環境

掃流砂量の観測技術
ハイドロフォンによる掃流砂モニタリング
ハイドロフォンは、金属管に粒子が衝突する音を電圧に変換することで通過する掃流土砂を感知する流砂量観測機器です。掃流砂量と音圧には高い相関関係があるため、電圧の闇値を超えた回数や電圧を測定することで掃流砂量を推定することができます。機器が埋没すると測定が困難になることから、河床変動の影響を受けない砂防ダムや床固工の水通し部に設置します。

(m３/s)
1,000

流砂量

100

ハイドロフォン

ハイドロフォンの外観

ハイドロフォンの設置状況

100.010.1

音圧

110(ｍＶ)

音圧と掃流砂量の関係

土砂動態観測技術
さまざまな観測技術により多様な状況下における土砂動態を把握し、総合的な土砂管理を支援します。
山、川、海で構成される流砂系には課題が多くあり、それらは相互に関係しあっているため、流砂系一体とした「総合的な土砂管理」が必要となります。総合的な土砂管理は、PDCA(Plan-Do-Check -Action)サイクルに基づいて順応的に管理することが重要であり、PlanやCheckの段階で必要となるのが土砂移動の実態を把握する「土砂動態観測」
です。
さまざまなフィールドや流砂形態(ウォッシュロード、浮遊砂、掃流砂)に対応できる当社保有の土砂動態観測技術について紹介します。

流砂系の総合的な土砂管理【論文】

砂防域土砂管理計画(PLAN)◆超音波流速計による浮遊土砂移動量の推定方法 海岸工学論文集,第49巻,pp.1486-1490,2002

関連する各種計画●砂防計画 ●河川計画●河川維持管理計画●海岸保全計画●航路維持管理 など◆熊本県白川河口域における土砂動態 海岸工学論文集,第49巻,pp.561-565,2002◆温度計測に基づく感潮河道の底泥浸食過程に関する研究 水工学論文集,第51巻,pp.877-882,2007◆高密度河床モニタリングに基づく底泥堆積過程の考察 土木学会論文集B2(海岸工学)Vol.66,No.1,pp.481-485,2010◆周防灘における潮流による再懸濁過程とSSﬂuxの解析 海の研究(Oceanography in Japan),19(6),pp.263-282,2010

ダム域

上流域

対策の実施(DO)●透過型砂防堰堤の整備●ダム堆積土砂の浚渫、置き土●排砂バイパス ●フラッシュ放流●河道掘削、樹木管理、固定堰の改築●河道洗掘・堆砂、河口閉塞対策●養浜、航路浚渫、サンドリサイクル など

中流域
河道域

【実用新案登録】

計画・対策の評価(ACTION)◆砂面変動測定装置(登録番号 第3182056号)

河口域
海岸域

流砂系におけるあらゆるシーンで土砂動態が観測できます。

【H-ADCPによる土砂動態モニタリング】「平成24年度 遠賀川中流河道掘削影響検討業務」国土交通省 九州地方整備局 遠賀川河川事務所「平成23年度 三池港・博多港水域施設保全技術検討調査」国土交通省 九州地方整備局 博多港湾・空港整備事務所

観測手法

リバーボートH-ADCP

ADCP

環境調査事業本部
E-mail： idea-quay@ideacon.jp

河床・底面変動計(後方散乱光式)

河床変動

河床・底面変動計
(水温式)

