JP2955920B2 - 河川流量測定装置及び方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、超音波にて河川の
水深と垂直平均流速を同時に測定して河川の部分流量を
測定する技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、河川の流量測定は、常設河川流量
観測所において、主に、プロペラ流速計を自動に移動せ
しめながら測定していた。また、水位一流量曲線を作
成、又は校正するために河川流量を測定する時又は、任
意の場所において河川流量を測定する時も、流速計を効
果的に利用していた。

【０００３】更に、常設河川流量観測所においては、流
量測定方法の如何に従って、多様な観測を遂行するにお
いて、水位一流量函数がはっきりせず変動がある地点、
流量が大きな幅にて変動する地点において、正確に流量
を定期的に測定するために、流量観測地点において直接
プロペラ（又は、コップ形）流速計により「流速×面
積」という方法によって流量を測定していた。

【０００４】即ち、河川断面Ｓに多くの垂直線地点を選
択し、各垂直線上の平均流速を測定するためにプロペラ
流速計を垂直線上の多くの地点において局部流速を測定
している。

【０００５】若しも、垂直線を６個、更に、各垂直線上
において５地点を選択して、局部流速を測定するとなれ
ば、６×５＝３０地点において局部流速を測定しなけれ
ばならない。

【０００６】一つの地点において、最小１分間（普通２
〜３分間）局部流速を測定するとなれば、流速測定時間
だけで３０分を必要とし、又、流速計を第１地点から第
３０地点まで移動せしめる時間、各垂直線上の水深、垂
直線間の間隔測定時間まで全部合わせれば、河の幅と深
さに従って異なるが、１時間以上の時間が必要となるこ
とが多い。

【０００７】又、毎日２〜４回流量を測定するには、人
力の消費も甚だ大きく成る。このような流速測定を簡便
化するために、常設流速観測所にプロペラ流速計の移動
を自動化した、自動化された流速観測所が多くある。

【０００８】図１に前記した典型的な自動流量測定装置
の原理を図示した。図１において河川の水面上には鋼鉄
ロープ(1)が架設されており、プロペラ流速計(2)がロー
プによって左右に移動し、又、錘(3)と連結されたプロ
ペラ流速計(2)を上下に移動せしめる捲揚移動車(4)があ
る。捲揚移動車(4)は、観測所室内(5)に設置されてい
る、ロープ駆動制御装置の操作によって移動し、該駆動
制御装置は、所定のプログラムに従って作動する。

【０００９】勿論、河川の水位を測定する水位計(6)も
設置されている。図１に点線にて表示したＩ、II、III
・・・が正に垂直平均流速を測定する、指定された垂直
線位置であり、Ｘにて表示した地点において、局部流速
をプロペラ流速計にて測定する。

【００１０】垂直線上の水深、又は、垂直線間の水深
は、水位計にて水位を測定した結果によって計算する
（河川断面図を予め測定して作成して置く）。流量を計
算する計算式は幾つかあるけれども、原則は皆同じであ
る。

【００１１】必ず、垂直線上において、幾つかの地点に
おいて測定した局部流速を利用して、垂直平均流速Ｖ₁
ｉを計算し、垂直平均流速の測定区間の水流の部分断面
積Ｓｉを梯形であると仮定し、水深測定データーを利用
して、部分断面積を計算する。垂直平均流速に部分断面
積を倍したものが部分流量であり（Ｖ₁ ｉ×Ｓｉ）、該
部分流量を合わせて総流量を算出する。

【００１２】

【発明が解決しようとする問題点】局部流速計を自動的
に移動させながら、局部流速測定地点（座標）に投入固
定せしめる流量測定装置を利用することにより、河川の
流量を手動にて測定するものに比べて、甚だ便利にな
る。しかしながら、基本的な欠陥は解消されなかった。
既に言及したところのように、毎地点において局部流速
測定時間は、短縮することができず、局部流速測定総時
間が流速計を移動せしめる時間より、はるかに大きいの
である。

【００１３】次に大きい欠陥は、流速測定誤差が大きい
と言うことである。流量を比較的正確に測定するために
は、垂直平均流速を測定する垂直線の数を増加せしめな
ければならないし、垂直線上においても、少なくとも５
地点において局部流速を測定しなければならない。

【００１４】従って、測定時間が甚だ長く成る。若し、
河川水位及び流量が比較的速い速度に変わる場合、総局
部流速測定が完了される間に、流量が、例えば、１０
％，２０％増加、又は、減少されたならば、それだけ流
量測定誤差が増加することになる。

【００１５】特に、バックウォーター現象がある場合、
水位変化が流量変化に比例しないために、流量測定結果
を修正することもできない。流量測定誤差を左右する垂
直平均流速測定の誤差も比較的大きい。局部流速の特徴
は、流速脈動率が大きく、脈動周波数も多様であり、河
床形態に従って、垂直線上の流速分布が対数、又は、指
数関数曲線と異なる。従って、３、又は、５地点におい
て測定した局部流速を簡単な式に代入して計算された垂
直平均流速の誤差が大きくなることもある。更に、断面
積計算誤差も大きくなることがあるが、その原因は流量
測定しようとする河川の断面図を一度測定しておいて、
河川の水位だけ測定し、流速測定する垂直線に該当する
水深、又は、垂直線間の水深を計算して部分断面積を計
算するためである。

【００１６】河川水も断面が随時に変わることがある
が、流速計を自動に移動せしめる流量観測装置では流量
を測定する時、底の水深を測定することができない。従
って、部分断面積の測定誤差が大きくなることがある。
このような測定誤差を皆合わせれば、流量測定誤差が大
きくなり得る。

【００１７】前記した自動流量測定装置の欠陥を一部補
完することができる超音波河川流量測定装置の原理図を
図２に示した。

【００１８】図２において、Ａ₁Ｂ₁，Ａ₂Ｂ₂，Ａ₃Ｂ₃，
Ａ₄Ｂ₄ は、超音波振動子対である。該振動子対は、水
流の中心線と一定なる角度を成して、河辺両側に相対面
して設置する。このように設置することにより、各超音
波振動子対はＡｉよりＢｊに、又は、ＢｉよりＡｉに向
けて超音波パルスを発射し、受信した時間、即ち超音波
パルス伝播時間を直接測定して、時間差方法、又は、周
波数差方法にて、水平平均流速を測定するのが広く知ら
れている（例を挙げれば、Ultraflux社ＵＦ−２１００
００流量測定装置、ロンドンテームス江に設置された超
音波流量測定観測所等）。

【００１９】このように水平平均流速を測定し、上下に
ある超音波振動子間の間隔と、それらの中心線間隔（即
ち、河断面の幅）を倍して、部分断面積Ｓｉを計算し、
水平平均流速Ｖｉを倍したものを合わせて、流量を計算
する方法である。即ち、

【数１６】 式にて流量Ｑを計算するものである。

【００２０】従って、このような超音波河川流量測定装
置を利用すれば、水平平均流速測定時間は、プロペラ局
部流速計にて測定する時間に比べ、数十倍も短縮できる
という長点と、流速測定誤差も小さいという長点があ
る。しかしながら、この装置における大きな欠点は、河
川水位が大きく変わる条件においては、水深が小さくな
るほど、流量測定誤差が大きくなるということである。

