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公開番号2025079754
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-22
出願番号2023198602
出願日2023-11-22
発明の名称地下水水位標高の測定方法、貯水量測定システム及び応用
出願人浙江大学,ZHEJIANG UNIVERSITY
代理人TRY国際弁理士法人
主分類G01V 9/02 20060101AFI20250515BHJP(測定;試験)
要約【課題】地下水水位標高の測定方法、貯水量測定システム及び応用を開示する。
【解決手段】本発明の一側面による、地下水水位標高の測定方法によれば、測定部位にボーリングして透水筒を置き入れ、地下水が透水筒に入るように保証し、導水管の給水口は、筒内の液面以下に伸び込み、排水口は、地上に導かれ、安定的な排水流速を検出し、式によって給水口の水位標高を測量し計算する。本発明の他の一側面による地下水貯水量モニタリング測定システムは、水位モニタリングポイント行列をレイアウトし、すべての点の地下水水位標高及び関連データを測定して収集し、地下水測定空間の貯水量特徴データを構築する。本発明は、地上流速を利用して地下水位標高を測定し、新たな地下水水位測定技術案であり、技術的適応性が高く、地上水モニタリング技術改良方向を変えることができる。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
地下水水位標高の測定方法であって、測定部位にボーリングし且つ透水筒（１）を置き入れ、地下水が透水筒（１）に入るように保証し、導水管（２）の給水口（２１）は、透水筒（１）内の液面以下に伸び込み、導水管（２）の排水口（２２）は、地上に導かれ、水が排水口（２２）から安定的に排出されるようになると、式１の連立方程式によって給水口（２１）の水位標高ｈ
a
を測量し計算し、
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2025079754000006.jpg
7
170
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2025079754000007.jpg
36
170
式において、ｈ
a
－給水口（２１）の水位標高であり、ｍであり、
ｈ
a1,
ｈ
a2
－それぞれｈ
a
の計算中間量であり、ｍであり、
ｋ－計算中間量であり、
ｅ－計算中間量であり、
ｆ－計算中間量であり、
Ｈ－測定された自然大気圧が提供可能な最大揚水高さであり、ｍであり、経験値であり又は測定して記録されるものであり、
ｈ
c
－導水管（２）頂部の最大標高であり、ｍであり、実験パラメータ／測定データであり、
ｈ
b
－排水口（２２）の水位標高であり、ｍであり、測定して記録されるものであり、
S
b
－導水管（２）の排水口（２２）の流速であり、ｍ/ｓであり、測定して記録されるものであり、
ｇ－重力加速度であり、ｍ/ｓ
2
であり、定数であり、
λ－導水管（２）の沿路抵抗係数であり、従来の技術に従って決定され、
Ｃ－導水管（２）の長さであり、ｍであり、実験パラメータであり、
ｊ－導水管（２）の内径であり、ｍであり、実験パラメータであり、
η－導水管（２）の局所抵抗／損失水頭係数であり、従来の技術に従って決定される、ことを特徴とする地下水水位標高の測定方法。
続きを表示（約 1,600 文字）【請求項２】
導水管（２）の排水口（２２）を負圧装置（３）と連通させ、負圧装置（３）を利用して導水管（２）の両端開口間の差圧を作り出し、排水口（２２）の出水を誘い且つ圧力を安定化し、水が排水口（２２）から安定的に排出されるようになると、負圧装置（３）の示度ｙ
ｂ
を記録し、排水口（２２）の出水流速Ｓ
ｂ
を記録し、式２によって給水口（２１）の水位標高ｈ
a
を測量し計算し、
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2025079754000008.jpg
9
170
式において、ｙ
ｂ
－負圧装置（３）の圧力安定化値であり、ｋｐａであり、測定して記録されるものであり、
μ－地下水の密度であり、ｋｇ/ｍ
3
であり、測定して記録されるもの又は定数である、ことを特徴とする請求項１に記載の水位標高測定方法。
【請求項３】
微小液体流速流量計を採用してＳ
ｂ
を検出し、一旦Ｓ
ｂ
を記録すると、排水口（２２）を即座に閉じる、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の水位標高測定方法。
