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発明の名称 水中の土砂堆積状態検出センサ
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−91483(P2001−91483A)
公開日 平成13年4月6日(2001.4.6)
出願番号 特願平11−274031
出願日 平成11年9月28日(1999.9.28)
代理人 【識別番号】100068021
【弁理士】
【氏名又は名称】絹谷 信雄
【テーマコード(参考)】
2G040
【Fターム(参考)】
2G040 AA03 AB08 BA03 BA29 CA02 CA12 CA23 CB02 DA10 DA12 DA15 DA21 EA02 EA11 EA13 EB02 HA07 ZA05 
発明者 海野 修司 / 松下 守夫 / 山本 哲 / 斎藤 健一
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 温度分布が計測できる光ファイバを水底に設け、この光ファイバで計測される温度分布から水中の土砂堆積状態を検出することを特徴とする水中の土砂堆積状態検出センサ。
【請求項2】 前記光ファイバで計測される温度分布の時間的変化を解析することにより土砂堆積状態を検出することを特徴とする請求項1記載の水中の土砂堆積状態検出センサ。
【請求項3】 温度分布が計測できる光ファイバとこの光ファイバに沿わせたヒータとを水底に設け、前記ヒータによる加熱時に前記光ファイバで計測される温度分布から水中の土砂堆積状態を検出することを特徴とする水中の土砂堆積状態検出センサ。
【請求項4】 前記ヒータによる加熱時の温度分布と非加熱時の温度分布とを比較することにより土砂堆積状態を検出することを特徴とする請求項3記載の水中の土砂堆積状態検出センサ。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、水中の土砂の堆積状態を検出するセンサに係り、特に、時間や人手を節減できる水中の土砂堆積状態検出センサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、川底の状態は、水量が増えると川底が削られ、水量が平常に戻ると川底に土砂(砂)が堆積される。このような現象が川幅、深さ、流速、流量、時間等とどのような関係にあるかを把握することにより、河川改修を効率よく、またタイミング良く行うことができるようになる。
【0003】川底の土砂の堆積状態を検出する方式として、従来は、超音波式レーダによる水深計測が行われている。即ち、超音波式レーダを船上に設置し、その地点の水深を計測する。この水深計測を船の位置を変えて繰り返すことにより、水深分布を計測し、この水深分布の状態とそれ以前に計測した水深分布の状態とを比較することにより、川底への土砂の堆積状態を検出する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前記超音波式レーダを用いる方式では、川の断面方向の土砂堆積状態を検出するために船の位置を変えて何回も計測を行う必要があり、その作業に多くの時間や人手を費やしていた。
【0005】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、時間や人手を節減できる水中の土砂堆積状態検出センサを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために本発明は、温度分布が計測できる光ファイバを水底に設け、この光ファイバで計測される温度分布から水中の土砂堆積状態を検出するものである。
【0007】前記光ファイバで計測される温度分布の時間的変化を解析することにより土砂堆積状態を検出してもよい。
【0008】また、温度分布が計測できる光ファイバとこの光ファイバに沿わせたヒータとを水底に設け、前記ヒータによる加熱時に前記光ファイバで計測される温度分布から水中の土砂堆積状態を検出するものである。
【0009】前記ヒータによる加熱時の温度分布と非加熱時の温度分布とを比較することにより土砂堆積状態を検出してもよい。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【0011】図1に示される土砂堆積状態センサは、本発明の原理を確認するための実験用に構成したものである。即ち、この土砂堆積状態センサは、水中に土壌を半分程度入れて川底等を模擬した容器5内に設置されている。この水中土壌には、砂に近いものを使用している。土砂堆積状態センサは、光ファイバ温度分布計測用の光ファイバ(光ファイバ心線、図示せず)とヒータ(図示せず)とを複合したヒータ複合光ファイバケーブル2を容器5内の水中及び水底土壌中に布設し、その光ファイバ心線を温度分布計測装置1に接続し、ヒータをヒータ電源3に接続したものである。
【0012】まず、本発明の原理を説明する。
【0013】土砂がない状態での水底における熱伝導と、水底に堆積した土砂の中における熱伝導とを考えると、土砂がない状態(即ち、水中)では、水の流れや対流による熱の移動が考えられるが、堆積した土砂の中では水の移動がないため、水の移動に比べて伝導効率の悪い土砂中の熱伝導が考えられる。