【００２１】図２に超音波振動子対の数（回線数）を４
個にて図示したが、水深が最大水深の半分になれば、作
動する超音波振動子対の数は２個（Ａ₃Ｂ₃，Ａ₄Ｂ₄）に
なる。他の対は水平平均流速測定に参加することができ
ない。

【００２２】従って、水位変化に関係無く、正確に流量
を測定するためには、超音波振動子対の数を著しく増加
させなければならない。

【００２３】例えば、１０回線、２０回線多重（mult
i）水平平均流速測定装置を設置すべきである。従っ
て、流量計が複雑になり、特に、設置作業と振動子間の
距離、水の流れ軸と成す角度の測定作業量が大きくなり
煩雑となる。

【００２４】勿論、回転数は小さくし、その代わりに水
深変化に従って全ての超音波振動子対が、水中に入るよ
うに移動装置を考案することはできるけれども、移動装
置が複雑となり、超音波振動子対の位置座標、それら間
の距離、角度を正確に知るための装置等が複雑になる。

【００２５】次の欠陥は、常に、高周波ケーブル線と超
音波振動子対が水中にあって、故障率を無くすために
は、超音波振動子、ケーブル線の値も高くなる。このよ
うな欠陥を勘案する時、既に、流速計自動移動装置が設
置されている流量観測所、又、河川幅があまり大きくな
い場合には、プロペラ流速計を超音波垂直平均流速計に
て代置し、流速計自動移動装備をそのまま使用するの
が、水平平均流速を測定する超音波多回線流量計に比べ
て、はるかに経済的であり、しかも流量測定誤差を顕著
に減少せしめることができる。

【００２６】水平流速を測定する超音波流量計は、川幅
が数百メートルである時に使用するのが合理的である。
このような点を勘案すれば、超音波垂直平均流速測定方
法としては、既に、パイプ管用流量計においても使用す
る、相対側壁において反射せしめる方法を活用すること
ができる。

【００２７】図３に超音波パルスを管壁において反射せ
しめ、流速側定する原理図を図示した。（例を挙げれ
ば、米国Controltron社の９９０ＤＢ型超音波パイプ用
流量計において使用する方法）。図３に示すところのよ
うに、パイプ内径Ｄが変わらないために、最適入射角、
反射角θを常に維持せしめることができるし、超音波パ
ルスが伝播する軌道と、流速

【数１７】 方向と成す角度φも不変に維持することができ、流速測
定するのに便利である。このような超音波パルス走査方
法を、河川の垂直平均流速を測定する目的にて適用する
ことができる。

【００２８】図４に、河川垂直平均流速を超音波にて測
定する原理を図示した。河川の水深がＨであるとすれ
ば、水深Ｈはパイプ直径と異なり変数である。河川の水
表面に超音波振動子ＡとＢをそれらの間隔が距離Ｌにな
るように、流速方向へ設置したとしよう。又距離Ｌは河
床の或る地点ａにおいて、最も良く反射され得る入射角
θ₁ が保障されるべく選択されたとしよう。河床は理想
的な平面でなく、超音波パルスが反射される表面が、水
表面と平行ではないので、必ずＬ／２において下ろした
垂直線と反射点が一致されない場合が多い。

【００２９】従って、超音波パルスが、Ａ−ａ−Ｂ，又
はＢ−ａ−Ａに伝播する時、図４に示したところのよう
に、対称にならない時が多い。しかし、若しも、時間差
方法を採用する場合には、非対称にて発信−受信軌道が
形成されても関係ないとの長点がある。Ａ−ａ−Ｂに伝
播する時間ｔ₁ は次の通りである。

【００３０】

【数１８】 (1) 又、Ｂ−ａ−Ａに伝播する時間ｔ₂ は、

【００３１】

【数１９】 (2) になる。ここで

【数２０】 である。

【００３２】△ｔ＝ｔ₂−ｔ₁ 差を求めれば、

【数２１】 (3)

【００３３】従って、

【数２２】 (4) になるだろう。ここでＣ＝超音波速度、Ｌ＝超音波振動
子ＡとＢとの間の距離である。従って、発射、受信角φ
１とφ２を知る必要もない。間隔Ｌは正確に予め測定す
ることができる。

【００３４】唯、超音波速度Ｃを測定する問題だけ解決
すればいいのである。超音波速度Ｃが含まれていない周
波数差方法を採用するには、１₁＝１₂＝１，φ１＝φ₂
＝φの条件が、遵守されなければならない。この時、周
波数差△ｆは、

【数２３】 (5) 若しも、水深Ｈを正確に判るとなれば、式(5)を次のよ
うに表示することができる。即ち、

【数２４】 であることを勘案して、

【数２５】 (6) になるものである。

【００３５】周波数差方法を使用するには、水深Ｈを正
確に測定しなければならないし、超音波パルス反射面
が、常に、超音波振動子ＡとＢが置かれている平面と平
行になっていなければならないとの条件が保障されてい
なければならない。しかし、河川の底は水面と平行では
なく、多様な屈曲面となっており、又、特別に反射板を
設置したとしても、水平面が平面でなく、波動があって
超音波振動子ＡとＢを固定せしめた如何なる装置も常に
反射板表面と平行になるよう維持することができるべ
く、完璧に保障することも難しい。

【００３６】従って、時間差方法を採択することが合理
的である。時間差方式を採択すれば、式(4)において示
すところのように、超音波速度Ｃを正確に測定しなけれ
ばならないが、一般的に次のような式にて超音波速度Ｃ
を測定計算する。即ち、

【数２６】 (7) ｔ₁とｔ₂は、直接測定する変数であるが、１＝１₁＝１₂
又は１₁と１₂は、直接測定するのが難しい。唯、水深Ｈ
と超音波振動子間の間隔Ｌを正確に判るならば、三角函
数を使用して、１＝１₁＝１₂を算出することができる。
けれども、１₁≠１₂である場合には、不可能であるとの
問題がある。従って、広く式(7)を利用することができ
ない。

【００３７】次の問題は、最適入射角θ ₁ の保障に関す
るものである。河川の水位が広い範囲で変わる条件にお
いて、若しも図４において示すところのように、間隔Ｌ
が固定されているとすれば、水位（水深）Ｈが変わって
Ｈ′になった時、入射角θ₁′は、大きくなるものであ
り、反射面の特性に従って全然反射ができなくなること
がある。

【００３８】流量を測定する瞬間、たとえ、水位は変わ
らないけれども、垂直平均流速測定地点等における水深
は皆異なる（図１、図２参照）。従って、水位変化に従
って、又、垂直平均流速測定地点に従って、最適入射角
θ_loptを保障するために、超音波振動子ＡとＢ間の間隔
Ｌを変数にて成さなければならない。河川底を構成する
土質に従って、最適入射角θ_loptは多様であるが、最適
入射角はθ_lopt＝２０°〜３０°区間にある。

