JPH0429065A - 開放水面下における流水速度測定法 - Google Patents

開放水面下における流水速度測定法

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JPH0429065A
JPH0429065A JP13446390A JP13446390A JPH0429065A JP H0429065 A JPH0429065 A JP H0429065A JP 13446390 A JP13446390 A JP 13446390A JP 13446390 A JP13446390 A JP 13446390A JP H0429065 A JPH0429065 A JP H0429065A
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栗本 廣
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は河川や港湾内における流水速度測定法に関し、
測定データの正確を期すること、および測定機器類の耐
久性向上をはかることを目的とする。
(従来の技術) 従来河川、とくに水路断面水流の平均流速を測定する場
合にはプロペラ式流速計が用いられている。
これは水の流速とプロペラの回転数が比例することに基
づき流速計のプロペラ回転数に一定の定数を乗じて流速
を求めるものである。
また超音波式流速計も知られている。これは超音波の伝
達速度が、水の流れ方向では増加し、反対に逆流方向で
は減少することを利用し、所謂ドツプラ一方式による発
信周波数と受信周波数の変化量を検出してパルス伝達時
間差による水の順流方向と逆流方向との超音波伝達速度
差をもとに水流速を算定するものである。
さらに浮子式測定法も知られている。
これには河川の表面流速を測定することにより、その沿
直断面内の平均流速を論理式により換算する方法(表面
浮子式測定)と、また棒浮子の速さと流水の平均速さと
の関係を換算式により求め、これを上記棒浮子の長さと
、使用条件とを考慮した更正係数をもとに更正算出する
方法(棒浮子式測定)とがあり、とくにこれは洪水時の
流速測定に用いられる。
(発明の解決すべき課題) しかし前記したプロペラ式や超音波式流速計を用いる場
合には流速計自体、あるいは超音波センサを流水中に直
接的に曝す必要があるために流木片等の漂流物により破
損されやすく耐久性の面で著しく問題がある。
また浮子式測定法による場合においても定常的な連続測
定が不可能であり、しかも測定センサの破損のおそれも
あり、しかも前記各測定方式のものと同様に、測定値の
正確性の面においても若干問題が残るところである。
(課題を解決するための手段) 本発明は上記した従来技術における種々の問題点を解決
し、測定値の正確を期するとともに継続的測定を可能と
し、しかも機器類の破損のおそれもなくし、耐久性を向
上させるようにしたものであって、具体的には水底より
気泡を発生させる手段と、上記気泡発生点の鉛直上から
下流方向一定の範囲内において気泡成分を検出する手段
とからなる流水速度測定法に関する。 また上記した気
泡成分を検出する手段は、流水の流れ方向に対して交さ
方向に向けてビデオカメラを設置し、気泡列の撮像をも
とに、その上昇角度如何により流速を検出するようにし
た流水速度測定法に関する。
さらに上記した気泡成分を検出する手段は流水の流れ方
向に対して交さ方向に向けた複数の超音波センサを設置
し、気泡列の探索による気泡列上昇角度または気泡移動
距離如何により水流速を検出するようにした流水速度測
定法にも関する。
(作  用) 水底より気泡を連続的に発生させつつ、上昇気泡群の水
面に向けての移動経過を水の流れ方向の側面からビデオ
カメラにより観測し、または水路の側面あるいは水路底
に流下方向に複数設置した超音波センサにより観測して
気泡列の上昇角度や気泡移動距離により流速を算定する
(実施例) 以下において本発明の具体的な内容を実施例をもとに説
明する。
第1図は河川の流れ方向に対して直交する側面をあられ
したもので、  1は水底、2は水底に設置された気泡
発生装置を示す。
また第2図は第1図の状態においてこれを平面的にあら
れしたものであり、上記気泡発生装置2の鉛直線Pの位
置から流れ方向のい(分下流側の位置の任意の範囲に気
泡成分検出手段としてビデオカメラVTRが、またこれ
と殆ど並ぶ位置に照・明装置りがそれぞれ前記した気泡
発生装置2の鉛直線Pから下流側の一定範囲を撮影・照
射エリアとなすべく設置されている。
向上記のビデオカメラVTR1あるいは照明装置は河川
に設けられた基柱等に容易に取りつけられる。気泡発生
装置2は気泡成分を検出装置により検出可能な範囲に発
生させる気泡の大きさおよび量を調節したノズルを備え
ており、これを河川の中央等流水量の比較的多い個所の
水底に少なくとも上記ノズルを露出させた状態にて安定
的に固定させ、しかもこれに気体チューブを連結して電
気的に作動するエアポンプ(図示省略)等に連結する。
向上記実施例においては気泡成分検出手段としてビデオ
カメラVTRおよび照明装置りを使用する場合について
説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、こ
のほかにも流水の流れ方向に対して交さ方向に向けた複
数の超音波センサを設置し、これにより気泡の上昇位置
・方向を計測するようにしてもよい。
しかして水底の気泡発生装置2より継続的に気泡Sを発
生させると、各気泡Sは浮力により順次水面に向けて上
昇し、水面に達したところで破壊消失する。 この場合
