JPH0612325B2 - 水の浮遊物質混入度合計測方法およびその計測装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 この発明は、水の浮遊物質混入度合を計測する方法およ
びその計測装置に関する。

《従来の技術》 周知のように、水力発電用・飲料水用などの貯水池に
は、雨水とともに浮遊土砂が流入する。

ところが、水力発電所でそうした浮遊土砂がかなり多く
含まれた状態の濁水をそのまま取水すると、浮遊土砂は
水路や沈砂池に堆積してして水流を妨げるばかりでな
く、水車や導管などを著しく損傷させることになる。

このため、現段階においては、水力発電所では、大雨な
どにより河川の流入土砂が増加した場合には、河川の流
量を参考にして取水量を制御することでその対策として
いる。

しかしながら、河川の流量からは貯水池に流入する浮遊
土砂を正確に推定することができないので、実際には、
前述した浮遊土砂による水車の損傷などを防止する対策
としては極めて不十分であった。

一方、飲料水用の貯水値においても、濁水の流入は貯水
池内の水を著しく汚染するので、その迅速な放流が望ま
れているが、この種の貯水池では、表層と深層との温度
差、浮遊土砂の濃度差があって、濁水の分布が正確に把
握できないので、発電所と同様にその対策に苦慮してい
るのが実状である。

このような問題に対しては、例えば、貯水池の浮遊物質
混入度合を測定し、その測定値に基づいて取水や放流を
制御すれば簡単に解決できるように思われるが、従来か
ら用いられている浮遊物質混入度合計測方法およびその
計測装置には、特に前述した如き用途に適用する際に、
以下に説明する技術的課題があった。

《発明が解決しようとする課題》 すなわち、従来から提供されている浮遊物質混入度合計
測方法としては、現場から採取した試料水中に含まれて
いる浮遊土砂を濾紙や遠心分離機で分離し、分離された
浮遊土砂を衡量して、室内試験によりその混入度合を求
める方法と、試料水に光線を投射し、その透過光ないし
は散乱光の強度を測定して、浮遊物質の混入度合を求め
る方法とがある。

しかしながら、前者の浮遊物質混入度合測定方法では、
正確に浮遊土砂量を測定できるが、現位置でのリアルタ
イムでの測定ができないので、前述した貯水池の取水な
いしは放水制御に採用することができない。

一方、後者の浮遊物質混入度合測定方法では、現位置で
リアルタイムに測定することができるが、水中に設置し
たままにしておくと、土砂の堆積や付着などがあって、
長時間の連続測定では、これらの除去が必要になり、測
定機器の保守，管理が面倒な上に、浮遊土砂の色彩によ
って測定誤差が大きく、しかも、測定レンジが狭く、多
量の浮遊土砂が含まれた水の浮遊物質混入度合の測定に
は不向きであった。

この発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされた
ものであり、その目的とするところは、現位置でのリア
ルタイムでの連続測定および広範囲に亘る測定が、容易
な保守，管理の下に行える水の浮遊物質混入度合計測方
法およびその計測装置を提供するとにある。

《課題を解決するための手段》 上記目的を達成するために、本発明にかかる水の浮遊物
質混入度合計測方法は、測定対象位置の深度，水圧，水
温をそれぞれ測定し、これらの各測定値と標準水密度と
から浮遊物質の混入による密度増加量を求め、この密度
増加量の大きさにより浮遊物質の混入度合を決定するこ
とを特徴とする。

また、本発明にかかる水の浮遊物質混入度合計測装置
は、既知の深度に設置された水圧計と、水温を測定する
温度計と、前記水圧計の測定値と前記温度計の測定値に
おける標準水密度とから浮遊物質の混入による密度増加
量を演算する演算装置とを有することを特徴とする。

《発明の作用効果》 上記構成の水の浮遊物質混入度合計測方法および装置に
よれば、水中に水圧計と温度計とを設置し、これらの測
定値と標準水密度とから浮遊物質の混入による密度増加
量を演算して、水の浮遊物質混入度合を求めるので、現
位置でのリアルタイムでの連続測定が可能になる。

また、水圧計は、一般に、液密構造になっているので、
浮遊土砂の堆積，付着による影響がなく、保守，管理も
ほとんど必要にならない。

さらに、水圧計は各種の測定レンズを有するものがある
ので、測定対象水に含まれている浮遊物質の量に応じて
これを適宜選択することにより、広範囲の浮遊物質混入
度合を測定することができる。

