大分工業高等専門学校紀要

第 57 号(令和 2 年 11 月)

高専（KOSEN）発の小型水位計による水位観測システムの大分県内の農業用ため池への試行

前稔文1・佐野博昭2・吉田晋3・田上博彰4・大鶴泰史5

1都市・環境工学科，2防衛大学校 システム工学群 建設環境工学科，
3阿南工業高等専門学校 創造技術工学科 情報コース，4（株）サザンテック，5（株）アイエステー

小型水位計を用いた大分県内の農業ため池の水位を観測するシステムの構築を目指し，本研究では，大久保ため池と香下ダムに小型水位計を設置した．小型水位計は，センサ面から超音波を発して水面までの距離を計測するものであり，そのデータは計測時刻や水位計により計測された気温，日射量，および電池電圧と共にサーバに送られる．
気温や日射量，並びに気象庁の観測データである降水量と併せて水位を確認したところ，降水と共に水位は上昇し，気温が高く全天日射量が多い晴天の日が続くと水位が下降していることが確認できた．
このことから，大分県内のため池を対象とした小型水位計の活用は十分に可能であるといえる．

キーワード : 高専（KOSEN）発，小型水位計，農業用ため池，水位１．まえがき

販の水位計に比べて非常に安価であることから，経済的な負担は小さいと考えられる．

近年の大きな気象の変化により降雨は激甚化し，河川おこのような小型水位計をため池に設置できれば，豪雨時よび沿岸地域では大きな被害を受けている．それらの災害であっても遠隔からリアルタイムで水位を知ることがでは河川や海岸だけでなく，農業用ため池（以下，ため池ときる．さらには，貯水および放流の計画や調整も可能とな称する）においても発生している．

る．

ため池とは，降水量が少なく，流域の大きな河川に恵まなお，開発された小型水位計は，これまでに徳島県内とれない地域などで，農業用水を確保するために人工的に造長野県内の河川，奈良県内のため池における性能評価試験成された池とされており，令和2年3月の時点で，全国にでは，その有効性は確認されている．
そこで，本研究では，小型水位計のさらなる性能評価試

159,543箇所存在し，大分県内でも2,134箇所のため池が存在している ．

験として，大分県内の大久保ため池（大分県大分市大字松1)

ため池の多くは江戸時代以前に作られたものが多く，老岡6350）と香下ダム（大分県宇佐市院内香下字妙見南平）

朽化したため池は，豪雨による漏水や決壊が懸念されていに小型水位計を設置し，その計測結果について報告する．

る．最近では，平成30年7月豪雨により，全国で32箇所のため池の決壊による被害が発生し，「水位計等の観測施設を備えたため池は限られているが，全てのため池でこれを２．小型水位計の仕様備えることは困難」と振り返られている2)．このように，ため池の災害対策のひとつとして，水位計等による観測施設の設置は重要視されていることがわかる．

写真-1は，小型水位計の外観を示す．本体の上部に小型のソーラーパネルが取り付けられており，太陽光を受けて一般に，水位計は数十万円から数百万円と高額であり，蓄電する．その電力をもって，小型水位計は稼働するが，維持管理も含めるとため池を管理する自治体にとって水安定して稼働するには3.6V以上の電池電圧が必要な仕様位計の設置は経済的に大きな負担となる．それに対して，となっている．

高専（KOSEN）発の小型水位計3, 4), 5))は，通信機器が組みまた，本体の下方から10分毎に超音波を発して，センサ込まれているので設置以外の工事費は不要で，また水位計位置から水面までの距離を測定している．測定データは，1時間に1回サーバに送られ，送信した時刻，水面距離(cm)，の製作費（材料費）が1台あたり37,000円程度なので，市―16―大分工業高等専門学校紀要

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日射量(W/m2)，電池電圧(V)，温度(℃)，および水位(cm)

すが，7月7日の降水量252.5mmをピークに降雨があった．
それを受けて，7月8日未明に急な水位上昇がみられ，7月7がスプレッドシートに書き込まれる．
なお，10分前の測定値と比べて，測定値に大きな上昇や日23:55の測定結果から7月8日0:27に10cm，さらに同日0:48

下降が見られた場合は，その時刻や水面距離(cm)等の測定に10cmの水位上昇がみられ，測定水位は44.29mにまで達データがサーバに送られ，スプレッドシートに記録されるした．その後も降雨が確認できたが，それに合わせて水位ようになっている．その閾値は水位計ごとに設定できるが，も上昇していることが図-1からも確認できる．

本研究では上昇時を8cm，下降時を15cmとしている．

図-3は，大久保ため池における小型水位計設置位置の気温の推移と，気象庁による最高，最低および平均気温の観測データを示す．この期間の気温の推移をみると，7月よ３．小型水位計の設置状況

