(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中に埋設される筒体の周面部に地中の高含水層より浸透する水が貯溜する複数の空間部を軸方向に適宜の間隔を存してそれぞれ設け、これら各空間部に貯溜する水を電気信号として検出する水位センサをそれぞれ設けたことを特徴とする地中水位検出装置。
【請求項２】
地中に埋設される筒体を内筒と多孔質の外筒とからなる２重構造とし、これら内筒と外筒との間に軸方向に適宜の間隔を存して設けられた複数の仕切板により小部屋をそれぞれ形成し、且つこれら各小部屋に地中の高含水層より前記外筒を通して前記小部屋に浸透する水を電気信号として検出する水位センサをそれぞれ設けたことを特徴とする地中水位検出装置。
【請求項３】
地中に埋設される肉厚の筒体に軸方向に適宜の間隔を存し、且つ同一周面上に複数の穴をそれぞれ設け、これら各穴に地中の高含水層より浸入する水を電気信号として検出する水位センサをそれぞれ設けたことを特徴とする地中水位検出装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１つの項に記載の地中水位検出装置において、地中に埋設される筒体の地上側端部に、前記各水位センサから出力される電気信号を演算処理して水分の有無を判定し、地中の高含水地層の位置と範囲を求める演算装置を備えたことを特徴とする地中水位検出装置。
【請求項５】
請求項４に記載の地中水位検出装置において、演算装置で求められた地中の水位検出情報を自己の位置情報と共に基地局へ伝送する通信装置を備えたことを特徴とする地中水位検出装置
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地中に存する水位をリアルタイムで計測可能な地中水位検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば山間部や傾斜地での降雨の浸透水位を計測したり、地中での水脈の位置と水脈からの浸透状況を計測する地中水位検出装置としては、図１０に示すような構成のものがある。
【０００３】
図１０において、２１は地面に打込まれた基礎コンクリートで、この基礎コンクリート２１には地表側から地中に抜ける貫通穴が設けられている。また、２２は基礎コンクリート１の貫通穴を通して地中に埋設される筒体で、この筒体２２は地中への埋設深さに応じて適宜長さの筒部を複数本連結したもので、その軸方向に沿って筒体内外を貫通する複数の穴が設けられている。
【０００４】
また、２３は基礎コンクリート２１上に筒体２２を中央部にして設置されたケースで、このケース２３内の上段部にはフロート駆動装置２４が設置されている。このフロート駆動装置２４は、先端にフロート２５が取付けられたワイヤ２６を筒体２２内を通して鉛直方向に移動可能に支持し、筒体２２内の下部に溜まる水位に応じてフロート２５が上下動することによりワイヤ２６を巻上げ又は巻下げるものである。
【０００５】
さらに、ケース２３内の下段部にはフロート駆動装置２４により巻上げ又は巻下げられるワイヤ２６の移動量から筒体２２内の底部に溜まった水位を計測する計測器２７と、この計測器２６で計測されたデータを地中に埋設された出力ケーブル２８を通して図示しない基地局に伝送する送信機２９が設置されている。
【０００６】
このような構成の地中水位検出装置において、降雨などで地表に降り注いだ雨水などが地中に浸透すると、この水は筒体２２の軸方向に有する穴を通して筒体２２内の底部に溜まる。この筒体２２内の底部に溜まった水位は、計測器２７によりフロート２５の上下動に応じて巻上げ又は巻下げられるワイヤ２６の移動量から計測される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような地中水位検出装置では、筒体２２の底部に溜まった水しか計測できず、どの地層からどのくらいの水が出ているかを判別することができないという問題があった。
【０００８】
特に傾斜地などの地滑地帯では、降雨等で地表に降り注いだ雨などがどの程度地中に浸透し、且つ地滑りを起り易い地層まで雨水が浸透しているかどうかを計測できることが重要であるが、従来のフロート方式による水位検出装置ではこれらの計測をすることができず、地滑りに対して事前に有効な予測ができないのが現状である。
【０００９】
また、フロート方式による水位検出装置では、フロート２５が挿入されている筒体２２に変形が生じ、フロート２５が筒体２２の内壁と接触すると、フロート２５の上下動が阻害されて水位の計測が困難になるという問題もある。
