JP4721207B2

JP4721207B2 - Runoff sediment observation system, runoff sediment measurement device, and sediment separator

Info

Publication number: JP4721207B2
Application number: JP2001092558A
Authority: JP
Inventors: 真浦; 寿久深谷; 実下井田; 秀治浜名; 康二横山
Original assignee: Asia Air Survey Co Ltd
Current assignee: Asia Air Survey Co Ltd
Priority date: 2001-03-28
Filing date: 2001-03-28
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2021-03-28
Also published as: JP2002286534A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は流出土砂観測システム、流出土砂測定装置、及び土砂分離装置に関し、特に、河川から流出する土砂の量・質・流出パターンをモニタリングするための流出土砂観測システム、流出土砂測定装置、及び土砂分離装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
河川の土砂量の測定に関しては従来から種々の方法が試みられている。それらの方法は、（ａ）土砂採取器、（ｂ）土砂測定装置によるものに大別される。
【０００３】
土砂採取器による方法は、バケツや箱などの採取器を用いて主に人力で土砂を採取するものであり、簡便・確実に観測できる利点があるが、洪水時に水深別の計測や、河床の凹凸がある場所や流れが激しい場所では安定採取が難しく、また、観測実施には多くの労力と危険が伴い、洪水特性にあわせた連続的な観測は困難な場合が多い。
【０００４】
これに対し、土砂測定装置による方法は、河道に固定式の取水孔を設けて河川水と土砂を導水し、何らかの測定装置によって土砂重量の時間的な変化を連続測定しようとする試みである。既存技術は、採取土砂の時間的な重量変化は連続計測できるものの、採取土砂をもたらす導水流量を計測できないため土砂濃度は観測できず、そのため、河川の全断面を通過する土砂量に換算する際に推算が多くなる。また、現状では水深別の計測はできず、さらに、有人観測の要素が多く無人連続観測には至っていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
流域に降った雨水は地表や渓流の土砂を浸食しながら河川に流出し、河川では河道内のある場所では浸食し、ある場所では堆積し、それらの現象を非定常に繰り返しながら河川を流下して海洋に流出する。このような水と土砂の流出や堆積の永続的な繰り返しによって河川や海岸の自然地形が形成され、地形や流水の自然環境にあわせて動植物は生存環境を形成し、それらの要素が相互に影響を及ぼしあって形成された環境の上に人類を含む多様な生物の生存基盤や社会基盤が保持されている。
【０００６】
現在の社会環境や社会基盤を健全に発展させるために治水・利水などの事業が行われるが、事業の進展の半面で、ダム堆砂、河床の低下や堆積による構造物への弊害、海岸浸食、土砂災害や洪水災害などの土砂移動に関する問題が顕在化する傾向にある。流域における雨水と土砂の移動は、環境の形成と人間の活動に深く関わった自然現象であるため、河川や海岸の環境を保全しつつ治水・利水に効果的な河川管理を行うには、流砂系における土砂の管理が必要と認識されている。
【０００７】
しかるに、日本の河川においては、どれだけの土砂が流域で生産され、それがどのように河川を移動するかに関してのデータは殆どない。すなわち、流域における土砂移動の実態はほとんど把握されておらず、その解明のために土砂移動のモニタリング技術が必要とされている。
【０００８】
土砂モニタリングには、洪水時・平常時に河川を流下する土砂の量、土砂の質、流下パターンを流域全体で迅速に精度良く把握して土砂の流出特性を知る技術が必要である。土砂の流出特性を知るには、河川の流量・流出土砂量の計測や測量などの直接的なモニタリング手法に、ヘリコプター、ＧＰＳ、ＧＩＳなどを組み合わせた広域的・間接的なモニタリングシステムの開発が必要とされている。
【０００９】
ところが、従来の流砂観測は人力による採取観測か、もしくは土砂測定装置を用いても有人観測の要素の多いシステムであり、土砂量の把握が必要な洪水時などには危険が伴うので観測できず、これを解決するものではなかった。
【００１０】
そこで、本発明は、河川を流下する土砂重量と土砂濃度を、河川の水深別に自動的に連続的にモニタリングすることができる流出土砂観測システム、流出土砂測定装置、及び土砂分離装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を解決するために、請求項１記載の発明は、土砂を運搬する河川（１）に設けられた砂防ダム（２）を介して取り込んだ河川水中の流出土砂を観測する流出土砂観測システム（１００）であって、
前記砂防ダム（２）の袖部（２Ｓ）に少なくとも一以上設置され、水と土砂とを含む前記河川水を取水する取水孔（３）と、
前記取水孔（３）に接続された導水管（４）と、
前記導水管（４）の下流側に設けられ、前記導水管（４）から放出された前記河川水の進行方向への衝撃力を減勢する衝撃緩衝装置（２０）と、
前記衝撃緩衝装置（２０）の下流側に設けられ、前記衝撃緩衝装置（２０）により進行方向への衝撃力を減勢された前記河川水から前記水と前記土砂とを分離する回転自在な回転式フルイ（５１）を有する土砂分離装置（５）と、
前記土砂分離装置（５）で分離された前記土砂を蓄積し、蓄積した土砂重量を測定する土砂重量測定装置（６）と、
前記土砂分離装置（５）で分離された前記水の濁度を測定する濁度測定装置（７）と、
前記土砂分離装置（５）で分離された前記水の水量を測定する水量測定装置（８）と、
前記土砂重量測定装置（６）、前記濁度測定装置（７）、及び前記水量測定装置（８）の各測定結果をデータ処理して、前記河川水の水量に応じた土砂運搬量を算出して連続的に記録するデータ処理装置（９）と、
を備えたことを特徴とする流出土砂観測システム（１００）である。
【００１２】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の流出土砂観測システム（１００）において、
前記土砂分離装置（５）は、前記回転式フルイ（５１）がモータ（５６）を介して回転可能に設置され、且つ、前記回転式フルイ（５１）により前記河川水から分離された前記水の帰水路（５４）に水車（５５）が設けられており、停電時に前記水車（５５）の駆動力により前記回転式フルイ（５１）が回転駆動できるように構成されていることを特徴とする流出土砂観測システム（１００）である。
【００１３】
また、請求項３記載の発明は、請求項１記載の流出土砂観測システム（１００）において、
前記土砂分離装置（５）は、前記回転式フルイ（５１）により前記河川水から分離された前記水の帰水路（５４）に水車（５５）が設けられていると共に、前記水車の回転軸（５７）に発電機が連結されており、停電時に前記発電機によって自家発電した電力を前記データ処理装置（９）に供給するように構成されていることを特徴とする流出土砂観測システム（１００）である。
【００１４】
また、請求項４記載の発明は、装置内部に取り込まれる水と土砂を含む流出土砂を測定する流出土砂測定装置（１０）であって、
前記装置内部の入口部に設けられ、前記入口部から取り込まれる前記流出土砂の進行方向への衝撃力を減勢する衝撃緩衝装置（２０）と、
前記衝撃緩衝装置（２０）の下流側に設けられ、前記衝撃緩衝装置（２０）により進行方向への衝撃力を減勢された前記流出土砂から前記水と前記土砂とを分離する回転自在な回転式フルイ（５１）を有する土砂分離装置（５）と、
前記土砂分離装置（５）で分離された前記土砂を蓄積し、蓄積した土砂重量を測定する土砂重量測定装置（６）と、
前記土砂分離装置（５）で分離された前記水の濁度を測定する濁度測定装置（７）と、
前記土砂分離装置（５）で分離された前記水の水量を測定する水量測定装置（８）と、
を備えたことを特徴とする流出土砂測定装置（１０）である。
【００１５】
また、請求項５記載の発明は、請求項４記載の流出土砂測定装置（１０）において、
前記土砂分離装置（５）は、前記回転式フルイ（５１）がモータ（５６）を介して回転可能に設置され、且つ、前記回転式フルイ（５１）により前記流出土砂から分離された前記水の帰水路（５４）に水車（５５）が設けられており、停電時に前記水車（５５）の駆動力により前記回転式フルイ（５１）が回転駆動できるように構成されていることを特徴とする流出土砂測定装置（１０）である。
【００１６】
また、請求項６記載の発明は、請求項４記載の流出土砂測定装置（１０）において、
前記土砂分離装置（５）は、前記回転式フルイ（５１）により前記流出土砂から分離された前記水の帰水路（５４）に水車（５５）が設けられていると共に、前記水車の回転軸（５７）に発電機が連結されており、前記発電機によって自家発電した電力が得られるように構成されていることを特徴とする流出土砂測定装置（１０）である。
【００１７】
更に、請求項７記載の発明は、装置内部に取り込まれる河川水又は流出土砂から水と土砂とを分離する土砂分離装置（５）であって、
前記装置内部に回転式フルイ（５１）がモータ（５６）を介して回転自在に設置され、且つ、前記回転式フルイ（５１）により前記河川水又は前記流出土砂から分離された前記水の帰水路（５４）に水車（５５）が設けられており、停電時に前記水車（５５）の駆動力により前記回転式フルイ（５１）が回転駆動できるように構成されていることを特徴とする土砂分離装置（５）である。
【００１８】
