(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水棲生物の活動によって水中に放出される電位の絶対値を単位時間で積算して活動量として検出し、この検出された活動量Ｘｎと直前の一定検出回数ｎ−１の活動量Ｘ１ ，Ｘ２ ，…，Ｘｎ-１ との移動平均値Ｘ（Ｘ＝ΣＸｎ／ｎ）を水質異常の媒介変数として、この移動平均値Ｘが管理限界値を超えたときに水質異常と判定する水質連続監視方法において、少なくとも2つの水質監視装置を用いて、いずれかの水質監視装置と他の水質監視装置とで毒物に対して感度の異なる異種の生物を用いて水質監視を行ない、一方の装置Ａから検出される活動量の移動平均値ＸＡがその管理限界値を超えた後、30分以内に他の装置Ｂから検出される活動量の移動平均値ＸＢ がその管理限界値を超えた場合に水質異常と判定することを特徴とする水棲生物を用いた水質連続監視方法。
但し、5≦ｎ≦120
【請求項２】
上記の水質連続監視方法における水質異常を判定する管理限界値が、検出された活動量Ｘｎの直前の一定検出回数ｍ の活動量Ｘ１ ，Ｘ２ ，…，Ｘｍの移動平均値Ｘ’（Ｘ’＝ΣＸｍ／ｍ）と標準偏差σ（σ＝√Σ（Ｘｍ−Ｘ’）２／ｍ）から求めた管理限界値（Ｘ’＋ａσ）であることを特徴とする請求項１記載の水棲生物を用いた水質連続監視方法。
但し、3≦ａ≦5， 10≦ｍ≦720
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は魚などの水棲生物を用いた水質連続監視方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から河川流域には多くの人々が生活しているため、水道水源となる河川水中にも毒物混入の危険性がある。しかし、魚などの死骸が浮上して始めて事故の発生に気付く場合が多く、発見した当初は原因物質が不明であることが多い。このような状況下では、水棲生物の死以前に現れる生理反応を用いた早期の安全確認が重要である。従来から、魚や甲殻類などの水棲生物がその環境水質の変化に対して敏感に反応することはよく知られており、すでに水質監視に役立てようとする試みが多く行なわれている。その中で注目すべき技術として魚の活動電位を用いた水中の毒物監視法（特開平４−203961号公報）があるが、この方法は魚が活動するときに、えら、口、ひれなどの動きによって水中に放出される活動電位を検出し、その電位の絶対値を単位時間で積算した値を活動量とし、この活動量が平常時の上限値を超えたときあるいは、ゼロになったときに毒物が流入したと判定するものであり、最も実用化されているものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、生物の生理生態反応は複雑であり、光、音、人影などの周囲からの外乱により突発的に原因不明の活動量の増大があり、瞬時的に管理限界値を超えることがあった。さらに、生物には個体差があり、単一の監視では誤報の可能性があった。また、水棲生物には日周変動、季節変動などにより不定期の活動期や静止期があり、平常時の活動量の上限値を求めるには、刻々と検出される活動量の最大値を定期的にチェックしなければならないという問題点が残っていた。
【０００４】
本発明はこのような課題を解決するもので、毒物を誤報なく検出し、容易に水質の連続監視を行なうことができる水棲生物を用いた水質連続監視方法を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明は、水棲生物の活動によって水中に放出される電位の絶対値を単位時間で積算して活動量として検出し、この検出された活動量Ｘｎと直前の一定検出回数ｎ−１の活動量Ｘ１ ，Ｘ２ ，…，Ｘｎ-１ との移動平均値Ｘ（Ｘ＝ΣＸｎ／ｎ）を水質異常の媒介変数として、この移動平均値Ｘが管理限界値を超えたときに水質異常と判定する水質連続監視方法において、少なくとも2つの水質監視装置を用いて、いずれかの水質監視装置と他の水質監視装置とで毒物に対して感度の異なる異種の生物を用いて水質監視を行ない、一方の装置Ａから検出される活動量の移動平均値ＸＡがその管理限界値を超えた後、30分以内に他の装置Ｂから検出される活動量の移動平均値ＸＢ がその管理限界値を超えた場合に水質異常と判定する（但し、5≦ｎ≦120）ことを特徴とする水棲生物を用いた水質連続監視方法を要旨とするものである。また本発明は、上記の水質連続監視方法における水質異常を判定する管理限界値が、検出された活動量Ｘｎの直前の一定検出回数ｍ の活動量Ｘ１ ，Ｘ２ ，…，Ｘｍの移動平均値Ｘ’（Ｘ’＝ΣＸｍ／ｍ）と標準偏差σ（σ＝√Σ（Ｘｍ−Ｘ’）２／ｍ）から求めた管理限界値（Ｘ’＋ａσ）である（但し、3≦ａ≦5， 10≦ｍ≦720）ことを特徴とする水棲生物を用いた水質連続監視方法を要旨とするものである。
