JPH0518849A - 電流ベクトルによる漏水位置検知方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 比較的少ない測定個所により精度の高い漏水
位置検知を可能にすると共に、測定点を固定することに
より水のような流動性物質を収容する場合でも廃棄物の
ような非流動性物質を収容する場合でも同様に適用でき
るようにする。 【構成】 遮水構造物１の内部に電圧印加用内部電極５
を固定設置し、遮水構造物１の外部の地中に電圧印加用
外部電極６を埋設設置し、遮水構造物１の内部の複数の
所定位置に電流ベクトル測定器８を設置し、電圧印加用
内部電極５と電圧印加用外部電極６との間に電圧を印加
し、該電圧により所定位置に生ずる電流の大きさおよび
方向を電流ベクトル測定器８により測定し、該測定結果
より漏水位置を検知するようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、貯水槽、廃棄物処分
場、その他の、遮水層を備えた遮水構造物における漏水
位置を、電気的に検知する方法の改良に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】貯水槽や管理型最終処分場などを建設す
る場合に、遮水層を形成する遮水工の材料として合成樹
脂などの人工的不透水膜（ビニールシート、ゴムシート
など）を使用すると、コンクリート・ライニングにより
施工した場合に比較して、遮水性の高い構造物を低廉か
つ短期間に建設することができることから、最近では汚
染水の地中への漏洩を防ぐことが必要とされる管理型最
終処分場の建設に当たっても１ｍｍ乃至２ｍｍの薄い人
工的不透水膜（以下シートという）を使用する遮水工法
が採用される場合が増加する傾向にある。

【０００３】しかし、シートによる遮水工法の欠点とし
て、何らかの原因によりシートに損傷が生じて、遮水構
造物に穴が発生した場合、シート自体が建設材料として
脆弱なものであるため遮水構造物からの漏水が次第に大
きくなるが、特に管理型最終処分場などにおいては、周
辺の環境に対する汚染を最小限に防止するために、シー
トに発生した穴すなわち遮水層の損傷位置を可及的早急
に発見して補修する必要があり、シートの損傷位置すな
わち漏水位置を正確に検知する技術が必要とされる。

【０００４】このような電気的な漏水位置検知方法とし
ては、本願の出願人による、遮水構造物内の電位差の分
布状況を測定して漏水位置を把握する方法（特開平１−
１７８８４３号）や、遮水構造物内において電流を挿入
する電極を適当に移動させ、この電極から流れる電流の
方向から漏水位置を把握する方法（物理探査学会第８１
回学術講演会論文集、平成１年１１月）などが提案され
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
方法では、精度の高い測定を行おうとすると、電位の分
布を細かく捉えるため測定点が多くなる問題と、電位測
定を行うためには、電位の基準点を設けてこの点と各測
定点の電位差から電位を求める必要があることから、各
測定点を基準点と電気的に結ぶ必要があり、各測定点間
を無線化することができない問題とがある。また、後者
の方法では電流を挿入する電極を移動させる必要がある
ため、遮水構造物に収容される電導性の媒体物質が流動
性の液体である場合は問題はないが、非流動性の廃棄物
などの場合には簡単に電極を移動できないため、測定対
象施設に収容される媒体物質が廃棄物などの固体である
場合は使用できないという決定的な欠点がある。

【０００６】本発明の目的は、上述の課題を解決し、比
較的少ない測定個所により精度の高い漏水位置検知を可
能にすると共に、測定点を固定することにより水のよう
な流動性物質を収容する場合でも廃棄物のような非流動
性物質を収容する場合でも同様に適用できる、漏水位置
検知方法を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、遮水構造物の
内部に電圧印加用内部電極を固定設置し、前記遮水構造
物の外部の地中に電圧印加用外部電極を埋設設置し、前
記遮水構造物の内部の複数の所定位置に電流ベクトル測
定手段を設置し、前記電圧印加用内部電極と前記電圧印
加用外部電極との間に電圧を印加し、該電圧により前記
所定位置に生ずる電流の大きさおよび方向を前記電流ベ
クトル測定手段により測定し、電流の大きさの分布、及
び電流の方向から漏水位置を検知するようにしている。

【０００８】

【作用】電気的絶縁物による遮水層を備えた遮水構造物
において、電導性物質を収容する遮水構造物の内部に固
定設置される内部電極と、遮水構造物の外部に固定設置
される外部電極との間に電圧を印加すると、遮水層であ
る電気絶縁物に穴が発生している場合は、この穴を通し
て内部電極と外部電極との間に電流が流れるが、遮水構
造物内における各点の電流の方向や相対的な電流の大き
さは、内部電極と穴の位置関係によって定まるので、遮
水構造物内の２点以上で電流の大きさと方向を測定する
ことにより、遮水層に発生している穴の位置すなわち漏
水位置を検知することができる。