【００１０】
さらに、設置時にはフロート２５が内壁に接触しないように鉛直方向に精度良くボーリングする必要があるが、深さが数十ｍにも達するときは困難なことが場合が多かった。
【００１１】
本発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、地中の高含水地層の位置とその大きさを高精度に計測することができる地中水位検出装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するため、次のような構成の地中水位検出装置を構成するものである。
【００１３】
請求項１に対応する発明は、地中に埋設される筒体の周面部に地中の高含水層より浸透する水が貯溜する複数の空間部を軸方向に適宜の間隔を存してそれぞれ設け、これら各空間部に貯溜する水を電気信号として検出する水位センサをそれぞれ設けたものである。
【００１４】
請求項２に対応する発明は、地中に埋設される筒体を内筒と多孔質の外筒とからなる２重構造とし、これら内筒と外筒との間に軸方向に適宜の間隔を存して設けられた複数の仕切板により小部屋をそれぞれ形成し、且つこれら各小部屋に地中の高含水層より前記外筒を通して前記小部屋に浸透する水を電気信号として検出する水位センサをそれぞれ設けたものである。
【００１５】
請求項３に対応する発明は、地中に埋設される肉厚の筒体に軸方向に適宜の間隔を存し、且つ同一周面上に複数の穴をそれぞれ設け、これら各穴に地中の高含水層より浸入する水を電気信号として検出する水位センサをそれぞれ設けたものである。
【００１６】
請求項４に対応する発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１つの項に対応する発明の地中水位検出装置において、地中に埋設される筒体の地上側端部に、前記各水位センサから出力される電気信号を演算処理して水分の有無を判定し、地中の高含水地層の位置と範囲を求める演算装置を備えたものである。
【００１７】
請求項５に対応する発明は、請求項４に対応する発明の地中水位検出装置において、演算装置で求められた地中の水位検出情報を自己の位置情報と共に基地局へ伝送する通信装置を備えたものである。
【００１８】
従って、上記請求項１乃至請求項５に対応する発明の地中水位検出装置にあっては、地中の高含水地層の位置とその範囲を高精度に計測することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は本発明による地中水位検出装置の実施の形態の一例を示す全体の構成図である。図１において、１は地中に埋設される内筒１ａ及び外筒１ｂからなる２重構造の筒体で、この筒体１は地中への埋設深さに応じて適宜長さの筒部を複数本連結して用いられる。
【００２１】
この筒体１は図２に示すように内筒１ａは鉄製で構成され、外筒１ｂは例えばパンチングメタルのような多孔質材で構成され、これら内筒１ａと外筒１ｂとの間に軸方向に適宜の間隔（例えば２cm間隔）を存して設けられた複数の円環状の仕切板２により小部屋がそれぞれ形成されている。この場合、各仕切板２は内筒側が高く、外筒側が低い傾斜面に形成されている。
【００２２】
なお、各小部屋の適宜箇所に浸透水の出入りを円滑にするための気抜き穴を設けてもよい。
【００２３】
また、筒体１の各小部屋に対応する内筒１ａの外周面には、小部屋の浸透水を検出する複数個の水位センサ３がそれぞれ取付けられ、これら水位センサ３の出力端子は内筒１ａの中空部内に配線された図示しないリード線にそれぞれ接続される。この場合、各水位センサ３は小部屋に浸透水が溜まると例えば電気抵抗が変化するものが使用されている。
【００２４】
ここで、一つの小部屋に対応させて設けられる複数の水位センサ３として、例えば図３（ａ）に示すように１８０度異なる位置にそれぞれ１対ずつ計２対設けられているとすれば、これら各対の水位センサ３の出力端子は図３（ｂ）に示すように並列に接続する場合と、同図（ｃ）に示すように直列に接続する場合がある。
【００２５】
一方、図１において、４は地上側の筒体１の端部に取付けられたケースで、このケース４内の上段部に電源５及び通信装置６が設置され、また下段部には演算装置７が設置されている。
【００２６】
ここで、上記電源５は各水位センサ３、演算装置６及び通信装置６を駆動する電気エネルギを供給するものであり、演算装置６は各水位センサ３の番号とオン、オフの状態を判別する機能と、この機能により判別されたオン状態の水位センサ３の番号に基づいて地表面からの距離と領域（幅）を求める演算機能とを有している。
