加時間から、表水流の流量を算出することを特徴とする。
【０００８】
ここで、上記の流量測定方法において、投入する濁水として、コロイド分を５０重量％以上含む粘土鉱物の水溶液を使用することができる。
【０００９】
また、投入する濁水の量は、表流水が１秒間に流れる水量（ｋｇ）に対し０．０４〜０．２５重量％の上記粘土鉱物を溶かした濁水とすることができる。
【００１０】
上記構成の流量測定方法では、表流水を測定しようとする河川などの上流に、予め測定された濁度を持った所定量の濁水を瞬時に投入する。そして、その下流において、その投入時点から例えば５秒毎に、濁度計を用いてその表流水の濁度を時間と共に測定し記録する。
【００１１】
そして、濁水の投入量と、投入した濁水の濁度と、測定データとから、次の計算式を用いて表流水の流量Ｑを算出する。
【００１２】
Ｑ＝ｑ・Ｔ／[λ（ｔｎ−ｔo）]
ここで、ｑは濁水の投入量、Ｔは投入した濁水の濁度、ｔｎは表流水の濁度の増加の終了時間、ｔoは表流水の濁度の増加の開始時間、λは表流水の平均増加濁度（Ｔａｖｅ―Ｔｏ）、Ｔａｖｅは測定した表流水の濁度、Ｔｏは濁水を投入する前の表流水の濁度である。
【００１３】
投入する濁水としては、コロイド分をより多く含むものが測定誤差を少なくするために良好であり、コロイド分を５０重量％以上、望ましくは６０重量％以上含む粘土鉱物の水溶液を使用するとよい。また、投入する濁水の量は、表流水が１秒間に流れる水量（ｋｇ）に対し０．０４〜０．２５重量％の上記粘土鉱物を溶かした濁水とすると、誤差を少なくすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
このように、河床断面の測定が困難な起伏の激しい乱流河川などであっても、予め濁度を測定した所定量の濁水を表流水の上流に投入し、その下流の表流水に生じた濁度を時間と共に測定して、表流水の流量を算出することができる。従って、例えばベントナイトのような粘土鉱物を水に溶かして作った濁水を、河川などの表流水に投入して濁度を測定し流量を算出することができ、このような濁水を投入することにより表流水に生じる濁りは、河川などで降雨による増水時などに濁りが生じる場合と同様であるから、そのような自然状態に近い濁水を一時的に生じさせてその流量を測定するため、下流側に養殖場、田畑、水源などがある場合でも、下流側に悪影響を与えずに表流水の流量を良好に測定することができる。また、投入する濁水の材料として、対象となる河川の上流にある自然の粘土を用いれば、より自然に近い状態での測定が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は山地河川等の表流水の流量を濁度希釈法により測定する際の説明図を示している。この流量測定方法では、上流の表流水に濁水容器５から濁水を投入し、下流側の表流水の濁度を時間経過と共に濁度計１により測定する。
【００１６】
濁度計１は、一般に使用されている公知の濁度測定装置であり、表流水の水中に設置される検出部２と、検出部２から出力された検出信号を演算処理して濁度を算出し、測定された濁度を表示する濁度計本体３とを備えている。検出部２は、図２に示すように、例えばケーシング内に下方を開口した円筒部１０が設けてあり、円筒部１０内には測定する濁水が入るようにしている。円筒部１０の側壁にスリット１１，１２が対向して位置するように形成され、別にもう１つのスリット１３が、スリット１１，１２の軸線に対し所定の傾斜角だけ傾斜して対向するように形成されている。
【００１７】
この円筒部１０のスリット１１の外側に、投光器１４が円筒部内に光を入射させるように配置され、一方、スリット１２とスリット１３の外側には、投光器１４からの投光を受光するために、受光器１５、１６が配設されている。受光器１５、１６には、集光用のレンズが配設され、受光器１５は、投光器１４から投光された透過光をスリット１２を通して受光し、受光器１６は、投光器１４から投光された光の散乱光をスリット１３を通して受光するように構成される。
【００１８】
濁度計本体３は、検出部２から送られる透過光と散乱光の検出信号を入力し、その検出信号に基づき、円筒部１０内の液体の濁度を算出するものであり、投光器１４の発光素子を駆動するめの発振回路及び発光駆動回路、受光器１５，１６から送られた受光信号から有効な受光データを入力するための受光増幅回路、バンドパスフィルタ、検波回路などの処理回路、及びマイクロプロセッサ、メモリ、算出された濁度を数値表示するためのディスプレイなどが、濃度計本体３に設けられている。