【０００９】

【実施例】図１は、本発明の電流ベクトルによる漏水位
置検知方法を実施する場合の遮水構造物１の断面図であ
り、図２は同じく遮水構造物１の上面図である。

【００１０】図１において、遮水構造物１は通常谷状の
地面を整形した矩形開口で垂直断面が台形の構造物とし
て形成され、その内面に電気的絶縁性の人工的不透水膜
（以下シートという）２が遮水層として敷設されてい
る。水あるいは廃棄物などの電導性物質３が遮水構造物
１に収容される。

【００１１】図１に示すように、電気的絶縁物で覆われ
た電導性物質３（この場合は遮水構造物１の内部に収容
される物質）と、その外側の電導性物質４（この場合は
土壌）との間に電圧印加（電流挿入）用の内部電極５お
よび外部電極６により電圧Ｖを加えた場合、内側の電導
性物質３を覆っているシート２に穴７が開いていなけれ
ば、シート２を浸透して流れる電流やシート２の表面を
伝わって流れる僅かな漏洩電流と、シート２が絶縁体で
あることから生じる電気的容量成分（キャパシタンス）
により流れる容量性電流以外の電流は流れず、印加した
電圧Ｖの周波数が低ければ容量性電流も殆ど流れないの
で、概して電流は流れないものと見做すことができる
が、シート２に穴７が開いている場合はこの穴７を経由
して電流が流れる。図２に示すように、この穴７を通っ
た電流は遮水構造物１の内部では、電導性物質３を伝導
して穴７と電導性物質３内に挿入された内部電極５との
関係によって生じる電気力線に沿って流れる。この電気
力線は電気的絶縁物であるシート２で覆われた電導性物
質３の形状などによって影響されるが、これらが既知で
あれば穴７と内部電極５との位置関係により定まるの
で、電流ベクトルを測定して、２点以上の点で電流の流
れる方向と大きさを把握することにより、シート２に生
じた穴７の位置を検知するものである。

【００１２】図３は、本発明の電流ベクトルによる漏水
位置検知方法を実施する装置例の構成図である。

【００１３】図３に示すように、電流ベクトル測定器８
を電気的絶縁物であるシート２により遮水工を施した遮
水構造物１の内部に所定の間隔で固定設置し、電圧印加
用の内部電極５を遮水構造物１の内部に、また、電圧印
加用の外部電極６を遮水構造物１の外部近傍の地中に埋
設設置する。

【００１４】測定センタ９に設置された交流定電圧電源
１０から、内部電極５と外部電極６との間に低周波定電
圧の交流電圧が印加される。

【００１５】なお、印加される電圧としては、原理的に
は直流、交流何れでもよいが、実際にフィールドに適用
する場合、大地には地電流が流れており、この影響から
逃れるために、扱う信号を交流にした方が測定精度が向
上する。また、廃棄物中や大地に電極を設置すると分極
電位が発生するが、この影響を避けるためにも信号電源
としては交流を使用する方が望ましい。

【００１６】この状態でシート２に何らかの損傷が無け
れば、内部電極５と外部電極６との間には殆ど電流が流
れない。しかし、シート２に損傷すなわち穴７が存在す
る場合は、上述のようにこの穴７を通して内部電極５と
外部電極６との間に電流が流れる。

【００１７】この電流の大きさと方向を、遮水構造物１
内に所定の間隔で設置した電流ベクトル測定器８で測定
し、各電流ベクトル測定器８で測定した測定データを測
定センタ９に送信し、測定センタ９に設けられた演算回
路１１により処理することで、シート２に発生した穴７
の位置すなわち漏水位置を検知する。検知した結果はＣ
ＲＴあるいはＸ−Ｙプロッタなどの出力装置１２により
表示する。

【００１８】また、タイミング信号発生回路１３は交流
定電圧電源１０のオンオフ制御を行うと共に、前述のよ
うに大地の地電流の影響や分極電位（ほぼ直流成分）か
らの影響を避けるために、印加する電源として低周波の
交流電源を使用するため、流れる電流の方向が電源の極
性が変化する毎に１８０度変化することから、電流ベク
トルの方向の測定に当たっては電源の極性と同期を取り
つつ行う必要があり、交流定電圧電源１０と電流ベクト
ル測定器８に同時に位相信号を送り、両者の同期を取る
ようにする。

