(57)【要約】【課題】川底と水平な方向の洗掘を検出でき、洗掘深度又は洗掘長が大きい場合にも適用でき、低コスト化も可能な光ファイバ式洗掘検出装置等を提供する。【解決手段】増水等に伴う河川１０１の棚部（高水敷）１０３の水平方向の洗掘が生じた場合、水流中等に露出した洗掘検出器１１１のブロックが水流の抗力又は自重により転倒することで残りのブロックから分離し、分離箇所の光ファイバ１３に張力が働き、カッターのナイフエッジで切断されたことを、光ファイバ１３を伝播する光の損失を監視するＯＴＤＲ１１２により検出することで、ブロック分の長さの洗掘を検出する。【選択図】  図１
2007127534.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバを用いて監視対象物に生じる洗掘を検出する光ファイバ式洗掘検出装置において、
複数連結された箱型のブロックと、これらブロックに略直線的に連通した光ファイバとを備え、前記洗掘が生じることにより隣接して連結されたブロック間に力が作用すると、該ブロック間の連結部で折れ曲がって分離し、前記連結部付近に設けたカッター部材のナイフエッジ部に前記光ファイバが当たって切断されたことを、該光ファイバを伝播する光を監視する光監視装置により検出することで、前記洗掘が生じたことを検出することを特徴とする光ファイバ式洗掘検出装置。
【請求項２】
請求項１記載の光ファイバ式洗掘検出装置において、前記光監視装置は、ＯＴＤＲから入射した光の反射光または後方散乱光を測定するように構成されることを特徴とする光ファイバ式洗掘検出装置。
【請求項３】
請求項１記載の光ファイバ式洗掘検出装置において、前記光監視装置は、光ファイバの固定部内に反射波長の異なるＦＢＧをつなぎこみ、波長計により反射波長の数を測定するように構成されることを特徴とする光ファイバ式洗掘検出装置。
【請求項４】
請求項１乃至３記載の光ファイバ式洗掘検出装置において、前記光ファイバは、前記ブロック中央のセメント充填部分で固定し、ブロック間の連結部付近では、弛みを持たせて柔軟性を有する充填材を充填し、前記ブロック間で折り曲げられ、ブロック間で分離し、たるませた光ファイバが伸ばされることで、前記カッター部材のナイフエッジ部に当り切断されることを特徴とする光ファイバ式洗掘検出装置。
【請求項５】
請求項１乃至４記載の光ファイバ式洗掘検出装置において、前記各箱型のブロックは、一面が開口し、前記光ファイバを収納する収納部と、前記開口部を閉塞する蓋部とを有することを特徴とする光ファイバ式洗掘検出装置。
【請求項６】
請求項１乃至５記載の光ファイバ式洗掘検出装置において、前記カッター部材は、前記ブロック間の連結部において、一方のブロックからその一部が突出するように設けられ、隣接する他方のブロックが該一部に嵌め合わされることで、該隣接するブロック間のせん断変形を抑えるように構成されていることを特徴とする光ファイバ式洗掘検出装置。
【請求項７】
請求項１乃至６記載の光ファイバ式洗掘検出装置において、前記柔軟性を有する充填材は、主に非硬化型ゴム粘土により構成されることを特徴とする光ファイバ式洗掘検出装置。
【請求項８】
請求項１乃至７記載の光ファイバ式洗掘検出装置が、少なくとも１本のラインを構成する前記光ファイバの所定の間隔ごとで、且つ、前記監視対象物の所定の間隔ごとに複数設けられると共に、前記少なくとも１本のラインを構成する光ファイバを伝播する光を監視する光監視装置を備えていることを特徴とする光ファイバ式洗掘検出システム。
【請求項９】
光ファイバを用いて監視対象物に生じる洗掘を検出する光ファイバ式洗掘検出装置において、
該光ファイバ式洗掘検出装置は、内外筒間にセメントミルクを充填した筒型のブロックを複数連結させた構造をなし、各ブロックの内筒外表面に所定の長さを巻き付け各ブロックで連続につなげた光ファイバを備えると共に、全ブロック間の連結状態を保持する筋金、連結された全ブロックの底板及び上板とを含み、
各ブロックは、前記光ファイバの固定部と、該光ファイバに弛みを持たせて配する空間部と、隣接するブロックと嵌め合わされる嵌合部とを有すると共に、弛みを持たせて配された光ファイバを切断するカッターを前記隣接するブロック間の連結部付近に有し、
洗掘が生じて露出したブロックが水流の抗力により転倒することで前記弛みを持たせて配された光ファイバが張力を受けて前記カッターに当たって切断されたことを、該光ファイバを伝播する光を監視する光監視装置により検出することで、前記洗掘が生じたことを検出することを特徴とする光ファイバ式洗掘検出装置。
【請求項１０】
請求項９記載の光ファイバ式洗掘検出装置が、少なくとも１本のラインを構成する前記光ファイバの所定の間隔ごとで、且つ、前記監視対象物の所定の間隔ごとに複数設けられると共に、前記少なくとも１本のラインを構成する光ファイバを伝播する光を監視する光監視装置を備えていることを特徴とする光ファイバ式洗掘検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、河川堤防等の防災モニタリングのために河川堤防等の洗掘を検知する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、降雨や増水に伴う河川堤防の決壊や山岳道路の岩壁の崩落を予測し、これらの災害を未然に防止するために河川堤防等のモニタリングを行う手段として光ファイバを利用したセンサが注目されている。即ち、センサ機能として長期間に亘るオンライン計測が可能である上に、無誘導性、防爆性、耐腐食性等の特徴を持つ光ファイバは、上述した災害等の防止システムの構成要素として有望であり、光ファイバの種々の特性を利用して監視対象物の変位等を測定する光ファイバセンサとして、多くの提案がなされている。
【０００３】
ところで、河川堤防等の防災モニタリングの一態様として、河川堤防等の洗掘を検知する必要性が唱えられている。これは、例えば、降雨や増水に伴って河川の流量や流速が増加して川底等に洗掘を生じると、河川等に掛けられた道路用或いは鉄橋用の橋（ブリッジ・鉄橋等）の橋脚の安定性・安全性に影響する虞れがあるからである。従来、かかる河川堤防等の洗掘を検知する技術として、幾つかの提案がなされている。
例えば、特許文献１には、光ファイバを巻きつけた円筒体が、洗掘により露出した場合に円筒部の浮力により分離し、光ファイバが切断され、その切断長さに基づいて洗掘の度合いを検出する光式河床洗掘状態検出センサ（以下、第１の従来例と称する）が記載されている。
また、特許文献２には、円筒状のパイプ外表面に光ファイバを巻きつけたユニットを複数形成し、各ユニットが曲げられたとき、ユニット間に設けられた鞘管が破断し、その中を通した光ファイバも曲げ又は破断を受ける光ファイバセンサ（以下、第２の従来例と称する）が記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１４１４５５号公報
【特許文献２】特開平１１−３３７４２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
後で図面を用いて説明するように、河川には、堤防の法面に連続するように川底と水平な方向に棚部（高水敷）が形成されることが多く、降雨や増水に伴って河川の流量や流速が増加すると、かかる棚部（高水敷）に水平方向の洗掘を生じる場合がある。このような洗掘は堤防が決壊する虞れに直結するものであり、早期に確実に検出する必要性があるにも拘わらず、従来、このような棚部（高水敷）の水平方向の洗掘を有効に検知する技術は殆ど提案されていない。
例えば、上記第１の従来例は、洗掘は、主に河川等の川底等における鉛直（深さ）方向を対象にしたものであり、川底等と水平な方向の洗掘は検出困難である。また、浮力により分離させるので、十分な浮力を確保して光ファイバを確実に切断させるには、質量に見合う容積の発泡剤等を充填する必要があり、形状的な制約を受ける。更に、上下円筒間の接続部から砂等の異物が流入して光ファイバを損傷する懸念が残る。
また、上記第２の従来例では、主に斜面又は水平面のボウリング孔に設置できるが、ボウリングという大変な作業が必要になり、設置コストも高くなってしまう。