そして、上述した本発明によれば、通常時、洪水時にかかわらず、河川が運ぶ土砂量を土砂濃度と共に自動的に計測できる。また、河川を流れる水を用いて水車により発電することが可能であるので、停電時でも回転式フルイ（トロンメル）を回転駆動させることができると共に、水車を介して発電機によって自家発電した電力を利用してデータ処理装置によりデータの取得を継続させることができ、土砂量と水量の連続計測と記録が可能である。よって、日本の河川における土砂運搬量を計測することにより、流出土砂と海岸浸食・河床変動や河川環境などとの関わり、ダム堆砂や河川災害などを予測する基礎データの取得が可能となり、治水・利水と環境保護の両方が重要視される今後の河川管理への貢献度が大である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下添付図面を用いて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２０】
図１は本発明の一実施の形態の流出土砂観測システム１００の全体構成を示す全体構成図である。
【００２１】
この実施の形態の流出土砂観測システム１００では、図１(a) に示すように、河川１に設けられた砂防ダム２の主堤の一方の岸、例えば、右岸の袖部２Ｓに取水孔３を設けている。この取水孔３は、水深別に３ケ所に設けられた取水孔３Ａ，３Ｂ，３Ｃから構成した。図１(b) に示すように、取水孔３Ａは河底から１ｍの位置に設け、開口部の形状は円形とした。取水孔３Ｂは河底から０．５ｍの位置に設け、開口部の形状は円形とした。また、取水孔３Ｃは河底と同位置（０ｍ）に設け、開口部の形状は楕円形とした。取水孔３Ａ，３Ｂ，３Ｃにはそれぞれ導水管４Ａ，４Ｂ，４Ｃを接続している。
【００２２】
取水孔３Ａ，３Ｂ，３Ｃから採取された河川水（土砂を含む水）はそれぞれ導水管４Ａ，４Ｂ，４Ｃによって砂防ダム２の下流側の左岸に設置した流出土砂測定装置１０まで導かれるようにした。この流出土砂測定装置１０は、３本の導水管４Ａ，４Ｂ，４Ｃによって導かれた河川水から土砂と水とを分離する３台の土砂分離装置５Ａ，５Ｂ，５Ｃ、この土砂分離装置５Ａ，５Ｂ，５Ｃによって河川水から分離された土砂の重量を測定する土砂重量測定装置６Ａ，６Ｂ，６Ｃ、土砂分離装置５Ａ，５Ｂ，５Ｃによって土砂が除かれた水の濁度を測定する濁度測定装置７、濁度を測定した水の水量の総量を測定する水量測定装置８、及び、土砂重量測定装置６と濁度測定装置７と水量測定装置８によって測定されたデータを処理して河川の土砂流量を測定するデータ処理装置９とから構成した。
【００２３】
ここで、図１(a) に示した実施の形態の流出土砂観測システム１００を構成する各部材について個々にその構成を詳細に説明する。
【００２４】
（１）取水孔３
河川水を取り込む取水孔３は、河川の流向を考慮して河道断面を通過する土砂濃度の平均的な位置に水深方向に複数箇所設置することが望ましい。しかしながら、川幅が５０ｍ程度の川では、任意の位置に設置することは困難であるため、取水孔３の設置位置は砂防ダム右岸袖部付近とし、取水孔３の高さを変えて上段、中段、および下段の３箇所に設置した。図１(b) で説明したように、上段、中段、および下段の取水孔３Ａ，３Ｂ，３Ｃの位置は、河川底からの高さがそれぞれ１．０ｍ、０．５ｍ、および０ｍとして水深別の流出土砂を採取できる構造とした。
【００２５】
そして、上段と中段の取水孔３Ａ，３Ｂは砂防ダム２の袖部２Ｓに円形に開口させ、砂防ダム２の水通し部には導水管４Ａ，４Ｂを水平に設置し、下段の取水孔３Ｃに接続する導水管４Ｃは河床に下向きに設置し、河床を転動、滑動する土砂（砂礫）を落とし込む構造とした。なお、取水孔３Ａ，３Ｂ，３Ｃに続く砂防ダム２の内部の導水部分をコンクリートで形成し、導水管４Ａ，４Ｂ，４Ｃは砂防ダム２の外側に接続するようにしても良い。また、３つの取水孔３Ａ，３Ｂ，３Ｃには、流木と大礫の侵入を防止するためのフィルタとして、１０ｃｍ×１０ｃｍの網目のフィルタ（図示せず）を取り付けた。よって、この実施の形態において計測対象とする土砂に含まれる礫の最大径は１０ｃｍ未満である。
【００２６】
（２）導水管４
図１(a) で説明したように、各取水孔３Ａ，３Ｂ，３Ｃから流出土砂測定装置１０までの間には、各取水孔３Ａ，３Ｂ，３Ｃから採取した河川水をそれぞれ独立に導く導水管４Ａ，４Ｂ，４Ｃを設置した。各導水管４Ａ，４Ｂ，４Ｃは河道内の土砂や流砂を流出土砂測定装置１０に導くため、管内で土砂が停止、堆積せず、加速がつかず、短時間、短距離で導水することが望ましい。このため、上段と中段の取水孔３Ａ，３Ｂに接続する導水管４Ａ，４Ｂは管径を２０ｃｍとし、下段の取水孔３Ｃに接続する導水管４Ｃの管径は２５ｃｍとした。各導水管４Ａ，４Ｂ，４Ｃの設置経路は、取水孔３Ａ，３Ｂ，３Ｃと流出土砂測定装置１０までの高低差が少なく、砂防ダム２の主堤と流出土砂測定装置１０との間に副堰堤が２箇所に存在する場合のことも考慮して、河道内にＬ字型擁壁を建設し、擁壁の内側に導水管４Ａ，４Ｂ，４Ｃを設置した。そして、導水管４Ａ，４Ｂ，４Ｃ内で砂礫がスムーズに流れるように、縦断勾配が５°〜１０°を確保できる管路線型として取水孔３Ａ，３Ｂ，３Ｃから流出土砂測定装置１０まで流出土砂を導く構造とした。
【００２７】
更に、図２(a) に示すように、導水管４（４Ａ，４Ｂ，４Ｃ）の途中には、導水管４の折損を防止するために柔軟なフレキシブルジョイント４Ｆを要部に設けると共に、導水管４内に砂礫や流木が詰まった場合の修復を考慮して、導水管４の要所ごとに点検部４０を設け、導水管４を要所で開管できる構造とした。
【００２８】
図２(b) は点検部４０の一実施の形態の構成を示すものである。この実施の形態の点検部４０は、筒部４２の両端に設けたフランジ４１で導水管４に接続するようにし、筒部４２の側面に点検口４４を開口させると共に、この点検口４４を矩形枠４３で筒部４２の側方に引き出した。そして、矩形枠４３の自由端部にはフランジ４５を形成し、常時はこのフランジ４５に点検蓋４６を密着させて点検口４４を封止するようにした。点検蓋４６のフランジ４５への取付手段としてはボルトとナットを使用すれば良いが、ここでは図示していない。
【００２９】
なお、点検口４４には矩形枠４３を設けず、湾曲した点検蓋を直接筒部４２に取り付けて点検口４４を封止するようにするようにしても良い。この点検部４０により、導水管４ないに土砂や流木の詰まりが発生してもそれを除去することができる。
【００３０】
（３）流出土砂測定装置１０
各取水孔３Ａ，３Ｂ，３Ｃから導水管４Ａ，４Ｂ，４Ｃを通じて導かれた河川水は、流出土砂測定装置１０において土砂と水に分離する。流出土砂測定装置１０は、図３に示すように、導水管４Ａ，４Ｂ，４Ｃ（以後符号は４で代表させる）に接続する土砂分離装置５Ａ，５Ｂ，５Ｃ（以後符号は５で代表させる）と、後述の図６で示すように土砂分離装置５に内蔵した土砂重量測定装置６Ａ，６Ｂ，６Ｃ（以後符号は６で代表させる）と、濁度測定装置７と、水量測定装置８と、及びデータ処理装置（図示せず）とから構成した。これらの装置は流出土砂測定装置１０のベース１０Ｂの上に設置し、ベース１０Ｂの上には土砂分離装置５で分離された水を濁度測定装置７に導く帰還水路１１、水量測定装置８で水量を測定した水を土砂分離装置５の方に折り返すＵターン部１２、Ｕターン部１２から水を土砂分離装置５の下部に導く排水路１３、及び、土砂分離装置５で分離された土砂を、排水路１３からの水の力で河川１に戻す傾斜放水路１４を設置する。１５は傾斜放水路１４の開口を示している。
【００３１】
ここでは、この流出土砂測定装置１０の詳細な構成を、河川水の移動経路に従って順に説明する。まず、流出土砂測定装置１０の河川水の入口部に設けた土砂分離装置５の構成を図４を用いて説明する。
【００３２】
(a)インパクトボックス２０
土砂分離装置５の河川水の入口部に設けたものであり、導水管４から流出する河川水に含まれる土砂の、土砂分離装置５に対する衝撃力を減勢する衝撃緩衝装置である。導水管４から放出された土砂を含む河川水は、土砂分離装置５に入る前にこのインパクトボックス２０に設けられた衝撃吸収板２１に当たり、土砂分離装置５に入る。この結果、河川水に含まれる土砂は衝撃吸収板２１に当たった衝撃で進行方向への衝撃力が緩和され、ガイド部２２に導かれてインパクトボックス２０の下部に流下して土砂分離装置５に入る。また、インパクトボックス２０はトロンメル５１に取り付けたので、インパクトボックス２０に加わる衝撃力を利用してトロンメル５１に衝撃を連続して与え、トロンメル５１の内部に付着する微細土砂を振り落とすことができる。
【００３３】
(b) トロンメル（モータで回転する円筒形回転式フルイ）５１
土砂分離装置５の入口部に設けたものであり、河川水に含まれる土砂と水とを分離するものである。トロンメル５１は０．５ｍｍの目のフルイ網を円筒形に形成したものであり、モータ５６によって回転する回転軸５２に取り付けたものである。モータ５６や回転軸５２は土砂分離装置５のフレーム５０に取り付けてある。また、回転軸５２は土砂混じりの河川水が進む方向に水平方向から地面に向かって下向きに傾斜させてある。従って、トロンメル５１に進入した河川水は、直径が０．５ｍｍ以上の土砂をトロンメル５１の中に残したまま、水（０．５ｍｍ未満の直径の流砂を含む濁水）がトロンメル５１から下に落下し、トロンメル５１の上には直径が０．５ｍｍ以上の土砂が残る。トロンメル５１の内部に残った土砂は、トロンメル５１の回転軸５２が前方に向かって下に傾斜しており、トロンメル５１がモータ５６によって回転しているので、トロンメル５１の先端部に押し出されて落下する。
【００３４】
上記したトロンメル５１は、通常は商用電力によるモータ５６で駆動し、停電時は水車５５によって自力駆動するように構成されている。この処置は、土砂の観測中に停電などでモータタ５６が止まると、回転式フルイ内に土砂が流入し続けるが排出されないためにフルイが破損する危険性が高いが、この対策として、停電時においても、水車の駆動力によって回転させることで土砂を排出し、フルイの破損を防いで観測が継続できる仕組みとしたものである。
【００３５】
また、前記水車５５の回転を発電機に連絡(or連結)することにより、自家発電した電力をパソコンなどのデータ処理装置９に供給し、停電時でも観測機器の制御と記録が可能となるシステムである。
【００３６】
(c) 水車５５と発電機