【００１９】
次に、上記の濁度計１を用いて河川の表流水の流量を測定する方法を説明すると、先ず流量測定に使用する濁水を作成し、その濁水の濁度を濁度計１により測定しておく。
【００２０】
濁水は、水に非溶解性粒子を混合させた懸濁液として容易に作成することができ、例えば、粘土鉱物であるベントナイトを水に溶かして濁水とすることができる。流量の測定には、コロイド成分をより多く含む濁水が好適であり、ベントナイトを用いて濁水を作る場合、その水溶液にはコロイド分が約５０重量％以上、望ましくは約６０重量％以上含む懸濁液が良好であり、測定誤差の少ない流量測定が可能となる。濁水は、現地で濁水容器５内に粘土鉱物と水を混合して容易に作ることができ、粘土鉱物としては、ベントナイトの他、コロイド分の比較的多い現地の自然粘土を使用することもできる。
【００２１】
また、流量の測定に使用する濁水の量、つまり河川に投入する濁水量は、試験結果から、１秒間の河川流量（ｋｇ）に対し０．０４〜０．２５重量％の粘土鉱物を溶かした濁水とすれば、誤差を少なくするために適量となる。このような濁水は、例えば１リットルの水に数ｇのベントナイトを混合すれば、流量測定用の濁水を容易に作ることができる。
【００２２】
河川などの表流水の流量を実際に測定する場合、上記のように作成した濁水の濁度Ｔを、予め濁度計１により測定しておく。そして、流量を測定しようとする河川の上流で、図１のように距離Ｌだけ離れた位置において、濁水容器５から投入量ｑの濁水を瞬時に河川に投入する。投入位置から測定位置までの距離Ｌは、川幅の５〜１０倍程度がよいが、水深等に応じてそれ以上の距離に設定することもできる。
【００２３】
そして、濁水の投入時点から、所定時間（例えば５秒）毎に濁度計１にて、つまり投入箇所から所定距離Ｌだけ離れた下流位置の表流水の濁度を時間と共に測定し記録する。図３に示すように、濁水を投入した後、濁水が希釈されて測定地点に到達するに応じて、濁度の測定値は上昇してピークに達し、その後、測定値は徐々に低下し、投入前の濁度に戻った時点で、濁度測定を終了する。
【００２４】
図３のグラフは、測定地点における表流水の濁度の時間的変化を示しており、また、比較例として同時に実施した塩分希釈法による電気伝導度の時間的変化が合わせ表示されている。塩分希釈法は、上記特許文献１にも記載されるように、河川などの表流水の流量測定に、従来、実際に実施され方法であり、食塩水などのトレーサを、流量を測定しようとする表流水の上流側に投入し、所定距離だけ離れた下流側でその表流水の電気伝導度を測定し、その電気伝導度の変化から表流水の流量を測定する方法である。
【００２５】
図３のグラフから、この塩分希釈法による電気伝導度のピークと本発明の濁度希釈法による濁度のピークが同時点であることがわかり、また、電気伝導度と濁度の変化もピークの前後で同様であることがわかる。したがって、投入した濁水による濁度の変化、つまり表流水の流れに応じて拡散・希釈される濁水の流量に応じた流量の測定技術は、従来の塩分希釈法と同様に扱うことにより、表流水の流量を測定可能なことがわかる。
【００２６】
そして、上記のように測定した濁度の測定値、濁水の投入量ｑ、投入した濁水の濁度Ｔを用いて、Ｑ＝ｑ・Ｔ／[λ（ｔｎ−ｔo）]の式から、表流水の流量を算出する。ここで、ｔｎは表流水の濁度の増加の終了時間、ｔoは表流水の濁度の増加の開始時間、λは表流水の平均増加濁度（Ｔａｖｅ―Ｔｏ）、Ｔａｖｅは測定した表流水の濁度、Ｔｏは濁水を投入する前の表流水の濁度である。
【００２７】
このように、河川水の中に濁度計１の検出部２を挿入し、所定距離離れた上流地点に所定の濁度の濁水を所定量投入し、検出部２で検出され濁度計本体３に表示された濁度の測定値を所定時間毎に読み取って記録し、これらに測定値と濁水の投入量ｑ、投入した濁水の濁度Ｔを用いて、河川などの表流水の流量を算出することができる。
【実施例１】
【００２８】