更に、上記第１及び第２の従来例は、共に、対象としている洗掘深度又は洗掘長が大きい場合には、適用の制限を伴うという問題がある。
【０００６】
本発明の第１の課題は、川底と水平な方向の洗掘を検出するのに有効である上に、洗掘深度又は洗掘長が大きい場合にも適用でき、且つ、低コスト化が可能な光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムを提供することにある。
【０００７】
また、本発明の第２の課題は、光ファイバを構造体に埋め込むことで該光ファイバの耐久性及び信頼性を確保しながらも、該光ファイバを有効に切断することが可能な光ファイバ式洗掘検出装置であって、製作時、移動時及び設置時の作業性や施工性を向上させた光ファイバ式洗掘検出装置及び該洗掘検出装置を含む光ファイバ式洗掘検出システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記第１の課題を解決するため、本発明の第１の様相では、光ファイバを用いて監視対象物に生じる洗掘を検出する光ファイバ式洗掘検出装置を、複数連結された箱型のブロックと、これらブロックに略直線的に連通した光ファイバとを備え、前記洗掘が生じることにより隣接して連結されたブロック間に力が作用すると、該ブロック間の連結部で折れ曲がって分離し、前記連結部付近に設けたカッター部材のナイフエッジ部に前記光ファイバが当たって切断されたことを、該光ファイバを伝播する光を監視する光監視装置により検出するようにした。
かかる構成によれば、川底と水平な方向の洗掘も有効に検出することができる上に、洗掘深度又は洗掘長が大きい場合にも適用でき、且つ、低コスト化が可能になる。
【０００９】
また、前記光監視装置は、ＯＴＤＲから入射した光の反射光または後方散乱光を測定するように構成されるのが好適である。
尚、前記光監視装置は、光ファイバの固定部内に反射波長の異なるＦＢＧをつなぎこみ、波長計により反射波長の数を測定するように構成されても良い。
【００１０】
更に、前記光ファイバは、前記ブロック中央のセメント充填部分で固定し、ブロック間の連結部付近では、弛みを持たせて柔軟性を有する充填材を充填し、前記ブロック間で折り曲げられ、ブロック間で分離し、たるませた光ファイバが伸ばされることで、前記カッター部材のナイフエッジ部に当り切断されることを特徴としても良い。
また、前記各箱型のブロックは、一面が開口し、前記光ファイバを収納する収納部と、前記開口部を閉塞する蓋部とを有するようにしても良い。
【００１１】
尚、前記カッター部材は、前記ブロック間の連結部において、一方のブロックからその一部が突出するように設けられ、隣接する他方のブロックが該一部に嵌め合わされることで、該隣接するブロック間のせん断変形を抑えるように構成されているのが好適である。
また、前記柔軟性を有する充填材は、主に非硬化型ゴム粘土により構成されるのが好適である。
【００１２】
一方、以上の光ファイバ式洗掘検出装置が少なくとも１本のラインを構成する前記光ファイバの所定の間隔ごとで、且つ、前記監視対象物の所定の間隔ごとに複数設けられると共に、前記少なくとも１本のラインを構成する光ファイバを伝播する光を監視する光監視装置を備えた光ファイバ式洗掘検出システムを構成することもできる。
かかる構成によれば、川底と水平な方向の洗掘も有効に検出することができる上に、洗掘深度又は洗掘長が大きい場合にも適用でき、且つ、低コスト化が可能な光ファイバ式洗掘検出システムを提供することができる。
【００１３】
上記第２の課題を解決するため、本発明の第２の様相では、光ファイバを用いて監視対象物に生じる洗掘を検出する光ファイバ式洗掘検出装置が、内外筒間にセメントミルクを充填した筒型のブロックを複数連結させた構造をなし、各ブロックの内筒外表面に所定の長さを巻き付け各ブロックで連続につなげた光ファイバを備えると共に、全ブロック間の連結状態を保持する筋金、連結された全ブロックの底板及び上板とを含み、各ブロックは、前記光ファイバの固定部と、該光ファイバに弛みを持たせて配する空間部と、隣接するブロックと嵌め合わされる嵌合部とを有すると共に、弛みを持たせて配された光ファイバを切断するカッターを前記隣接するブロック間の連結部付近に有し、洗掘が生じて露出したブロックが水流の抗力により転倒することで前記弛みを持たせて配された光ファイバが張力を受けて前記カッターに当たって切断されたことを、該光ファイバを伝播する光を監視する光監視装置により検出するようにした。
かかる構成によれば、光ファイバを構造体に埋め込むことで該光ファイバの耐久性及び信頼性を確保しながらも、該光ファイバを有効に切断することが可能であり、更に、製作時、移動時及び設置時の作業性や施工性が向上する。
【００１４】
一方、以上の光ファイバ式洗掘検出装置が、少なくとも１本のラインを構成する前記光ファイバの所定の間隔ごとで、且つ、前記監視対象物の所定の間隔ごとに複数設けられると共に、前記少なくとも１本のラインを構成する光ファイバを伝播する光を監視する光監視装置を備えた光ファイバ式洗掘検出システムを構成することもできる。
かかる構成によれば、光ファイバの耐久性及び信頼性を確保しながらも、該光ファイバを有効に切断することが可能であり、製作時、移動時及び設置時の作業性や施工性を向上させた光ファイバ式洗掘検出システムを提供することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の第１の様相によれば、川底と水平な方向の洗掘を検出するのに有効である上に、洗掘深度又は洗掘長が大きい場合にも適用でき、且つ、低コスト化が可能な光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムを提供することができる。
【００１６】
また、本発明の第２の様相によれば、光ファイバを構造体に埋め込むことで該光ファイバの耐久性及び信頼性を確保しながらも、該光ファイバを有効に切断することが可能な光ファイバ式洗掘検出装置であって、製作時、移動時及び設置時の作業性や施工性を向上させた光ファイバ式洗掘検出装置及び該洗掘検出装置を含む光ファイバ式洗掘検出システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ具体的に説明する。ここで、添付図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。なお、発明の実施の形態は、本発明が実施される特に有用な形態としてのものであり、本発明がその実施の形態に限定されるものではない。
図１は、本発明の実施形態に係る光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムの全体構成を示す概念図である。図２は、図１に示す光ファイバ式洗掘検出システムにおける１ラインの洗掘検出装置の基本構成を示す図、図３は、図２に示す１ラインの洗掘検出装置における１ブロックの洗掘検出器の縦断面図、図４は、図２に示す１ラインの洗掘検出装置における１ブロックの洗掘検出器の平面図、 図５は、図３及び図４に示す洗掘検出器における光ファイバ収納部の要部を拡大して示す図であり、（ａ）は光ファイバ収納部を形成するＳＵＳ材に蓋を取り付けた状態の横断面図、（ｂ）は光ファイバ収納部を形成するＳＵＳ材に蓋を取り付け、更に蓋止め金具を取り付けた状態の横断面図である。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態に係る光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムは、河川１０１の川底１０２と水平な方向にある棚部（高水敷）１０３を監視対象物とし、その棚部（高水敷）１０３の水平方向の洗掘を検出するものである。このような棚部（高水敷）１０３は、堤防１０４の法面１０４Ａに連続して川底１０２と水平に数十メートル（ｍ）の幅に亘って形成されることが多い。本実施形態では、後述する図８に示すように、棚部（高水敷）１０３が法面１０４Ａに連続して川底１０２と水平に略３０メートル（ｍ）の幅に亘って形成されている例を対象とするものとする。図１において、１０５は河川の水流部分、１０６は棚部（高水敷）１０３よりも川底１０２側に更に形成された棚部を示す。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態の光ファイバ式洗掘検出システムでは、１本のラインを構成する光ファイバ１３をその内部に挿通させた複数（３つ）の洗掘検出装置１００が河川１０１の棚部（高水敷）１０３に水流方向に沿った所定の間隔ごとに設けられている。これら洗掘検出装置１００は、それぞれ内部を光ファイバ１３が挿通されており、各光ファイバ１３は洗掘検出装置１００の端部で屋外配線用光ケーブル１６内の光ファイバ（芯線）１３に融着され、これら屋外配線用光ケーブル１６により接続（ジョイント）ボックス１０８を介して観測小屋１０９内の光監視装置としてのＯＴＤＲ１１２（図６及び図７参照）に接続されている。