トロンメル５１の下方には、トロンメル５１によって分離された水を受ける樋５３を設け、樋５３で集めた水は帰水路（帰水管）５４によって帰還水路１１に戻す。帰水路５４の途中には水車５５を設け、帰水路５４を流れる水で回転させる。水車５５の回転軸５７は延長してその先にＶベルト５８をかけ渡してトロンメル（回転式フルイ）５１の回転軸５２に連絡してトロンメル５１を駆動し、商用電源の停電時でもトロンメル５１を駆動させ土砂の分離を継続することができる。なお、水車の回転を発電機（図示しない）に連結することにより、自家発電した電力をパソコンなどのデータ処理装置に供給し、停電時でも観測制御と記録が継続できる仕組みとした。
【００３７】
(d) 反転式回転バケット６１とロードセル６３
トロンメル５１から円筒軸方向の下方に押し出された土砂は、トロンメル５１の下方に設けた反転式回転バケット（以下、回転バケットと記す）６１に溜まる。この回転バケット６１はフレーム６０に回転軸６２で取り付けてあり、フレーム６０と回転バケット６１の両方の重量は、フレーム６０の上部に取り付けたロードセル６３によって計測する。回転バケット６１はその中に溜まった土砂の量が一定重量に達すると反転し、中に溜まっている土砂を排出すると同時にその時刻を記録する。ロードセル６３による重量の時間変化と回転バケット６１の反転時刻はデータ処理装置９に送られるようにし、他の観測データと共にデータ処理装置９に記録する。
【００３８】
回転バケット６１が反転する土砂の蓄積重量は、例えば、最下段の取水孔３Ｃに対応する回転バケット６１の反転重量を５０ｋｇ、最上段と中断の取水孔３Ａ、３Ｂに対応する回転バケット６１の反転重量を３０ｋｇに設定した。回転バケット６１が反転して排出される土砂は、フレーム６０の下部に土砂流下ガイド６４を設けて後述するパーシャルフリュームによる流量計測後の帰還水の排水路１３内に落下させ、帰還水と共に河川に戻す。
【００３９】
(e) 土砂採取装置１６
なお、回転バケット６１に蓄えられた土砂の粒度を分析すれば、河川掃流砂の粒度分布を把握することができる。そこで、この実施の形態では、粒度分析用の土砂サンプルを簡便に採取できるように、回転バケット６１から土砂が排出される地点に土砂採取装置として手動台車１６を配置した。従って、有人測定を行う際は、この手動台車１６を使用して回転バケット６１から排出された土砂を採取すれば、土砂の重量、容積観測に並行して粒度分析を行うことができる。無人測定の場合は土砂の重量と容積測定のみである。］
【００４０】
次に、図４に示したように構成された土砂分離装置５から排出された水の濁度と水量を測定する河川水の濁度測定装置７と水量測定装置８の構成を図３に戻って説明する。
【００４１】
(f) 濁度測定装置７
濁度測定装置７は流出土砂測定装置１０のベース１０Ｂ上に、土砂分離装置５に隣接させて設ける。濁度測定装置７は帰還水路１１に接続する貯水部７０、貯水部７０の中に設けた濁度計７１及び整流板７２とから構成する。土砂分離装置５で分離された水は帰還水路１１を通って濁度測定装置７の貯水部７０に入る。貯水部７０に設けた複数個の整流板７２は、帰還水路１１から貯水部７０に流入した水が乱れずにスムーズに流れる作用をする。貯水部７０の底部に設けた濁度計７１は、貯水部７０に溜まった穏やかな水の濁度を測定する。
【００４２】
濁度計７１は、計測対象とする濁水が高濁度のケースを想定して、測定濃度は０〜３０，０００ｐｐｍの高濃度濁度センサを用いる。高濃度濁度センサには、水温、電気伝導度センサを併設し、濁度データと同時に濁水の水温と電気伝導度とを記録する。濁度計データは濁水の浮遊砂濃度を直接計測するものではないので、浮遊砂濃度は予め測定して得られている「計測濁度−浮遊砂量」の特性データから計算によって求めることができる。
【００４３】
(g) 水量測定装置８
流出土砂測定装置１０では、河川水から分離した土砂の重量は前述の土砂重量測定装置６で計測できるが、土砂濃度（含有土砂量グラム／リットル）に換算するには、河川断面の水位、流量とは別に、計測した土砂重量をもたらす導水管４内の流量を計測する必要がある。導水管４内の流量（流速）測定は、導水管４の内部にピトー管などの計器を設置できれば簡便に測定できるが、導水管４内は土砂まじりの河川水が高速で流送されるので、センサが破壊される可能性が高い。管外から管内流量を超音波などで計測することも考えられるが、この場合は管内が満水状態であることが条件であり、空気が混ざっていたり、土砂が含まれると超音波が阻害されて計測できない。
【００４４】
そこで、本発明では、３本の導水管４によって導かれ、土砂分離装置５で分離されて帰還水路１１を流れる水の合計流量を計測する。この実施の形態では、水量測定装置８は濁度測定装置７に隣接させて設け、濁度測定装置７の貯水部７０から流出した水をパーシャルフリューム８０と水位計８１を用いて計測するようにした。パーシャルフリューム８０は、例えば、最小測定流量が０．０３１ｔ／ｓ、最大測定流量が０．４５６ｔ／ｓのものを使用することができる。
【００４５】
なお、この計測に加えて、中断、下段の導水管４Ｂ，４Ｃに超音波式の管内液体流量計を設置して計測精度を向上させるようにしても良い。
【００４６】
(h) 排水路１３と傾斜放水路１４
水量測定装置８で流量を測定した水は、ベース部１Ｂに設けたＵターン部１２によってその流れの方向を反転させ、排水路１３を通じて土砂重量測定装置６の全ての回転バケット６１の直下まで導く。そして、３台の土砂分離装置５Ａ，５Ｂ，５Ｃの直下には、この排水路１３に接続する傾斜放水路１４を設ける。傾斜放水路１４は、図５に示すように、土砂分離装置５の下の地面に傾斜して設けたものであり、放水口１５が河川１に面している。
【００４７】
よって、土砂分離装置５で分離された土砂は、回転バケット６１で重量を計測された後に回転バケット６１の下部に落下し、排水路１３内に堆積するので、排水路１３を流れてきた水により押し流し、傾斜放水路１４を通じて放水口１５から河川１に戻すようにする。
【００４８】
(i) データ処理装置９
複数の土砂重量測定装置６、濁度測定装置７、および水量測定装置８の測定結果はデータ処理装置９に送り、ここでデータ処理して、この河川の水量に応じた土砂運搬量を算出して連続的に記録する。即ち、この実施の形態では、土砂重量測定装置６の回転バケット６１に溜まる土砂の時間的変化と回転バケット６１の反転した時刻、濁度測定装置７によって計測された水の濁度、及び、水量測定装置８で計測された水量を記録する。この場合、回転バケット６１の土砂の重量は常時ロードセル６３で測定され、ロードセル６３のデータはデータ処理装置９によって監視し、一定時間間隔で記録を内蔵する。また、回転バケット６１に接続した不図示のカウンタは、回転バケット６１が回転する毎に信号をデータ処理装置９に送り、その時刻をファイル番号とする全記録をファイルしておく。
【００４９】
データ処理装置９の制御プログラムは濁度計データ、河川水位、流速等も常時監視しており、濁度計の浮遊砂濃度が設定値になると自動採取装置を作動あるいは中断するように命令するように構成する。
【００５０】
このデータ処理装置９は、計測用コンピュータ、無停電装置等から構成し、入力データは１６チャネル、信号出力は４チャネルのように設定し、このコンピュータ１台で３台の土砂重量測定装置６、濁度測定装置７、水温、管内流量、河川水位、流速データを取り込んで制御することが可能なように構成する。
【００５１】
図６は以上説明した本発明の流出土砂観測システムの測定項目・測定方法の流れをまとめて示すブロック図である。この図において破線で囲まれたブロックは、本発明の流出土砂観測システム以外の作業を示すものである。なお、この図では、河川水に含まれる土砂を全て流砂と記載してあるが、同じ意味である。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る流出土砂観測システム、流出土砂測定装置、及び土砂分離装置によれば、通常時、洪水時にかかわらず、河川が運ぶ土砂量を自動的に計測することができる。また、水車によりトロンメルを自力回転させることが可能であるので、停電時でも稼働でき、パソコン等のデータ処理装置への電力供給も行えるので、連続計測と記録が可能である。よって、日本の河川における土砂運搬量を計測することにより、流出土砂と海岸浸食・河床変動や河川環境などとの関わり、ダム堆砂や河川災害などを予測する基礎データの取得が可能となり、治水・利水と環境保護の両方が重要視される今後の河川管理への貢献度が大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】(a) は本発明の流出土砂観測システムの一実施の形態の全体構成を示す構成図、(b) は取水孔の形状と河床からの位置を示す説明図である。
【図２】(a) は本発明の流出土砂観測システムに用いられる導水管の配置図、(b) は導水管の所定箇所に設ける点検蓋の構成を示す組立斜視図である。
【図３】本発明の流出土砂観測システムに用いられる流出土砂測定装置の主要部分の構成を示す平面視説明図である。
【図４】本発明の流出土砂観測システムに用いられる流出土砂測定装置の正面視説明図である。
【図５】図４のＸ−Ｘ線における断面説明図である。
【図６】本発明の流出土砂観測システムの測定項目・測定方法の流れを示すブロック図である。
【符号の説明】
１…河川、２…砂防ダム、３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ…取水孔、
４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ…導水管、５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ…土砂分離装置、
６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ…土砂重量測定装置、７…濁度測定装置、８…水量測定装置、
９…データ処理装置、１０…流出土砂測定装置、１１…帰還水路、１３…排水路、
１４…傾斜放水路、１６…手動台車、２０…衝撃緩衝装置（インパクトボックス）、
４０…点検部、４４…点検口、４６…点検蓋、
５１…回転式フルイ（トロンメル）、５４…帰水路、５５…水車、
６１…回転バケット、６３…ロードセル、７０…貯水部、７１…濁度計、