次に、本発明の効果を確認するために行った実施例について説明する。実施例では、河川幅：１ｍ、平均水深０．０５１ｍ、平均流速０．２６８ｍ／ｓの河川について、濁水の投入量と投入する濁水の濁度を変えて、濁度希釈法による流量測定を行なった。なお、同時に流速計測法及び塩分希釈法による流量測定を実施し、対象とした河川の表流水の正確な平均流量を測定し、その平均流量に対する今回の測定流量の比（％）を算出し、各測定値の誤差の値として表に記載した。
【００２９】
使用した濁水の投入量は、０．２５〜４．００リットルまで０．２５リットルまたは０．５リットル間隔で１１種類、濁水の濁度は、２３６０〜１５５００ＮＴＵまで５種類の試験濁水を、全ての組み合わせで５５種類作成した。そして、５５種類の濁水を上記河川の上流で別々に投入し、下流側の測定地点で濁度計によりその表流水の濁度を測定し記録した。そして、その濁度の測定値、濁水の投入量ｑ、及び投入した濁水の濁度Ｔを用いて、上記の公式から、各々の濁水を投入した際の表流水の流量を各々算出した。
【００３０】
図４の表には、濁度を測定し算出された５５個の流量（リットル／min）が記載され、その下段には流速計測定法及び塩分希釈法により測定算出した平均基準流量（正確な実流量）に対する比（％）が記載される。
【００３１】
この試験結果を示す図４の表から、濁水の投入量が０．２５リットルと少ない場合、濁度が低くなり測定誤差が増大することがわかる。また、濁水の濁度が２３６０ＮＴＵと低い場合も、測定誤差が増大することがわかる。さらに、濁水の投入量が２リットル／nim以上、或いは濁度が１５５００ＮＴＵ以上になると、測定誤差がやや増大することがわかる。したがって、投入する濁水の濁度が６６００〜１３７００ＮＴＵで且つ濁水の投入量が０．５〜１．５リットルの範囲で、ほぼ実流量に近いつまり誤差の少ない測定結果を得ることができた。
【００３２】
ところで、上述の粘土鉱物１．６５ｇを１リットルの清水に溶けば１０００ＮＴＵの濁水が得られる。したがって、上記の試験結果から誤差の少ない範囲の濁度と濁水の投入量から、投入する濁水中の粘土鉱物の質量を求めると、５．５〜３４．２ｇになる。この５．５〜３４．２ｇの粘土鉱物は、河川の１秒間の流量（ｋｇ）の０．０４〜０．２５重量％に当るから、測定しようとする河川の流量を基準とした場合、測定の際に投入する濁水中の粘土鉱物の量は、河川の１秒間の流量（ｋｇ）の０．０４〜０．２５重量％が、誤差の少ない測定に必要な量となる。
【００３３】
以上説明したように、本発明の流量測定方法によれば、濁水を表流水に投入し、その下流側で表流水の濁度を測定し、その測定値から流量を算出するため、河床断面の測定が困難な起伏の激しい乱流河川などであっても、表流水の流量を比較的容易に且つ正確に算出することができる。また、本流量測定方法によれば、例えばベントナイトのような粘土鉱物を水に溶かして作った濁水を河川などの表流水に投入して濁度を測定するため、このような濁水を投入することによって表流水に生じる濁りは、河川などで降雨による増水時などに濁りが生じる場合と同様である。したがって、そのような自然状態に近い濁水を一時的に生じさせてその流量を測定するため、従来の塩分希釈法に比較して、下流側に養殖場、田畑、水源などがある場合でも、下流側に環境的な悪影響を与えずに表流水の流量を良好に測定することができる。さらに、測定する河川などで自然の粘土がある場合、その粘土のコロイド分を抽出して使用すれば、より自然に近い状態で流量の測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態を示す流量測定方法の説明図である。
【図２】濁度計の検出部の断面図である。
【図３】比較例としての塩分希釈法による電気伝導率のグラフと本発明の流量測定方法の一実施例を示す濁度の経過時間に対する変化を示すグラフ図である。
【図４】本発明の一実施例として測定し算出した流量の値と実流量に対する比（％）を示す表図である。
【符号の説明】
【００３５】
１−濁度計
２−検出部
３−濁度計本体
５−濁水容器                                                                        
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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