【請求項４】
前記透水筒（１）は、同軸多層伸縮スリーブ構造であり、各層スリーブ（１１）管壁は、透水穴（１２）にゆきわたり、コア層スリーブ（１３）末端にテーパー透水石（１４）があり、前記スリーブ（１１）外壁とテーパー透水石（１４）外周は、高浸透性織物により包まれる、ことを特徴とする請求項３に記載の水位標高測定方法。
【請求項５】
前記導水管（２）の内径ｊ≦４ｍｍであり、前記透水穴（１２）の孔径は、５ｍｍ以下である、ことを特徴とする請求項４に記載の水位標高測定方法。
【請求項６】
ボーリングして透水筒（１）を取り付ける時に、透水石（１４）は、地下水液面以下３．５ｍ～６．５ｍに伸び込み、機器を取り付ける時に導水管（２）の給水口（２１）と排水口（２２）との間に標高差が存在するように保証する、ことを特徴とする請求項５に記載の水位標高測定方法。
【請求項７】
地下水貯水量モニタリング測定システムであって、地下水測定空間を画定し、モニタリング領域岩土の浸透性、動水勾配と地形勾配を利用して測定空間における測定部位A
ｉ
を決定して設計し、すべてのA
ｉ
は、三次元測定ドットマトリクスA
３Ｄ
を構成し、請求項６に記載の地下水水位標高の測定方法を利用してすべてのA
ｉ
点の異なる時間ｔにおける地下水水位標高データｈ
ai
を測定して収集し、ドットマトリクスA
３Ｄ
のデータ集合Ｄを得、前記集合Ｄは、ドットマトリクスA
３Ｄ
における各ｈ
ai
及びそれに対応するA
ｉ
番号、空間座標、時間を含み、集合Ｄを利用して地下水測定空間の貯水量特徴データを構築する、ことを特徴とする地下水貯水量モニタリング測定システム。
【請求項８】
前記地下水測定空間の貯水量特徴データは、動的及び／又は静的データ／グラフィックス／モデル／方程式を含む、ことを特徴とする請求項７に記載の地下水貯水量モニタリング測定システム。
【請求項９】
請求項７に記載の地下水貯水量モニタリング測定システムの応用であって、地下水モニタリング早期警報に用いられ、地下水貯水量モニタリング測定システムを利用して地下水特徴変化をモニタリングし、且つ予め設定された条件に従って警告情報を発する、ことを特徴とする応用。
【請求項１０】
水質検出装置をさらに含み、地下水水質を検出し、且つ予め設定された条件に従って警告情報を発する、ことを特徴とする請求項９に記載の応用。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、地質環境モニタリング測定技術に関し、特に地下水関連物理変数のモニタリング装置とシステムに関し、地下水環境モニタリング測定技術分野に属する。
続きを表示（約 2,900 文字）【背景技術】
【０００２】
地下水水位は、最も一般的で、最も重要な地下水モニタリング要素である。現在、地下水水位に対するモニタリングは、一般的にはいずれも「深く埋める」方式で観測し且つ測定する。地下水位を自動的に測定する計器は、主にフロート式と圧力式という二つを有する。フロート式地下水位計は、一般的にはいずれも５ｃｍ～１０ｃｍの口径の検層管内で作動することができるが、小さなフロートの水位変化を検知する感度が比較的悪く、水位検知の感度は、極めて地下水の埋め深さが比較的大きく、スパン線が長いなどの客観的な稼働条件の影響を受けやすい。圧力式水位計は、測定精度が前者より高いが、その測定データ品質がモニタリング部位の水の環境の優劣に依存する。土砂含有量が比較的少なく、水質密度が比較的安定的であるなどの有利な条件で測定することによって、結果は、より良い。従来の技術の負圧条件での地下水位の測定装置と方法（ＺＬ２０１４１０５９６３７６３）、負圧条件での地下水位の可視化測定方法（ＺＬ２０１４１０６１２２３０３）、超音波負圧に基づく地下水位シール測定装置及びその方法（ＺＬ２０１５１０７４５１１６２）、真空プリプレス地盤補強領域における水位測定装置と方法（ＺＬ２００６１００８５３３７２）などは、負圧、真空などの技術的特徴を導入することによって上記二種類の測定方案の欠陥を一部克服したが、且つその技術的構想の基本的な特徴を変えなかった。測定装置の主な作動部（測定感知部材など）は、岩土体内部で作動し、且つ技術改良は、常に測定部位のさらなる微細な水位変化をキャプチャして収集することを意図するように努力する。この基本的な特徴は、比較的明らかな技術的欠陥を引き起こし、その一、測定技術の改良が機器の精密化を代償として、装置コストを連続的に高めることしかできないことと、その二、測定感知部材の感度を保証するために、モニタリング部位の選択について岩体地形条件をより考慮する必要があり、重要であるが施工しにくいモニタリングポイントを犠牲する恐れがあることと、その三、外部測定操作の制御可能性が限られることと、その四、地下の主な作動部が点検修理しにくく、一旦破壊されると、放棄するにほかならず、比較的高い機器、施工などの様々なコストを直接にもたらすことと、を含む。