《実施例》 以下、この発明の好適な実施例について添付図面を参照
にして詳細に説明する。

まず、本発明の具体的な実施例を説明する前に、本発明
の測定方法の原理について説明する。

第１図は、本発明の測定方法の原理説明図であって、同
図において、水深ｈ点の水圧をＰとすると、同点におけ
る流水の単位重量：γ_Ｗは次の式で示される。

γ_Ｗ＝Ｐ／ｈ…… 一方、流水の密度ρ_Ｗは、重力加速度をｇとすると次の
式で示される。

ρ_Ｗ＝γ_Ｗ／ｇ…… いま、流水の密度ρ_Ｗに対して、浮遊物質の混入による
増加分をΔρとし、流水と同温度における清水の密度を
ρ′_Ｗとすると、 Δρ＝ρ_Ｗ−ρ′_Ｗ…… となり、水深ｈ，水圧Ｐ，水温がそれぞれ解れば、これ
らの値から浮遊物質の混入による流水密度の増加分Δρ
が演算でき、増加分Δρの大きさにより流水の浮遊物質
混入度合を定量的に測定できることになる。

一方、浮遊物質の粒子密度をρ_Ｓとすると、流水単位体
積中の浮遊物質質量ｍは以下の式で示される。

ｍ＝ρ_Ｓ×Ｖ_Ｓ ＝ρ_Ｓ×（ρ_Ｗ−ρ′_Ｗ）×Ｖ/(ρ_Ｓ−ρ′_Ｗ) ＝ρ_Ｓ×Δρ／（ρ_Ｓ−ρ′_Ｗ）…… Ｖ_Ｓ：単位体積の流水において浮遊物質の占める体積 Ｖ：単位体積 ここで、浮遊物質粒子密度ρ_Ｓは、同一測定地点ではほ
ぼ一定であると考えられるため、流水単位体積中の浮遊
物質質量ｍは、浮遊物質混入による流水密度増加分Δρ
と強い一次の正の相関関係があることになり、上記式
は次のようにして近似できる。

ｍ＝ｋ×Δρ…… これにより、例えば、 （１）本発明の測定により得られるΔρと、現地採水に
よる浮遊物質質量分析結果とを比較して予めｋを設定し
ておく。

あるいは、 （２）浮遊物質粒子密度ρ_Ｓを実際に測定して予めｋを
設定しておく。

等の方法により、式に基づいて流水度増加分Δρから
その流水の単位体積中に含まれる浮遊物質質量ｍを求め
ることができる。

より具体的には、（１）の方法の場合、実際の取水地点
でその地点での流水の単位体積中に含まれる浮遊物質の
質量ｍと流水密度の増加分Δρとを測定しておくことに
より、式の関係からその取水地点における定数ｋが知
られるので、以後流水のΔρを測定すれば、浮遊物質質
量ｍが求められるので、また、（２）の方法によれば、
，式の比較から明らかに、 ｋ＝ρ_Ｓ／（ρ_Ｓ−ρ′_Ｗ）…… と表わされるから、実際の取水地点におる浮遊物質の粒
子密度ρ_Ｓを測定しておけば、以後Δρを測定すること
によって、その地点での浮遊物質質量ｍを求めることが
できる。この測定方法は、前述したように、同一測定地
点におけるρ_Ｓはほぼ一定とみなすことができるという
知見に基づいている。すなわち、取水地点が設けられる
ある河川の特定地点では、最初にその地点固有の定数ｋ
を求めておくことにより、以後連続的にその地点での浮
遊物質質量を求めることができる。異なる取水地点で測
定を行なう場合には、その地点での定数ｋをあらためて
測定すれば良い。

第２図から第４図は、この発明にかかる水の浮遊質混入
度合計測装置の一実施例を示している。

同図に示す浮遊物質混入度合計測装置は、貯水値１０の
深度ｈ１およびｈ２に設置された２つの水圧計１２，１
４と、水圧計１２，１４の設置位置の水温を測定する２
つの温度計１６，１８と、これらの各計器の出力が入力
される演算装置２０とから構成されている。

第３図は、上記水圧計１２，１４の一例を示している。

同図に示す水圧計１２，１４は、いわゆる水晶式の水圧
計であって、ケース２２の下端にはフィルタが装着され
るととともに、ケース２２内のほぼ中心には水晶センサ
２６が内蔵されている。

水晶センサ２６の一端には、中心部に支点を持つ偏位伝
達部材２８が一端側が固設され、この偏位伝達部材２８
の支点を挟んだ他端側には、一端が枠体３０に固定され
た一対のベローズ３２，３４が対向するように配置され
ている。

上部側のベローズ３２は、大気解放チューブ３６を介し
て大気に解放され、下部側のベローズ３４は、水圧伝達
用チューブ３８を介してフィルタ２４に接続されてい
る。

このように構成された水圧計１２，１４では、水深の変
化に伴なう水圧の変化は、水圧伝達チューブ３８を介し
て下部側のベローズ３４に伝達され、このときベローズ
３４の下端が枠体３０に固定されているのでその上端の
みが水圧に応じて伸縮し、この伸縮が偏位伝達部材２８
を介して水晶センサ２６に加えられ、水晶センサ２６に
歪みが生じる。