各洗掘検出装置１００は、図２に示すように、それぞれ１メートル（ｍ）の長さの洗掘検出器１１１が３０個直列に連結された構成を有している。即ち、１ラインの洗掘検出装置１００は、１ブロックの洗掘検出器１１１が３０ブロック連結されて構成されている。
【００２０】
以下、図１及び図２に加え、図３乃至図５をも参照しつつ、洗掘検出装置１００について詳細に説明する。
まず、洗掘検出装置１００の製作方法について述べる。本実施形態においては、洗掘検出装置１００は、比較的長さが長いものを前提にしているため、その組み立ては現地で行うものとする。尚、図１では、各洗掘検出装置１００は河川１０１の棚部（高水敷）１０３上に置かれたように示したが、本実施形態では、各洗掘検出装置１００は棚部（高水敷）１０３上に略３０メートル（ｍ）の長さに亘って数十センチメートル（ｃｍ）の深さの穴を掘り、各洗掘検出装置１００の組み立てが完了したら、それらの穴に埋め戻した後、整地することで、棚部（高水敷）１０３上には露出させないで用いるようにする。かかる設置構成をとることで、人や動物が洗掘検出装置１００（の各ブロック）に衝突等することによる誤検出を防止し易くなる。
まず、図１に示した河川１０１の棚部（高水敷）１０３に、各洗掘検出器１１１のブロック長毎に切断された光ファイバ収納部１を、その開口した一面を天側にして所定の長さ（例えば、３０ｍ）まで複数個並べる。光ファイバ収納部１は、一面（天側）が開口し、光ファイバ１３を収納する収納部と、開口を閉塞する蓋部とを有する箱型（溝型）に形成されている。
ここで、各ブロックの一端面には、剪断変形を抑える部材３を光ファイバ収納部１端から少し突出させた状態で、ビスを用いて光ファイバ収納部１に予め取り付けておく。これをもう一つのブロックの別の端面と嵌め合う形で連結していく。
洗掘検出装置１００の最初のブロックの先端には、図２に示すように、エンドキャップ１５を嵌めることで、後述するセメント充填時にセメントが流出するのを防ぐようにする。また、最後のブロックにも屋外配線用光ケーブル１６（内部に光ファイバ１３を芯線として含む）用の貫通孔（図示せず）を有するエンドキャップ１７を嵌める。
尚、本実施形態では、洗掘検出装置１００は水平面から構成される棚部（高水敷）１０３に設置されるが、洗掘検出装置の設置場所が急斜面であり各ブロック間のずれが予想される場合には、図４に示すように、ブロック間で仮設用の添え木６を両側面に配置し、洗掘検出装置全体の設置が完了するまで、添え木６で固定しておくようにすれば良い。
【００２１】
次に、上記のように、ブロックがセットされた後、予めブロックのトータル長に加え、弛み分を見越した光ファイバ１３とそれに融着された屋外配線用光ケーブル１６(接続ボックス１０８までの長さ)を用意し、まず、光ファイバ１３を溝型の光ファイバ収納部１内に略直線的にセットする。先頭のブロックから順にＵ字型のカッター部を有する剪断変形を抑える部材３のところに弛みができるように光ファイバ１３の両端を光ファイバ収納部１にスリーブ押さえ部材１１を介して固定していく。なお、この場合、予め光ファイバ１３には、スリーブ１０をつけておく。尚、最後のブロックでは、上述した屋外配線用光ケーブル１６も同様な固定具で、当該ブロックの光ファイバ収納部１に固定する。
さらに、Ｕ字型のカッター部を有する部材４を剪断変形を抑える部材３にビス等で固定する。
続いて、弛ませた光ファイバ１３の状態を保持するためにゴム粘土等の非硬化型ゴム粘土８を光ファイバ１３の周りに詰める。例えば、非硬化型ゴム粘土８で光ファイバ１３をサンドイッチ状に挟み込み、光ファイバ収納部１の底面に置く。この場合、非硬化型ゴム粘土８は溝型の光ファイバ収納部１の溝高さ方向には蓋２までは詰めずに空間を残しておく。
【００２２】
その後、セメントミルク９を残った全ての空間部に充填し、蓋２を止め金具１４でブロック毎に取り付ける。なお、このセメントミルク９の充填によりスリーブ押さえ部材１１は完全に固定され、それに伴い光ファイバ１３もスリーブ押さえ部材１１部分で固定される。
尚、前述したように、洗掘検出装置１００を斜面に設置するような場合、蓋２はセメントミルク９の流出を抑える機能も果たす。セメントミルク９の硬化後、仮設用の添え木６をつけた場合は添え木６を外し、上述したように、洗掘検出装置１００を埋め戻した後、整地する。
尚、予め準備する光ファイバ１３でセメントミルク９内に位置する部分には、収縮チューブ１９等の緩衝材で硬化したセメントの割れの変位を緩和させる層を形成しておく。
また、光ファイバ１３の弛みを確保するために、例えば、空間部に工作用のゴム粘土のようなものを入れた後、プラスチックのコップ等を嵌めて、テープで固定して空間部を確保するようにしても良い。即ち、光ファイバ１３の弛みを確保する空間部の形成には、非硬化型ゴム粘土又は空間を作る仕切り板、或いはプラスティックのコップの蓋等を用いることが可能である。
以上において、洗掘検出装置１００に組み込まれる光ファイバ１３としては、例えば、コア径が数μｍ〜１０μｍ程度、径１２５μｍのシングルモード光ファイバを用いることが可能である。
また、光監視装置であるＯＴＤＲ１１２としては、例えば、試験光波長１３１０ｎｍ、パルス幅１０ｎｓ以上（できるだけ細かく）、空間分解能１ｍ以上（できるだけ短かく）の高分解能形のＯＴＤＲを用いることが可能である。尚、ＯＴＤＲに代えて、後述するＦＢＧを用いる場合にも、洗掘検出装置１００としては、以上に述べたのと同様な方法で製作が可能である。
【００２３】
次に、洗掘検出装置１００を用いて河川１０１の棚部（高水敷）１０３の洗掘の度合い（水平方向の洗掘長）を検出する方法について述べる。
上述した構成を有する本実施形態の光ファイバ式洗掘検出システムでは、光ファイバ１３を伝播する光の損失を監視する光監視装置としてのＯＴＤＲ１１２（図６及び図７参照）を備えており、増水等に伴う河川１０１の棚部（高水敷）１０３の水平方向の洗掘が生じた場合、図１にそのイメージを示すように、洗掘によって水流中又はその上に露出した洗掘検出器１１１のブロックが水流の抗力又は自重により転倒することにより洗掘検出装置１００（残りのブロック）から分離し、分離箇所の光ファイバ１３に張力が働き、洗掘検出器１１１内のカッターのナイフエッジで光ファイバ１３が切断されたことをＯＴＤＲ１１２により検出することで、当該洗掘検出器１１１（ブロック）分の長さの洗掘を検出する。
【００２４】
図６は、本実施形態の光ファイバ式洗掘検出システムにおけるＯＴＤＲ１１２を用いた洗掘の検出方法を説明するための図である。即ち、本実施形態の光ファイバ式洗掘検出システムでは、図６に示すように、パルス発振器１２１により駆動されたレーザダイオード（ＬＤ）１２２は、光パルスを出力し、光パルスは方向性結合器１２３を経て光ファイバ１３に入射する。各洗掘検出器（ブロック）１１１内の光ファイバ１３で生じた後方レーリ散乱光、あるいはフレネル反射光は入射端に戻ってくる。入射端に戻ってきた光は、方向性結合器１２３を通して受光素子（ＰＤ）１２４に入射し、電気信号に変換される。変換された電気信号は、増幅器１２５により所要のレベルまで増幅された後、解析処理部／表示部１２６により時間領域で解析され、解析結果が表示される。光ファイバ１３の１ｍごとに各洗掘検出器（ブロック）を設置し、ＯＴＤＲ１１２に接続することにより洗掘の計測システムを構成しているので、洗掘の発生の有無と発生した洗掘の度合い（水平方向の洗掘長）を同時に検出することが可能である。