【００３９】しかし入射角、反射角は小さければ小さい
ほど、流速測定感度は低下されるために、可能なる限り
入射角を大きく取るのが好ましい。しかしながら、反射
がよく成されるように入射角を調節しても、河底の土質
の如何に従って、受信ができない場合も少なくない。

【００４０】勿論、超音波周波数は可能な限り低く採択
するけれども、（echo sounderのように）安全に反射波
受信を保障することが難しい。

【００４１】次の問題は、垂直平均流速の測定地点にお
ける水深Ｈを、正確に測定すべきことにある。部分流量
ｑｉは一般的に次のように計算する。（図１参照）

【数２７】 (8)

【００４２】従って、流量Ｑは

【数２８】 になる。従って、部分流量の測定誤差は垂直平均流速

【数２９】 の測定誤差と水深ｈｉｊの測定誤差の和になる。

【００４３】勿論、垂直線間の間隔ｂｉが小さければ小
さいほど、ｑｉの測定誤差は小さくなり、流量Ｑの測定
誤差も小さくなる（垂直線数が増加する）。

【００４４】図４に示した超音波流速測定方法としては
水深Ｈ測定が簡単でない。１₁，１₂，φ₁，φ₂、更に超
音波速度Ｃを正確に判る条件においてのみ水深Ｈを計算
することができる。

【００４５】前記した問題点等に鑑みて、本発明は時間
差方法を採択して、垂直平均流速を測定すべく、超音波
パルスを河川水面より底へ発射せしめ、反射されるべく
成して、その瞬間の超音波速度と水深を測定する装置及
び方法を提供することを主な目的とする。

【００４６】本発明の他の目的は、水深変化にしたがっ
て、最適入射角を保障する装置を提供することにある。
本発明の又、他の目的は、河川底の土質に関係無く、完
璧に超音波パルスが河川底において反射できる装置を提
供することにある。

【００４７】

【問題点を解決するための手段】本発明に伴う流速、水
深、超音波速度を測定する第１の測定装置はカタマラン
（catamaran）形態の浮具に設置されており、該浮具は
既に使用しているプロペラ流速計自動移動装置に連結さ
れていて、河川幅に沿って移動しながら多くの地点にお
いて垂直平均流速、水深を測定することができるように
なっている。

【００４８】該浮具には、水深と超音波速度の測定用超
音波振動子がその中心に設置されており、更に、流速測
定用の超音波振動子対が配置されている。

【００４９】第２の測定装置は、超音波パルス伝播時間
測定を成し、超音波速度、水深、部分流量及び総流量を
演算する部分、浮具移動及び超音波振動子間の間隔調節
選択装置にて構成されており、当該第２の測定装置は、
流量観測所室内に設置され、第１の測定装置と高周波ケ
ーブル線で連結されており、又、第１の測定装置に電源
も供給するようになっている。

【００５０】常設流量観測ポストにおいては、超音波パ
ルスが河川底において、全て反射するように垂直平均流
速の測定地点に該当される底に、反射板を設置しなけれ
ばならないが、反射板は底の表面状態に関係無く、水平
に維持される構造にて形成され、その設置が甚だ簡便に
成されている。

【００５１】

【発明の実施の形態】本発明を添付図面に基づいて、詳
細に記述すれば次の通りである。図５、図６及び図７に
本発明の第１の測定装置の一例を示した。水に浮くカタ
マランは、一対の浮具（７′）、（７″）と、該浮具
（７´）（７″）を結合する甲板（８）とから構成され
ている。前記甲板（８）には、超音波振動子を配置、固
定せしめるための支持台（９）が結合されている。支持
台（９）中心部には超音波振動子（１０）と（１１）
が、垂直方向に間隔ｌｏの距離をおいて固着されてお
り、該中心点左右に超音波振動子（１２）と（１
２′）、（１３）と（１３′）、（１４）と（１４′）
が対を成して配置されている（図５、図６及び図７には
超音波振動子対の数が３個にて図示されているが、それ
以上になることもある）。

【００５２】対を成す超音波振動子間の間隔Ｌｉは、河
川の最小水位、最大水位と、河川水路の断面によって選
択されるところ、これは後に詳細に説明することにす
る。

【００５３】甲板（８）上には、超音波パルス発振機、
受信増幅及び受信パルス信号成形機、超音波振動子を選
択して発振機と受信機とを連結せしめる交換機等にて構
成された送受信装置（１５）が設置されており、該装置
を保護するケース（１６）がある。

【００５４】又、送受信装置（１５）はそれを制御し、
それよりの信号を供給すべく流量観測所建物室内に配置
された、第２の測定装置と連結せしめる、高周波ケーブ
ル線（１７）がある。浮具（７′）及び（７″）は連結
リング（１９）に連結されたロープ（１８）によって、
移動車（４）（図１参照）に連結される。

【００５５】該カタマランは、それが安定に一定なる深
さで水面内に浸る状態で流動すべく、その下部に鉄材に
てなる安定板（２０）を設けている。

【００５６】このように構成された流量測定装置を利用
して、河川流量を測定するために、垂直平均流速を測定
する前に、水深Ｈと超音波速度Ｃを測定する。その方法
を図 ８に従って説明する。まず、超音波振動子（１０）
と（１１）を作動せしめる。これら間の間隔ｌｏは既に
正確に判っているものであり、又、超音波振動子（１
０）が水表面において、一定なる深さ△Ｈで浸水された
ことも判っている。直接測定することができる水深は、
Ｈ′＝Ｈ−△Ｈである。即ち、水深Ｈ′を測定しその値
に△Ｈを合わせてやれば、水深Ｈになるだろう。

【００５７】水深Ｈ′の測定は次のように成す。超音波
振動子（１０）が超音波パルスを垂直方向に、河川底を
向いて発射する。この時超音波パルスは垂直線上にある
反射点０において反射されることもできるし、又は、垂
直平均流速が大きいとか、波涛が高くて浮具が揺動を成
す時、超音波振動子（１０）と（１１）が傾いて、反射
点０′において反射されることもある。

【００５８】このような一般的な場合を察してみること
にする。超音波振動子（１０）において発射された超音
波パルスが、点０′において反射して、超音波振動子
（１１）に到達する時間、ｔ_H′_-lと、超音波振動子
（１０）に到達する時間ｔ_H′は次のようになるだろ
う。即ち、

【数３０】 になる。

【００５９】ここで、υ＝Ｖｓｉｎαである。河川にお
いて、垂直平均流速がＶ＝５ｍ／ｓｅｃであれば、流速
が相当に速いものであるが、この時、α＝３°〜５°に
なれば、υ＝０．２６〜０．４３ｍ／ｓｅｃ程度にな
る。水における超音波速度を

