(57)【要約】【課題】  本発明は、振り子式をなす傾斜測定体の挙動を画像計測することによって、連続的にしかも長時間にわたり確実に地下水の流向流速を測定できるとの優れた効果を奏する地下水流動測定装置を提供することを目的とするものである。【解決手段】  本発明は、地下水内での被撮像物の揺動状態を撮像手段で撮影し、被撮像物の撮影像から地下水の流速と流向を測定する地下水流動測定装置であり、撮像手段と、地下水が通過する測定部と、を有し、測定部内には、測定すべき地下水より比重が軽い浮子体と、浮子体に連続し測定すべき地下水と略同等の比重を有する部材からなる傾斜測定体と、係止部とを備えた被撮像物を有し、該被撮像物は測定すべき地下水内に水没状態とされた、ことを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地下水内での被撮像物の揺動状態を撮像手段で撮影し、被撮像物の撮影像から地下水の流速と流向を測定する地下水流動測定装置であり、
装置本体部内上部側に収納された撮像手段と、該撮像手段の下側に設けられ地下水が通過する測定部と、を有し、
前記測定部内には、測定すべき地下水より比重が軽い浮子体と、浮子体に連続し測定すべき地下水と略同等の比重を有する部材からなる傾斜測定体と、該傾斜測定体の基部に設けられ前記傾斜測定体が水平方向揺動自在となるよう測定部の底面に係止する係止部とを備えた被撮像物を有し、該被撮像物は測定すべき地下水内に水没状態とされた、
ことを特徴とする地下水流動測定装置。
【請求項２】
地下水内での被撮像物の揺動状態を撮像手段で撮影し、被撮像物の撮影像から地下水の流速と流向を測定する地下水流動測定装置であり、
装置本体部内上部側に収納された撮像手段と、該撮像手段の下側に設けられ地下水が通過する測定部と、を有し、
前記測定部内には、測定すべき地下水より比重が軽い浮子体兼傾斜測定体と、該浮子体兼傾斜測定体に連結された線状連結部材と、該線状連結部材の端部と接続され、前記浮子体兼傾斜測定体が水平方向揺動自在となるよう測定部の底面に係止する係止部とを備えた被撮像物を有し、該被撮像物は測定すべき地下水内に水没状態とされた、
ことを特徴とする地下水流動測定装置。
【請求項３】
地下水内での被撮像物の揺動状態を撮像手段で撮影し、被撮像物の撮影像から地下水の流速と流向を測定する地下水流動測定装置であり、
装置本体部内上部側に収納された撮像手段と、該撮像手段の下側に設けられ地下水が通過する測定部と、該測定部の下側に設けられた太陽光あるいは人工光線などの光源が使用された照明部とを有し、
前記測定部内には、測定すべき地下水より比重が軽い浮子体と、浮子体に連続し測定すべき地下水と略同等の比重を有する部材からなる傾斜測定体と、該傾斜測定体の基部に設けられ前記傾斜測定体が水平方向揺動自在となるよう測定部の底面に係止する係止部とを備えた被撮像物をし、該被撮像物は測定すべき地下水内に水没状態とされた、
ことを特徴とする地下水流動測定装置。
【請求項４】
前記係止部は、測定部の底面に設けられた略球状に窪む凹部に遊嵌する球状係止具と該球状係止具を係止する係止片とを備え、前記傾斜測定体が水平方向揺動自在で、かつ前記球状係止具が前記凹部より抜出不可に構成されたことを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３記載の地下水流動測定装置。
【請求項５】
前記球状係止具は磁性体で構成され、測定部底面の前記凹部近傍位置には前記球状係止具を吸着する磁石が内設されたことを特徴とする請求項４記載の地下水流動測定装置。
【請求項６】
前記浮子体の頂面には撮像用マークが設けられたことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４又は請求項５記載の地下水流動測定装置。
【請求項７】
前記浮子体の頂面に設けられた撮像用マークを連続的に撮影して、該撮像データを連続的に取得する手段と、取得された撮像データより前記撮像用マークの移動量を算出する手段と、算出された値により地下水の流向、流速を測定する手段と、測定された測定値を記憶保存する手段と、前記測定値を表示する手段と、