【００２５】
図７は、本実施形態の光ファイバ式洗掘検出システムの全体構成を示すブロック図である。図８は、本実施形態において、河川１０１の棚部（高水敷）１０３における洗掘の発生の仕方と各ラインの洗掘検出装置１００による検出方法を説明するための図である。
図７に示すように、本実施形態の光ファイバ式洗掘検出システムは、観測小屋１０９（図１をも参照）内に設けられた観測セクション１１０と、棚部（高水敷）１０３や堤防１０４の法面１０４Ａに設けられた計測セクション１２０から構成される。観測セクション１１０は、光監視装置としてのＯＴＤＲ１１２と、このＯＴＤＲ１１２に接続された制御用ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）１１４と、ＯＴＤＲ１１２に接続され多芯光ファイバケーブル５０の各光ファイバ（芯線）１３より構成される光チャンネルを選択する光チャンネルセレクタ（３ポート）１１６とを有している。計測セクション１２０は、多芯光ファイバケーブル５０の光ファイバ（芯線）１３を３ラインに分岐する接続（ジョイント）ボックス１０８と、ライン１、ライン２及びライン３の各ライン、即ち、１ラインから成る光ファイバ１３（図１も参照）に、１ｍの長さになる１ブロックの洗掘検出器１１１が３０個接続され、全長３０ｍになる洗掘検出装置１００とを有している。即ち、ライン１、ライン２及びライン３におけるそれぞれの洗掘検出装置１００は、先端側のＮｏ．１ブロックから基端側（接続ボックス１０８側）のＮｏ．３０ブロックまで合計３０個のブロックから成る洗掘検出器１１１を有している。
【００２６】
尚、本実施形態によれば、１本の多芯光ファイバケーブル５０（光ファイバ芯線が３本のもの）により観測セクション１１０と計測セクション１２０を接続（中継）すれば良いので、計測セクション１２０（計測現場）から離れた遠隔地に観測セクション１１０（観測所）を設置することが可能である。
また、本実施形態によれば、例えば、１ラインにつき約１秒で測定が可能であり、光チャンネルセレクタ（３ポート）１１６の切り替え時間も１ラインにつき約１秒で足りる。
尚、本実施形態では、１ラインの洗掘検出装置１００における洗掘検出器１１１の個数（ブロック数）は３０個としたが、３０個よりも少なくすることや多くすることは勿論可能である。
さて、河川１０１の棚部（高水敷）１０３における洗掘は、河川１０１の水流部分１０５の増水等により、図８に破線８１、８２、８３で示すように、棚部（高水敷）１０３を段階的に侵食する形で発生していく。かかる洗掘（侵食）をどこでどの程度まで発生したかを検知する必要があり、更には、どのぐらいの速さで洗掘（侵食）が進んでいるかまで検知できるのが望ましい。
【００２７】
上述した構成を有する本実施形態の光ファイバ式洗掘検出システムでは、増水等に伴って河川１０１の棚部（高水敷）１０３に水平方向の洗掘が生じた場合、図８にそのイメージを示すように、洗掘が生じた箇所に設置された各ラインの先端側のＮｏ．１ブロックから順番に水流中又はその上に露出するようになる。そして、露出した各洗掘検出器１１１のブロックが水流の抗力又は自重により転倒して、洗掘検出装置１００（残りのブロック）から分離して外れる。この結果、弛みを持たせていた光ファイバ１３に分離箇所において張力が働き、洗掘検出器１１１内のカッターのナイフエッジで光ファイバ１３が切断される。これをＯＴＤＲ１１２により検出することで、当該洗掘検出器１１１（ブロック）分の長さの洗掘を検出する。
【００２８】
例えば、棚部（高水敷）１０３に、図８に破線８１で示すような洗掘（侵食）が進んだ場合、ライン１とライン２において、先端側のＮｏ．１ブロックから順番にＮｏ．３ブロックまでが洗掘検出装置１００（残りのブロック）から分離したことが検知されるが、ライン３ではブロックの分離は全く検知されない。この結果、ライン１とライン２の２箇所で略３ｍ程度の洗掘（侵食）が進んだことが分かる。また、ライン３の箇所では、未だ、殆ど洗掘（侵食）が生じていないことが分かる。
【００２９】
次に、棚部（高水敷）１０３に、図８に破線８２で示すような洗掘（侵食）まで進んだ場合、ライン１において、更にＮｏ．４ブロックが洗掘検出装置１００（残りのブロック）から分離したことが検知され、これにより、ライン１の箇所で破線８１で示した場合よりも更に１ｍ程度の洗掘（侵食）が進んだことが分かる。また、ライン２において、更にＮｏ．４ブロック及びＮｏ．５ブロックが洗掘検出装置１００（残りのブロック）から分離したことが検知され、これにより、ライン２の箇所では破線８１で示した場合よりも更に２ｍ程度の洗掘（侵食）が進んだことが分かる。尚、ライン３では、依然としてブロックの分離は全く検知されないので、ライン３の箇所では、依然として洗掘（侵食）が生じていないことが分かる。
【００３０】
続いて、棚部（高水敷）１０３に、図８に破線８３で示すような洗掘（侵食）まで進んだ場合、ライン１において、更にＮｏ．５ブロックが洗掘検出装置１００（残りのブロック）から分離したことが検知され、これにより、ライン１の箇所で破線８２で示した場合より、更に１ｍ程度の洗掘（侵食）が進んだことが分かる。また、ライン２において、その後のブロックの分離は検知されない。これにより、ライン２の箇所では破線８２で示した場合より洗掘（侵食）が進んではいないことが分かる。尚、ライン３では、依然としてブロックの分離は全く検知されないので、ライン３の箇所では、依然として洗掘（侵食）が生じていないことが分かる。
【００３１】
図９は、ＯＴＤＲ１１２を用いたトレースデータの一例を示すグラフである。洗掘に伴って発生する光の損失をＯＴＤＲ１１２によって測定することで、洗掘の発生の有無と、当該洗掘の発生度合いを検出することができる。即ち、洗掘により洗掘検出装置１００が１ブロックずつ（各洗掘検出器１１１ずつ）分離するのに伴い、その分だけ洗掘検出装置１００に挿通された光ファイバ１３の長さが短くなる。この短くなった長さをＯＴＤＲ１１２で計測することにより洗掘が発生したこと、及び発生した洗掘の度合いを検出する。
実験データとして、図９（ａ）に示すように、ＯＴＤＲ１１２と、このＯＴＤＲ１１２に接続された制御用ＰＣ１１４とを用意し、ＯＴＤＲ１１２に約５００ｍの長さの光ファイバ１３を接続しておき、所定の長さごとにハサミにて切断した場合の光の損失の変化をトレースしてみた。図９（ｂ）に、光ファイバ１３の端面切断による端面位置変化に関するＯＴＤＲ１１２のトレースデータを示す。図９（ｃ）に、光ファイバ１３の累積切断距離に対する図９（ｂ）のトレースデータからの読み値を示す。
図９（ｂ）に示すグラフにおいて、縦軸は反射光量（の低下）をｍｄＢで表し、横軸は光ファイバの長さを表す。５００ｍの場合の基準値に対し、切断長を２ｍ、４ｍ、６ｍ、８ｍ、１０ｍ、１２ｍ、１３ｍ、１４ｍ、１５ｍ、１６ｍとした場合に、それに応じてトレース波形が変化したことを確認できた。また、図９（ｃ）に示すグラフにおいて、縦軸には図９（ｂ）に示したＯＴＤＲトレースデータからの読み値をとり、横軸には光ファイバの累積切断距離をとった結果、略線形の結果が得られることが分かった。即ち、図９（ｂ）に示すグラフにおいて反射光量の立ち上がりの距離を１ｍずつきって、立ち上がりの位置を測定し、図９（ｃ）に示すグラフにおいて、横軸は切断した距離、縦軸はＯＴＤＲで読んだ長さを見ると、行ったものと同じ長さを判別できる。
これにより、ＯＴＤＲ１１２で計測することにより光ファイバ１３の長さが１ｍずつ短くなったこと、即ち、洗掘検出装置１００が１ブロックずつ（各洗掘検出器１１１ずつ）分離したことを正確に検出可能であることを確認することができた。
【００３２】
以上のような構成を有する本実施形態の光ファイバ式洗掘検出システムによれば、以下の効果が得られる。