流砂形態

【後方散乱光センサーを用いた河床高モニタリング】「平成25年度 斐伊川河道調査検討業務」国土交通省 中国地方整備局 出雲河川事務所

観測機器
観測フィールド【リバーボートを用いた河床高モニタリング】「平成22年度 流況・流量観測に関する調査業務」国土交通省 国土技術政策総合研究所

人と地球の未来のために土砂動態観測(CHECK)●浮遊砂観測●掃流砂観測●河床及び底面変動観測●土砂フラックス観測 など

土砂動態観測手法の種類【ADCPによる土砂動態モニタリング】「平成13年度 白川河口部流動調査業務」国土交通省 国土技術政策総合研究所

TEL：045-593-7602

下流域●土砂動態の実態把握●対策実施の効果や影響の評価●計画の妥当性の評価●計画の改善方法の検討 など

業務実績

お問い合わせ先環境の現象解析・影響評価

砂防域

超音波流速計河床・底面変動計

音圧測定器

ADCP H-ADCP リバーボート 水温式 後方散乱光式 ハイドロフォン

ダム域・湖沼
河道域

上流域
中流域
下流域

海岸域

河口域
沿岸域

ウォッシュロード
浮遊砂
掃流砂
泥河床砂河床礫河床【超音波流速計】超音波により流向・流速を連続的に測定する機器【河床・底面変動計】多数の極小センサを鉛直配置し、河床・底面高さの時系列変化を観測する機器【ADCP】Acoustic Doppler Current Proﬁlerの略、超音波流速計(鉛直多層)【水温式】水温計により河川水と底質中の温度差を利用して河床高を計測する機器【H-ADCP】Horizontal-Acoustic Doppler Current Proﬁlerの略、超音波流速計(水平多層)【後方散乱光式】後方散乱光センサにより河床高や懸濁物量(濁度)を計測する機器【リバーボート】ADCPを搭載した無人艇、橋上からの操作で洪水中の流量・土砂動態観測が可能【音圧測定器】河床面に埋め込み、掃流砂が測定部に衝突する際の音圧から流砂量を計測する機器会社Webサイト

https://ideacon.jp/（ e3-10 2021.01 ）河床・底面変動の観測技術

超音波流速計(ADCP)を用いた土砂動態観測技術

濃度)との相関が高いため、相関解析によりSS濃度のデータ取得が可能となります。

測定された鉛直多層の流向・流速データより、観測点(あるいは観測断面)を通過する流量を算定でき、さらに各層のSS濃度量(SSフラックス)も算定できま

04-75

塩分

橋上から操作するリバーボートにADCP、音響測深機、RTK-GPSを搭の横断形状を一定間隔でモニタリングすることが可能です。

20100300(mg/L)

SS( 実測値 )2002(h)10004240SS( 換算値 )

2002

高流速対応
トリマラン型ADCPボート

1009/5 0:00

高濁度水塊の出現

09/5 12:00

年間(平水期11ヶ月)の土砂移動量

第n層・・・
第3層

流向

第2層

懸濁粒子
プランクトン

超音波ビームスを算出できます。

超音波流速計ADCPの測定概念図

0km

逆流時の移動量
順流時の移動量総移動量

18ADCP

1250,500-59,000

3km(単位：m )-19,000
36,000 16,000のうえで非常に重要です。H-ADCPで取得する音響強度と流速分布データを用いることで、港内航路断面や河道断面などを通過する流量や浮遊土砂量を算出できます。

ADCP測定値を解析した河川感潮域の土砂収支

RTK-GPSな流速差（流速シア)が生じます。流速シアの発生場所では洪への配慮や維持管理予算の制約から河道掘削が困難になっているため、洪水時の河床高変動量を考慮して流下能力を評価することは、さまざまな面でメリットがあります。

当社では水温計や後方散乱光センサを用いた河床・底面変動計により河床高をモニタリングすることが可能です。

水時に土砂の堆積が進行することが明らかになってきました

水温計を用いた河床高モニタリング

るため、河道断面における土砂の堆積特性を把握することがに埋設することで、河川水と底質中の。H-ADCPでは水平方向に多層に流速を取得することができ河川水温底質温度

水温計を取り付けたポールを河床温度差を利用し河床高を計測します。
河床高変化と経過時間から底質の機器のイメージ図■：下げ潮 ■：上げ潮

50

赤色の部分が河床を表す

流速シアが大きい場所で土砂の堆積が顕著となる

6/23 0h

6h

時12h

河床侵食状況の推定結果

-2-4間

18h

6/24 0h

収録部

河床

1

侵食速度の解析結果

10

底面せん断応力100(Pa)8:00

時

間(m3/s)