を有することを特徴とする地下水流動測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建設工事に関わる各種調査・例えば亀裂の発達した岩盤内の地下水流動、止水壁の漏水調査・山留め壁による流況阻害調査・地盤環境事前調査・海岸近傍の潮位の影響を受ける地下水流動や塩水くさびの流動測定等において地下水流動（流向・流速）を測定する地下水流動測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、建設工事に伴う地下水流動阻害や井戸枯れの問題のほか、止水壁・止水シートからの漏水や産業廃棄物などによる地下水・土壌汚染が深刻な社会問題となっている。
【０００３】
これら地盤環境保全問題に対して、精度の高い影響予測や効果的な対策工事を実施するためには地盤の透水係数だけでなく地下水の流向や流速を精度よく得ることがきわめて重要とされている（図７参照）。
【０００４】
ここで、地下水の流向や流速を測定する測定装置として、例えば１２本の電極を円周上に配置したボーリング孔内測定部の中央部に、地下水と比抵抗の異なる蒸留水をトレーサとして置換し、電極間の抵抗値の変化から地下水の流向流速を測定する装置（特許第1395123号特許公報）が知られている。
【０００５】
また、ボーリング孔内に、おもり、糸、フロート、電極を利用した検出部から構成される測定器を挿入し、フロートの移動を電気的に測定して地下水の流向流速を測定する装置、測定方法も一般に知られている（実開昭60-70067号公報）。
【０００６】
さらに、地下水中の測定ケース内に空気層を形成し、地下水中に浮く絶縁体フロートの移動を２組の電極による電気抵抗の変化として測定する測定装置及び測定方法も知られている（特開2000-56036号公報）。
【０００７】
【特許文献１】特許第1395123号特許公報
【特許文献２】実開昭60-70067号公報
【特許文献３】特開2000-56036号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、例えば地下水と比抵抗の異なる蒸留水をトレーサとして用いた従来の測定装置では、前記トレーサを断続的に計測するため、時間上で連続した計測ができない。また、地下水流の流向流速を電気的に計測する場合は、流向流速計測データの解析処理に時間を要するため、逐次計測ができないし、海水の混じった沿岸に近い地域での潮位の影響を受ける地下水流向流速の測定が困難である。
【０００９】
さらに、フロート式の地下水測定装置、測定方法では、水面の揺れなどの影響により正確に流向流速が測定できない。
【００１０】
など各種の課題があった。
【００１１】
かくして、本発明は前記従来の課題に対処すべく創案されたものであって、いわゆる振り子式をなす傾斜測定体の挙動を画像計測することによって、連続的にしかも長時間にわたり確実に地下水の流向流速を測定できるとの優れた効果を奏するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明による地下水流動測定装置は、
地下水内での被撮像物の揺動状態を撮像手段で撮影し、被撮像物の撮影像から地下水の流速と流向を測定する地下水流動測定装置であり、
装置本体部内上部側に収納された撮像手段と、該撮像手段の下側に設けられ地下水が通過する測定部と、を有し、
前記測定部内には、測定すべき地下水より比重が軽い浮子体と、浮子体に連続し測定すべき地下水と略同等の比重を有する部材からなる傾斜測定体と、該傾斜測定体の基部に設けられ前記傾斜測定体が水平方向揺動自在となるよう測定部の底面に係止する係止部とを備えた被撮像物を有し、該被撮像物は測定すべき地下水内に水没状態とされた、
ことを特徴とし、
または、
地下水内での被撮像物の揺動状態を撮像手段で撮影し、被撮像物の撮影像から地下水の流速と流向を測定する地下水流動測定装置であり、