【０００６】
すなわち、本発明の水質連続監視方法に使用する各水質監視装置においては、判定しようとする活動量検出値（Ｘn ）と直前の一定検出回数ｎ−１の活動量との平均値Ｘ（Ｘ＝ΣＸn ／ｎ、但し、５≦ｎ≦120  ）（以下、移動平均値という。）を水質異常の媒介変数として、この移動平均値Ｘが管理限界値を超えたときに水質異常と判定する。このように判定しようとする活動量検出値Ｘn を、その一定期間前の活動量を用いて平均化し、移動平均値Ｘを求めて、水質監視の媒介変数に使うことにより、従来のＸn という単位時間ごとの活動量の瞬時値を用いる方法に比べて、突発的な活動量の変化を吸収でき、誤報を大幅に減少することができる。
【０００７】
さらに、本発明においては、上記の少なくとも２つの水質監視装置を用いて水質監視を行ない、一方の装置Ａから検出される活動量の移動平均値ＸＡがその管理限界値を超えた後、30分以内に他の装置Ｂから検出される活動量の移動平均値ＸＢ がその管理限界値を超えたときに真の水質異常と判定し、警報を発することにより多重の監視を行ない、供試生物の個体差や装置特性などの影響をなくし、さらに誤報を少なくできて高精度の監視をすることができる。少なくとも２つの水槽に入れる供試生物としては、混入する危険性のある毒物が多様の場合などは、毒物に対して感度の少し異なる異種の生物、例えば、魚とエビなど複数種を用いても良い。
【０００８】
なお、各装置における管理限界値としては、従来のように平常時の活動量の上限値を採用し一定値としても良いが、検出された活動量Ｘn の直前の一定検出回数m の活動量（Ｘ1 ，Ｘ2 ，…，Ｘm ）の移動平均値Ｘ’（Ｘ’＝ΣＸm ／ｍ）と標準偏差σ（σ＝√Σ（Ｘm −Ｘ’）2 ／ｍ）を用いて管理限界値（Ｘ’＋ａσ）を求め、これらの値を検出値ごとに更新していくことにより活動量の経時変動に追従した水質監視を行なうことができるため好ましい。すなわち、各装置の移動平均値（Ｘ）が管理限界値（Ｘ’＋ａσ）を超えた場合に、各装置における水質異常と判定する（但し、３≦ａ≦５，  10≦ｍ≦720  ）。このように、管理限界値Ｘ’＋ａσを使用することにより、自動的に管理限界値を設定できる。
【０００９】
本発明において、水棲生物の活動によって水中に放出される電位の絶対値を単位時間で積算して活動量として検出する装置については、上記の魚の活動電位を用いた水中の毒物監視法（特開平４−203961号公報）に記載の方法および装置を用いることができる。すなわち水棲生物が入った水槽、水中に放出される活動電位を定量的に取り出すセンサー電極、プリアンプ、周波数選別器、Ａ／Ｄ変換器および活動電位の絶対値を単位時間当り積算し、水質異常を判定する信号処理器からなるものである。なお前記単位時間としてはデータの信頼性、感度などの点から30秒〜５分間が好適である。本発明では、各水質監視装置において、検出された活動量Ｘn と直前の一定検出回数ｎ−１の活動量（Ｘ1 ，Ｘ2 ，…，Ｘn-1 ）との移動平均値Ｘ（Ｘ＝ΣＸn ／ｎ）を水質異常の媒介変数として、各々の水質監視装置における水質異常を判定するが、検出回数ｎは５〜120 の範囲で選定することが必要で、ｎが５より少ない場合、突発的な活動量の変化を吸収するのが難しく、ｎを120 より多くすると、逆に活動量の変動が表せないため好ましくない。
【００１０】
さらに、本発明では、少なくとも２つの水質監視装置を用いて水質監視を行ない、一方の装置Ａから検出される活動量の移動平均値ＸA がその管理限界値を超えた後、30分以内に他の装置Ｂから検出される活動量の移動平均値ＸB がその管理限界値を超えたときに水質異常と判定するが、水質監視装置の数としては２〜４で十分であり、多すぎると煩雑になり、好ましくない。また、複数の監視装置が管理限界値を超える時間幅は30分以内、好ましくは15分以内が好ましく、30分を超えると異常発生の把握が遅くなる恐れがあり、また水質異常以外の原因による誤報の可能性も出てくる。