9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00

1,800

河床高(河床・底面変動計)
河床高(リング法)
1,600
流量
1,400
1,200
1,000

堆積後河床高800

河床変動計の計測
時間間隔：10分

最深河床高600
400

9:50

11:20

12:10

14.6

洗掘0.010.001

6:00 7:00

16.015.815.6
15.4
15.2
15.0
14.8
14.6
14.4
14.2
14.0
13.8
13.6
13.4
13.2

14.8

セン
サ部

0.1(H.P.m)(H.P.m)センサ-8(mm/s)

侵食速度

洪水時の流速平面分布

0-6150(mg/L)

高波浪＋上げ潮時のSS上昇

河川水を表す100(cm/s)

アウトプット例(流速・SSの時系列)(℃)

0

頂上水温との差

初期河床からの深度

H-ADCPを港内護岸に設置した例(cm)

棒状の部材に後方散乱光センサを配置した機器を河床に埋設することで、時間連続的に河床高や懸濁物量 ( 濁度 ) を計測します。
各センサの発光部から光を照射し受光部に返ってくる散乱光の強さから埋没状況を判断し、河床高を計測します。

量基盤層

後方散乱光センサを用いた河床高モニタリング(実用新案登録: 第3182056号)

流南護岸
断面1 断面2(港外側) (港内側)

1009080706050403020100

河床地形の横断時系列変化

河床・底面変動計による河床高モニタリング

侵食速度を求めることも可能です。

距離-0(m)

水中の河床高変動を把握し、土砂や河道を適切に管理することが河川の安全確保のうえで重要となります。また、近年では環境

河川の洪水時には、低水路と高水敷とで水平方向に大き403020100-10-20-30-40

左岸からの距離ら、堆積に伴う河川水位上昇によるはん濫や、洗掘による橋梁や護岸等の構造物の安定性の低下が懸念されます。そのため、洪北防砂堤

時間0遠隔オペレーション装置

河道は流水によって運ばれる土砂の堆積と洗掘の繰り返しにより形成されます。特に洪水中には多くの土砂が移動することかできます。

三池港

音響測深機
使用機器一式

0-1

標 高：定点観測地点(H-ADCP)：移動観測測線(ADCP)：波高観測地点(波高計)

1-8,800 16,800

H-ADCPによる洪水時の土砂動態モニタリング

航路部における土砂動態を把握することは航路維持管理

(m)
263

ADCPを用いた浮遊土砂モニタリングにより、港内の航路断面や河道断面(順流域・感潮域)における土砂移動状況の長期的な把握が可能です。

H-ADCPによる浮遊土砂モニタリング

河床高の横断時系
列変化から河床波の前進状況を捉えることができます。

300(mg/L)

ADCPで測定した流れとSSの鉛直分布時系列)においても流量とSSフラック 第1層上げ潮時のSS上昇

洪水時の観測状況

載したシステムを用いて、洪水時における流速の3次元分布と河床高30(psu)

204

リバーボートによる河床高モニタリング

変化量所(港内航路部や河川感潮域等

09/4 12:00

鉛直多層かつ連続的に各種やSS濃度に鉛直分布がある場

20す。

データを取得できるため、流速75(cm/s)

流速

経過時間を乗じることで観測点(あるいは観測断面)を通過する浮遊土砂

420253035404550556065707580859095100105す。また、受信した超音波の強さ(反射強度)は浮遊土砂濃度(SS

水位 (m)化(ドップラーシフト)を捉え、任意の場所の流速値を推定できま

水位 (m)

ンクトンや浮遊土砂等)からの反射波を受信することで波長の変水位 (m)

超音波流速計(ADCP)は、鉛直多層の流向・流速を連続的に測定できる計測機器です。超音波を出力し水中の懸濁粒子(プラ水位 (m)ADCPによる浮遊土砂モニタリング

機器のイメージ図

反応
す
る
反応
しない

● 濁度

14.4

標 14.2
高 14.0

洗掘

13.8

堆積

13.6
13.4

0400

800

濁度(ppm)0400

800

濁度(ppm)

洪水時における観測結果

0400

濁度(ppm)800