装置本体部内上部側に収納された撮像手段と、該撮像手段の下側に設けられ地下水が通過する測定部と、を有し、
前記測定部内には、測定すべき地下水より比重が軽い浮子体兼傾斜測定体と、該浮子体兼傾斜測定体に連結された線状連結部材と、該線状連結部材の端部と接続され、前記浮子体兼傾斜測定体が水平方向揺動自在となるよう測定部の底面に係止する係止部とを備えた被撮像物を有し、該被撮像物は測定すべき地下水内に水没状態とされた、
ことを特徴とし、
または、
地下水内での被撮像物の揺動状態を撮像手段で撮影し、被撮像物の撮影像から地下水の流速と流向を測定する地下水流動測定装置であり、
装置本体部内上部側に収納された撮像手段と、該撮像手段の下側に設けられ地下水が通過する測定部と、該測定部の下側に設けられた太陽光あるいは人工光線などの光源が使用された照明部とを有し、
前記測定部内には、測定すべき地下水より比重が軽い浮子体と、浮子体に連続し測定すべき地下水と略同等の比重を有する部材からなる傾斜測定体と、該傾斜測定体の基部に設けられ前記傾斜測定体が水平方向揺動自在となるよう測定部の底面に係止する係止部とを備えた被撮像物をし、該被撮像物は測定すべき地下水内に水没状態とされた、
ことを特徴とし、
または、
前記係止部は、測定部の底面に設けられた略球状に窪む凹部に遊嵌する球状係止具と該球状係止具を係止する係止片とを備え、前記傾斜測定体が水平方向揺動自在で、かつ前記球状係止具が前記凹部より抜出不可に構成されたことを特徴とし、
または、
前記球状係止具は磁性体で構成され、測定部底面の前記凹部近傍位置には前記球状係止具を吸着する磁石が内設されたことを特徴とし、
または、
前記浮子体の頂面には撮像用マークが設けられたことを特徴とし、
また、
地下水流動測定システムは、
前記浮子体の頂面に設けられた撮像用マークを連続的に撮影して、該撮像データを連続的に取得する手段と、取得された撮像データより前記撮像用マークの移動量を算出する手段と、算出された値により地下水の流向、流速を測定する手段と、測定された測定値を記憶保存する手段と、前記測定値を表示する手段と、
を有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明による地下水流動測定装置であれば、いわゆる振り子式をなす傾斜測定体の挙動を画像計測することによって、連続的にしかも長時間にわたり確実に地下水の流向流速を測定できるものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を図に示す実施例に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１に本発明による地下水流動測定装置の構成を示す。
【００１６】
符号１はボーリング孔を示す。該ボーリング孔１内にパッカー１９・・等を用いて本発明による地下水流動装置が設置される（図７参照）。
【００１７】
符号２は前記地下水流動装置の装置本体であり、該装置本体２は内部に空間部を有する円筒状の形状をなしてケース状に構成されている。
【００１８】
そして、この装置本体２内の上部側にはＣＣＤカメラ３がその撮像方向を下側に向けて配置されている。
【００１９】
また、ＣＣＤカメラ３の上方には磁石等で形成された方位計２０が設置されている。
このＣＣＤカメラ３の下側には地下水が通過する測定部４が設けられる。該測定部４は装置本体２内と外部とが連通するようフリースペースとして構成され、測定すべき地下水がスムーズに通過できる様になっている。すなわち、外周には壁面が設けられていない。したがって、測定部４は、該測定部４の底面と前記装置本体部２の間に複数本の棒状支柱１７で連結されて支持されて構成されることが多い。
【００２０】
尚、図２などにおいて符号５は初期値設定用の外筒であり、後述する様に初期値設定の際に測定部４を外部遮断すべく上下方向へスライド出来る構造となっている。従って前記外筒５が図２に示すように配置されると測定部４は装置本体内２で密閉状態となる（図２参照）。
【００２１】