【００２７】
また、通信装置６は演算装置７で求められた水位検出情報を図示しない基地局へ自局番号とともに伝送するものである。
【００２８】
次に上記のように構成された地中水位検出装置の作用を述べる。
【００２９】
いま、図２に示すように地中に埋設された筒体１の高含水地層に対応する部分の各小部屋に多孔質の外筒１ｂより浸透水が流入しているものとする。
【００３０】
このような状態にあるとき、図４に示すように各水位センサ３で検出された水位検出信号はターミナル７ａを介して演算装置７に取込まれる。この演算装置７ではステップＳ７−１でセンサ番号とセンサのオン、オフの状態を確認する。ここでは、図２の高含水地層に対応する位置の水位センサ３はオン、それ以外の地中及び低含水地層に対応する位置の水位センサ３はオフ状態にある。
【００３１】
この場合、同一軸線上にそれぞれ設けられている各水位センサ３が図３（ｂ）に示すように並列に接続されている場合には、センサが単点のみオンで、その上下３〜４点がオフ状態にあるときは誤検出とし、これとは逆にセンサが単点のみオフで、その上下３〜４点がオン状態にあるときは連続として判定する。
【００３２】
また、同一軸線上にそれぞれ設けられているセンサを複数点毎に図３（ｃ）に示すよう直列に接続されている場合には、１点でもオフ状態にあれば誤検出とし、各点全てがオン状態にあれば、連続として判定する。
【００３３】
このステップＳ７−１で確認されたオン状態にある水位センサの番号をステップＳ７−２に受渡し、ここでオン状態にあるセンサ番号とセンサ間隔距離からセンサ番号１からの距離を求める。
【００３４】
ステップＳ７−３ではステップＳ７−２で求められたセンサ番号１からの距離に、地表面の基準センサ番号からの距離を加算又は減算することにより、ステップＳ７−４によりオン状態にあるセンサの地表面からの距離を算出する。
【００３５】
他のセンサについても同様に実施した後、ステップＳ７−５によりセンサオンの領域（幅）と地表面からの距離を算出する。
【００３６】
従って、このような演算を演算装置７で実行することにより、地中の高含水地層の位置と大きさ（範囲）を測定することとができる。
【００３７】
ここで、他の計測例について図５及び図６により簡単に述べる。
【００３８】
図５は降雨による地表からの浸透状態を示すもので、図示黒印部の水位センサにより浸透水位を計測して演算装置７で前述同様の演算を実行ことにより、降雨の浸透状況と粘土層（すべり面）までの距離を把握することができる。
【００３９】
図６は地中での水脈の位置と水脈からの浸透状態を示すもので、図示黒印部の水位センサがオンとなる浸透水位を計測して演算装置７で前述同様の演算を実行することにより、粘土層（すべり面）までの距離を把握することができる。
【００４０】
このように本実施の形態では、筒体１を構成する鉄製の内筒１ａと多孔質材の外筒１ｂとの間に軸方向に適宜の間隔を存して設けられる複数の円環状の仕切板２により小部屋を形成し、これら各小部屋に対応する内筒１ａの外周面に水位センサ３をそれぞれ設け、小部屋の浸透水を水位センサ３により検出して演算装置７により各小部屋毎の水分の有無と箇所を判定して、地中の高含水地層の位置と大きさを測定するようにしたので、次のような効果を得ることができる。
（ａ）高含水地層の地表からの位置と大きさを特定することができる。
（ｂ）２重円筒構造で、且つ外筒が多孔質材で構成されているので、地中の土砂がセンサー取付部に侵入しにくく、目詰まりによる誤動作が少ない。
（ｃ）地中の地層が動いて筒体が多少撓んでも水位センサが破壊されない限り計測が可能であり、超寿命化を図ることができる。
（ｄ）可動部分がないため、故障が少なく、メンテナンスフリー化を図ることができる。
（ｅ）水位計を設置する場合、設置のためのボーリング穴が完全に垂直状態になくても、位置、計測が可能なため、設置にかかる時間、費用を軽減することができる。
【００４１】
なお、上記実施の形態では筒体１を構成する鉄製の内筒１ａと多孔質材の外筒１ｂとの間に軸方向に適宜の間隔を存して設けられる複数の円環状の仕切板２により小部屋を形成し、この小部屋に水位センサ３を設けるようにしたが、図７に示すように例えば鉄製又はプラスチック材からなる肉厚の筒体１０に軸方向に適宜の間隔を存し且つ同一円周上に複数の穴１０ａをそれぞれ設け、これら各穴１０ａの底面側に水位センサ３をそれぞれ設け、これを図１と同様の構成として地中に埋設するようにしてもよい。