りも8月の気温の方が全体的に高いことが明らかで，気象庁の観測データを参照すれば，7月の平均気温は25.1℃，8

写真-2は，大久保ため池における小型水位計の設置状況

月のそれは29.3℃となっており，測定結果と同じ傾向をを示す．設置にあたっては，保守・管理のための点検時に小型水位計の取り外しを容易にできるように専用の設置架台を作製した．また，ため池の擁壁を避けて水位を測定するために，片持ち（張り出し長さ4.33m）でパイプを伸ばす必要がある．このとき，風などの影響を受けて水位計が大きく揺れるのを防ぐためにワイヤが取り付けられている．
このように水位計を設置し，2020年6月19日から大久保ため池の水位の計測を開始した．
一方，写真-3は，香下ダムにおける小型水位計の設置状
況を示す．ダム堤体（ダム天端 EL 89.60m）に敷設されている取水設備操作室まわりの腰壁に小型水位計設置の架台が設置されている．この架台も同様に，小型水位計の取写真-1 小型水位計の外観

り外しを容易にできるように専用の設置架台を作製した．
香下ダムの場合，張出した取水設備操作室の腰壁から直下に塩ビパイプを伸ばし，その先端に小型水位計を設置している．その際，ダム完成後の最高水位（平成16年10月20日に86.51mを記録）は設計洪水位HWL（87.80m）よりも低く，設計洪水位まで水位が到達する可能性は低いと判断し，小型水位計を設計洪水位HWLの高さに設置した．
このようにして，2020年7月20日から香下ダムの水位計

写真-2 小型水位計の設置状況（大久保ため池）測を開始した．

４．小型水位計を用いた測定結果
ここでは，両小型水位計の測定結果について述べるが，測定開始日が異なることと気象庁の観測データ等を月ごとに参照していることから，大久保ため池については7月および8月のデータを，香下ダムについては8月のデータを測定結果とする．
図-1は，小型水位計により測定された大久保ため池における水位の推移を示す．水位計測の開始が梅雨の時期だったため，7月の水位は常時満水位FWL（43.85m）付近を変動している．梅雨が明けて，8月上旬から水位が下がって(a) 小型水位計架台いることが確認できる．
図-2は，気象庁による観測データである日降水量RDを示―17―(b) 塩ビパイプと小型水位計

写真-3 小型水位計の設置状況（香下ダム）

大分工業高等専門学校紀要

第 57 号(令和 2 年 11 月)示している．ただし，小型水位計は電池電圧の確保のため，

図-5は，その電池電圧VBの推移を示す．小型水位計が外日照に曝されて直射日光を受けていることから，小型水位部から電源供給されないので，安定稼働するためにも，電計の測定による気温は40℃を超え，気象庁が観測した最高池電圧VBは常に把握しておく必要がある．なお，小型水位計は，電池電圧VBが3.5V以上あれば動作するが，電池電圧気温より高くなっている．
また，図-4は，その小型水位計により計測された全天日射量SRの推移を示す．この測定期間における全天日射量SRVBの定格が3.6Vとなっていることから，安定稼働するための電池電圧VBは3.6V以上と考える．のピークは7月31日13:16に813W/m2が記録されており，晴図より，電池電圧VBは常に4.0V以上で推移しており，日天時は十分な日射量を確保できているといえる．一方，雨照量も十分に確保できていることから，大久保ため池に設

天の日においては，一日の全天日射量SRは，399W/m2しか置した小型水位計は，安定した稼働が可能な環境にあるとない．当然のことながら，全天日射量SRは天候に大きく左いえる．

右され，小型水位計の電池電圧VBの確保にも影響があると次に，香下ダムの測定結果について述べる．

考えられる．

図-6は，小型水位計により測定された水位の推移を示す．

小型水位計による測定水位WL(m)46.00
設計洪水位 HWL = 45.55 m
45.00
常時満水位 FWL = 43.85 m

44.00

43.00

42.00
7/1

7/11

7/21

7/31

8/10

8/20

8/30

図-1 小型水位計により測定された大久保ため池の水位の推移

日降水量RD(mm)

300.0

200.0

100.0

0.0
7/1

7/11

7/21

7/31

8/10

8/208/30

図-2 気象庁の観測による大分市における日降水量の推移6)50.0

気温TD(℃)

40.0
30.0
20.0
気温（測定値）
最高気温（気象庁）

10.0

平均気温（気象庁）
最低気温（気象庁）

0.07/1

7/117/21

7/31

8/10

8/208/30

図-3 小型水位計により測定された大久保ため池における気温と気象庁の観測による大分市の気温 の推移6)―18―大分工業高等専門学校紀要

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8月上旬の水位は，85.72mと常時満水位FWL（85.60m）を

図-9は，小型水位計により計測された全天日射量SRの推超えていたが，梅雨が明けて猛暑が続いた8月は，徐々に移を示し，図-10は，その電池電圧VBの推移を示す．香下