次に、測定部４の底面略中央部分からはいわゆる振り子式に水平方向へ揺動するよう構成された傾斜測定体６が上方に向かって立設状態にして取り付けられている。
【００２２】
ここで、前記振り子式傾斜測定体６は測定すべき地下水より比重が軽い浮子体７とこの浮子体７の下側に連続して延出し、測定すべき地下水と略同等の比重を有する部材からなる長尺の円柱状をなす傾斜測定体本体８と、該傾斜測定体本体８と連続し、前記測定すべき地下水より比重の重い部材から形成された球状係止具９とを備えて構成されている。
【００２３】
そして、測定部４内において該振り子式傾斜測定体６が測定すべき地下水内で水没状態とされたとき、測定部４の底面略中央部分から傾斜測定体６が前記浮子体７の浮力により上方（鉛直方向）に向かって立設された状態となる。
【００２４】
ここで、図１乃至図５から理解されるように、測定部４の底面略中央部には略球状に窪む凹部１０が形成されており、該凹部１０に前記球状係止具９が遊嵌する状態とされている。  
もってこの凹部１０に遊嵌した球状係止具９を支点として、浮子体７を先端に接続した傾斜測定体本体８が測定すべき地下水内において地下水の流れによって水平方向に感度よくスムーズに揺動出来る構成とされている（図８参照）。
【００２５】
尚、前記の球状係止具９が凹部１０から抜出しないように係止片１１を凹部上方の近傍位置に取り付けた構成にしても構わない。
【００２６】
尚、図４に示すように球状係止具９につき、測定すべき地下水より比較的比重の重い部材で形成すれば、窪みの浅い凹部１０であっても、前記球状係止具９が凹部１０より抜け出るおそれはあまりないものとなる。
【００２７】
この場合にも、前記の球状係止具９が凹部１０から抜出しないように係止片１１を凹部上方の近傍位置に取り付けた構成にしても構わない（図４参照）。
【００２８】
さらに、図５に示すように凹部１０の下側に所定の間隔をあけて磁石１８を内設しておけばなおさら抜け出ることはない。
【００２９】
ここで、前記磁石１８については方位計２０との関係で通電時に磁力を喪失するタイプのものを使用するのが好ましい。
【００３０】
すなわち、前記凹部１０から球状係止具９が抜出するおそれがあるのは本装置をボーリング孔１内に設置するときであり、特に測定時にあっては球状係止具が９スムーズに回動できるよう磁力を及ぼさない構成からするのが好ましい。
【００３１】
ところで、前述の浮子体７は例えばろうそくの焔の様な略円錐状をなした形状が好ましく、その先端頂部には前記ＣＣＤカメラ３がその揺動を認識しやすいよう黒色などの着色が施されて撮像用マーク１２が形成されている。
さらに、図６から理解されるように、該浮子体７は傾斜測定体本体８に対し着脱自在にして取り付けるよう構成することも出来、例えば傾斜測定体本体８の頂面に設けられた雌ねじ孔１３に浮子体７の雄ねじ１４を螺合して連結できるようにも構成できる。
【００３２】
すなわち、測定すべき地下水の比重は塩分濃度などの影響により一定ではなく、測定すべき地下水の比重にあわせて比重の異なる浮子体７を使用することが出来る。
【００３３】
従って、例えば、比重が通常の地下水に比べて比較的軽いと思われる地下水測定の場合であっても、当該地下水よりさらに比重の軽い浮子体７に交換すればたえず浮子体７は測定すべき地下水内で浮力を有することになり、これにより傾斜測定体本体８も地下水内で鉛直方向に向かってたえず立設状態とすることが出来る。
【００３４】
また、例えば、比重が通常の地下水に比べて比較的重いと思われる地下水測定の場合には、当該地下水より若干比重の軽い浮子体７に交換すればよい。すなわち、当該地下水より若干比重の軽い浮子体７であれば測定すべき地下水内で大きな浮力を有することがなく、これにより傾斜測定体本体８も地下水内で鉛直方向に向かってほどよい立設の状態とすることが出来るからである。そして、傾斜測定体本体８は地下水の流れによって水平方向へスムーズに揺動するものとなる。
【００３５】