８０…パーシャルフリューム、８１…水位計、１００…流出土砂観測システム。 [0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention is a runoff sediment observation system., Runoff sediment measuring device,as well asSediment separationWith regard to the equipment, in particular, a runoff sediment observation system for monitoring the quantity, quality, and runoff pattern of sediment runoff from rivers., Runoff sediment measuring device,as well asSediment separationRelates to the device.
[0002]
[Prior art]
  Various methods have been tried to measure the amount of sediment in rivers. Those methods are(A)Sediment collector,(B)It is roughly classified into those using earth and sand measuring devices.
[0003]
  The method using a sediment collector is mainly to collect soil and sand manually by using a collector such as a bucket or box, and has the advantage that it can be observed easily and reliably. Stable sampling is difficult in places with unevenness or where the flow is intense, and it is often difficult to perform continuous observations according to the flood characteristics because it involves a lot of labor and danger.
[0004]
  On the other hand, the method using the earth and sand measuring device is an attempt to continuously measure a temporal change in the weight of the earth and sand with some measuring device by providing a fixed intake hole in the river channel to guide river water and earth and sand. Although the existing technology can continuously measure the change in weight of the collected sediment over time, it cannot measure the sediment concentration because it cannot measure the water flow rate that brings the collected sediment, so when converting to the amount of sediment that passes through the entire section of the river. There are many estimates. Moreover, at present, measurement by depth is not possible, and there are many elements of manned observation and unattended continuous observation has not been achieved.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
  Rainwater that falls in the basin flows into the river while eroding the earth and sand of the mountain stream, and in the river, it erodes in some places in the river channel, accumulates in some places, and flows down the river while repeating these phenomena unsteadily. To the ocean. Natural terrain of rivers and coasts is formed by the continuous repetition of water and sediment runoff and sedimentation, and animals and plants form a living environment according to the terrain and the natural environment of the flowing water. The living infrastructure and social infrastructure of various organisms including mankind are maintained on the environment that is formed through the interaction.
[0006]
  In order to develop the current social environment and social infrastructure in a sound manner, projects such as flood control and water use are carried out. However, in the halfway of the progress of the project, damage to structures due to dam sedimentation, riverbed degradation and accumulation, coastal erosion, etc. Problems related to earth and sand movement such as earth and sand disasters and flood disasters tend to become apparent. Since the movement of rainwater and sediment in the basin is a natural phenomenon that is deeply related to the formation of the environment and human activities, in order to manage the river and the coastal environment effectively, It is recognized that sediment management in the system is necessary.
[0007]
  However, in Japanese rivers, there is little data on how much sediment is produced in the basin and how it moves through the river. In other words, little is known about the actual situation of sediment movement in the basin, and in order to elucidate it, monitoring technology for sediment movement is required.
[0008]
  Sediment monitoring requires technology to know the sediment discharge characteristics by quickly and accurately grasping the amount of sediment, the quality of the sediment, and the flow pattern during the flood and normal times throughout the basin. In order to know the sediment runoff characteristics, it is necessary to develop a wide-area and indirect monitoring system that combines helicopters, GPS, GIS, etc. with direct monitoring methods such as measurement and surveying of river flow and sediment flow. It is said that.
[0009]
  However, conventional sand flow observation is a system that has many elements of manned observation even if it is collected by human power or using a sediment measurement device, and it cannot be observed because it is dangerous in the event of a flood that requires understanding of the amount of sediment. , This was not the solution.