【0014】水底に熱の発生源を置いた場合を考えると、土砂がない状態では熱発生源の周辺の温度が水の温度に近く、土砂が堆積した状態では熱発生源の周辺に温度上昇が生じることになる。
【0015】従って、ヒータ複合光ファイバケーブルを水底に設置し、光ファイバに沿った温度分布を計測すれば、水底(ヒータ複合光ファイバケーブルの設置箇所)が土砂に埋まっているかどうかを判定できる。
【0016】ヒータを複合しない光ファイバケーブルを水底に設置した場合でも、土砂がなく直接水に触れている部分では、水温の変化に従って温度が変化するのに対し、土砂に埋まっている部分では、水温変化の影響を受けにくいため、温度分布の経時変化パターンを解析することにより、水底が土砂に埋まっているかどうかを判定できる。即ち、日中は日射の影響で水温が上昇し、夜間は水温が低下するが、土砂に埋まっている部分では、水の温度変化に対して時間遅れを伴って温度が変化するので、各部の温度の経時変化パターンを比較すれば、土砂に埋まっているかどうかを判定できる。
【0017】実験では、ヒータ複合光ファイバケーブル2は、直径200mmのアクリル製円筒にピッチ8mmで巻き付けて容器5内に収容し、水中部分の高さを約120mmとし、水中土壌部分の高さを約120mmとした。アクリル製円筒内も水中部分と水中土壌部分とが形成される。これにより、ヒータ複合光ファイバケーブル2は、水中に約10m、土壌中に10mの長さを有する。なお、水中部分と水中土壌部分との境界には特にスペースを設けず、ヒータ複合光ファイバケーブル2を全長に亘ってピッチ8mmで巻き付けた。
【0018】ヒータ複合光ファイバケーブルには、図2に示されるように、光ファイバ心線21を内径0.7mm、外径0.9mmのSUS管22に収納し、このSUS管22を外径4mmのポリエチレン23で被覆した構造のものを用いた。この金属管(SUS管22)に通電することで、SUS管22をヒータとして用いた。SUS管22内には、ジェリーを充填し、SUS管22内に水が浸入しても、その水が他の部分に流れていかないようにした。
【0019】この実験設備で、ヒータを加熱し、光ファイバに沿った温度分布を計測した結果を図3に示す。図示されるように、加熱前と加熱後とで温度分布を比較すると、水中土壌部分中での温度上昇幅が約30℃であるのに対し、水中部分での温度上昇幅は約15℃である。即ち、水中部分での温度上昇幅は水中土壌部分に比べて半分である。この実験では、水の動きがない状態であるため、熱が蓄積され、水中部分でも15℃程度の温度上昇があったが、河川での水流や海での海流などにより水の流れが生じている場合は、水中部分の温度上昇は殆どないものと考えられる。
【0020】以上の実験結果から、水中の温度分布を計測すれば水中の土砂堆積状態を検出することができることが確認できる。
【0021】次に、本発明の土砂堆積状態センサにより川底の土砂堆積状態を検出する実施形態を説明する。
【0022】図4に示されるように、川を横断するように川底52に沿わせてヒータ複合光ファイバケーブル2を布設する。このヒータ複合光ファイバケーブル2には、図5に示されるように、鉄線鎧装付きの1対のヒータ線4と光ファイバ心線21とを複合した構造のものを用いる。25は鋼撚り線からなるテンションメンバ、26は鎧装鉄線、27はポリエチレンからなるスペーサである。光ファイバ心線21は、1心あればよいが、予備用にもう1心を複合させてもよい。
【0023】この1心の光ファイバ心線21の一端を、図4に示されるように、温度分布計測装置1に接続し、ヒータ複合光ファイバケーブル2に沿った温度分布を計測できるようにする。2本のヒータ線4の片端をヒータ電源3に接続し、反対端では2本のヒータ線4同士を接続してヒータ通電回路を構成する。
【0024】川底52の一部に土砂が堆積し、ヒータ複合光ファイバケーブル2がその堆積土砂53に埋没している場合の温度分布を図4中に併せて示す。この温度分布の距離は川の断面の距離に対応付けて示されている。ヒータON時(加熱時)の温度分布とヒータOFF時(非加熱時)の温度分布とが示されている。
【0025】図示されるように、ヒータOFFの場合、ヒータ複合光ファイバケーブルが川に入っている部分(川面51より下)は、陸上部分と比べて若干温度が低くなり、堆積土砂53に埋没している部分は、川底52の埋没していない部分とほぼ同じ温度になる。
【0026】ヒータONの場合、陸上部分の温度がヒータOFFの場合と比べて高くなり、堆積土砂53に埋没している部分ではヒータOFFの場合と比べて20〜30℃の温度上昇が発生している。ただし、この温度上昇の大きさは、加熱容量や土壌の性質により異なる。一方、堆積土砂に埋没していない部分では、ヒータOFFの場合と比べて殆ど温度上昇が見られない。
【0027】このように、加熱時の温度分布と非加熱時の温度分布とを比較すれば、川底での土砂の堆積の有無を位置の情報として判定することができる。
【0028】本発明は、川底だけでなく海底にも適用でき、例えば、港湾内の土砂堆積厚さ検出にも適用できる。
【0029】
【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【0030】(1)光ファイバで計測される温度分布から水中の土砂堆積状態を検出するようにしたので、計測に時間や人手をかけずに自動的に行うことができる。




 

 


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