さらに、図９に振り子式傾斜測定体６の他の実施例を示す。ここでは、傾斜測定体本体８は浮子体７を長尺にして浮子体兼傾斜測定体２１としてある。そしてこの浮子体兼傾斜測定体２１は糸状の線状連結部材２２で球状係止具に取り付けられている。しかして、このように振り子式傾斜測定体２１を構成することも出来る。
【００３６】
次に、符号１５は光源を示し、該光源１５は測定部４の下側に設けられて上方、すなわちＣＣＤカメラ３側に向けて照射するよう構成されている。
【００３７】
また、この光源１５は太陽光で形成しても構わないし、人工光で形成しても構わないものである。すなわち、光源１５の導線１６を光ファイバーケーブル等で構成すれば、地上の太陽光を光源１５として使用することも出来る。
【００３８】
以上において本発明による装置での測定方法につき説明する。
【００３９】
図から理解されるように、地下水を測定したい箇所に地上から地中に向かう例えば略垂直方向に延びるポーリング孔１を穿設する。そして、そのポーリング孔１内に本装置を下ろして挿入し、収納設置する。
【００４０】
しかして測定すべき個所を決めたら、パッカーを膨張させて装置本体２をボーリング孔１内に固定する。
【００４１】
測定すべき地下水の中で測定部４内の振り子式傾斜測定体６は矢印で示す如く地下水内をその流れに沿って揺動する（図８参照）。
【００４２】
そして、この揺動する浮子体７の頂面に設けられた撮像用マーク１２をＣＣＤカメラ３で撮影する。
【００４３】
そして、任意の時点例えばｔ１、ｔ２、ｔ３・・・・・ｔｎにおいての前記撮影を繰り返し、各時点ごとに撮像用マーク１２の像をパソコン２３で算出し、各時間ごとに移動方向と移動量を把握することで地下水の流向と流速を求めることができる。
【００４４】
さらにその詳細を説明する。
【００４５】
図１０に示すように、浮子体７先端の撮像用マーク１２は支点（球状係止具９）から長さLの距離にあるとする。
【００４６】
浮子体７の静水状態（密閉状態）での画像上の座標（写真座標）をP0(X0,Y0)とする。
【００４７】
そして、時刻tでの流速をV(t)とし、同時刻での浮子体７の画像上の座標(写真座標)をPt(Xt,Yt)すると、
流速V(t)による浮子体の各座標成分の移動量は次式となる（図１１参照）。
ΔＸｔ＝Ｘｔ−Ｘ0                          (1.1)式
ΔＹｔ＝Ｙｔ−Ｙ0                          (1.2)式
次に、移動量d(t)は次式となる。
【００４８】
【数１】
2005345180.tif 000003
この移動量dと流速Vは一義的に実験により求めることができる。
浮子体７先端までの長さLである、ある比重の浮子体７と傾斜棒６からなる被撮影物を用いて、さまざまな一様流速における移動量dを実験的に測定し、その測定結果から実験式(3)式を定める。
【００４９】
Ｖ＝ｆ（ｄ）                         (3)式
ここで、f(d)は、浮子体７の浮力や傾斜棒６の形状などによって実験的に定まる関数。
しかして、移動量dと流速Vとの間にある関係式は、概ね図１２に示す関係があると考えられる。
すなわち、移動量dと流速Vは非線形の関係にあり、移動量が小さい場合には、移動量の増加に応じて流速の変化量が大きくなるが、移動量がある程度大きくなると、流速が増加しても移動量はあまり大きくならない、という関係にあると考えられる。
また、傾斜棒６の形状や比重が同じ場合には、浮子体７の浮力の大小によって移動量と流速の関係が異なると考えられる。すなわち、流速がＶ1で一定の場合、浮子体７の浮力が大きい場合より小さい場合の方が移動量dは大きくなる。
このように、浮子体７先端の移動量dは、流速や浮子体７の浮力、傾斜棒６の形状(流体から受ける水平力に関係する)に影響されるため、浮子体７や傾斜棒６の比重や形状を定めた上で、実験的な検討を行い、移動量dと流速Vの関係を把握しておけばよい。
【００５０】
ここで、地下水の流向は、図１に示すように装置本体２に内蔵された方位計２０によって、撮影画像上の方位が既知となるため、地下水の流向が測定できる。例えば、図１１では、北と取得画像上のY軸正の方向が一致している場合を示している。