[0010]
  Accordingly, the present invention provides a runoff sediment observation system capable of automatically and continuously monitoring the sediment weight and sediment concentration flowing down a river according to the river depth., Outflow soilSand measuring device, andSediment separationThe object is to provide a device.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above-mentioned object, the invention according to claim 1 is provided in a river (1) for carrying earth and sand.IsSabo dam (2)In river water taken in throughObserve outflow sedimentRunoff sediment observationsystem(100)Because
  AboveOn the sleeve (2S) of the Sabo Dam (2)At least one or moreInstallationAnd including water and earth and sandA water intake hole (3) for taking river water;
  AboveIntake hole (3)ConnectionGuidedA water pipe (4),
  AboveProvided on the downstream side of the water conduit (4),AboveReleased from the conduit (4)AboveRiver waterAn impact shock absorber (20) for reducing the impact force in the traveling direction of
  The river water provided on the downstream side of the impact buffering device (20) and reduced in impact force in the traveling direction by the impact buffering device (20)FromAbovewater andAboveSeparates from earth and sandHas a rotatable rotary sieve (51)Earth and sand separator (5),
  Separated by the earth and sand separator (5)AboveA sediment weight measuring device (6) for accumulating sediment and measuring the accumulated sediment weight;
  Separated by the earth and sand separator (5)AboveA turbidity measuring device (7) for measuring the turbidity of water;
  The earth and sand separator (5)soIsolatedAboveWater volume measuring device (8) that measures the volume of waterWhen,
  Each measurement result of the earth and sand weight measuring device (6), the turbidity measuring device (7), and the water amount measuring device (8) is data-processed to calculate the amount of sediment transport according to the amount of river water. A data processing device (9) for continuous recording,
WithTheWith featuresIt is a runoff sediment observation system (100).
[0012]
  Also,The invention according to claim 2In the runoff sediment observation system (100) according to claim 1,
  The earth and sand separator (5) is configured such that the rotary sieve (51) is rotatably installed via a motor (56) and the water separated from the river water by the rotary sieve (51). A water wheel (55) is provided in the water return channel (54), and is configured such that the rotary screen (51) can be driven to rotate by the driving force of the water wheel (55) in the event of a power failure.And characterized byIt is a runoff sediment observation system (100).
[0013]
  Also,The invention described in claim 3In the runoff sediment observation system (100) according to claim 1,
  The earth and sand separator (5) includes a water wheel (55) provided in a water return channel (54) separated from the river water by the rotary sieve (51), and a rotating shaft ( 57) is connected to a generator, and is configured to supply the data processing device (9) with the power generated by the generator in the event of a power failure.It is characterized by beingIt is a runoff sediment observation system (100).
[0014]
  Also,The invention according to claim 4Contains water and earth and sand taken into the deviceSpilled sedimentMeasurementDoRunoff sediment measurementapparatus(10)Because
  An impact cushioning device (20) provided at an inlet portion inside the device, for reducing the impact force in the traveling direction of the outflow earth and sand taken in from the inlet portion;
  A rotatable rotation provided on the downstream side of the shock absorbing device (20) and separating the water and the sand from the outflowing soil whose impact force in the traveling direction is reduced by the shock absorbing device (20). An earth and sand separator (5) having the formula sieve (51);
  An earth and sand weight measuring device (6) for accumulating the earth and sand separated by the earth and sand separator (5) and measuring the accumulated earth and sand weight;
  A turbidity measuring device (7) for measuring the turbidity of the water separated by the earth and sand separating device (5);
  A water amount measuring device (8) for measuring the amount of water separated by the earth and sand separator (5);
WithWith featuresIt is a runoff sediment measurement device (10).
[0015]
  Also,The invention according to claim 5In the runoff sediment measuring apparatus (10) according to claim 4,
  The earth and sand separator (5) is configured such that the rotary sieve (51) is rotatably installed via a motor (56), and the water separated from the outflow earth and sand by the rotary sieve (51). A water wheel (55) is provided in the water return channel (54), and the rotary sieve (51) is driven to rotate by the driving force of the water wheel (55) in the event of a power failure.It is configured to be able toIt is a runoff sediment measurement device (10).
[0016]
  Further, the invention described in claim 6In the runoff sediment measuring apparatus (10) according to claim 4,
  The earth and sand separator (5) includes a water wheel (55) provided in a water return channel (54) separated from the outflow earth and sand by the rotary sieve (51), and a rotating shaft ( 57) is connected to a generator, and is configured to obtain electric power generated in-house by the generator.It is characterized by beingIt is a runoff sediment measurement device (10).
[0017]
  Furthermore,The invention described in claim 7Separation of water and sediment from river water or runoff sediment taken into the deviceEarth and sandSeparationapparatus(5)Because
  A rotary sieve (51) is rotatably installed in the apparatus via a motor (56), and the water return channel is separated from the river water or the outflow sediment by the rotary sieve (51). (54) is provided with a water wheel (55), and is configured such that the rotary sieve (51) can be driven to rotate by the driving force of the water wheel (55) in the event of a power failure.And characterized byIt is the earth and sand separator (5).
[0018]
  According to the present invention described above, the amount of sediment carried by the river can be automatically measured together with the sediment concentration regardless of whether it is normal or flooding. In addition, it is possible to generate electricity with water turbines using the water flowing through the river, so even during a power outageWhile being able to rotationally drive a rotary sieve (Trommel),Through the water wheelUsing the power generated by the generator and using the data processing deviceData acquisition can be continued, and sediment volume and water volume can be continuously measured and recorded. Therefore, by measuring the amount of sediment transported in rivers in Japan, it is possible to obtain basic data to predict the relationship between runoff sediment and coastal erosion, riverbed fluctuation, river environment, dam sedimentation, river disasters, etc.・ Contribution to future river management where both water use and environmental protection are important.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0020]
  FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an overall configuration of a runoff sediment observation system 100 according to an embodiment of the present invention.
[0021]
  In the runoff sediment observation system 100 of this embodiment, as shown in FIG. 1 (a), one bank of the main dam of the sabo dam 2 provided in the river 1, for example,rightThe water intake hole 3 is provided in the shore sleeve part 2S. This water intake hole 3 was composed of water intake holes 3A, 3B, 3C provided at three locations according to the water depth. As shown in FIG. 1 (b), the intake hole 3A was provided at a position 1 m from the riverbed, and the shape of the opening was circular. The intake hole 3B was provided at a position 0.5 m from the riverbed, and the shape of the opening was circular. The intake hole 3C was provided at the same position (0 m) as the riverbed, and the shape of the opening was an ellipse. Water conduits 4A, 4B, and 4C are connected to the water intake holes 3A, 3B, and 3C, respectively.
[0022]
  River water (water containing earth and sand) collected from the intake holes 3A, 3B, 3C was installed on the left bank downstream of the sabo dam 2 by water conduits 4A, 4B, 4C, respectively.SedimentIt was made to guide to the measuring device 10. thisSedimentThe measuring device 10 includes three earth and sand separators 5A, 5B and 5C for separating earth and sand from river water guided by three water conduits 4A, 4B and 4C, and these earth and sand separators 5A, 5B and 5C. A turbidity measuring device 7 for measuring the turbidity of the water from which the sediment has been removed by the sediment separating devices 5A, 5B, 5C; The water volume measuring device 8 for measuring the total amount of water whose turbidity was measured, and the data measured by the sediment weight measuring device 6, the turbidity measuring device 7 and the water volume measuring device 8 are processed to obtain the sediment flow rate of the river. It comprised from the data processor 9 to measure.
[0023]
  Here, the configuration of each member constituting the runoff sediment observation system 100 of the embodiment shown in FIG. 1 (a) will be described in detail.
[0024]
  (1) Water intake hole 3
  It is desirable to install a plurality of intake holes 3 for taking river water in the water depth direction at an average position of the sediment concentration passing through the river channel cross section in consideration of the river flow direction. However, in a river with a river width of about 50m, it is difficult to install it at an arbitrary position.3Is located at Sabo DamrightIn the vicinity of the shore sleeve, intake hole3Were installed at three locations, the upper, middle, and lower stages. As explained in Fig. 1 (b), the positions of the upper, middle, and lower intake holes 3A, 3B, and 3C are the heights from the river bottom.1.0m, 0.5m, and0It was set as the structure which can collect the outflow sediment according to water depth as m.
[0025]
  The upper and middle intake holes 3A and 3B are opened circularly in the sleeve portion 2S of the sabo dam 2, and the water conduits 4A and 4B are horizontally installed in the water passage portion of the sabo dam 2, and the lower intake hole 3C. The water conduit 4C connected to the bottom of the river is installed on the river bed, and the structure is designed to drop earth and sand (sand gravel) that rolls and slides on the river bed. In addition, the water guide part inside the sabo dam 2 following the water intake holes 3A, 3B, 3C may be formed of concrete, and the water guide pipes 4A, 4B, 4C may be connected to the outside of the sabo dam 2. In addition, a filter (not shown) having a mesh size of 10 cm × 10 cm was attached to the three intake holes 3A, 3B, 3C as a filter for preventing intrusion of driftwood and gravel. Therefore, in this embodiment, the maximum diameter of gravel contained in the earth and sand to be measured is less than 10 cm.