水位が下降していることがわかる．

ダムにおける全天日射量SRは，晴天時には800W/m2を超え

図-7は，気象庁による観測データである日降水量RDを示ている．また，降雨が確認された8月11日でさえも，一日すが，8月に降水量を記録したのは僅か4日であり，ダムへの全天日射量SRは，1,551W/m2に達していることから，8の雨水等の流入はほとんどかったといえる．

月は日射量を確保できているといえる．電池電圧VBは，常図-8は，香下ダムにおける小型水位計設置位置の気温のに4.0V以上で推移しており，日照量も十分に確保できてい推移と，気象庁による気温の観測データを示す．この期間ることから，香下ダムに設置した小型水位計は，大久保たの気温は，電池電圧VBの確保のため直射日光を受けているめ池と同様に，安定して稼働していたといえる．

ことから大久保ため池と同様に日中の気温は高い．
1000

全天日射量SR(W/m2)

800
600
400
200
07/1

7/117/217/318/108/208/30

図-4 小型水位計により測定された大久保ため池における日射量の推移

小型水位計の電気電圧VB(V)

5.0

4.54.0小型水位計の安定稼働最低電圧 VB = 3.6 V
3.53.07/1

7/117/217/318/108/208/30

図-5 小型水位計により測定された大久保ため池における電池電圧の推移

小型水位計による測定水位WL(m)88.0
設計洪水位 HWL = 87.80 m
87.0

常時満水位 FWL = 85.60 m
86.085.0
8/1

8/118/21

図-6 小型水位計により測定された香下ダムにおける水位の推移―19―8/31

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100

日降水量RD(mm)75502508/1

8/118/218/31

図-7 気象庁の観測による香下ダムにおける日降水量の推移6)50

気温TD(℃)

40
3020
観測値
最高気温（気象庁）

10

平均気温（気象庁）
最低気温（気象庁）

08/1

8/118/218/31

図-8 小型水位計により測定された香下ダムにおける気温と気象庁の観測による院内の気温6)の推移

全天日射量SR(W/m2)

1000
800
600
400
200
08/1

8/118/218/31

図-9 小型水位計により測定された香下ダムにおける日射量の推移

小型水位計の電池電圧VB(V)

5.0

4.54.0小型水位計の稼働最低電圧 VB = 3.6 V
3.53.08/1

8/118/21

図-10 小型水位計により測定された香下ダムにおける電池電圧の推移

―20―

8/31

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５．まとめと今後の課題

参考文献
1) ため池：農林水産省:

大久保ため池と香下ダムに小型水位計を設置し，水位のhttps://www.maff.go.jp/j/nousin/bousai/bousai_saigai/b_tam
eike/index.html （2020年9月16日参照）

計測を行った．降水量や気温等のデータを背景とした水位の上昇や下降の変化を確認することができた．特に，急な

2) 農林水産省: 資料1：平成30年7月豪雨等を踏まえた今後水位上昇がみられた時の計測データがサーバに送られてのため池対策の進め方（概要），いることも確認できた．

https://www.maff.go.jp/j/press/nousin/bousai/attach/pdf/181
113_9-2.pdf （2020年9月16日参照）

また，計測期間は，それぞれ計測場所で夏季の2か月と1か月ほどではあるが，日照量や電池電圧が十分に確保され

3) 小野瀬博貴，吉田晋：ため池の水位監視システムの小型化・低価格化の検討，平成30年度計測自動制御学会ていることが確認できた．

四国支部学術講演会，pp. 34-35，2018

小型水位計の実用化と長期的な運用を目指すには，今後も計測を継続し，水位の精度や小型水位計の耐久性につい

4) 福本小夏，吉田晋，福見淳二：痕跡調査用超音波水位計における強風対策の検討, 令和元年度計測自動制御て検証する必要がある．
水位の精度に関しては，現地での実測値と比較しながら

学会四国支部学術講演会，PS2-12，pp. 47-48，2019向上を目指す．また，豪雨や強風に対する物理的な耐久性

5) 狩野真毅，吉田晋，福見淳二：IoTプラットフォームをや，冬季の短い日照時間における電池電圧の確保について活用した水田用水位センサの開発，2019農食施設CIGR，も確認する予定である．

VI国際大会講演要旨，p.232，20196) 気象庁|過去の気象データ・ダウンロード:
https://www.data.jma.go.jp/gmd/risk/obsdl/index.php （2020

謝辞：本研究を遂行するにあたり，小型水位計の設置にあたって，大分県農林水産部農村基盤整備課，大分市農林水産部生産振興課，宇佐市経済部耕地課，駅館川（やっかんがわ）土地改良区連合，地元ため池管理者等の関係各位には貴重なご意見を賜った．ここに，深甚なる謝意を表する．

―21―

年9月16日参照）(2020.9.30受付)