jsce7-009-2024

冠水エリアのリアルタイム監視・伝達を目的とした小型水感知センサの開発と実証（第四報）
ニタコンサルタント㈱ 正会員○中西健太

ニタコンサルタント㈱ 法人会員

増田 隆

ニタコンサルタント㈱ 法人会員

長尾慎一

ニタコンサルタント㈱ 正会員

三好 学

ニタコンサルタント㈱ 正会員

安藝浩資

１．はじめに地球温暖化により豪雨が激甚化し，内水氾濫による道路冠水の頻度は地方郊外部において今後さらに増加することが予想される．著者らは，施設管理者や運転者・通行者に冠水状況を迅速に知らせ，通行止めなどを判断できる面的な冠水情報をリアルタイムで伝達するシステムの構築を目的に，小型 IoT 水感知センサの開発とその実証実験を徳島県美波町で行ってきた 1）2）3）．第三報 3）では水感知センサの改良を行ったものの,実際の浸水被害は観測できなかった．その後，改良した水感知センサを徳島県阿南市羽ノ浦町に設置したところ，令和5 年 6 月の豪雨による浸水被害を観測できたため，第四報ではその観測事例を記した.
２．観測箇所の概要（１）リアルタイム冠水監視・伝達システムの概要：

監視伝達システムは水感知センサ，中継器，およびゲ1）ートウェイから構成される ．
では，図１に示す A～C の 3
カ所に 2 段ずつセンサを設

センサ1段目NA
Bを図 2 に示す.A 地点は用水路にか かる橋のガードポ

県道276号ールであり,B 地点はカー

B地点
カーブミラー

A地点
ガードポール

C置した．設置箇所の模式図

ブミラー,C 地点は道路灯

C地点
道路灯

センサ2段目（２）対象箇所： 本研究30m

浸水

A2T.P.5.20m

A1T.P.4.78m

用水路

T.P.5.30m
T.P.5.25m

C2
C1

T.P.5.60m
T.P.5.55m

道路田畑

道路

水路擁壁

図２

図１ 対象箇所

B2B1模式図である.A 地点のセンサ 1 段目(A1)は用水路の擁壁上に設置し,用水路が溢水する予兆を感知する.また,A 地点のセンサ 2 段目(A2)は橋の上に設置し,用水路が溢水して橋が冠水したことを感知する.B 地点,C 地点のセンサ 1 段目(B1,C1)は道路が冠水する恐れのある水位となったことを感知する.また,センサ 2 段目(B2,C2)は各地点の道路が冠水したことを感知する.センサの設置高さは A 地点 1 段目(A1)から C 地点 2 段目(C2)に向かって順に高くなっている.
３．センサの特徴
本研究では第三報 3）で改良したセンサを使用した．

改善点

センサの外観と模式図を図 3 に示す．本センサは，通信部とセンサ部を分離し，通信部を高所に設置す

外観
通信部

・非冠水時
センサ部は消費電力無し
非冠水信号を定期的に発信センサ部ることにより，冠水を検知中に通信部が水没しにくい構造とした．水が引いた際には短時間で通信部を・センサ部が冠水すると通信部が発信停止できるよう，センサ部の水はけを改良している．
これにより，通信部は水が引いたあと数分間は非冠水信号を送信することで,水が引いたことの検知が可能である．さらに,平常時は定期的に非冠水信号（死活確認信号）を発信することで，システムが正常に動作していることを判断することができる．

検知ライン

1~2cm冠水で検知

図３

センサの特徴・水が引くと検知可能jsce7-009-2024

４．浸水被害時のセンサの挙動
令和 5 年 6 月 2 日の豪雨によるセンサの挙動を図４に示す．
実線が冠水信号を受信した時刻：冠水信号
赤：センサ2段目
黄：センサ1段目である．A 地点のセンサ 1 段目

(T.P.4.78m) と なっ た こと が わ

5.5

C2 T.P.5.60m

15:55
16:26

11:01
10:51

5.6

C1 T.P.5.55m

5.4

設置標高（T.P.)