【数３１】 と見て

【００６０】

【数３２】 程度である。従って、Ｖ／Ｃ項を無視することができ
る。それでは

【数３３】 （９） になる。超音波振動子（１０）まで到達する時間は、

【数３４】 （１０） になる。

【００６１】式（９）を式（１０）にて除けば

【数３５】 になるために、水深Ｈ′は

【数３６】 （１１）

【００６２】従って、水深Ｈは Ｈ＝Ｈ’＋△Ｈ （１２） になる。

【００６３】このように式（１１）で水深Ｈ′を正確に
測定することができる。超音波速度は次の式にて計算さ
れる。

【数３７】 （１３）

【００６４】このように一定なる間隔ｌｏにて垂直線上
に配置された超音波振動子（１０）と（１１）を使用し
て、水深Ｈと超音波速度Ｃを測定するようになる。勿
論、超音波振動子（１１）は超音波振動子（１０）が発
射したパルスが反射されてきたものだけ受信しないの
で、超音波振動子（１１）が超音波パルスを発射して反
射されてきたパルスを受信して時間測定を成すことがで
きる。この時、

【００６５】

【数３８】 になり、

【数３９】 において

【００６６】

【数４０】 （１４）

【数４１】 （１５）になる。式（１４），（１５）が式（１１），
（１３）よりも、もっと正確である。

【００６７】浮具が波涛によって、上下に甚だしく揺動
する時は、ｔ_H'，ｔ_H'-l時間を数度繰り返し測定して、
Ｈ′，Ｃの平均値を測定しなければならないことは勿論
である。該浮具に設置された、流速測定用の超音波振動
子対（１２，１２′，１３，１３′，・・・）間の間隔
Ｌｉは次のように選択する。

【００６８】河川の最大水位、最小水位は、既に判って
いるところ、多くの垂直平均流速の測定地点における最
大水深Ｈｍａｘ、最小水深Ｈｍｉｎは予め判っている数
値である。例えば、Ｈｍａｘ，／Ｈｍｉｎ＝１０の範囲
において水位が変わる時、流量を測定しなければならな
いことは、予め提示される。

【００６９】最適入射角は反射面の状態、物性（音響抵
抗）に従って選定され、又、流速測定感度も参酌して選
定されるが、最適入射角は厳格なものでなく、一定なる
範囲内にある。例えば、入射角がθ＝２０°〜４０°範
囲において、十分な反射波を受信することができる。

【００７０】図９に示したところのように、最適入射角
範囲θｍａｘ〜θｍｉｎが与えられたならば、水深が最
大である場合、即ち、Ｈｍａｘの時、超音波振動子対
（１４）と（１４′）が作動するようになし、この時、
入射角がθｍｉｎになるように超音波振動子（１４），
（１４′）間の間隔を選択することができる。即ち、Ｌ
_max ＝２Ｈ_max tan θ_min （１６）（図９にお
いてＬｍａｘ＝Ｌ₁₄）これと同様に水深が最小である
時、作動する超音波振動子対間の間隔Ｌｍｉｎは Ｌ_min＝２Ｈ_mintanθ_max （１７） にて選定する。

【００７１】Ｈｍｉｎは超音波伝播距離が小さくなるた
めに、入射角を許容最大角θｍａｘにて選択しても十分
に反射波を受信することができる。しかし、図９におい
て示すところのように、Ｌ₁₄間隔にて設置された超音波
振動子（１４）と（１４′）が、許容最大入射角θｍａ
ｘまで作動することができる水深Ｈ₁は

【数４２】 （１８） に成る。

【００７２】若しも、θｍｉｎ＝１５゜，θｍａｘ＝３
０゜であるとすれば、

【数４３】 になる。水深がＨ₁より小さい時、作動すべき超音波振
動子対（図９において１３，１３′）間の間隔Ｌ₁₃はＨ
₁においてθｍｉｎを保障するように選択する。即ち、 Ｌ₁₃＝２Ｈ₁tanθ_min （１９）

【００７３】Ｌ₁₃間隔に設置された超音波振動子（１
３）と（１３´）とが、θｍａｘにて発射することがで
きる水深Ｈ₂は

【数４４】 （２０） になるであろう。

【００７４】前記実例においてＨ₂＝０．４６Ｈ₁になる
であろう。

【００７５】

【数４５】 にて表示すれば Ｈ₁＝ａＨ_max，Ｈ₂＝ａＨ₁＝ａ
²Ｈ_max，Ｈ₃＝ａ³Ｈ_max になるであろう。

【００７６】図９においてＨ₃＝Ｈｍｉｎにてなされて
いる。θｍｉｎ＝１５゜，θｍａｘ＝３０゜であり、Ｈ
ｍｉｎ＝０．１Ｈｍａｘ、である時、ａⁿ＝０．１にて
なるところ、ａ＝０．４６４、したがってｎ＝３になる
であろう。

【００７７】このように、流速測定用の超音波振動子対
の数はあまり多くなく、３〜５個程度であれば十分であ
る。勿論、θｍｉｎ〜θｍａｘを１５゜〜３０゜にて必
ず保障する必要はなく、水深が小さい時３５゜になって
も、反射波の受信がよく成される。

【００７８】これは、超音波振動子対を１個設置し、ス
テップモータ、又は、サーボモータにて超音波振動子間
の間隔を水深に従って自動的に調節することに比べ、幾
つかの振動子対を相異する間隔にて設置し、水深（水
位）に従って、交換機を作動せしめ、必要な対を超音波
送受信機に連結せしめることにより装置が簡素化され、
超音波振動子間の間隔を予め正確に測定して流速演算装
置に入力せしめることができるので流速測定誤差も小さ
くなる。

【００７９】垂直平均流速は次のように測定する。水深
測定結果に従って、又は、既に垂直平均流速測定地点等
が指定されている。条件においては、河川水位測定結果
によって、超音波振動子対を選択して、超音波パルス送
受信機入力に連結せしめる。

【００８０】次に、図９に示すように、水深がＨｍａｘ
である時、超音波振動子（１４´）において超音波パル
スを発射して、超音波振動子（１４）に到達する時間ｔ
_Aiを測定すると同時に、反対に超音波振動子（１４）に
おいてパルスを発射して超音波振動子（１４´）に到達
する時間ｔ_Biを測定する。ｔ_Ai，ｔ_Bi測定データを利用
して、式（４）に代入して垂直平均流速

【数４６】 を演算機において計算する。唯、式（４）において超音
波速度Ｃの代わりに式（１３）又は（１５）代入するよ
うになる。

【００８１】若し、超音波振動子（１１）もパルスを発
射受信する場合、例えば、式（１５）を使用するように
なるところ、垂直平均流速は次の式にて算出される。

【数４７】 （２１）

【００８２】垂直流速

【数４８】 の測定が終われば、即ち、ｔ _H' ，ｔ _H'-i ，ｔ _Ai ，ｔ _{Bi ノ}
の測定が終われば、次の垂直平均流速の測定地点に、流
速計移動装置によって浮具を移動せしめ、垂直平均流速

【数４９】 の測定を行う。移動間隔をｂｉｊと表示すれば、部分流
量は次のように計算することができる。

【数５０】 総流量

【数５１】 の誤差を小さく成すためには、ｂｉｊを小さく選択すれ
ば良い。即ち、垂直平均流速の測定地点数を増加せしめ
れば良い。

【００８３】次の問題は超音波パルスの発射条件の確保
に関するものである。河川底を成す土質は甚だ多様であ
る。石が敷かれているとしても、石の表面の粗度も多様
であり、水分が浸透されていて、その音響抵抗