[0026]
  (2) Water conduit 4
  As explained in FIG. 1 (a), from each intake hole 3A, 3B, 3C.SedimentBetween the measuring devices 10, water conduits 4A, 4B, and 4C for independently guiding river water collected from the intake holes 3A, 3B, and 3C were installed. Each conduit 4A, 4B, 4C is used to remove earth and sand in the river channelSedimentIn order to guide to the measuring apparatus 10, it is desirable that the earth and sand do not stop and accumulate in the pipe, cannot accelerate, and conduct water in a short time and in a short distance. For this reason, the pipe diameters of the water guide pipes 4A and 4B connected to the upper and middle intake holes 3A and 3B are 20 cm, and the pipe diameter of the water guide pipe 4C connected to the lower water intake holes 3C is 25 cm. The installation paths of the water conduits 4A, 4B, 4C are the intake holes 3A, 3B, 3C andSedimentThere is little difference in elevation to the measuring device 10, and the main bank of the sabo dam 2SedimentConsidering the case where there are two sub-dams between the measuring device 10 and the L-shaped retaining wall in the river channel, the water conduits 4A, 4B and 4C were installed inside the retaining wall. . And so that the gravel flows smoothly in the water guide pipes 4A, 4B, 4C, the drainage sediment from the intake holes 3A, 3B, 3C to the sediment sediment measurement device 10 as a pipe line type that can ensure a vertical gradient of 5 ° to 10 °. The structure that leads
[0027]
  Furthermore, as shown in FIG.4 (In the middle of 4A, 4B, 4C), a flexible flexible joint 4F is provided in the main part to prevent breakage of the water guide pipe 4, and repair in case of gravel or driftwood clogging in the water guide pipe 4 is considered. Thus, an inspection section 40 is provided at each important point of the water conduit 4 so that the water conduit 4 can be opened at the critical point.
[0028]
  FIG. 2B shows a configuration of an embodiment of the inspection unit 40. The inspection part 40 of this embodiment is connected to the water conduit 4 with flanges 41 provided at both ends of the cylinder part 42, and opens an inspection port 44 on the side surface of the cylinder part 42, and the inspection port 44 is rectangular. The frame 43 was pulled out to the side of the cylinder part 42. And the flange 45 was formed in the free end part of the rectangular frame 43, and the inspection lid | cover 46 was always stuck to this flange 45, and the inspection port 44 was sealed. Bolts and nuts may be used as means for attaching the inspection lid 46 to the flange 45, but are not shown here.
[0029]
  The inspection port 44 may not be provided with the rectangular frame 43, and a curved inspection lid may be directly attached to the cylinder portion 42 to seal the inspection port 44. Even if clogging of earth and sand or driftwood occurs in the water guide pipe 4, it can be removed by the inspection unit 40.
[0030]
  (3) Sediment measurement device 10
    The river water guided from the water intake holes 3A, 3B, 3C through the water conduits 4A, 4B, 4C is separated into sediment and water in the outflow sediment measurement device 10. As shown in FIG. 3, the runoff sediment measuring apparatus 10 is connected to the water conduits 4A, 4B, 4C (hereinafter, the symbol is represented by 4), and the sediment separators 5A, 5B, 5C (hereinafter, the symbol is represented by 5).When,As shown in FIG.Sediment weight measuring devices 6A, 6B, 6C built in the sediment separating device 5 (hereinafter, the symbol is represented by 6)When, Turbidity measuring device 7WhenWater volume measuring device 8WhenAnd a data processing device (not shown). These devices are installed on the base 10B of the outflow sediment measuring device 10, and on the base 10B, there are a return water channel 11 and a water amount measuring device 8 for leading the water separated by the sediment separating device 5 to the turbidity measuring device 7. The U-turn part 12 that turns back the water whose amount has been measured toward the earth and sand separator 5, the drainage channel 13 that leads the water from the U-turn part 12 to the lower part of the earth and sand separator 5, and the earth and sand separated by the earth and sand separator 5 An inclined drainage channel 14 that returns to the river 1 with the power of water from the drainage channel 13 is installed. Reference numeral 15 denotes an opening of the inclined water discharge channel 14.
[0031]
  Here, the detailed structure of this outflow sediment measurement apparatus 10 is demonstrated in order according to the movement path | route of river water. First, the structure of the sediment separator 5 provided at the river water inlet of the runoff sediment measuring apparatus 10 will be described with reference to FIG.
[0032]
  (a) Impact box 20
  The shock absorber is provided at the inlet of river water of the earth and sand separator 5 and reduces the impact force of the earth and sand contained in the river water flowing out from the water conduit 4 against the earth and sand separator 5. The river water including the earth and sand discharged from the water conduit 4 hits the impact absorbing plate 21 provided in the impact box 20 before entering the earth and sand separator 5 and enters the earth and sand separator 5. As a result, the earth and sand contained in the river water is reduced in impact force in the traveling direction due to the impact on the impact absorbing plate 21, guided to the guide portion 22, and flows down to the lower portion of the impact box 20 to the earth and sand separator 5. enter. Further, since the impact box 20 is attached to the trommel 51, the impact force applied to the impact box 20 can be continuously applied to the trommel 51, and the fine earth and sand adhering to the inside of the trommel 51 can be shaken off.
[0033]
  (b) Trommel (cylindrical rotary sieve rotating with motor) 51
  It is provided at the entrance of the earth and sand separator 5 and separates earth and sand contained in river water. The trommel 51 is formed by forming a 0.5 mm mesh screen in a cylindrical shape, and is attached to a rotating shaft 52 that is rotated by a motor 56. The motor 56 and the rotating shaft 52 are attached to the frame 50 of the earth and sand separator 5. The rotating shaft 52 is inclined downward from the horizontal direction toward the ground in the direction in which river water mixed with earth and sand travels. Therefore, the river water that has entered the trommel 51 has water (turbid water containing liquid sand having a diameter of less than 0.5 mm) falling down from the trommel 51 while leaving the sediment with a diameter of 0.5 mm or more in the trommel 51. However, earth and sand with a diameter of 0.5 mm or more remain on the trommel 51. The earth and sand remaining in the trommel 51 is pushed down to the front end of the trommel 51 and dropped because the rotation shaft 52 of the trommel 51 is inclined downward and the trommel 51 is rotated by the motor 56. To do.
[0034]
  AboveGThe Rommel 51 is usually powered by commercial power.56In case of a power outage55It is comprised so that it may drive by itself. This measure may be caused by a power failure during observation of earth and sand.56If the cease operation stops, the sediment will continue to flow into the rotary sieve, but it will not be discharged, so there is a high risk of damage to the sieve.However, as a countermeasure, the sediment is discharged by rotating it with the driving force of the turbine. In addition, the mechanism is such that observation can be continued while preventing damage to the screen.
[0035]
  Also, the water wheel55By connecting (or connecting) the rotation of the power generator to the generator, the power generated by the home is used as a data processing device such as a personal computer.9It is a system that can control and record observation equipment even during a power failure.
[0036]
  (c) Water wheel 55 and generator
  A trough 53 for receiving water separated by the trommel 51 is provided below the trrommel 51, and the water collected by the trough 53 is returned to the return water channel 11 by a return channel (return pipe) 54. A water wheel 55 is provided in the middle of the return channel 54 and is rotated by the water flowing through the return channel 54. The rotating shaft 57 of the water wheel 55 is extended and a V-belt 58 is passed over it.Trommel (Rotating sieve)Contact the 51 rotary shaft 52Trommel51, even during a commercial power failureTrommel 51To separate the sediment. In addition, by connecting the rotation of the water turbine to a generator (not shown), the power generated in-house was supplied to a data processing device such as a personal computer so that observation control and recording could be continued even during a power failure.
[0037]
  (d) Inverting rotating bucket 61 and load cell 63
  The earth and sand pushed out from the trommel 51 in the cylindrical axial direction is a reversing rotary bucket provided under the trommel 51.(Hereafter referred to as rotating bucket)Accumulate at 61. The rotating bucket 61 is attached to the frame 60 with a rotating shaft 62, and the weight of both the frame 60 and the rotating bucket 61 is measured by a load cell 63 attached to the upper part of the frame 60. The rotating bucket 61 reverses when the amount of sediment accumulated therein reaches a certain weight, and discharges the sediment accumulated therein and simultaneously records the time. The time change in weight by the load cell 63 and the inversion time of the rotating bucket 61 are sent to the data processing device 9 and recorded in the data processing device 9 together with other observation data.
[0038]
  The accumulated weight of earth and sand to which the rotating bucket 61 is reversed is, for example, 50 kg of the rotating weight of the rotating bucket 61 corresponding to the lowermost intake hole 3C, and the inverted weight of the rotating bucket 61 corresponding to the uppermost and interrupted intake holes 3A and 3B. The weight was set at 30 kg. The earth and sand discharged by reversing the rotating bucket 61 is provided in the lower part of the frame 60 by a sediment flow guide 64 and dropped into the return water drainage channel 13 after the flow measurement by the partial flume described later, and into the river together with the return water. return.