各ブロックの接続部は、切れ目があり他の部分より弱くなっており、さらに、光ファイバ１３に弛みがあるため光ファイバ１３の張力を受けずに比較的小さい力でブロックが傾く、その後、水流の抗力または自重により転倒することによりブロックが分離し、光ファイバ１３に張力が働き、剪断変形を抑える部材３、Ｕ字型のカッター部を有する部材４のカッターのナイフエッジ部で確実に光ファイバ１３を切断することができる。
剪断変形を抑える部材３により横ずれが少ない、また、光ファイバ１３の弛みにより、少々の横ずれに対しては、光ファイバ１３に張力が働かず(突っ張らずに)、かつ、非硬化型ゴム粘土８がカッターのナイフエッジ部に充填されており、ナイフエッジ近傍の光ファイバ１３が動かず、切断することがない(設置時、製作時等)。
各ブロックの内側にセメントミルク９を充填することにより、光ファイバ１３を外部環境から隔離でき、流入する砂や小石等による磨耗や衝撃から保護でき、堅牢で信頼性の高い洗掘検出装置を実現できる。
各ブロック（収納部１）が溝型であり、一面が開口しており光ファイバ１３の配線およびセメントミルク９の充填作業等の作業性と信頼性が高い。
セメントミルク９内に位置する光ファイバ１３は、セメントミルク９が硬化した後割れが発生することが予測される場合には、収縮チューブ１９等で割れの変位を緩和吸収させる緩衝層を形成することで、光ファイバ１３の割れを防ぐことができる。
尚、ブロック長をＯＴＤＲの距離分解能より短くする必要がある場合には、収納部１の溝中央のセメント充填部の空間に、損失が起こらない程度の曲率で光ファイバ１３を何巻きかして束ね配し、セメントミルク９を充填することにより、対応できる。
【００３３】
以上のように、本実施形態の光ファイバ式洗掘検出システムは、河川１０１の川底１０２と水平な方向にある棚部（高水敷）１０３に対する取り付け・設置等の施工性に優れると共に、監視対象物である棚部（高水敷）１０３に生じた洗掘を光ファイバの伝播光量の変化に効率良く作用させ得る構造を有している。また、比較的低コストでシステムを設置可能であるという大きな利点を有している。即ち、本実施形態では、洗掘検出装置１００は構造が簡単であるため比較的安価に製作することができ、また、測定にも比較的安価なＯＴＤＲ１１２を用いているため、広範囲に亘る洗掘検出システムを低コストで構築することができる。
【００３４】
尚、本発明の光ファイバ式洗掘検出システムを河川堤防等における災害防止対策に用いても、センサ部が光ファイバのため、誘導及び耐雷対策をとる必要が無い。
【００３５】
光ファイバセンサの測定に関する他の方式としてブリルアン散乱光を利用したラインセンサ（Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｅｒ：Ｂ−ＯＴＤＲ方式）や光通信の分野でフィルタとして開発されたファイバ・ブラッグ・グレーティング（Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ：ＦＢＧ）方式もある。ＯＴＤＲは広範囲に亘るモニタリング（洗掘検出）に非常に適しており、測定器も比較的安価なため、本実施形態では、ＯＴＤＲ方式を採用したが、Ｂ−ＯＴＤＲ方式やＦＢＧ方式も本発明に採用可能なことは勿論である。
【００３６】
以下に、本発明の第２の実施形態として、ＦＢＧ方式を採用した光ファイバ式洗掘検出システムについて述べる。この第２の実施形態の光ファイバ式洗掘検出システムの基本構成、その１ラインの洗掘検出装置、１ブロックの洗掘検出器、収納部の構成等、及びその設置方法は、図１乃至図５に示した第１の実施形態のものと同様であるので、その説明は省略する。
【００３７】
図１０は、この第２の実施形態に係る光ファイバ式洗掘検出システムの全体構成を示すブロック図である。尚、図７に示した第１の実施形態に係る光ファイバ式洗掘検出システムの構成と同様の部分は同様の参照符号を付し、その説明は省略する。図１０に示すように、本実施形態の光ファイバ式洗掘検出システムでは、観測セクション１１０は、光監視装置として、ＯＴＤＲ１１２に代えてＦＢＧ波長測定器１１９を有している。尚、このＦＢＧ波長測定器１１９に接続された制御用ＰＣ１１４にインストールされる計測ソフトは、ＦＢＧ波長測定用のものであるのは勿論である。
尚、光チャンネルセレクタ（３ポート）１１６の切り替え時間は、ＯＴＤＲ１１２を用いた第１の実施形態の光ファイバ式洗掘検出システムと同様に、１ラインにつき約１秒である。しかしながら、本実施形態のＦＢＧ波長測定器１１９を用いた光ファイバ式洗掘検出システムによれば、例えば、１ラインにつき最小で約１／２００秒で測定が可能なので、より高速な測定を行うことができる。
【００３８】
図１１は、ＦＢＧ波長測定器１１９による洗掘測定の原理を説明するための図である。洗掘に伴って減少する反射波長の数を計測することで、洗掘の発生の有無と、当該洗掘の度合いを検出することができる。即ち、洗掘により洗掘検出装置１００が１ブロックずつ（各洗掘検出器１１１ずつ）分離するのに伴い、その分だけ各洗掘検出器１１１に埋め込まれたＦＢＧが切断されることで、ＦＢＧによる反射波長の数が減少する。従って、減少する反射波長の数を計測することで、洗掘が発生したこと、及び発生した洗掘の度合いを測定することができる。例えば、図１１（ａ）に示すように、例えば、洗掘検出装置１００の設置時において、洗掘検出器１１１が３０個備わっていれば、各洗掘検出器１１１にはそれぞれ反射波長の異なるＦＢＧが埋め込まれているので、同図のグラフに示すように、λ１〜λ３０までの３０個の波長が観察できる。これに対して、図１１（ｂ）に示すように、例えば、洗掘が発生し、洗掘検出装置１００の先端側から洗掘検出器１１１が３個（３ブロック）分離した場合、同図のグラフに示すように、λ１〜λ２７までの２７個の波長しか観察できなくなる。これにより、洗掘が発生したこと、及び発生した洗掘の度合いは、約３ｍであることを測定することができる。
本実施形態では、ＦＢＧを用いるので、ＦＢＧを１つのブロック当たり１個割り当てる、即ち、ある波長を割り当てることで、例えば、測定において２００ヘルツ（Ｈｚ）ぐらいでサンプリングすれば、リアルタイムで洗掘を監視できる。水平方向の洗掘は比較的早い時間で進んでいくため、早期の検出が必要であるが、ＦＢＧはこれに適していると言う事ができる。
【００３９】
以上に述べたように、第１及び第２の実施形態に係る光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムによれば、河川の川底と水平な方向にある棚部（高水敷）における水平方向の洗掘を有効に検出することができる上に、洗掘深度又は洗掘長が大きい場合にも適用でき、且つ、低コスト化も可能となる。
ところで、以上に述べた第１及び第２の実施形態に係る光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムは、上述したように、河川の川底と水平な方向にある棚部（高水敷）における水平方向の洗掘を検出するものである。水平方向の洗掘であれば、洗掘によりブロックが露出すると、自重により転倒（折れて外れる）するから検出し易いという利点もある。即ち、ブロックが転倒する（倒れて外れる）ために水流の抗力はあまり必要としない。
一方、鉛直（深さ）方向の洗掘を検出する場合には、上端側のブロックから、いわば、だるま落としの様になるから、洗掘検出装置の底部から光ファイバ（ケーブル）を引っ張らなければならないので、洗掘検出装置を敷設する場合には、川底や棚部（高水敷）をかなり深く掘る必要がある。このため、光ファイバ（ケーブル）の配線や敷設が難しくなる。これに対し、本実施形態の洗掘検出装置において、水平方向の洗掘を検出する場合には、例えば、５０ｃｍぐらい掘った所に洗掘検出装置を埋め込んで、掘った（開口した）状態で敷設すれば良いので、比較的簡単に光ファイバ（ケーブル）の敷設ができる。
【００４０】