【数５２】 は水の音響抵抗Ｚ_I＝ρＣ_Iに比してあまり大きくない。
従って、反射面の反射係数は小さい。若し、土粒子にて
構成された層の積層である場合、超音波吸収係数が甚だ
大きくなることもある。ある程度の反射強度を保障する
ために超音波周波数を低下せしめる方法もあるが、最小
水深が１ｍ程度になることを考慮すれば、低い周波数を
使用することは難しい（時間測定誤差のために）。従っ
て、超音波周波数を阻止せしめるのにも限りがある。若
し、最適超音波周波数を選択した時（例えば、５００ｋ
Ｈｚ）、反射波の強度が弱い場合、常設流量測定ポスト
においては、反射板を別途に設置することができる。

【００８４】更に、本発明によれば、反射板設置のため
に水中作業をせずに、便利に水中に投入することができ
るべく、反射板構造を提供することができる。

【００８５】図１０及び図１１に反射装置の構造を示し
た。又、図１０及び図１１には反射装置（２１）を河川
底に投下せしめた時の定着状態を示した。該反射装置
（２１）はその上面が反射面（２２）にて、四辺又は矩
形にてなされており、その内部が空洞にて中空になって
おり、空気で充填されている。このような超音波パルス
が反射する反射面（２２）の厚さは、選択した材質にお
ける超音波波長の１／２を取るか（この時、超音波が通
過して空気において再び反射され、水中に伝播され
る）、又は、通過率を少なく成すために、波長の１／
４、又は、３／４になるように選択しても良い。しか
し、水の音響インピーダンスと空気の音響インピーダン
スの差が、金属の音響インピーダンスと比較すれば、数
千倍の差異があるところ、空気層において反射せしめる
のが有利である。

【００８６】このために、反射面（２２）は有機ガラス
（例；アクリル）にて製作するのが良い。反射装置（２
１）は反射面（２２）を含んで、長時間水中に誘致され
ると共に、水中生物等が表面において成長することがで
きないように、弗素Ｆが含まれた特殊塗料にてコーティ
ングする。又は、弗素が含まれたプラスチックにて製作
される。該反射装置２１は流速方向にて見る時、前後側
が図１０及び図１１に示されたところのように、流線型
にてなされていて、流速による抵抗を最小に減少せしめ
る。

【００８７】更に、反射装置（２１）は中が空になって
おり、空気が充満されていて、水中において浮具のよう
に上に上昇しようとする浮具を有する。反射装置（２
１）には重い金属にて成された、錘（２３）と玉継手
（ball joint）（２４）とが連結されている。

【００８８】勿論、反射装置（２１）と錘（２３）をカ
ルダン（Hooke's joint）によって連結せしめても良
い。錘（２３）の底には、河川底に位置固定が容易なる
ように、針（２６）が多数吊られている。

【００８９】図１０及び図１１において示すところのよ
うに、河川底に屈曲があって、錘（２３）が水平に置か
れない場合にも、反射装置（２１）が浮力によって浮き
上がると共に、反射面（２２）が水平に位置するように
なる。たとえ、河川底付近の流速は甚だ小さくても、水
の流れの影響を受けて反射装置（２１）が揺動すること
ができることを参酌して、連結体（２４）の摩擦を適当
に保障してやる。

【００９０】又、反射装置（２１）はその中心におい
て、反射面（２２）が水平になるべく均衛を有するよう
に成すと同時に、その揺動を或る程度停止せしめるため
の錘（２８）が前後に付着される。

【００９１】錘（２３）の高さを小さく保障しながら
も、十分な重量を保障するには、その幅を大きく取るこ
とであるが、あまり幅が大きいと、河川底の屈曲によっ
て横へ甚だしく傾いてしまうことがあるために、幅を小
さく取ると同時に、玉継手（２４）または球形継手（２
７）のような補助錘（２５）を基本錘（２３）の前後に
連結せしめる。勿論、補助錘（２５）底には多数の針
（２６）がある。勿論、反射装置（２１）は地上におい
て水槽に入れて作動試験を成すと共に、錘（２８）の重
さを調節する。反射面（２２）の大きさは、十分に大き
くなければならない。

【００９２】浮具（７′）及び（７″）は表面流速に従
って、やや押されることがあり、反射面の長さは１ｍ程
度はなければならない。幅は、長さの１／２〜３／４程
度に選択するのが好ましい。反射装置（２１）と補助錘
（２５）には、リング（２９）が着けられている。リン
グ（２９）に紐を掛けて船を利用するか、又は、流速計
移動装置を利用して反射装置（２１）を指定された地面
に投下せしめる。

【００９３】更に、反射装置（２１）に掛かった紐を操
作しながら、反射面２２が水平に置かれたのを確認す
る。（これは、特許範囲の範囲に属しないために省略す
る。）勿論、流量観測ポストにおいて河川底土質の音響
インピーダンスが、水の音響インピーダンスと大きく差
異があり、選択した超音波周波数信号が良く反射される
場合には、反射装置を使用しなくとも構わない。唯、河
の傾斜面には反射装置を設置する。

【００９４】図１２には、本発明に伴う、超音波による
垂直平均流速と水深を測定する第１次測定装置が積載さ
れた浮具が、河川水に浮遊された状態を示した。浮具
（７′）及び（７″）は鋼鉄ロープ（１）に従って移動
する、捲揚移動車（４）にロープ（１８）によって連結
されている。

【００９５】又、第１の測定装置と、観測所室内に設置
された第２の測定装置と連結する高周波ケーブル線（１
５）は、ロープ（１）に従って、伸びたり縮んだりする
（観測所（５）室内ケーブル線ドラム（図示省略）があ
る。）。反射装置（２１）は、指定された垂直平均流速
及び水深の測定地点に配置されている。

【００９６】このような構成を有する本発明に伴う、超
音波による垂直平均流速及び水深の測定装置は、現在使
用しているプロペラ（又はコップ型）流速計を代替せし
め、河川流量を測定するようになれば、次のような効果
がある。

【００９７】一番目に、垂直平均流速の測定時間がプロ
ペラ流速計にて測定する時間より、数百倍も短縮され
る。プロペラ流速計は一点において局部流速を測定する
ので、局部流速の脈動率が１０〜１５％にもなる。従っ
て、平均局部流速を測定するためには、長時間（６０〜
３００秒）に亘ってプロペラ回転数を測定しなければな
らない。

【００９８】しかし、本発明に伴う、超音波による垂直
平均流速及び水深の測定装置は、超音波にて瞬間的に表
面から底までの平均流速を測定し、しかもその時の平均
流速の脈動率は１％未満ときわめて小さい。従って、長
い時間に亘って連続的に繰り返し測定する必要がない。
またプロペラ流速計を使用する時は、垂直平均流速を計
算するために、垂直線上で、多くの深さにおいて局部流
速を測定しなければならず、一つの地点における垂直平
均流速の測定に要する時間も長い。