溢 水 の 恐 れ が あ る 水 位

浸水位の変化（推測）

5.7(A1)は 8 時 39 分から冠水信号を発信しはじめ,用水路の水位が県道

10:17
10:08
10:06

5.3
5.2

18:40
19:02
19:07

B2 T.P.5.30m
B1 T.P.5.25m
A2 T.P.5.20m

5.1
5かる.その後 10 時 6 分には,A 地
点 の 橋の 上 (T.P.5.20m)の セ ン
サ 2 段目(A2)までが冠水信号を4.9
4.8

発信し,A 地点の道路が冠水した

23:07

08:39

4.7
6:00

9:00

12:00

15:00

18:00

21:00

A1 T.P.4.78m

0:00

6/2 時刻

図４設置標高浸水被害時のセンサの挙動ことがわかる.続けて冠水信号を発信したセンサを追っていくと,10 時 8 分には B 地点の道路が冠水の恐れのある水位(B1:T.P.5.25m)となり,10 時 17 分には道路上(B2:T.P.5.30m)まで冠水,10:51 には C 地点の道路灯のある道路が冠水の恐れのある水位(C1:T.P.5.55m)となり,11:01 には道路上(C2:T.P.5.60m)まで冠水したことがわかる.この時実際に現地の状況を確認すると,周囲を走る県道は浸水しておらず,現地の確認が可能であったため,センサが水位上昇を的確にとらえていることを評価した．次に,15:55 には C 地点の 2 段目(C2)が非冠水信号に変わり,水が引きはじめたことがわかる.16:26 には C 地点の 1 段目(C1)が非冠水信号となり,C 地点の水が引いたと判断される.この時,再度現地を確認し,C 地点まで水が引いていることを確認した.その後,設置高さの高い順に非冠水信号に変わっていき,最終的には 23:07 に A 地点の 1 段目(A1)の冠水信号が発信されたため,この時点で平常時の水位まで水が引いたものと推測できる.上記のとおり，現地の状況と比較することで,センサが実際の浸水被害時の水位を的確に観測したと評価した.
４．まとめ
本研究では，前年度に改良したセンサが令和 5 年度に浸水被害を観測した結果を記した．また,実際に現地を確認する機会があり,センサが水位を的確に観測していることを確認できた．現在は弊社の内水解析技術と組み合わせ,浸水エリアを表示する機能と連動することも検討している．これらにより，面的な冠水状況をリアルタイムで情報伝達し，冠水リスクの高い地域における減災に貢献したいと考える．
謝辞：本研究には，令和元年度「とくしま IoT･AI 等ｿﾘｭｰｼｮﾝ実装事業費補助」採択事業で作成した実証実験用センサを使用しました．現地実証実験は，共同研究機関である徳島大学環境防災研究センター，防災行政機関である徳島県南部総合県民局，美波町，および協力者として株式会社 SKEED，公益社団法人徳島経済研究所のご理解とご指導のもとに実施できました．また,センサを設置,運用頂いている徳島県阿南市にはデータの公開について許可を頂きました.
ここに関係各位に深く感謝申し上げます．
参考文献：
1) 中西健太, 安藝浩資：冠水エリアのリアルタイム監視・伝達を目的とした小型水感知センサの開発と実証, 令和
3 年度土木学会四国支部第 27 回技術研究発表会講演概要集, jsce7-050-2021, 2021.5.
2) 中西健太, 安藝浩資：冠水エリアのリアルタイム監視・伝達を目的とした小型水感知センサの開発と実証(第二報),
令和 4 年度土木学会四国支部第 28 回技術研究発表会講演概要集, jsce7-140-2022, 2022.5.
3) 中西健太, 安藝浩資：冠水エリアのリアルタイム監視・伝達を目的とした小型水感知センサの開発と実証(第三報),
令和 5 年度土木学会四国支部第 29 回技術研究発表会講演概要集, jsce7-018-2023, 2023.5.

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