【００１９】さらに、本装置例では、測定センタ９と電
流ベクトル測定器８との間の測定制御および測定データ
の転送は無線方式で行うようにし、このため、通信回路
１４はタイミング信号発生回路１３の制御により電流ベ
クトル測定器８に対して電流ベクトルの測定を指示する
変調信号を発生し、これをアンテナ１５を通して空中に
輻射すると共に、電流ベクトル測定器８からの測定デー
タ信号をアンテナ１５により受信し、これを復調して演
算回路１１に送る。

【００２０】図４は、電流ベクトル測定器８における測
定用電極の外観図および回路ブロック図である。

【００２１】電流ベクトル測定器８の測定用電極１６
は、平行した電極保持部１７の間にＸ方向とＹ方向の電
流を測定する２組の電極子１８ｘ，１８ｙをそれぞれ直
交する方向に配置するようにして形成され、通信回路１
９が測定センタ９から送られてくる制御信号を受信復調
し、電流ベクトル測定回路２０が測定センタ９から送信
されてくる制御信号に含まれる位相信号により同期を取
りつつ、Ｘ方向およびＹ方向の電流の大きさ及び極性を
測定し、これらの測定値を合成することにより、電流ベ
クトル測定器８の置かれる位置における電流ベクトルの
大きさおよび方向のデータとして検出し、測定センタ９
からの要求に従って通信回路１９により変調された信号
としてアンテナ２１から測定センタ９側に無線送信す
る。

【００２２】電流ベクトル測定器８の電源には太陽電池
２２を使用し、太陽電池２２で発電した電力は二次電池
２３に充電して、必要な時に電流ベクトル測定器８の各
回路に供給するが、この制御を電源回路２４が行う。

【００２３】従来の漏水位置検知方法では、測定手段に
より測定したデータの転送を無線化することが困難であ
って、遮水構造物に設置される測定手段（測定用内部電
極）と測定結果の演算処理手段との間を測定データ転送
用の配線で接続する必要があり、埋め立て中の最終処分
場における適用の場合などには、配線が作業上の障害と
なるなどの問題があったが、本装置例のように、電流ベ
クトル測定器８と測定センタ９との間のデータ転送を無
線方式により行うと共に、太陽電池２２を使用した電源
システムを採用することにより、電流ベクトル測定器８
と測定センタ９とは完全にコードレス化することができ
る。

【００２４】遮水構造物１内の穴７の位置すなわちシー
ト２の損傷位置の検知に際しては、先ずタイミング信号
発生回路１３から交流定電圧電源１０に制御信号を送
り、交流定電圧電源１０をオンさせることで、内部電極
５と外部電極６との間に低周波の定電圧交流を印加す
る。また、位相信号を交流定電圧電源１０および電流ベ
クトル測定器８に送信し、両者の同期を取る。次に、測
定センタ９側からの制御により各電流ベクトル測定器８
を指定して、各電流ベクトル測定器８における測定デー
タを順々に読み取り、演算回路１１内の記憶回路（不図
示）に蓄積する。全部の電流ベクトル測定器８に関わる
電流ベクトルの大きさおよび方向の全データを収集する
と、演算回路１１において遮水構造物１内の穴７の位置
すなわちシート２の損傷位置を演算し、その結果をＣＲ
ＴあるいはＸ−Ｙプロッタなどの出力装置１２に表示す
る。

【００２５】なお、実際に全部の電流ベクトル測定器８
における電流ベクトルの大きさおよび方向のデータから
遮水構造物１内の穴７の位置すなわちシート２の損傷位
置を演算するに当たっては、上下方向に流れる電流成分
および容量性電流は位置測定に関係ないので、穴７の位
置の演算の前に背景となる電流成分として消去する必要
があり、電流のスカラー量が標準偏差以内の測定データ
を抽出して、Ｘ方向およびＹ方向それぞれの平均値を求
め、これをＸ方向およびＹ方向の背景として全測定デー
タからそれぞれ差し引くことにより位置測定に関係のな
い電流成分を消去して正確な位置検知を可能とする。

【００２６】図５は漏水位置検知の実験例を示す図であ
り、同図の○印の位置がシート２の損傷位置の検知結果
に相当する。なお、この実験例では、シート２により遮
水工が施された遮水構造物１の底部に５０ｍ毎に測定用
電極１６を固定設置し、内部電極５を（１５０，０）の
●印の位置に設置し、遮水構造物１のシート２の概ね
（１２５，１２５）に＊印により示す疑似穴２５を開
け、各測定用電極１６に流れる電流ベクトルを測定して
背景消去を行った後の電流ベクトルの分布状況をＸ−Ｙ
プロッタにより出力表示させたものであり、極めて正確
にシート２の損傷位置を検知している。