【００９９】水深が１０ｍになっても超音波にて一度垂
直平均流速を測定する所要時間は、超音波速度の測定時
間まで合わせて０．１秒である。従って、一定なる周期
にて３度測定しても、１０秒程度（繰り返し測定周期を
３秒程度に成した時）所用されるだけである。

【０１００】従って、指定された垂直線等において、垂
直平均流速と水深を測定するのに必要な総時間は、主に
浮具を移動せしめる時間が決定的比重を占める。

【０１０１】二番目の効果としては、垂直平均流速の測
定誤差が顕著に小さくなることである。従って、流量の
測定誤差が小さくなる。その理由は次の通りである。

【０１０２】プロペラ流速計にて垂直平均流速を正確に
測定するには、特に、垂直平均流速分布が一定なる法則
にて（例を挙げれば、ｌｏｇ又は指数函数にて）分布さ
れていない時、局部流速の測定地点数を非常に多くしな
ければならず、しかも測定時間が長くなるので測定不能
となるときが多い。又、河川底の形態に従って、底に近
くなるほど流速分布と流速方向脈動が複雑であるが、プ
ロペラ流速計の直径、更に、流速計に連結された錘は大
きく、河川底に接近せしめることができる間隔が制限さ
れる。

【０１０３】それのみならず、プロペラ流速計を深く挿
入するほど、流速計の軸が垂直線に直角に位置を維持す
ることができず、垂直線に直角なる流速の測定誤差が大
きくなる。

【０１０４】又、プロペラ流速計の測定特性は、純粋な
静特性（プロペラ回転速度と牽引速度との関係）である
ところ、局部流速は多様な周波数にて脈動する動的変数
である。

【０１０５】従って、流速計の動特性と、静特性が同一
でないので、補充的な誤差が生ずるのである。このよう
な誤差原因は、超音波にて垂直平均流速の測定を行う時
はない。勿論、垂直平均流速の脈動が局部流速脈動よ
り、はるかに小さいので誤差も小さくなる。

【０１０６】三番目の効果は、超音波にて垂直平均流速
を測定する時間が短いために、垂直平均流速の測定垂直
線数を顕著に増加せしめることができる。プロペラ流速
計を使用した時には、次の垂直線に移動せしめる時間の
外に、多くの深さに移動せしめる時間も多く所用された
けれども、本発明によれば、唯、水表面に沿って浮具を
移動せしめる時間だけ必要である。

【０１０７】従って、垂直線の数を２倍に増加させて
も、測定時間は短い。垂直線数を増加せしめるに従っ
て、流量測定誤差が顕著に縮小される。前記した効果等
は洪水、又は暴雨時に流量が速い速度で増加する時、更
に、大きく発揮される。

【０１０８】図５、図６及び図７において示した構造
は、流速計自動移動装置に直接連結させて使用する時適
合なるものである。

【０１０９】４個のロープ（１８）で流速計捲揚移動車
（４）と連結されるために、浮具（７′）及び（７″）
の大部分が波涛によって揺動しない為に、超音波振動子
（１０）と（１１）で、水深測定するのにおいて問題が
ない。

【０１１０】更に、本発明は、前記した流速計移動自動
化装置がある、常設流量観測所においてのみ使用するも
のでなく、水位−流量曲線を利用して流量を測定する、
流量観測ポストにおいて水位−流量曲線作成、又は、矯
正を成す時、又は、任意の地点において河川流量を測定
する時も使用することができる。

【０１１１】若し、観測ポストに既に流量測定橋（hydr
ometric bridge）がある場合には、従前に測定橋に沿っ
てプロペラ流速計を移動せしめながら流速を測定する作
業と差異なく、プロペラ流速計の代わりに、図５、図６
及び図７に示した浮具を移動させながら垂直平均流速、
水深を測定して流量を測定することができるし、同様に
人道橋等を利用して河川流量を測定することができる。

【０１１２】流量測定橋、人道車両橋等がない場合に
は、船（ボート、モーターボート等）を利用して、浮具
を牽引するとか、河の幅が小さい時は臨時にロープを架
設して浮具を河の幅に沿って移動せしめながら垂直平均
流速及び水深を測定することができる。このような場
合、勿論、反射装置も同時に移動せしめなければならな
い。

【０１１３】このように手動にて浮具を移動させる場
合、波等によって浮具が揺動することがあり、水深及び
超音波測定誤差が大きくなることもある。このような場
合、本発明に伴えば、超音波振動子（１０）と（１１）
等が、常に、垂直線上に置かれるように成すために、超
音波振動子（１０）と（１１）を一つの支持棒に着けて
超音波振動子支持台（９）に球型継手で（BALLとJOIN
T）連結せしめ、超音波振動子支持棒に、図１３及び図
１４に図示したところのように、錘（３４）を吊るよう
に成されている。

【０１１４】一方、図１３及び図１４に示したところの
ように、船を利用すれば、本発明に従って、垂直平均流
速及び水深を測定することができる。この場合、船自体
が浮具の役割をなし、船の左右対称にて超音波振動子等
が吊られた、超音波振動子支持台９を設置する。指定さ
れた地点に船を定着せしめ、左右二つの地点の垂直平均
流速及び水深を測定して、部分流量を測定し、更に、船
を河川の幅に沿って移動させながら、部分流量を測定す
るようになる。

【０１１５】このような測定を成す本発明の部分流量測
定装置は、図１３及び図１４に示したところのように、
船（３０）の重心部に該当する位置に、超音波振動子支
持台（９）を設置するための設置板（３９）を固定させ
る。超音波振動子支持台（９）を船の左右に、一定なる
間隔にて調節して維持せしめるための４角形断面にてな
る支持棒（３１）は、”Ｌ”字型にて成されているが、
その垂直部分（３２）は円形にて成されており、これを
固定させるシリンダー（４０）に挿入されている。

【０１１６】このような構成にてシリンダー（４０）
は、超音波振動子等が水面と接触させるべく垂直部分
（３２）を上下に移動させて超音波振動子支持台（９）
の位置を選択し、相互平行になるように調節すると同時
に、固定ピン（３３）にて円形棒（３２）に固定せしめ
る。

【０１１７】船を利用する時、錨を使用するとしても、
船がやや前後に揺動するようになる。従って、超音波振
動子（１０）と（１１）を使用して水深を測定する時、
誤差が大きくなることがある。このような誤差を避ける
ために、超音波振動子（１０）と（１１）等は、支持台
（９）と球型継手（BALL JOINT）（３５）にて連結さ
れ、対称にて配置された錘（３４）が超音波振動子（１
０）と（１１）の連結棒に吊られている。これによって
船が揺動を成しても超音波振動子（１０）と（１１）
は、常に、垂直線上に置かれるようになっている。これ
が図５、図６及び図７に示したものと異なる点である。