【００５１】
図１３に示すように、本システムは連続的に測定できるシステムとして自動化されている。すなわち、例えばパソコン２３内にはＣＣＤカメラ３で撮影されたデジタル画像をデータとして連続的に取り込む取得部２４が設けられ、該取得部２４で取り込まれたデータは移動量算出部２５によって上記のように撮像用マーク１２の移動量が算出され、この算出値より地下水の流速が流速測定部２６で換算測定される。さらに測定された地下水の流向、流速はハードディスクなどの記憶保存部２７で記憶保存でき、またこの流向、流速はディスプレイなどの表示部２８で認識することが出来るシステムとされている。
【００５２】
なお、上記の測定を本装置の設置位置を変え、また必要な個所、深度ごとに繰り返して行うことにより測定精度を格段に向上させることも出来る。
尚、図７に示すように、本発明では一例として工場の周辺地域における地下水の流動を精度よく測定することができ、その精密な測定結果により、地盤環境の保全・修復の観点からの安心、安全な精度の高い影響予測や効果的な対策工の実施が行えるものとなるのである。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の概略構成を説明する構成説明図（その１）である。
【００５４】
【図２】本発明の概略構成を説明する構成説明図（その２）である。
【００５５】
【図３】本発明における要部の概略構成を説明する構成説明図（その１）である。
【００５６】
【図４】本発明における要部の概略構成を説明する構成説明図（その２）である。
【００５７】
【図５】本発明における要部の概略構成を説明する構成説明図（その３）である。
【００５８】
【図６】交換型浮子体の概略構成を説明する概略構成説明図である。
【００５９】
【図７】本発明の使用状態を説明する説明図である。
【００６０】
【図８】振り子式傾斜測定体が揺動する状態を説明する説明図である。
【００６１】
【図９】振り子式傾斜測定体の他の実施例を説明する構成説明図である。
【００６２】
【図１０】撮像用マークの移動量と地下水の流向、流速との関係を説明する説明図（その１）である。
【００６３】
【図１１】撮像用マークの移動量と地下水の流向、流速との関係を説明する説明図（その２）である。
【００６４】
【図１２】浮子体先端の撮像用マークの移動量と地下水の流速との関係を説明する説明図である。
【００６５】
【図１３】本発明による地下水の流動測定システムの概略構成を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００６６】
１        ボーリング孔
２        装置本体
３        ＣＣＤカメラ
４        測定部
５        外筒
６        傾斜測定体
７        浮子体
８        傾斜測定体本体
９        球状係止具
１０      凹部
１１      係止片
１２      撮像用マーク
１３      雌ねじ孔
１４      雄ねじ
１５      光源
１６      導線
１７      棒状支柱
１８      磁石
１９      パッカー
２０      方位計
２１      浮子体兼傾斜測定体
２２      線状連結部材
２３      パソコン        
２４      取得部
２５      移動量算出部
２６      流速測定部
２７      記憶保存部
２８      表示部
【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】
2005345180.tif 000012
【図１０】
2005345180.tif 000013
【図１１】
2005345180.tif 000014
【図１２】
2005345180.tif 000015
【図１３】
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