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

［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りる必要がないため、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。

［具体的デ－タ］

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