において水路に流れがほとんどない場合には気泡Sは略
鉛直線Pに沿って鉛直方向に上昇するが、上昇中の気泡
はその上昇速度と水流速との合成により一定の弧を描き
ながら上昇することになる。
したがって上記した気泡の上昇速度と水流速とによる気
泡運動の流速成分を測定することにより水路の流速を求
めることができる。
流速成分の算出については以下の通りである。
すなわち流水中を浮上する気泡Sの列は下流側へ偏る曲
線角度を呈するが、実際には水流速の異なる層が複数層
あり、これらの各層を経て上昇する場合には一率の上昇
角度ではなく水流速の異なる層を通過する毎に上昇角度
が変更されて全体として比較的緩やかな曲線を描くこと
になる。したがっていま仮りに水流速の異なる層を通過
する場合について第3図の図式をもとに測定してみると
、気泡発生装置2による気泡発生点Sから水流速の異な
る各層の上端Sl、 2、g に至るまでのそれぞれの
浮上時間t、、t2、rを別途作成した気泡浮上時間曲
線または表などにより求める。
したがって各層の流速は ■I=Sl/l。
Vz  =  (Sz  −51)/  (tz  −
t+  )V3 − (s   Sr)/  (t  
 tt)により求められる。 全層の平均速度Vは’v
#s/τにより求められる。
また大雨や洪水時のように流水が著しく濁っている場合
においてはビデオカメラVTRおよび照明装置りを水面
上の流れに直角な方向で、しかも鉛直線Pの真上から各
気泡の浮上点全域を視野内に把握できる位置に設置し、
各気泡が水面S上に出て破壊する点を測定することによ
り平均流速Vを求めることもできる。この場合には各気
泡破壊点の位置を画像のデジタル処理により判定し、鉛
直線Pからの距離をコンピュータ演算により求める。
向上記の鉛直線Pはカメラの設置位置と気泡発生点、お
よび水路の水位により予め画像上に設定しておく。 ま
た画像と実際位置との補正についても同様に予めプログ
ラム上に設定しておく必要がある。
また気泡成分の検出手段として上記したビデオカメラV
TRに代えて超音波センサを使用する場合には第4〜5
図に示したように水の流れ方向の測線上に複数の超音波
センサを各封缶にそれぞれ発振側(13〜10a)と受
振側(1b〜10b)とに一定間隔を介して流れ方向に
等間隔毎に配置する。
発振側(la〜10a)より受振側(1b〜10b)に
向けて超音波を常時発振させて各気泡列に衝突反射して
センサに戻るまでの時間を測定することにより気泡Sの
深さを測定することができる。
この関係は第6図にあられされた各センサの反射記録模
式図によって明瞭にあられされる。
したがってこの場合、例えば水深を6mであるとすると
、tz =6mx2/1500m/s=8msによって
求められる。
向上記の実施例においては水の流れ方向の測線上に複数
の超音波センサ(1〜10)を流れ方向に沿って等間隔
毎に配置する場合について述べたが、必ずしもこれに限
られるものではな(一対の発振および受振センサを対設
するとともに、これを流れ方向に移動自在に設置すにこ
とにより移動中における超音波の反射波を記録するよう
にしてもよい。
(発明の効果) 本発明は上記した通り水底より気泡を発生させる手段と
、上記気泡発生点の鉛直上から下流方向一定の範囲内に
おいて気泡成分を検出する手段とからなり、水底より気
泡を連続的に発生させつつ、上昇気泡群の水面に向けて
の移動経過を観測して気泡列の上昇角度や気泡発生点鉛
直線からの移動距離如何により水の流速を測定するよう
にしたために簡便でしかも流速の正確な測定値が得られ
るとともに、継続的な測定が可能となり、しかも測定機
器類の破損のおそれもなく、また耐久性を向上させるこ
とがきる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による測定法の1例をあられした河川の
流れ方向に対して直交する側面図、第2図は第1図の状
態において河川の流れ方向に直交させてビデオカメラと
照明装置を取りつけた状態の平面図、 第3図は第1図および第2図の測定状態をあられした側
面図、 第4図は気泡成分検出の手段として超音波センサを用い
た場合の側面図、 第5図は第4図における平面図、 第6図は第4図および第5図の測定法により測定した場
合の各センサの反射記録模式図を示す。 ■・・・・・・・・・水  底 2・・・・・・・・・気泡発生装置 S・・・・・・・・・気  泡 p・・・・・・・・・鉛直線 VTR・・・ビデオカメラ L・・・・・・・・・照明装置 発明者 栗 本   廣 特許出願人 大成基礎設計株式会社 代理人 弁理士  吉  村  分 画 図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)水底より気泡を発生させる手段と、上記気泡発生
    点の鉛直上から下流方向一定の範囲内において気泡成分
    を検出する手段とからなる流水速度測定法。
  2. (2)気泡成分を検出する手段は、流水の流れ方向に対
    して交さ方向に向けてビデオカメラを設置し、気泡列の
    撮像をもとに、その上昇角度如何により流速を検出する
    ようにした請求項(1)に記載の流水速度測定法。
  3. (3)気泡成分を検出する手段は流水の流れ方向に対し
    て交さ方向に向けた複数の超音波センサを設置し、気泡
    列の探索による気泡列上昇角度または気泡移動距離如何
    により流速を検出するようにした請求項(1)に記載の
    流水速度測定法。
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