[0039]
  (e) Sediment collection device 16
  In addition, if the particle size of the earth and sand stored in the rotating bucket 61 is analyzed, the particle size distribution of river stream sand can be grasped. Therefore, in this embodiment, the manual carriage 16 is disposed as a sediment collecting device at a point where the sediment is discharged from the rotating bucket 61 so that a sediment sample for particle size analysis can be easily collected. Therefore, when performing the manned measurement, if the earth and sand discharged from the rotating bucket 61 is collected using the manual cart 16, the particle size analysis can be performed in parallel with the observation of the weight and volume of the earth and sand. In the case of unattended measurement, only soil weight and volume are measured. ]
[0040]
  Next, FIG.Pointing out toungueThe configuration of the turbidity measuring device 7 and the water content measuring device 8 for measuring the turbidity and the amount of water discharged from the earth and sand separator 5 configured as described above will be described with reference to FIG.
[0041]
  (f) Turbidity measuring device 7
  Turbidity measuring device 7SedimentOn the base 10 </ b> B of the measuring device 10, it is provided adjacent to the earth and sand separator 5. The turbidity measuring device 7 includes a water reservoir 70 connected to the return water channel 11, a turbidimeter 71 and a rectifying plate 72 provided in the water reservoir 70. The water separated by the earth and sand separator 5 enters the water reservoir 70 of the turbidity measuring device 7 through the return water channel 11. The plurality of rectifying plates 72 provided in the water reservoir 70 act to smoothly flow the water flowing into the water reservoir 70 from the return water channel 11 without being disturbed. A turbidimeter 71 provided at the bottom of the water storage unit 70 measures the turbidity of gentle water accumulated in the water storage unit 70.
[0042]
  The turbidimeter 71 uses a high-concentration turbidity sensor having a measured concentration of 0 to 30,000 ppm, assuming that the turbid water to be measured has high turbidity. The high-concentration turbidity sensor is equipped with a water temperature and electrical conductivity sensor, and the turbidity water temperature and electrical conductivity are recorded simultaneously with the turbidity data. Turbidimeter data does not directly measure suspended sediment concentration of turbid water, so suspended sediment concentration can be obtained by calculation from the characteristic data of “Measured Turbidity—Suspended Sand” obtained in advance. .
[0043]
  (g) Water volume measuring device 8
  SedimentIn the measuring device 10, the weight of the sediment separated from the river water can be measured by the sediment weight measuring device 6 described above, but in order to convert it to the sediment concentration (gram of contained sand / gram), what is the water level and flow rate of the river cross section? Separately, it is necessary to measure the flow rate in the water conduit 4 that causes the measured sediment weight. The flow rate (velocity) in the water conduit 4 can be easily measured if an instrument such as a Pitot tube can be installed inside the water conduit 4, but earth and sand surrounding river water is sent at high speed in the water conduit 4. The sensor is likely to be destroyed. It is conceivable to measure the flow rate inside the tube with ultrasonic waves from outside the tube, but in this case the condition is that the inside of the tube is full, and if the air is mixed or soil is contained, the ultrasonic wave is inhibited. Cannot measure.
[0044]
  Therefore, in the present invention, the total flow rate of water guided by the three water conduits 4 and separated by the earth and sand separator 5 and flowing through the return water channel 11 is measured. In this embodiment, the water amount measuring device 8 is provided adjacent to the turbidity measuring device 7, and the water flowing out from the water storage unit 70 of the turbidity measuring device 7 is measured using the partial flume 80 and the water level meter 81. did. For example, a partial flume 80 having a minimum measurement flow rate of 0.031 t / s and a maximum measurement flow rate of 0.456 t / s can be used.
[0045]
  In addition to this measurement, an ultrasonic type in-pipe liquid flow meter may be installed in the suspended and lower water conduits 4B and 4C to improve the measurement accuracy.
[0046]
  (h) Drainage channel 13 and inclined drainage channel 14
  The water whose flow rate has been measured by the water amount measuring device 8 is reversed in the direction of flow by the U-turn portion 12 provided in the base portion 1B, and the earth and sand are passed through the drainage channel 13.Weight measurementapparatus6To all of the rotating buckets 61. An inclined water discharge channel 14 connected to the drainage channel 13 is provided immediately below the three earth and sand separators 5A, 5B, and 5C. As shown in FIG. 5, the inclined water discharge channel 14 is provided to be inclined on the ground below the earth and sand separator 5, and the water discharge port 15 faces the river 1.
[0047]
  Therefore, since the earth and sand separated by the earth and sand separator 5 are measured by the rotary bucket 61 and fall to the lower part of the rotary bucket 61 and accumulate in the drainage channel 13, the water flowing through the drainage channel 13 The water is washed away and returned to the river 1 from the outlet 15 through the inclined outlet channel 14.
[0048]
  (i) Data processing device9
    The measurement results of the plurality of earth and sand weight measuring devices 6, the turbidity measuring device 7, and the water amount measuring device 8 are data processing devices.9The data is processed here, and the amount of sediment transport according to the amount of water in this river is calculated and recorded continuously. That is, in this embodiment, earth and sandWeight measurementapparatus6The time change of the earth and sand collected in the rotating bucket 61, the time when the rotating bucket 61 is reversed, the turbidity of water measured by the turbidity measuring device 7, and the amount of water measured by the water amount measuring device 8 are recorded. In this case, the weight of earth and sand in the rotating bucket 61 is always the load cell.63Measured at the load cell63These data are monitored by the data processor 9 and records are built in at regular time intervals. Also connected to the rotating bucket 61Not shownEach time the rotating bucket 61 rotates, the counter sends a signal to the data processing device 9 and files all records with the time as the file number.
[0049]
  Data processing device 9ofThe control program constantly monitors turbidimeter data, river water level, flow velocity, etc., and is configured to instruct the automatic sampling device to be activated or interrupted when the suspended sediment concentration of the turbidimeter reaches a set value.
[0050]
  This data processing device 9 is composed of a measurement computer, an uninterruptible device, etc., and the input data is set to 16 channels and the signal output is set to 4 channels. The turbidity measuring device 7, water temperature, pipe flow rate, river water level, and flow velocity data can be taken in and controlled.
[0051]
  FIG. 6 is a block diagram collectively showing the flow of the measurement items / measurement method of the runoff sediment observation system of the present invention described above. In this figure, the blocks surrounded by broken lines indicate operations other than the runoff sediment observation system of the present invention. In addition, in this figure, although all the earth and sand contained in river water are described as flowing sand, it has the same meaning.
[0052]
【The invention's effect】
  As explained above, the present inventionPertaining toRunoff sediment observation system, Runoff sediment measuring device,as well asSediment separationAccording to the device, the amount of sediment carried by the river can be automatically measured regardless of whether it is normal or flooding. In addition, since the trommel can be rotated by a water turbine by itself, it can be operated even during a power failure and power can be supplied to a data processing device such as a personal computer, so that continuous measurement and recording are possible. Therefore, by measuring the amount of sediment transported in rivers in Japan, it is possible to obtain basic data to predict the relationship between runoff sediment and coastal erosion, riverbed fluctuation, river environment, dam sedimentation, river disasters, etc.・ Contribution to future river management where both water use and environmental protection are important.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a configuration diagram showing the overall configuration of an embodiment of a runoff sediment observation system of the present invention, and FIG. 1B is an explanatory diagram showing the shape of intake holes and the position from a river bed.
FIG. 2A is an arrangement view of a water conduit used in the runoff sediment observation system of the present invention, and FIG. 2B is an assembly perspective view showing a configuration of an inspection lid provided at a predetermined position of the water conduit.
FIG. 3 is an explanatory plan view showing the configuration of the main part of the runoff sediment measuring apparatus used in the runoff sediment observation system of the present invention.
FIG. 4 is a front view explanatory diagram of a runoff sediment measuring apparatus used in the runoff sediment observation system of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional explanatory view taken along line XX in FIG. 4;
FIG. 6 is a block diagram showing a flow of measurement items / measurement method of the runoff sediment observation system of the present invention.
[Explanation of symbols]
  1...River,  2...Sabo dam, 3, 3A, 3B, 3C...Intake hole,
  4, 4A, 4B, 4C...Water conduit,  5, 5A, 5B, 5C...Sediment separator,
  6,6A, 6B, 6C...Sediment weight measuring device,  7...Turbidity measuring device,  8...Water volume measuring device,
  9...Data processing device,  10... Spilled sedimentmeasuring device,  11...Return waterway,  13...Drainage channel,
  14...Inclined spillway,  16...Manual cart,  20... Impact shock absorber (Impact box),
  40...Inspection department,  44...inspection door,  46...Inspection lid,
  51... rotary screen (Trommel),  54...Return channel,  55...Water wheel,
  61...Rotating bucket,  63...Load cell,  70...Water reservoir,  71...Turbidimeter,
  80...Partial flume,  81...Water level indicator100 ... Sediment observation system.