水晶センサ２６に歪みが加えられると、その発振周波数
が変化するので、その周波数変化を水圧に換算する。

このとき、上部側のベローズ３２は、チューブ３６を介
して大気に解放されているので、高気圧や低気圧による
大気圧力の変動を感知して、水面に加わる大気圧の変化
による水圧への影響を消去する。

一方、上記演算装置２０は、水圧計１２，１４および温
度計１６，１８からの入力信号を、デジタル信号に変換
する変換器２０ａと、変換器２０ａからの信号を受けて
これを演算処理する演算器２０ｂとから構成されてい
る。

演算器２０ｂで実行される処理手順の概要を第４図に示
しており、処理手順では、まず、ステップＳ１で水圧計
１２，１４の既知の設置深度ｈ１，ｈ２およびこれらの
出力信号Ｐ１，Ｐ２および温度計１６，１８の出力信号
Ｔ１，Ｔ２が変換器２０ａを介して取込まれる。

次いで、ステップＳ２で水圧計１２と同１４との設置位
置間の間隔、および水圧差ΔＰ＝Ｐ２−Ｐ１が計算さ
れ、ステップＳ３でこれらの各計算値から前述した式
に基づいて、流水の単位体積重量γ_Ｗが演算される。

ステップＳ４では、Ｔ２℃における清水の密度ρ′_Ｗが
演算されるとともに、γ_Ｗを重力加速度ｇで除して流水
の密度ρ_Ｗが計算される。

なお、この場合、清水の温度に対する密度変化は良く知
られているので、これを予め記憶させておいても良い。

続くステップＳ５では、前述した式に基づいて、浮遊
物質混入による密度増加分Δρが演算され、処理手順が
終了する。

ここで、前記したように、例えば、現地採水により浮遊
物質分析を行って、前述した式における定数ｋを予め
設定しておけば、ステップＳ５の結果に基づいて浮遊物
質量量ｍを求めることももちろん可能である。

さて、以上のように構成された本発明の浮遊物質混入度
合計測装置では、現位置でのリアルタイムでの連続測定
が可能になる。

また、本発明者らの実験によると、浮遊物質量２００pp
m前後の低濃度から数万ppmに亘る高濃度までの自動測定
ができることが確認されている。

さらに、水圧計１２，１４は、水晶センサ２６がカバー
２２に内蔵されているので、水垢や浮遊物質の付着など
の影響を受けないので、保守点検が殆ど不要であって、
管理が極めて簡単になる。

第５図は、この発明の他の実施例を示しており、同図
（Ａ）は、水面から等間隔になるように多数の水圧計１
２ａ，１２ｂ，…，１２ｎを配置した例であり、このよ
うに水圧計を多数配置すると、貯水池などの表層から深
層まで連続して、深度毎に浮遊物質の分布状態を正確に
把握できる。

また、同図（Ｂ）は一対の水圧計１２ａ′，１２ｂ′を
所定の間隔で固定し、これを上下方向に移動させるよう
に構成している。

この構成によっても上記と同様に、任意の水深の浮遊物
質量を測定できる。

さらに、同図（Ｃ）は、台船４２に同図（Ｂ）の水圧計
１２ａ′，１２ｂ′を設置したものであり、この構成に
よれば、台船４２を移動させることにより、任意の位置
で、任意の深度での浮遊物質混入度合の測定が可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の計測方法の原理説明図、第２図から第
４図はこの発明にかかる水の浮遊物質混入度合計測装置
の一実施例を示しており、第２図はその全体配置図、第
３図は水圧計の詳細図、第４図は演算装置のフローチャ
ート、第５図は同計測装置の他の実施例を示す説明図で
ある。 １２，１４……水圧計 １６，１８……温度計 ２０……演算装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小松崎 勇一 長野県小諸市乙294―21 東京電力株式会 社千曲川電力所内 (72)発明者 篠田 勝一 東京都千代田区麹町５丁目４番地 日本工 営株式会社内 (72)発明者 加藤 俊夫 東京都千代田区麹町５丁目４番地 日本工 営株式会社内 (72)発明者 新里 邦生 東京都中央区新川１丁目５番13号 中浅測 器株式会社内 (72)発明者 石井 敏哉 東京都中央区新川１丁目５番13号 中浅測 器株式会社内 (56)参考文献 特開 昭57−37245（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水中に混入している浮遊物質の混入度合を
   計測する方法であって、測定対象位置の深度，水圧，水
   温をそれぞれ測定し、これらの各測定値と標準水密度と
   から浮遊物質の混入による密度増加量を求め、この密度
   増加量の大きさにより浮遊物質の混入度合を決定するこ
   とを特徴とする水の浮遊物質混入度合計測方法。
2. 【請求項２】既知の深度に設置された水圧計と、水温を
   測定する温度計と、前記水圧計の測定値と前記温度計の
   測定値における標準水密度とから浮遊物質の混入による
   密度増加量を演算する演算装置とを有することを特徴と
   する水の浮遊物質混入度合計測装置。