【発明の概要】
【０００３】
本発明の目的は、従来の技術の欠点に対し、測定装置の主な作動部が地上以上にある地下水モニタリング測定技術を提供することである。
【０００４】
上記目的を実現するために、本発明は、先ず地下水水位標高の測定方法を提供し、その技術案は、以下のとおりである。
【０００５】
地下水水位標高の測定方法は、測定部位にボーリングし且つ透水筒を置き入れ、地下水が透水筒に入るように保証し、導水管の給水口が透水筒内の液面以下に伸び込み、導水管の排水口が地上に導かれ、水が排水口から安定的に排出されるようになると、式１の連立方程式によって給水口の水位標高ｈ
a
を測量し計算し、
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170
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36
170
式において、ｈ
a
－給水口の水位標高であり、ｍであり、
ｈ
a1,
ｈ
a2
－それぞれｈ
a
の計算中間量であり、ｍであり、
ｋ－計算中間量であり、
ｅ－計算中間量であり、
ｆ－計算中間量であり、
Ｈ－測定された自然大気圧が提供可能な最大揚水高さであり、ｍであり、経験値であり又は測定して記録されるものであり、
ｈ
c
－導水管頂部の最大標高であり、ｍであり、実験パラメータ／測定データであり、
ｈ
b
－排水口の水位標高であり、ｍであり、測定して記録されるものであり、
Ｓ
b
－導水管の排水口の流速であり、ｍ／ｓであり、測定して記録されるものであり、
ｇ－重力加速度であり、ｍ／ｓ
2
であり、定数であり、
λ－導水管の沿路抵抗係数であり、従来の技術に従って決定され、
Ｃ－導水管の長さであり、ｍであり、実験パラメータであり、
ｊ－導水管の内径であり、ｍであり、実験パラメータであり、
η－導水管の局所抵抗係数であり、従来の技術に従って決定されることを特徴とする。
【０００６】
上記地下水水位標高の測定方法は、連通器原理に基づき、地下水を地上に導いて測定を実施する技術案である。地下水「埋蔵」環境の複雑性のため、連通器原理を利用して地上で地下部位水位に対する測定を実現するには、サイフォン揚程の地上出水流速への影響を考慮する必要がある。本発明の事前の大量の実験研究は、連通器原理を利用して建てられた測定システムにおいて、導水管内の液体流速が導水管の両端開口の液面の高低差により決められず、Ｈと導水管のサイフォン揚程Ｈ
o
との間の差分値、及び導水管の給排水口間の標高差分値の共な影響を受けることを発見した。この影響の分析モデルを確立した基礎上で、本発明は、上記の、従来「深く埋める」方式測定と異なる技術案を提供する。
【０００７】
上記地下水水位標高の測定方法は、導水管の給水口の圧力が出水口の圧力より明らかに高い場合に適用できる。いくつかの稼働条件で、機器を取り付けた後に水が自動的に安定的に排出できない場合に、上記測定方法の最適化は、負圧装置を導入することである。具体的には、導水管の排水口を負圧装置と連通させ、負圧装置を利用して導水管の両端開口間の差圧を作り出し、排水口の出水を誘い且つ圧力を安定化し、水が排水口から安定的に排出された後に式２によって給水口の水位標高ｈ
a
を測量し計算する。
【０００８】
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式において、y
ｂ
－負圧装置の圧力安定化値（ｋｐａ）であり、測定して記録されるものであり、μ－地下水の密度（ｋｇ／ｍ
3
）であり、測定して記録されるもの又は定数である。
【０００９】
本発明は、さらに技術測定方法では装置の最適化設計を使用し、以下のような態様を含む。
【００１０】
透水筒は、同軸多層伸縮スリーブ構造を採用し、各層スリーブ管壁は、透水穴にゆきわたり、透水穴は、できるだけ細密であり、それによって給水擾乱を低減させる。透水筒のコア層スリーブ末端にテーパー透水石がある。各層スリーブ（１１）外壁とテーパー透水石外周は、いずれも高浸透性織物により包まれる。導水管の内径は、４ｍｍ以下である。
（【００１１】以降は省略されています）

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