【００１１】
なお、従来は検出された活動量Ｘn が平常時の活動量の上限値を超えた場合、水質異常と判定していたが、本発明の各水質監視装置においては、判定しようとする活動量検出値（Ｘn ）の直前の一定検出回数ｍの活動量の移動平均値Ｘ’（Ｘ’＝ΣＸm ／ｍ）と標準偏差σ（σ＝√Σ（Ｘm −Ｘ’）2 ／ｍ）から管理限界値（Ｘ’＋ａσ）を求め、この管理限界値と活動量の移動平均値（Ｘ）を対比して、移動平均値Ｘが管理限界値を超えたときに水質異常と判定する。また、上記の検出回数ｍは10〜720 の範囲で選定することが必要で、ｍが10より少ない場合、活動量の変化を平均化するのが難しく、ｍを720 より多くすると検出単位時間にもよるが、活動量の経時変動に追従できないため好ましくない。また、管理限界値の設定において、例えば移動平均値（Ｘ）が管理限界値（Ｘ’＋ａσ）より大きいとき、異常値の稀釈化を防ぐために、管理限界値を超えた移動平均値（Ｘ）を除外して次の検出値Ｘn+1 のための平均値、標準偏差、管理限界値の計算のためには使わず、Ｘn+1 の判定には前回の管理限界値（Ｘ’＋ａσ）を用いることが好ましい。次に管理限界値の算出に用いるａは、判定しようとする活動量検出値Ｘn の直前の一定検出回数ｍの活動量（Ｘ1 ，Ｘ2 ，…，Ｘm ）の99％以上が（Ｘ’＋ａσ）以内に含まれるように３〜５の範囲で選定することが必要である。
【００１２】
本発明においてはブザーまたはストロボなどの発光装置などを装置に組み込み、水質異常が発生した場合、警報を発生するようにすれば異常時を早期に確認することができる。
【００１３】
このような構成により、水棲生物の環境水質の変化に対する生理生態的な敏感な反応を利用し、その反応として水棲生物の活動量の変化、すなわち、えら、口、ひれなどの動きにより水中に放出される活動電位の変化に着目して水質の正常、異常の判定を行なうに際し、判定しようとする活動量検出値（Ｘn ）と直前の一定検出回数ｎ−１の活動量（Ｘ1 ，Ｘ2 ，…，Ｘn-1 ）との移動平均値Ｘ（Ｘ＝ΣＸn ／ｎ）が管理限界値を超えたときに水質異常と判定する水質連続監視方法において、該方法を用いた複数の水質監視装置が30分以内に共に水質異常と判定したときに、最終的に真の水質異常と判定され、確実な監視が可能となる。また、水質異常を判定する管理限界値が、検出された活動量Ｘn の直前の一定検出回数ｍの活動量（Ｘ1 ，Ｘ2 ，…，Ｘm ）の移動平均値Ｘ’（Ｘ’＝ΣＸm ／ｍ）と標準偏差σ（σ＝√Σ（Ｘm −Ｘ’）2 ／ｍ）から求めた管理限界値（Ｘ’＋ａσ  但し、３≦ａ≦５）を求め、この管理限界値と活動量の移動平均値（Ｘ）を検出値ごとに更新する水質監視方法により、平常時における原因不明の突発的変化や経時変動に対応して、低濃度毒物による異常も的確に精度良く把握することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図５に基づいて説明する。
測定装置および測定方法は、特開平４−203961号公報に記載の方法および装置に準拠した。図１に装置の概略を示す。監視装置は２式あり、供試魚が遊泳している装置Ａおよび装置Ｂの各水槽（容量30リットル）１および２内にはそれぞれ２本づつのステンレスコードからなるセンサー電極３，４および５，６が浸漬され、水中で発生する電位を検出した。センサー電極３，４および５，６で捉えた電位は、各々、増幅器７および８にて1000倍に増幅後、さらに、フィルター９，10で魚の筋肉活動に起因する0.2 〜２Ｈｚの周波数成分だけを選別し、Ａ／Ｄ変換器11，12でＡ／Ｄ変換したものを活動電位とした。また、この電位の絶対値をマイクロコンピューター13，14で１分間積算して活動量を求めた。マイクロコンピューター15では、装置Ａおよび装置Ｂの活動量から、その移動平均値Ｘと標準偏差σをそれぞれ求め、管理限界値も装置Ａおよび装置Ｂについてそれぞれ求めた。また、マイクロコンピューター15はタイマー機能も有しており、一方の装置の活動量の移動平均値が管理限界値を超えてから30分以内に他方の装置の活動量の移動平均値が管理限界値を超えた場合は、警報器16から警報を出力した。
【００１５】