Claims

土砂を運搬する河川（１）に設けられた砂防ダム（２）を介して取り込んだ河川水中の流出土砂を観測する流出土砂観測システム（１００）であって、
前記砂防ダム（２）の袖部（２Ｓ）に少なくとも一以上設置され、水と土砂とを含む前記河川水を取水する取水孔（３）と、
前記取水孔（３）に接続された導水管（４）と、
前記導水管（４）の下流側に設けられ、前記導水管（４）から放出された前記河川水の進行方向への衝撃力を減勢する衝撃緩衝装置（２０）と、
前記衝撃緩衝装置（２０）の下流側に設けられ、前記衝撃緩衝装置（２０）により進行方向への衝撃力を減勢された前記河川水から前記水と前記土砂とを分離する回転自在な回転式フルイ（５１）を有する土砂分離装置（５）と、
前記土砂分離装置（５）で分離された前記土砂を蓄積し、蓄積した土砂重量を測定する土砂重量測定装置（６）と、
前記土砂分離装置（５）で分離された前記水の濁度を測定する濁度測定装置（７）と、
前記土砂分離装置（５）で分離された前記水の水量を測定する水量測定装置（８）と、
前記土砂重量測定装置（６）、前記濁度測定装置（７）、及び前記水量測定装置（８）の各測定結果をデータ処理して、前記河川水の水量に応じた土砂運搬量を算出して連続的に記録するデータ処理装置（９）と、
を備えたことを特徴とする流出土砂観測システム（１００）。A runoff sediment observation system (100) for observing runoff sediment in river water taken through a sabo dam (2) provided in a river (1) carrying sediment,
At least one or more sleeves (2S) of the sabo dam (2), and a water intake hole (3) for taking in the river water including water and earth and sand ;
The intake hole (3) to the connected electrical water pipe (4),
Disposed downstream of the water conduit (4), the shock absorbing device for the energy dissipation of the impact force to the released traveling direction of the river water from the water conduit (4) and (20),
The shock absorbing device provided on the downstream side of (20), rotatable rotation separating the sediment and the water from the river water, which is de-energized the impact force in the traveling direction by the shock-absorbing device (20) An earth and sand separator (5) having the formula sieve (51) ;
Accumulates the sediment separated by the soil separator (5), sediment weight measuring device for measuring the accumulated sediment weight (6),
A turbidimeter (7) for measuring the turbidity of the separated the water in the soil separating apparatus (5),
A water amount measuring device (8) for measuring the amount of water separated the water in the soil separating apparatus (5),
Each measurement result of the earth and sand weight measuring device (6), the turbidity measuring device (7), and the water amount measuring device (8) is data-processed to calculate the amount of sediment transport according to the amount of river water. A data processing device (9) for continuous recording,
Sediment observation system characterized by comprising a (100).

前記土砂分離装置（５）は、前記回転式フルイ（５１）がモータ（５６）を介して回転可能に設置され、且つ、前記回転式フルイ（５１）により前記河川水から分離された前記水の帰水路（５４）に水車（５５）が設けられており、停電時に前記水車（５５）の駆動力により前記回転式フルイ（５１）が回転駆動できるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の流出土砂観測システム（１００）。 The earth and sand separator (5) is configured such that the rotary sieve (51) is rotatably installed via a motor (56) and the water separated from the river water by the rotary sieve (51). and water wheel (55) is provided in the return water passage (54), wherein said rotary sieve by the driving force of the water wheel (55) in the event of a power failure (51) is characterized that you have been configured to be rotated The runoff sediment observation system according to Item 1 (100) .

前記土砂分離装置（５）は、前記回転式フルイ（５１）により前記河川水から分離された前記水の帰水路（５４）に水車（５５）が設けられていると共に、前記水車の回転軸（５７）に発電機が連結されており、停電時に前記発電機によって自家発電した電力を前記データ処理装置（９）に供給するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の流出土砂観測システム（１００）。 The earth and sand separator (5) includes a water wheel (55) provided in a water return channel (54) separated from the river water by the rotary sieve (51), and a rotating shaft ( 57. The outflow according to claim 1 , wherein a generator is connected to 57) and is configured to supply the data processing device (9) with power generated by the generator in the event of a power failure. Sediment observation system (100) .

装置内部に取り込まれる水と土砂を含む流出土砂を測定する流出土砂測定装置（１０）であって、
前記装置内部の入口部に設けられ、前記入口部から取り込まれる前記流出土砂の進行方向への衝撃力を減勢する衝撃緩衝装置（２０）と、
前記衝撃緩衝装置（２０）の下流側に設けられ、前記衝撃緩衝装置（２０）により進行方向への衝撃力を減勢された前記流出土砂から前記水と前記土砂とを分離する回転自在な回転式フルイ（５１）を有する土砂分離装置（５）と、
前記土砂分離装置（５）で分離された前記土砂を蓄積し、蓄積した土砂重量を測定する土砂重量測定装置（６）と、
前記土砂分離装置（５）で分離された前記水の濁度を測定する濁度測定装置（７）と、
前記土砂分離装置（５）で分離された前記水の水量を測定する水量測定装置（８）と、
を備えたことを特徴とする流出土砂測定装置（１０）。An outflow sediment measuring device (10) for measuring outflow sediment containing water and earth and sand taken into the apparatus,
An impact cushioning device (20) provided at an inlet portion inside the device, for reducing the impact force in the traveling direction of the outflow earth and sand taken in from the inlet portion;
A rotatable rotation provided on the downstream side of the shock absorbing device (20) and separating the water and the sand from the outflowing soil whose impact force in the traveling direction is reduced by the shock absorbing device (20). An earth and sand separator (5) having the formula sieve (51);
An earth and sand weight measuring device (6) for accumulating the earth and sand separated by the earth and sand separator (5) and measuring the accumulated earth and sand weight;
A turbidity measuring device (7) for measuring the turbidity of the water separated by the earth and sand separating device (5);
A water amount measuring device (8) for measuring the amount of water separated by the earth and sand separator (5);
Sediment measuring apparatus characterized by having a (10).

前記土砂分離装置（５）は、前記回転式フルイ（５１）がモータ（５６）を介して回転可能に設置され、且つ、前記回転式フルイ（５１）により前記流出土砂から分離された前記水の帰水路（５４）に水車（５５）が設けられており、停電時に前記水車（５５）の駆動力により前記回転式フルイ（５１）が回転駆動できるように構成されていることを特徴とする請求項４記載の流出土砂測定装置（１０）。 The earth and sand separator (5) is configured such that the rotary sieve (51) is rotatably installed via a motor (56), and the water separated from the outflow sediment by the rotary sieve (51). return water passage (54) water wheel (55) is provided, wherein, wherein the rotary sieve (51) is configured to be rotated by a driving force of the hydraulic turbine during a power failure (55) Item 10. The outflow sediment measuring apparatus according to item 4 .

前記土砂分離装置（５）は、前記回転式フルイ（５１）により前記流出土砂から分離された前記水の帰水路（５４）に水車（５５）が設けられていると共に、前記水車の回転軸（５７）に発電機が連結されており、前記発電機によって自家発電した電力が得られるように構成されていることを特徴とする請求項４記載の流出土砂測定装置（１０）。 The earth and sand separator (5) includes a water wheel (55) provided in a water return channel (54) separated from the outflow earth and sand by the rotary sieve (51), and a rotating shaft ( 57) A runoff sediment measuring device (10) according to claim 4 , wherein a generator is connected to 57), and the power generated by the generator is self-generated .

装置内部に取り込まれる河川水又は流出土砂から水と土砂とを分離する土砂分離装置（５）であって、
前記装置内部に回転式フルイ（５１）がモータ（５６）を介して回転自在に設置され、且つ、前記回転式フルイ（５１）により前記河川水又は前記流出土砂から分離された前記水の帰水路（５４）に水車（５５）が設けられており、停電時に前記水車（５５）の駆動力により前記回転式フルイ（５１）が回転駆動できるように構成されていることを特徴とする土砂分離装置（５）。 An earth and sand separator (5) for separating water and earth and sand from river water or outflow earth and sand taken into the apparatus,
A rotary sieve (51) is rotatably installed in the apparatus via a motor (56), and the water return channel is separated from the river water or the outflow sediment by the rotary sieve (51). to (54) and the water wheel (55) is provided, sediment separating apparatus in which the rotary sieve by the driving force of the water wheel (55) in the event of a power failure (51) is characterized that you have been configured to be rotated (5)