【００４２】
このような構成の地中水位検出装置としても、前述同様の作用効果を得ることができる。
【００４３】
ここで、上記のような構成の地中水位検出装置を用いて地滑りを監視する場合の一例を述べる。
【００４４】
図８に示すように例えばＮＯ．１〜ＮＯ．３の地中水位検出装置が傾斜地に適宜の間隔を存して埋設された状態にあるものとする。
【００４５】
このような状態において、各地中水位検出装置は雨水がいわゆる浸透層に達するとこの浸透層に至るまでのセンサがオンとなり、また雨水が脆弱地層に達するとこの脆弱地層に至るまでのセンサがオンとなる。さらに地滑りが発生する可能性の高い警報地層面に達するとこの地層面に至るまでのセンサがオンとなる。
【００４６】
そして、ＮＯ．１〜ＮＯ．３の各地中水位検出装置においては、図４に示すような演算処理によりオン状態にあるセンサ番号の領域と地表面からの距離を算出し、その情報は通信装置により基地局に伝送される。
【００４７】
基地局では、これらの情報を収集して情報処理を行い、その結果例えばＮＯ．１とＮＯ．３の地中水位検出装置のみの情報が警報地層面に至るまで水が浸透していると判定された場合には要注意とし、ＮＯ．１乃至ＮＯ．３の全ての地中水位検出装置の情報が警報地層面に至るまで水が浸透していると判定された場合には地滑りが発生する可能性が大として警報指令を発することにより、傾斜地などの地滑り発生地帯の災害の発生を事前に予知することができる。
【００４８】
次に、上記のような構成の地中水位検出装置を用いて堤防決壊を監視する場合の一例を述べる。
【００４９】
図９（ａ），（ｂ）に示すように例えばＮＯ．１〜ＮＯ．４の地中水位検出装置が堤防９０に適宜の距離を存して埋設された状態にあるものとする。
【００５０】
このような状態にあるとき、護岸９１の一部が破損又は劣化してこの部分より堤防内に河川９２の水が侵入すると、この水は徐々に河川９２とは反対方向に浸透して行き、さらにその浸透状態が進むと堤防９０の一部から土砂が流出して亀裂が生じ、やがて堤防が破壊されると水害へと進展して行く可能性がある。
【００５１】
そこで、前述したように堤防９０に埋設された地中水位検出装置により、護岸９１の破損又は劣化部より堤防内に水が浸透して行く過程で堤防内の水を検出して、その旨を監視所に伝送することにより堤防が決壊する前に災害の発生を事前に予知することができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、地中の高含水地層の位置とその大きさを高精度に計測することができる地中水位検出装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による地中水位検出装置の実施の形態を示す全体の構成図。
【図２】同実施の形態の筒体の詳細な構成を示す断面図。
【図３】同実施の形態において、筒体内に形成された小部屋に設けられる水位センサの接続例を示す図。
【図４】同実施の形態において、各水位センサからの検出信号に基づく演算処理を説明するためのフローチャート。
【図５】同実施の形態において、降雨による地表からの浸透状態にあるときの作用を説明するための図。
【図６】同実施の形態において、地中での水脈からの浸透状態にあるときの作用を説明するための図。
【図７】本発明による地中水位検出装置の他の実施の形態における筒体の一部を示す断面図。
【図８】本発明による地中水位検出装置を用いて地滑りを監視する場合の一例を説明するための図。
【図９】本発明による地中水位検出装置を用いて堤防決壊を監視する場合の一例を説明するための図。
【図１０】従来の地中水位検出装置を示す構成説明図。
【符号の説明】
１……筒体
１ａ……内筒
１ｂ……外筒
２……仕切板
３……水位センサ
４……ケース
５……電源
６……通信装置
７……演算装置
１０……筒体
１０ａ……穴
【図１】
0003967016.tif 000002
【図２】
0003967016.tif 000003
【図３】
0003967016.tif 000004
【図４】
0003967016.tif 000005
【図５】
0003967016.tif 000006
【図６】
0003967016.tif 000007
【図７】
0003967016.tif 000008
【図８】
0003967016.tif 000009
【図９】
0003967016.tif 000010
【図１０】
0003967016.tif 000011