一方、本明細書の冒頭で述べたように、降雨や増水に伴って河川等の流量や流速が増加すると、河川等の川底等に鉛直（深さ）方向の洗掘を生じることも多い。この場合、例えば、川底に鉛直（深さ）方向の洗掘を生じると河川に掛けられた道路用或いは鉄橋用の橋（ブリッジ・鉄橋等）の橋脚の安定性・安全性に影響する虞れがあり、一方、河川の川底と水平な方向にある棚部（高水敷）において鉛直（深さ）方向の洗掘を生じると、堤防の裾の部分が侵食されることとなり、棚部（高水敷）における水平方向の洗掘が生じた場合と同様に、堤防の決壊の虞れを警鐘する現象となる。
このような状況下、河川等の川底等における鉛直（深さ）方向の洗掘を有効に検出でき、且つ、従来の技術では不十分であった諸問題点を解決した洗掘検出装置又はシステム、即ち、光ファイバを確実に切断すること、また、光ファイバを構造体に埋め込み、切れ易い光ファイバの耐久性・信頼性を確実なものにすること、また、輸送、移動、設置時の操作性、施工性を向上させることが可能な光ファイバ式洗掘検出装置又はシステムの開発が望まれている。
そこで、以下に、図１２乃至図２２を参照して、かかる鉛直（深さ）方向の洗掘に本発明を適用した第３の実施形態に係る光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムについて述べる。
【００４１】
図１２は、本実施形態の光ファイバ式洗掘検出システムの構成を示す概念図である。図１３は、図１２に示す光ファイバ式洗掘検出システムに用いる１ラインの洗掘検出装置の基本構成を示す図、図１４は、図１３に示す洗掘検出装置におけるＡ部の拡大詳細図、図１５は、洗掘検出器同士の接合部をカッターによる光ファイバの切断機構を中心に示す縦断面図、図１６は、図１５に示す洗掘検出器同士の接合部を拡大して示す断面図、図１７は、図１５に示す洗掘検出器同士の接合部に用いるカッターを示す図であり、（ａ）は、そのカッターの断面図、（ｂ）は、そのカッターの側面図である。図１８は、図１５に示す洗掘検出器同士の接合部に用いる他のカッターの例を示す断面図、図１９乃至図２２は、図１３に示す洗掘検出装置の製作方法を説明するための図であり、図１９は、内筒を組み立てた状態、図２０は、外筒を挿入し、上板を取り外した状態、図２１は、セメントミルク充填時の充填方法、図２２は、設置時の筋金の取り外し方法を説明するための図である。
【００４２】
図１２（ａ）に示すように、本実施形態に係る光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムは、河川２０１の川底２０２と水平な方向にある棚部（高水敷）２０７及び２０８を監視対象物とし、その棚部（高水敷）２０７及び２０８における鉛直（深さ）方向の洗掘を検出するものである。本実施形態では、棚部（高水敷）２０７及び２０８における鉛直（深さ）方向の洗掘を対象としたが、川底２０２における鉛直（深さ）方向の洗掘を検出し得るのは勿論である。図１２において、２０４は堤防、２０４Ａは堤防の法面、２０５は河川の水流部分を示す。尚、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に示す洗掘検出装置３００のひとつを拡大して示すと共に、棚部（高水敷）２０７又は２０８に生じた鉛直方向の洗掘により、その露出した上端側のブロック３１１が水流２０５の抗力により転倒し、光ファイバ３１２が切断（断線）された状態を示した図である。
【００４３】
即ち、図１２（ａ）に示すように、本実施形態の光ファイバ式洗掘検出システムでは、１本のラインを構成する光ファイバ３１２をその内部に挿通させた複数（３つ）の洗掘検出装置３００が河川２０１の川底２０２と水平な方向にある棚部（高水敷）２０７及び２０８に設けられている。これら洗掘検出装置３００は、それぞれ内部を光ファイバ３１２が挿通されており、図１２では図示しないが、各光ファイバ３１２は洗掘検出装置３００の端部で屋外配線用光ケーブル１６（図１を参照）内の光ファイバ３１２に融着され、これら屋外配線用光ケーブル１６により接続（ジョイント）ボックス１０８を介して観測小屋１０９内の光監視装置としてのＯＴＤＲ１１２（図６及び図７参照）に接続されているものとする。
本実施形態の光ファイバ式洗掘検出システムの特徴は、図１２（ａ）に示すように、複数ブロックから成る洗掘検出装置３００をその上端面３００Ａが河川２０１の棚部（高水敷）２０７及び２０８と略同じ高さ（深さ）になるように棚部（高水敷）２０７及び２０８に鉛直方向に埋め込み、棚部（高水敷）２０７及び２０８に鉛直方向の洗掘を生じると、図１２（ｂ）に示すように、露出した上端側のブロック３１１が水流２０５の抗力により転倒して内部の光ファイバ３１２に張力が働き、光ファイバ３１２がエッジ部に配置したカッターにより切断され、この光ファイバ３１２の切断（断線）による光の損失をＯＴＤＲ１１２で測定することで、洗掘の発生を検出し、また、何ブロック分の光ファイバの切断（断線）が生じたかを判定することで、洗掘の程度をも検出することにある。
【００４４】
このように、洗掘によって露出したブロックが水流の抗力により転倒し、ブロックの転倒により光ファイバが切断されたことを検知する点が特徴である。尚、転倒初期においては、光ファイバの弛みのため、光ファイバは突っ張らない。即ち、ブロックは抵抗なく傾いて転倒し、その後、突っ張るようになる。
各洗掘検出装置３００は、図１２に示すように、それぞれ所定の長さの洗掘検出器３１１が複数個直列に連結された構成を有している。即ち、１ラインの洗掘検出装置３００は、１ブロックの洗掘検出器３１１が複数ブロック連結されて構成されている。
【００４５】
以下、図１３乃至図２２を参照しつつ、洗掘検出装置３００について詳細に説明する。
洗掘検出装置３００は、図１３に示すように、１０個に分割されたブロック（各洗掘検出器３１１）から構成されている。各洗掘検出器３１１は、例えば、それぞれ鉛直方向の長さが２００ｍｍ（２０ｃｍ）の内筒３０２と外筒３０４を組み合わせ、これらが１０個（１０段）連結され、全体で鉛直方向の長さが２０００ｍｍ（２ｍ）となる構成を有している。ここで、内筒３０２と外筒３０４は、それぞれ塩化ビニール管により構成され、内筒３０２は径が６０ｍｍで厚さが１．８ｍｍの塩化ビニール管により構成され、外筒３０４は径が８９ｍｍで厚さが２．７ｍｍの塩化ビニール管により構成されている。
【００４６】
内筒３０２の外表面には、光ファイバ３１２が所定の長さ分巻き付けられており、この光ファイバ３１２は、例えば、径が０．９ｍｍのビニール被覆光ファイバにより構成されている。尚、上述したＯＴＤＲ１１２の距離分解能が１ｍのため、２０ｃｍのブロック（各洗掘検出器３１１）１段で光ファイバ３１２が１ｍになるように、光ファイバ３１２を内筒３０２の外表面に巻き付けている。
【００４７】
図１４は、図１３に示すＡ部の拡大詳細図であり、洗掘検出装置３００の最上端のブロック（洗掘検出器）３１１−１と次のブロック（洗掘検出器）３１１−２が連結（接続）された構成を示している。図１４に示すように、最上端のブロック（洗掘検出器）３１１−１の内筒３０２−１の下端側には、フランジ状の内筒カラー３０６が接合されており、次のブロック（洗掘検出器）３１１−２の内筒３０２−２の上端側には、フランジ状の内筒カバー３０８が接合されている。フランジ状の内筒カラー３０６は、比較的短い長さの筒状（リング状）に形成され、鍔部３０６Ａを備えている。鍔部３０６Ａの外周縁には、凸部３０６ａが形成されている。フランジ状の内筒カバー３０８は、内筒カラー３０６と略同じ長さのキャップ状（蓋状）に形成され、フランジ部３０８Ａを備えている。そして、内筒カバー３０８のフランジ部３０８Ａは、内筒カラー３０６の鍔部３０６Ａに合わされて、その周縁が凸部３０６ａにすっぽり嵌る径寸法に形成されている。即ち、内筒カバー３０８のフランジ部３０８Ａは、例えば、内筒カラー３０６の鍔部３０６Ａに合わされて、その周縁を凸部３０６ａに嵌め込むことで、内筒カバー３０８と内筒カラー３０６が嵌合し合うようになっている。但し、内筒カバー３０８のフランジ部３０８Ａの厚みに対して、内筒カラー３０６の鍔部３０６Ａ周縁部に形成された凸部３０６ａの高さは、その半分以下に抑えられている。かかる構成により、最上端のブロック（洗掘検出器）３１１−１の内筒３０２−１と次のブロック（洗掘検出器）３１１−２の内筒３０２−２が連結（接続）される。
