2017 Fiscal Year Annual Research Report
Automated real-time stream-velocity/streamflow acquisition using fluvial acoustic tomography
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17H03313
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
川西 澄 広島大学, 工学研究科, 准教授 (40144878)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 河川流量観測技術 / 音響トモグラフィー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
河川流量は、河川の水域・洪水水位を決定するとともに、様々な物質や熱量の運搬量を決定するので、正確な河川流量観測法を確立することは非常に重要である。本研究は、申請者らが世界に先駆けて開発に成功した河川音響トモグラフィーシステム(FATS)を用いて、省人力・低コストで恒久的にリアルタイム流量を自動観測できる技術の確立を目指している。
川幅の広い河川に加えて川幅の狭い中小河川でも、低水から洪水までのリアルタイム流量を、恒久的に自動連続観測できるシステムを実現するために、本年度実施した研究内容は以下の通りである。
①川幅の狭い中小河川用に、従来よりも高い周波数（53 kHz）の音波を処理できるFATSを製作し、川幅60mの馬洗川で実地試験を実施した。②川幅110mの江の川において、自動データ転送・処理機能とインターネット接続機能を付加した、リアルタイム自動観測システムを構築し、連続流量観測（音波の発信間隔は30秒）を実施した。③両岸で取得される音響データと水位データを自動処理して断面平均流速と流量を求めるプログラムを作成した。④比較検証流量を得るため、両河川で適宜、横断ADCP（超音波ドップラー流速分布計）観測を実施した。
主な結果は次の通りである。平常時の川幅が110 mの江の川では30 kHz、川幅60mの馬洗川では52 kHzの超音波を用いた結果、それぞれ、0.5 mと0.3 m程度の浅い水深でも計測に問題は無かった。観測できた最大流量は、江の川観測地点で約650 m3/s、馬洗川では約120 m3/sであった。本自動観測システムFATSにより得られた流量は、横断ADCPによる流量と良く一致しており、本システムの信頼性は高いことが確認できた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平常時の川幅が110 mの江の川での30 kHz-FATSに加え、川幅の狭い中小河川用に、従来よりも高い周波数（53kHz）の音波を処理できるFATSを製作し、川幅60mの馬洗川への設置も完了した。江の川と馬洗川において、自動データ転送・処理機能とインターネット接続機能を付加した、リアルタイム自動観測システムの構築はほぼ完了したので、計測データの遠隔監視を行いながら問題点の洗い出しと改良をハードウェアとソフトウェアの両面から行っている。流量算出に必要となる流積は、アユ漁の漁期以外で、GPSとソナーを備えた無人自動航行ボートを用いて音波の送受信ラインに沿った河床形状の精密測量を行って求めている。低水流量は問題なく連続観測が可能であったが、大きな出水時は欠測となった。現在のところ、欠測の原因は、出水時に大量に流下し、トランスデューサーに集積する浮遊草本類（主にオオカナダモ）による音波の伝播損失だと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
大量に流下、トランスデューサーに集積する浮遊草本類（主にオオカナダモ）による音波の伝播損失を克服し、より大きな洪水流量を観測するためには、音波強度を上げる必要がある。今後は、システムの昇圧トランスの改良、高出力のトランスデューサーの採用などにより、音波強度の増大をはかる。さらに、洪水用に、より伝播損失の少ない低周波数のトランスデューサーの併用も検討する。また、水位変化にともなう流水断面幅の変化に対応した流量観測法を確立するため、横断方向に複数のトランスデューサーを設置して複数音線を形成し、洪水流量の観測精度の向上を検証する。
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