【０１１８】反射装置（２１）と錘（２３）は、船の位
置を変更させる時、同時に移動させなければならないと
ころ、反射装置（２１）に吊られているリング（２９）
にロープ（４１）を連結し、該ロープは超音波振動子支
持台（９）の両端に組み立てられた滑車（３６）を経由
して紐を巻いたり解いてやるドラム（３７）と連結され
る。

【０１１９】よって、反射装置（２１）と錘（２３）を
移動させる時は、ドラムハンドル（３８）にてロープを
ドラム（３７）に巻いて、河川底よりやや引き上げ、船
を他の垂直平均流速地点に移動させながら反射装置（２
１）も移動せしめる。

【０１２０】指定された位置において船を停止させ、船
の前後にある錨を投下して（図１３及び図１４に錨を図
示しなかった）、ドラム（３７）を解きながら、反射装
置（２１）と錘（２３）を河川底に設置する。

【０１２１】この時、ロープ（４１）が伸びないよう
に、ややぴんと張るように引っ張っておく。また、ロー
プを利用して反射面（２２）が水平に置かれ、超音波が
良く反射されるべく、反射面（２２）の位置を調節する
ことができる。船に第１の測定装置がケース（１６）に
内蔵されている。

【０１２２】第１の測定装置は超音波受信機、時間間隔
測定機、メモリにて構成されており、最終流量計算は、
地上においても実施することができる。船自体の前後錨
は船が表面流速方向に従って、揺動するのを抑制し、左
右に投下された反射装置も或る程度、船が左右に揺動す
るのを抑制する。垂直平均流速及び水深の測定位置間隔
ｂは、超音波振動子支持台（９）の位置を支持棒（３
９）に従って、移動させながら選定する。水深、超音波
速度、平均流速の測定方法は変わりがない。

【０１２３】

【発明の効果】従前に船に乗ってプロペラ流速計を色々
の深さに投入すると共に、局部流速を測定する作業と、
本発明を対比して見れば、船を移動させ定着させる時間
は、１／２に縮小され、水深と垂直平均流速の測定時間
は数百倍も縮小されると同時に、測定誤差も顕著に減少
される。

【０１２４】特に、一つの地点に船を定着せしめ、部分
流量ｑ_i測定が完了されるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の機械式（プロペラ）流速計を使用して、
指定された多くの地点において、局部流速を測定する自
動化された流量観測ポストを示した断面図。

【図２】周知の超音波水平均流速を測定して、河川流量
を測定する原理を示した断面図。

【図３】周知のパイプ管用超音波流量計において使用す
る反射式超音波流速測定原理を示した模式図。

【図４】反射式超音波流速測定方式を利用して、河川に
おいて垂直平均流速を測定する場合を説明する模式図。

【図５】本発明に伴う河川垂直平均流速及び水深測定装
置の構造を示した側面図。

【図６】同じく平面図。

【図７】図６のａ−ａ断面図。

【図８】本発明の原理に伴う水深及び超音波速度の測定
原理を説明する模式図。

【図９】本発明の垂直平均流速の測定の原理を説明する
模式図。

【図１０】河川底に設置される超音波パルス反射装置構
造を示した側面図。

【図１１】同じく平面図。

【図１２】本発明の垂直平均流速及び水深の測定装置を
河川に設置した状態を示す断面図。

【図１３】本発明の垂直平均流速及び水深の測定装置
を、ボートを利用する場合を示した側面図。

【図１４】同じく平面図。

【符号の説明】

１：ロープ ４：捲揚移動車 ７′，７″：浮具 ９：超音波振動子支持台 １０，１１：超音波振動子 １６：ケース ２１：反射装置 ２３，３４：錘 ２９：リング ３０：船 ３１，３９：支持棒 ３６：滑車 ３７：ドラム ３８：ハンドル ３９：設置板 ４１：ロープ