【００２７】次に電流ベクトルによる漏水位置の演算原
理について説明する。破損位置の求め方として、メッシ
ュ状に配置した電流ベクトル測定器のデータと内部電極
の位置から、処分場内を流れる電流の全体の状況を把握
して破損位置を求めることもできるが、本実験例は、先
ず各測定点の電流の大きさと方向から、大まかな破損位
置がどの測定点の間に存在するかを見つけ、次にその破
損位置を取り囲む４つの測定点のデータから最終的な位
置を把握する方法を用いている。このメリットとして
は、演算が少なく、演算時間を短縮できる点がある。

【００２８】どの測定点間に破損位置が存在するかの判
断は、図５から分かるように破損位置周辺では電流ベク
トルが大きくなっており、電流値が大きくなる。このこ
とから、ある一定値以上の点を選び出す。例えば、標準
偏差以上の点で、内部電極の近傍でない点。内部電極の
近傍も図５のように、電流は大きくなるので、例えば図
６のような条件で誤って内部電極を破損位置として選ば
ないようにする。選んだ点のベクトル方向に破損位置が
あると考え、選んだ点と、その点の電流ベクトルが示す
方向の３点を選び出し、計４点の測定値から最終位置を
算出するための演算を行う。

【００２９】最終位置の算出を行う方法について次に説
明する。図７（ａ）の説明図に示すように、均一な電導
媒体物質の１点から電流Ｉが四方に流れる場合に、距離
ｒの点で面積ΔＳでこれを受けた時の電流ｉは（１）式
により与えられる。

【００３０】図７（ｂ）に示す半球の場合、すなわち、
電流Ｉが流れ出る点より下方には電流が流れない場合
の、距離ｒの点で面積ΔＳで受けた時の電流ｉ′は
（１）式に示す電流ｉの２倍となる。

【００３１】半球の底面に設置したと同様の状態で、図
７（ｃ）に示す２点Ａ，Ｂで測定される電流ｉ1,ｉ2 と
電流Ｉが流れ出す点から２点Ａ，Ｂまでの距離ｒ1,ｒ2
との間には、次の関係が成立する。

【００３２】これら２式の比から、 ｒ1,ｒ2 は正であるので、（６）式が得られる。

【００３３】Ａ，Ｂ間の距離をＨとすると、ｒ1 は
（７）式となる。

【００３４】そこで、図８における測定用電極１６Ａ，
１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄで測定した電流ベクトルをそれ
ぞれＩa,Ｉb,Ｉc,Ｉd とし、それぞれの電流ベクトルの
ｘ，ｙ成分をＩax，Ｉay，Ｉbx，Ｉby，Ｉcx，Ｉcy，Ｉ
dx，Ｉdyとする。また、測定用電極１６Ａから穴７（シ
ート２の損傷位置に相当）までの距離をＸ，Ｙとし、各
測定用電極間距離１６Ａ〜１６Ｂ，１６Ｂ〜１６Ｃ，１
６Ｃ〜１６Ｄ，１６Ｄ〜１６ＡをＨ（一定）とする。

【００３５】先ず、測定用電極１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｄ
から求まるｘ，ｙ成分であるＸa,Ｙa を求めると、
（７）式より、 同様にして測定用電極１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃから求ま
るｘ，ｙ成分をＸb,Ｙb、測定用電極１６Ｂ，１６Ｃ，
１６Ｄから求まるｘ，ｙ成分をＸc,Ｙc 、測定用電極１
６Ｃ，１６Ｄ，１６Ａから求まるｘ，ｙ成分をＸd,Ｙd
とすると、（１０）〜（１５）の式が得られる。

【００３６】ノイズなどを考慮して、中心となるそれぞ
れの電流ベクトルＩのスカラー量｜Ｉ｜より加重平均を
とることにより、最終的に測定用電極１６Ａから穴７
（シート２の損傷位置に相当）までの距離をＸ，Ｙが
（１６）式および（１７）式のように得られる。

【００３７】なお、これらの演算は演算回路１１に内蔵
されるマイクロコンピュータ（不図示）により行われ、
固定設置されている測定用電極１６の何れか（上述の説
明の場合は測定用電極１６Ａ）からの絶対位置としてシ
ート２の損傷位置が検知される。

【００３８】なお、測定用電極１６における電極子１８
ｘ，１８ｙの数は、上述の説明におけるように、図９
（ａ）の説明図に示すような２対４個にかかわらず３個
以上あればよく、図９（ｂ）や図９（ｃ）に示すよう
に、電気理論的に電流ベクトルが演算可能である形状で
あればどのような配置としてもよい。

