ドップラー式超音波流速センサーによる小規模河川の簡易流量測定法

• 担当機関: （独）農業技術研究機構 近畿中国四国農業研究センター
• 研究期間: 1999～2002
• 研究担当者: 吉田正則; 村上敏文
• 発行年度: 2001
• 要約: 小規模河川の流量は、ドップラー式超音波流速センサーを用いることにより、簡易、確実、詳細に測定できる。
• キーワード: 小規模河川、流量、ドップラー式超音波流速センサー、簡易、確実、詳細
• 背景・ねらい: 小規模河川（川幅10m、河岸高3m程度）の流量デ－タは、中山間農業集水域から生じる汚濁負荷量などを算定するうえで、不可欠な要素である。しかし、流量せき法、手計測流速法、水位流量法など従来の方法では、せきの設置条件や洪水タイミング、さらにはH－Qループ（水位Hと流量Qの関係が輪を描く現象）の発生などが障害となり、実測流量を得ることは必ずしも容易ではなかった。そこで、人工小水路向けに開発されたドップラー式超音波流速センサーを用いて、小規模河川の流量を、簡易、確実、詳細に測定する方法（センサー法）を提案する。
• 成果の内容・特徴: 1.; 本センサー（I社製）は、小型・軽量のため（長さ20cm、幅4cm、高さ3cm、重さ1.8kg）、河川内への容易が簡単であり、河川管理者からの設置許可が得やすい。また、観測者が河川内へ立ち入る必要がないため、洪水時の観測がより確実に行えるほか（図1）、流速から流量を算定する方式のため、H－Qループの影響が詳細に評価できる（図2）。; 2.; 本センサーは、流心が位置する河道中央付近に設置し、ステンレスチェーンによって川岸に固定する（図1）。そして、センサー設置点の深さ方向平均流速Vs（m/s）を、30分に1回の頻度で自動測定する。; 3.; 今回観測を行った小規模河川では、Vsと流水横断面平均流速Vm（m/s）のあいだにつぎの関係が認められた（図3）。; Vm=0.344Vs+0.121Vs² （r²=0.938） ［1］; したがって、センサー法による流量Qs（m³/s）は、［1］式に流水横断面積A（m²）を掛け合わせた、つぎの式から求めることができる。; Qs=Vm・A=0.344A・Vs+0.121A・Vs² ［2］; 4.; 豪雨時観測などの結果から（図4はその一例）、Vsが降雨や水位の変化に的確に反応し、[2]式による流量の精度も、手計測流速法に対して±6％と、ほぼ実用レベルに達していることが確認された。
• 成果の活用面・留意点: 1.; Vmは、手計測流速法で実測し、Aは、圧力式水位計による川の水位と、測量による河床横断面積の関係から推定する。; 2.; VsとVmの関係は、河川ごとに求め直したほうがよい。; 3.; センサーがゴミや泥などに埋没すると欠測になるので、速やかに除去する。それでも欠測が多いときは、測定回数を増やす（１分間に１回の頻度まで設定可能）。; 4.; センサーは、DC12Vバッテリーと太陽電池パネルで周年駆動する。; 5.; 機材・施設等に要した費用は、一式約100万円である。
• カテゴリ: 中山間地域