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平均垂直流速と水深とを測定することで
   河川の流量を測定する装置であって、甲板によって２体
   の浮具を互いに接続することで形成されたカタマラン
   と、前記甲板と結合された超音波振動子支持台と、この
   支持台中心部に配置固定された上側の超音波振動子と、
   この上側超音波振動子の下側水深方向に距離ｌｏを垂直
   に離れて設置された下側超音波振動子と、前記超音波振
   動子支持台の中央線より左右に設置された複数個の超音
   波振動子対とを含んでおり、さらに、前記超音波振動子
   対直下の河川底に設置されており、超音波パルスを反射
   する反射装置を含んでおり、 前記カタマランの甲板上には、超音波パルス発信受信装
   置と、超音波パルス伝播時間測定装置と、前記超音波振
   動子の１つを選択するための前記超音波パルス発信受信
   装置に接続された交換機とを有した第１測定装置が搭載
   されており、 河川付近の陸上には、（ａ）水深、（ｂ）超音波パルス
   速度、（ｃ）垂直平均流速、（ｄ）部分流量、及び
   （ｅ）全流量を計算するための第２測定装置を備えた制
   御装置が設置されており、 さらに、前記甲板上の第１測定装置と陸上の第２測定装
   置とをカップリングし、超音波パルス伝播時間測定値を
   送受信するケーブル線と、前記カタマランを川幅に沿っ
   て移動させる移動手段とを備えていることを特徴とする
   河川流量測定装置。
2. 【請求項２】 水深と超音波パルス速度とを測定する、
   前記支持台中心部に配置固定された上側超音波振動子
   と、この上側超音波振動子の下側、垂直線上に距離ｌｏ
   をおいて設置された下側超音波振動子とが支持棒に固着
   されており、この支持棒は、前記超音波振動子支持台に
   カルダン、又は球形玉継手によって連結され、錘が対称
   にぶら下がるように吊されていることを特徴とする請求
   項１記載の河川流量測定装置。
3. 【請求項３】 カタマランを自動にて移動せしめる装置
   （従来のプロペラ流速計を自動に移動せしめた装置）が
   無い所において、河川流量測定専用船を利用する場合、
   前記超音波振動子支持台を前記船の左右に設置するため
   に、前記船に支持台設置板が架設され、 前記支持台設置板中心部には四角形シリンダーが設置さ
   れていて、このシリンダーには、前記超音波振動子支持
   台間の間隔及び平行を調節するための、水平部分の断面
   が四角形であり、垂直部分が円形をなすＬ字型支持棒が
   挿入され固定されており、 また、前記超音波振動子支持台両端には滑車が設置さ
   れ、この滑車を前記船に設置されたロープ巻揚機からの
   ロープが経由して、前記河川底に設置される反射装置に
   接続し、該反射装置を上げ下ろしするようになした こと
   を特徴とする請求項１記載の河川流量測定装置。
4. 【請求項４】 前記超音波反射装置は、超音波パルスが
   河川底において確実に反射することを保障するために四
   角状をなし、かつ空気で満たされた中空部分を備えて浮
   子の役割をなしており、 また超音波反射装置は、河川床に安定して設置させるた
   めに、その下部にカルダン、又は球形玉継手(BALL JOIN
   T)にて基本錘が連結されており、 前記基本錘の厚さを小さくすると共に、必要な重量を保
   障するために、さらに複数の補助錘が、基本錘とカルダ
   ンにて連結されている ことを特徴とする請求項１記載の
   河川流量測定装置。
5. 【請求項５】 反射装置が水中微生物が付着して繁殖す
   ることを防止するために、弗素を含有するプラスチック
   にて製作されるべく成したことを特徴とする請求項１記
   載の河川流量測定装置。
6. 【請求項６】 水深と平均垂直流速とを同時的に測定す
   ることで河川流量を測定する方法であって、 水流の断面に、直角にて成る水面線上の中心点におい
   て、左右に間隔Ｌｉにて、河川の予想される最大と最小
   の水深に従って、複数個の超音波振動子対Ａｉ、Ｂｉを
   設置し、前記中心点に上側超音波振動子と、この上側超
   音波振動子の下側水深方向に距離ｌｏの間隔をおいて下
   側超音波振動子とを設置するステップと、 河川床に反射面を水平に設置するステップと、 前記垂直線上に配置した上側超音波振動子と下側超音波
   振動子から超音波パル スを発射するステップと、 川幅に沿った指定された地点ｉに、超音波振動子群を止
   めて、垂直線上に配置した一の超音波振動子と、他の超
   音波振動子より発射した超音波パルスが、前記反射面か
   ら反射されて各々の超音波振動子に伝達されるのに要す
   る時間を測定し、水深Ｈｉと、河川水における超音波速
   度Ｃを計算するステップと、 Ｌｉ間隔をなして超音波振動子対Ａｉ、Ｂｉを設置し、
   前記ステップにおいて測定された水深Ｈｉにおける最良
   超音波入射角の範囲で超音波パルスを送受信するステッ
   プと、 その超音波振動子Ｂｉから送られる超音波パルスが前記
   反射面から反射した後に超音波振動子Ａｉに到達する時
   間ｔ _BAi を測定し、及び超音波振動子Ａｉから送られる
   超音波パルスが超音波振動子Ｂｉに到達する時間ｔ _ABi
   を測定することで垂直線上の平均流速Ｖｉを測定するス
   テップと、 川幅に沿ってポジションｉからポジションｊまで前記超
   音波振動子対Ａｉ、Ｂｉを移動させ、前記のステップを
   反復することで水深Ｈｉと垂直平均流速 【数１】 を測定するステップと、垂直平均流速 【数２】 、水深ＨｉとＨｊ、及びポジションｉとｊとの間の距離
   ｂｉｊの値を測定することで部分的流量を測定するステ
   ップと、 を含んでいることを特徴とする河川流量測定方法。
7. 【請求項７】 垂直平均流速測定のために、対を成す超
   音波振動子間の間隔Ｌｉ及び、超音波振動子対の数を選
   定する段階において、与えられた最大水位、最小水位時
   の最大水深Ｈｍａｘ、最小水深Ｈｍｉｎに該当する、超
   音波振動子対の間隔ＬｍａｘとＬｍｉｎが許容最大入射
   角θｍａｘと最小入射角θｍｉｎ（例：４０゜〜２０
   ゜）によって、次のように選択し、 Ｌ _max ＝２Ｈ _max tanθ _min Ｌ _min ＝２Ｈ _min tanθ _max ＬｍａｘとＬｍｉｎ区間に設置されるべき超音波振動子
   対の数Ｎは、次のように求められ、 【数３】 Ｌｍａｘ間隔にて配置された超音波振動子対が、動作で
   きる水深範囲がＨｍａｘ〜Ｈ１において、次の式にて求
   められ、 【数４】 水深Ｈ ₁ 〜Ｈ ₂ 区間において、動作せしめるべき超音波
   振動子対の間隔Ｌ ₁ が Ｌ ₁ ＝２Ｈ ₁ tanθ _min にて選択され、水深Ｈ ₂ が次の式にてなり、 Ｈ ₂ ＝ａ ² Ｈ _max 水深Ｈ ₂ 〜Ｈ ₃ まで作動せしめるべき超音波振動子対の
   間隔Ｌ ₂ が Ｌ ₂ ＝２Ｈ ₂ tanθ _min にて選択され、水深Ｈ ₃ が次の式になり、 Ｈ ₃ ＝ａ ³ Ｈ _max このような方式にてＬｉ、Ｈｉを選択すると共に、最小
   水深Ｈｍｉｎになる時、超音波振動子対の数と、それら
   の間隔の選択が終り、最小水深Ｈｍｉｎになる時、動作
   せしめる超音波振動子対の間隔がＬｍｉｎに成るように
   して部分流量を測定することを特徴とする請求項６記載
   の河川流量測定方法。
8. 【請求項８】 前記水深Ｈでの超音波速度Ｃを測定する
   場合において、河川水表面に置かれた上側の超音波振動
   子から発射した超音波パルスが、河床から反射 して、前
   記上側の超音波振動子に到達する時間ｔＨ´ 【数５】 を測定し記憶せしめ、前記した上側の超音波振動子より
   垂直方向にｌｏの間隔をおいて配置された下側の超音波
   振動子から発射した超音波パルスが、河床から反射して
   前記下側の超音波振動子に到達する時間ｔＨ´−ｌ０ 【数６】 を測定し、水深Ｈ′を次の式にて計算し、 【数７】 水表面に配置された超音波振動子が、水面より一定な深
   さ△Ｈに位置しており、河床に反射板が設置された場
   合、反射装置の厚さｄを考慮したら、水深Ｈは次の様に
   なる、 Ｈ＝Ｈ´＋△Ｈ＋ｄ 又、超音波速度ＣはＨ′を測定したのを利用して次の式
   で 【数８】 にて計算され、超音波振動子対間の間隔ｌｏは、予想さ
   れる最小水深Ｈｍｉｎに比して 【数９】 にて選択されるべく成したことを特徴とする請求項６記
   載の河川流量測定方法。
9. 【請求項９】 垂直平均流速【数１０】 は、河川の水流の断面に垂直な距離Ｌｉに配置された超
   音波振動子対Ａｉ，Ｂｉを作動させることで、以下の式
   から求められ、 【数１１】 ｔ _Bi は、後方にある超音波振動子Ｂｉが発射した超音波
   パルスを、河床から反射して、前方にある超音波振動子
   Ａｉに到達する時間であり、ｔ _Ai は、前方にある超音波
   振動子Ａｉより発射した超音波パルスが、河床から反射
   して、後方にある超音波振動子Ｂｉに到達する時間であ
   ることを特徴とする請求項６記載の河川流量測定方法。
10. 【請求項１０】 河川の部分流量ｑｉｊを測定するため
    には、Ｉ地点において水深Ｈｉと垂直平均流速 【数１２】 とを測定し、超音波振動子群を河川幅に沿って”ｂ”だ
    け移動させて、ｊ点に固定せしめ、このｊ地点における
    水深Ｈｊと垂直平均流速 【数１３】 を更に測定して、部分流量ｑｉｊを次の式にて算出し、 【数１４】 河川の流量Ｑが、ｑｉｊの総合 【数１５】 にて求められるように成したことを特徴とする請求項６
    記載の河川流量測定方法。