【００４８】
一方、最上端のブロック（洗掘検出器）３１１−１の外筒３０４−１の下端側には、外周面側から内周面側にかけて外周面側半分が凸で内周面側半分が凹となる段差が形成されている。また、次のブロック（洗掘検出器）３１１−２の外筒３０４−２の上端側には、外周面側から内周面側にかけて外周面側半分が凹で内周面側半分が凸となる段差が形成されている。そして、外筒３０４−２の上端側の段差における凸部３０４２ａは、外筒３０４−１の下端側の段差における凹部３０４１ｂにすっぽり嵌る径寸法に形成されている。即ち、外筒３０４−２は、その上端側を、例えば、外筒３０４−１の下端側に合わされて、凸部３０４２ａを凹部３０４１ｂに嵌め込むことで、外筒３０４−２と外筒３０４−１が嵌合し合うようになっている。但し、両段差の大きさ、即ち、凸部３０４２ａの高さと凹部３０４１ｂの深さは、外筒３０４−２と外筒３０４−１それぞれの厚み以下に抑えられている。かかる構成により、最上端のブロック（洗掘検出器）３１１−１の外筒３０４−１と次のブロック（洗掘検出器）３１１−２の外筒３０４−２が連結（接続）される。
【００４９】
以上の構成により、最上端のブロック（洗掘検出器）３１１−１と次のブロック（洗掘検出器）３１１−２が連結（接続）されるが、上端側のブロック３１１−１が所定の剪断力（水流２０５の抗力）を受けると、上端側のブロック３１１−１が転倒して次のブロック３１１−２から分離するようになっている。尚、図１３及び図１４では図示しないが、以下、当該ブロックと次のブロックとは、同様の構成を有して連結（接続）されており、これにより、洗掘検出装置３００は、印籠の如くブロック同士が連結（接続）され、その内筒の端部同士及び外筒の端部同士の噛み合いにより、上端側のブロックが所定の剪断力（水流２０５の抗力）を受けると、その下方のブロックと剪断されるのではなく、転倒する（倒れて離れる）ようになる。尚、洗掘が生じるからには、ある程度の流速がある河川なので、かかる構造によりブロックは確実に分離するので、十分に洗掘を検出可能である。
尚、図１４において、径が０．９ｍｍのビニール被覆光ファイバにより構成される光ファイバ３１２は、ブロック３１１−１の１段で１ｍの長さになるように、内筒３０２−１の外表面に巻き付けられた上で、ブロック３１１−２まで伸長され、このブロック３１１−２でも１ｍの長さになるように、内筒３０２−２の外表面に巻き付けられている。尚、各内筒３０２−１、３０２−２、・・・・、３０２−１０の外表面には、それぞれ光ファイバ３１２の巻き付け部分を覆うように、光ファイバ固定及び保護用収縮チューブ３０７−１、３０７−２、・・・・、３０７−１０が嵌められている。これら光ファイバ固定及び保護用収縮チューブ３０７−１、３０７−２、・・・・、３０７−１０（図１３参照）は、後述するように、光ファイバ３１２の弛みを形成しつつ、露出したブロックが水流の抗力により転倒した場合には、この弛みが解消された上に光ファイバ３１２に張力が働くように、弛みの両端側を固定する用途を持っている。また、巻き付け部分を中心に光ファイバ３１２を覆うことで、砂等の異物が内筒３０２と外筒３０４間に混入した場合に、光ファイバ３１２を保護し、その断線（洗掘の発生に起因しない断線）を防止する用途を持っている。
尚、図１４に示すように、露出したブロックが水流の抗力により転倒した場合に光ファイバ３１２に張力が働き、光ファイバ３１２がエッジ部に配置したカッターにより切断される箇所は、内筒カバー３０８と内筒カラー３０６が嵌合し合う箇所になる。
【００５０】
ここで、本発明の要部のひとつである洗掘検出器同士の接合部におけるカッターによる光ファイバの切断機構について、図１５乃至図１８を参照して説明する。
図１５及び図１６に示すように、上述した内筒カバー３０８のフランジ部３０８Ａと内筒カラー３０６の鍔部３０６Ａには、対応する箇所にそれぞれ貫通孔３０８Ａｈと３０６Ａｈが形成されており、これら貫通孔３０８Ａｈと３０６Ａｈが合わされて両者が嵌合されることにより、これら貫通孔３０８Ａｈと３０６Ａｈが合一して、内筒３０２の外表面に巻き付けられた部分から伸長する光ファイバ３１２の挿通孔３１２ｈが形成されている。この挿通孔３１２ｈには、図１５及び図１６に示すように、挿通孔３１２ｈの内周面上に断面三角形状に突起するカッター３１６が形成されている。このカッター３１６は、図１７（ａ）及び（ｂ）に示すカッター部材１７１を２つ用意し、例えば、内筒カバー３０８のフランジ部３０８Ａと内筒カラー３０６の鍔部３０６Ａとの接合部の両側から挿通孔３１２ｈの中に押し込んで接着剤で固定する、或いは叩き込んで固定することにより、挿通孔３１２ｈの内周面上に形成することができる。また、変形例として、図１８に示すように、例えば、市販のかみそりの刃１８６を内筒カバー３０８のフランジ部３０８Ａと内筒カラー３０６の鍔部３０６Ａとの接合部に固定することにより、挿通孔３１２ｈの内周面上に形成することもできる。
【００５１】
次に、図１９乃至図２２を参照して、洗掘検出装置３００の製作方法を説明する。尚、図１９乃至図２２では、説明を簡略化するため、内筒３０２及び外筒３０４を含むブロックを４個（４段）だけ示したが、本実施形態では、上述したように、洗掘検出装置３００は、１０個（１０段）のブロック（洗掘検出器３１１）を含んでいる。
まず、図１９に示すように、底板３３２に筋金３３４を付けた状態で、最下端の内筒３０２から最上端の内筒３０２まで所定個数の内筒３０２を筋金３３４の周囲に入れて積み重ねる。最上端の内筒３０２上に上板３３６を置き、上板３３６の上から筋金３３４に形成されたネジ溝に合わせてナット３３８を締めると、内筒３０２を保持できる。続いて、最下端の内筒３０２の外表面に光ファイバ３１２を１ｍ分巻いて、フランジ部の挿通孔３１２ｈを通して、また、次の内筒３０２の外表面に光ファイバ３１２を１ｍ分巻いて、フランジ部の挿通孔３１２ｈを通して、また、次の内筒３０２の外表面に光ファイバ３１２を１ｍ分巻いて、フランジ部の挿通孔３１２ｈを通して、を最上端の内筒３０２まで繰り返す。尚、図１９には、図示しないが、光ファイバ３１２の巻き付け部分を覆うように、光ファイバ固定及び保護用収縮チューブが嵌められる。或いは、変形例として、セメントミルク９を充填する時に、光ファイバ３１２が動かないように、光ファイバ３１２の巻き付け部分をテープ（幅広のテープ）で固定するようにしても良い。
【００５２】
尚、内筒３０２の外表面に光ファイバ３１２を１ｍ分巻いた後フランジ部の挿通孔３１２ｈを通す場合、空間部９０（図１６参照）内の光ファイバ３１２は弛ませておく。ブロック同士の接合部における光ファイバ３１２の弛みにより、少々の横ずれ等があっても光ファイバ３１２に張力は働かず、光ファイバ３１２は切断されないようにするためである。図１６に示すように、光ファイバ３１２はブロック同士の接合部の両側が弛んでいる。この弛みがなくてピンと張っているとブロックが転倒しにくくなってしまう。即ち、弛み分だけ、ある程度は（弛んだ所までは）抵抗無く転倒して、その後、更に転倒すると光ファイバ３１２に張力が働き、カッター３１６に当たって切断される。尚、この光ファイバ３１２の弛みを維持し、また、ブロックが転倒した場合に張力を受けてカッター３１６により切断されるスペースを確保するために、図１６に示すように、空間部９０が設けられている。この空間部９０を確保するために、後述するセメントミルク９の充填時にセメントミルク９が空間部９０にまで流入しないように仕切板９５を設けておく。或いは、空間部９０には、上述した第1の実施形態と同様に、弛ませた光ファイバ３１２の状態を保持するために非硬化型ゴム粘土８を光ファイバ３１２の周りに詰めるようにしても良い。
【００５３】
次に、図２０に示すように、筋金３３４に合わせて締めたナット３３８を外して、上板３３６を取り外した上で、積み重ねられた内筒３０２の外周に外筒３０４を所定個数まで挿入する。その上で、最上端の内筒３０２及び外筒３０４上に上板３３６を置き、上板３３６の上から筋金３３４に形成されたネジ溝に合わせてナット３３８を締めると、外筒３０４を含めて保持できる。このように、筋金３３４を付けて上板３３６上のナット３３８を締めると、外筒３０４を含めて保持できる結果、ブロックが崩れることが無い。光ファイバ３１２には弛みがあるので、少しぐらい張力が働いても、直ちに切断されることは無い。