なお、各水槽の通水量は３〜６リットル／分、河川水を原水として平常時は一過式に通水し、毒物投入時の実験では所定量の塩酸溶液を検水中に定量注入した。供試生物として全長10cm程度のタナゴ10尾を各水槽に入れ、平常時の活動量Ｘn を１分間ごとに測定し、経時的にプロットした結果は図２に示すとおりである。
【００１６】
図２中の（Ａ）は装置Ａにおける活動量Ｘn を１分間ごとに測定した例であり、図３中の（Ｂ）はｎ＝10の場合の活動量Ｘn の移動平均値Ｘの例である。また、図２および図３中の（ア）は装置Ａにおける活動量の管理限界値を示すものである。活動量は、図２の（ウ）において増大しているが、この活動量の増大は原因不明であり、１分間だけであった。この場合、判定しようとする活動量Ｘn は管理限界値を超えているが、図３に見られるように移動平均値Ｘは管理限界値を超えることはなく、突発的な活動量の急増は吸収されている。
【００１７】
一方、図４中の（Ａ）は前記と同様の供試魚を用いた実験における装置Ａでの活動量の移動平均値を、図５中の（Ｂ）は装置Ｂでの活動量の移動平均値をそれぞれ示したものであり、図４、図５の９時２４分の時点において塩酸を験水（pH＝7.4 〜7.6 ）に滴下し、一時的にpH5.8 まで低下させたときの移動平均値の経時変化を示したものである。なお、図４および図５の（ア），（イ）は、装置Ａ，Ｂの管理限界値（Ｘ’＋ａσ）を示したものである。上記の図４に見られるように水質異常が起こると、塩酸添加８分後（９時３２分）に、装置Ａにおける活動量の移動平均値Ｘが管理限界値を超え、次いで、その後３分後（９時３５分）に装置Ｂにおける活動量の移動平均値Ｘが管理限界値を超えた。このように30分以内に両装置Ａ，Ｂにおいて、移動平均値Ｘが管理限界値を超えたため、水質異常の警報が発せられる。通常、水質異常が起こると、平均値Ｘは管理限界値Ｘ’＋ａσ（３≦ａ≦５）の２〜３倍、最大６倍にも達し、低濃度の毒物混入の場合でも、従来の方法より誤報が無く、迅速かつ正確に水質の異常を検出することができる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明によれば、水棲生物を用いて水質を監視するに際し、水棲生物の活動電位を検出し、その活動電位の絶対値を単位時間で積算して活動量を求め、検出された活動量の移動平均値Ｘが管理限界値を超えたときに水質異常と判定する水質監視方法において、少なくとも２つの水質監視装置を用いて水質監視を行ない、一方の装置Ａから検出される活動量の移動平均値ＸA がその管理限界値を超えた後、30分以内に他の装置Ｂから検出される活動量の移動平均値ＸB がその管理限界値を超えた場合に水質異常と判定する方法を使ってクロスチェックを行なうことにより、誤報がなく、的確な水質の連続監視を行なえる。また、判定しようとする活動量の直前の一定検出回数ｍの活動量Ｘm  との移動平均値Ｘ’と標準偏差σから求めた限界値（Ｘ’＋ａσ）を検出値ごとに更新することにより、水棲生物の活動量の平常値の急激な変動にもかかわらず、水質の正常、異常の判定を精度良く行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に用いた測定装置の一例を示す概略図である。
【図２】平常時の活動量の経時変化を示すグラフである。
【図３】移動平均をとった場合の平常時の活動量の経時変化を示すグラフである。
【図４】装置Ａの塩酸投入時の活動量（移動平均値）の経時変化を示すグラフである。
【図５】装置Ｂの塩酸投入時の活動量（移動平均値）の経時変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１，２            水槽
３，４，５，６    センサー電極
７，８            増幅器
９，１０          フィルター
１１，１２          Ａ／Ｄ変換器
１３，１４，１５    マイクロコンピューター
１６                警報器
【図１】
0004121589.tif 000002
【図２】
0004121589.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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