【００３９】また、以上の実施例の説明は平面上の電流
ベクトルを求める例として説明したが、遮水工の底面が
斜めであるような場合など、３次元で電流ベクトルを測
定する必要がある場合には、上述の実施例の測定断面を
直交させるようにして測定することで、シート２の損傷
位置の検知が可能となる。

【００４０】さらに精度は落ちるが、下記の（１８）式
及び（１９）式より図１０に示されるように２つの測定
用電極１６Ａ，１６Ｂから漏水の位置を求めることもで
きる。これは電流ベクトル測定器を配置した範囲外に漏
水位置がある場合に有効である。

【００４１】測定用電極１６Ａから求めたｙ成分は であり、測定用電極１６Ｂから求めたｙ成分は であるから、スカラー量より加重平均をとることによっ
て（１９）式が得られる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
遮水構造物の内部に電圧印加用内部電極を固定設置し、
前記遮水構造物の外部の地中に電圧印加用外部電極を埋
設設置し、前記遮水構造物の内部の複数の所定位置に電
流ベクトル測定手段を設置し、前記電圧印加用内部電極
と前記電圧印加用外部電極との間に電圧を印加し、該電
圧により前記所定位置に生ずる電流の大きさおよび方向
を前記電流ベクトル測定手段により測定し、該測定結果
より漏水位置を検知するようにしたから、比較的少ない
測定個所により精度の高い漏水位置検知を可能にすると
共に、測定点を固定することにより水のような流動性物
質を収容する場合でも廃棄物のような非流動性物質を収
容する場合でも同様に適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電流ベクトルによる漏水位置検知方法
を実施する場合の遮水構造物の断面図である。

【図２】同じく電流ベクトルによる漏水位置検知方法を
実施する場合の遮水構造物の上面図である。

【図３】本発明の電流ベクトルによる漏水位置検知方法
を実施する装置例の構成図である。

【図４】電流ベクトル測定器における測定用電極の外観
図および電流ベクトル測定器の回路ブロック図である。

【図５】本発明による漏水位置検知の実験例における測
定電流ベクトルを示す図である。

【図６】図５において内部電極近傍の破損位置選出条件
を示す図である。

【図７】電流ベクトルによる漏水位置の算出方法を示す
図である。

【図８】電流ベクトルによる漏水位置の具体的な求め方
を示す図である。

【図９】測定用電極の配置の別の例を示す図である。

【図１０】電流ベクトルによる漏水位置の具体的な求め
方の別の例を示す図である。

【符号の説明】

１ 遮水構造物 ２ 人工的不透水膜（シート） ３ 電導性物質 ４ 電導性物質（土壌） ５ 内部電極 ６ 外部電極 ７ 穴 ８ 電流ベクトル測定器 ９ 測定センタ １０ 交流定電圧電源 １１ 演算回路 １２ 出力装置 １３ タイミング信号発生回路 １４ 通信回路 １５ アンテナ １６，１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄ 測定用電極 １７ 電極保持部 １８ｘ，１８ｙ 電極子 １９ 通信回路 ２０ 電流ベクトル測定回路 ２１ アンテナ ２２ 太陽電池 ２３ 二次電池 ２４ 電源回路 ２５ 疑似穴 Ｈ 電極間距離 Ｉ，Ｉa,Ｉb,Ｉc,Ｉd,Ｉax，Ｉay，Ｉbx，Ｉby，Ｉcx，
Ｉcy，Ｉdx，Ｉdy 電流 ｉ，ｉ′，ｉ1,ｉ2 電流 ｒ，ｒ1,ｒ2 距離 Ｖ 交流電圧 Ｘ，Ｘa,Ｘb,Ｘc,Ｘd 距離 Ｙ，Ｙa,Ｙb,Ｙc,Ｙd 距離 ΔＳ 面積

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 電気的絶縁物による遮水層を備えた、水
   あるいは廃棄物などの電導性物質を収容する遮水構造物
   の漏水位置を検知する方法であって、該遮水構造物の内
   部に電圧印加用内部電極を固定設置し、前記遮水構造物
   の外部の地中に電圧印加用外部電極を埋設設置し、前記
   遮水構造物の内部の複数の所定位置に電流ベクトル測定
   手段を設置し、前記電圧印加用内部電極と前記電圧印加
   用外部電極との間に電圧を印加し、該電圧により前記所
   定位置に生ずる電流の大きさおよび方向を前記電流ベク
   トル測定手段により測定し、該測定結果より前記遮水構
   造物内の漏水位置を検知するようにした電流ベクトルに
   よる漏水位置検知方法。