続いて、図２１に示すように、各外筒３０４に２つずつ形成された充填穴３４２から内筒３０２と外筒３０４間にセメントミルク９を充填する。この場合、仕切板９５を設けてあるので、セメントミルク９は空間部９０にまでは流入しない。或いは、非硬化型ゴム粘土８が詰められている場合には、その部分には流入しない。尚、図１６に示すＢ部において、内筒３０２のフランジ部分と外筒３０４の内周面との間にはわずかに隙間があるが、セメントミルク９が流れる程ではない。
尚、各ブロックを結合しておかないと、製作時、輸送時に転倒してしまうと光ファイバ３１２が断線してしまう虞れがあるので、筋金３３４で各ブロックを結合しておく。
そして、図２２に示すように、洗掘検出装置３００の設置時には、セメントミルク９を充填した後の洗掘検出装置３００全体を立てておき、筋金３３４の上部に形成された穴３４４に心棒３４６等を入れ、この心棒３４６等を回して筋金３３４を抜く。心棒３４６等を介して筋金３３４を回すと底板３３２にネジ込んだ筋金３３４のボルト部が抜け、筋金３３４が抜ける。
【００５４】
本実施形態の光ファイバ式洗掘検出システムによれば、以下の効果が得られる。
まず、全方向に対して光ファイバ３１２が張力を受けずに傾き、光ファイバ３１２がカッター３１６に当たり、その後、水流の抗力または自重により転倒することにより、光ファイバ３１２に張力が働き、少ない力で光ファイバ３１２を切断することができる。
また、上述したフランジ同士の噛み合い構造により、横ずれが少ない、また、光ファイバ３１２の弛みにより、少々の横ずれに対しては、光ファイバ３１２に張力が働かない（突っ張らない）ので、製作時、輸送時、設置時等において、光ファイバ３１２がカッター３１６に当たっても、切断することが無い。
また、洗掘が生じてブロックが転倒した場合に光ファイバ３１２が確実に切断されるように、積極的に、ナイフエッジ様の部材であるカッター３１６を設けたので、洗掘の検出精度が高まる。尚、切れ易い光ファイバ３１２（ファイバの芯線）を使っても良いが、切るために積極的にカッター３１６を設けたので、切れ易くない光ファイバ３１２（ファイバの芯線）を使うことも可能である。
更に、筋金３３４により各ブロックを横ずれなしに保持できる。このため、製作時、設置時の取り扱いが楽であり、設置後に筋金３３４は簡単に取り除くことが可能である。
【００５５】
また、各ブロックの内外筒間にセメントミルク９を充填し、光ファイバ３１２（切れ易い光ファイバ芯線）を埋め込むことにより、構造物とセンシングエレメント（光ファイバ３１２）が一体化され、耐環境性の優れた堅牢な検出部を実現できる。
【００５６】
更に、本実施形態の洗掘検出装置３００は、洗掘が生じてブロックが露出すると、浮力ではなく抗力を受けて転倒し、光ファイバ３１２が切断されるので、特に、十分な浮力を確保するための発泡剤等を充填する必要が無い。また、浮力を利用しないので、材質等の制限も受けない。
更に、従来例では、洗掘ではないのに、砂や異物が混入して、折れ易い光ファイバを折ってしまい、洗掘ではないのに洗掘だと誤判断してしまう虞れがあるのに対し、本実施形態の洗掘検出装置３００においては、構造的には、内筒３０２があり、その外表面に光ファイバ３１２が巻いてあり、その上に外筒３０４を嵌めてある。また、内筒３０２と外筒３０４の間にセメントを充填してあるので、内筒３０２と外筒３０４間に砂や異物が混入してしまうことが無い。即ち、光ファイバ３１２は殆ど露出しているところがないので、砂や異物が混入しても、それによって切断されることが無い。
尚、洗掘検出器（ブロック）は、円筒形のものに代えて断面矩形のものを用いることもできる。但し、円筒形ならば、比較的安価なパイプ材様のものを使えるメリットがある。
【００５７】
以上、本発明について実施の形態をもとに説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、河川における洗掘の発生の有無及び洗掘の度合いを検出する装置等のみならず、他にも、海や湖における同様の洗掘を検出する装置等にも用いることができる。更に、例えば、道路斜面モニタリングや地すべり検知等のための装置、システム、方法等にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムの全体構成を示す概念図である。
【図２】図１に示す光ファイバ式洗掘検出システムにおける１ラインの洗掘検出装置の基本構成を示す図である。
【図３】図２に示す１ラインの洗掘検出装置における１ブロックの洗掘検出器の縦断面図である。
【図４】図２に示す１ラインの洗掘検出装置における１ブロックの洗掘検出器の平面図である。
【図５】図３及び図４に示す洗掘検出器における光ファイバ収納部の要部を拡大して示す図であり、（ａ）は光ファイバ収納部を形成するＳＵＳ材に蓋を取り付けた状態の横断面図、（ｂ）は光ファイバ収納部を形成するＳＵＳ材に蓋を取り付け、更に蓋止め金具を取り付けた状態の横断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態の光ファイバ式洗掘検出システムにおけるＯＴＤＲ１１２を用いた洗掘の検出方法を説明するための図である。
【図７】本発明の第１の実施形態の光ファイバ式洗掘検出システムの全体構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第１の実施形態において、河川１０１の棚部（高水敷）１０３における洗掘の発生の仕方と各ラインの洗掘検出装置１００による検出方法を説明するための図である。
【図９】ＯＴＤＲ１１２を用いたトレースデータの一例を示すグラフである。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る光ファイバ式洗掘検出システムの全体構成を示すブロック図である。
【図１１】ＦＢＧ波長測定器１１９による洗掘測定の原理を説明するための図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態の光ファイバ式洗掘検出システムの構成を示す概念図である。
【図１３】図１２に示す光ファイバ式洗掘検出システムに用いる１ラインの洗掘検出装置の基本構成を示す図である。
【図１４】図１３に示す洗掘検出装置におけるＡ部の拡大詳細図である。
【図１５】洗掘検出器同士の接合部をカッターによる光ファイバの切断機構を中心に示す縦断面図である。
【図１６】図１５に示す洗掘検出器同士の接合部を拡大して示す断面図である。
【図１７】図１５に示す洗掘検出器同士の接合部に用いるカッターを示す図であり、（ａ）は、そのカッターの断面図、（ｂ）は、そのカッターの側面図である。
【図１８】図１５に示す洗掘検出器同士の接合部に用いる他のカッターの例を示す断面図である。
【図１９】図１３に示す洗掘検出装置の製作方法を説明するための図であり、内筒を組み立てた状態を示す。
【図２０】図１３に示す洗掘検出装置の製作方法を説明するための図であり、外筒を挿入し、上板を取り外した状態を示す。
【図２１】図１３に示す洗掘検出装置の製作方法を説明するための図であり、セメントミルク充填時の充填方法を示す。
【図２２】図１３に示す洗掘検出装置の製作方法を説明するための図であり、設置時の筋金の取り外し方法を示す。
【符号の説明】
【００６０】
１３  光ファイバ、  １６  屋外配線用光ケーブル、１００  洗掘検出装置、
１０１  河川、  １０２  川底、  １０３  棚部（高水敷）、１０４  堤防、
１０４Ａ  法面、  １０５  河川の水流部分、１０６  棚部、
１０８  接続（ジョイント）ボックス、  １０９  観測小屋、１１２  ＯＴＤＲ
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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