地下水の鉛直流速測定方法及び装置
【課題】トレーサ粒子と地下水との密度差の影響を受けにくい地下水の鉛直流速測定方法及び装置を提供する。
【解決手段】地下水Ｇの測定域内に、平面上の直線又は曲線区間２２を含む流路の両端にその平面と垂直な一対の開口２４、２６が反対向きに設けられた管路２０を開口軸Ａが鉛直向きとなるように配置し、管路２０内にトレーサ粒子Ｓを流入させて直線又は曲線区間２２中に浮遊するトレーサ粒子Ｓの水平流速Ｖｈ´を計測し、その水平流速Ｖｈ´の計測値から測定域内の鉛直流速Ｖｐを算出する。好ましくは、両端の開口軸Ａと垂直な一対の平行な平面上の直線区間２２ａ、２２ｂとその間の折り返し区間２３とを含むＵ字形管路を用いる。
【解決手段】地下水Ｇの測定域内に、平面上の直線又は曲線区間２２を含む流路の両端にその平面と垂直な一対の開口２４、２６が反対向きに設けられた管路２０を開口軸Ａが鉛直向きとなるように配置し、管路２０内にトレーサ粒子Ｓを流入させて直線又は曲線区間２２中に浮遊するトレーサ粒子Ｓの水平流速Ｖｈ´を計測し、その水平流速Ｖｈ´の計測値から測定域内の鉛直流速Ｖｐを算出する。好ましくは、両端の開口軸Ａと垂直な一対の平行な平面上の直線区間２２ａ、２２ｂとその間の折り返し区間２３とを含むＵ字形管路を用いる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は地下水の鉛直流速測定方法及び装置に関し、とくに低流速の地下水の鉛直流速を測定する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地下構造物等を構築する場合に、その安全性や周囲への影響を予測・評価するため、構造物周辺の地下水の流速、流向その他の水理特性を把握することが求められる。例えば地下数百〜千ｍ程度の安定した地盤又は岩盤（天然バリア）中に放射性廃棄物（放射性核種を含む）の埋設処分場（地層処分場）を構築する場合に、処分場から漏洩した放射性核種が地下水により移行するリスクを評価するため、処分場を覆う天然バリアを流れる地下深部の地下水の水理特性を把握することが求められる。
【０００３】
従来から、地下深部の地下水中に塩、インク等の色素、薬品、又は放射性同位体等が含まれるトレーサ液を添加し、予め想定した範囲内でトレーサ液の伝播状態や伝播範囲を追跡調査して水理特性を把握する方法が開発されている（特許文献１及び２参照）。しかしトレーサ液を用いる方法は、トレーサ液自体が移流・拡散する性質を有するため、地下水の流速が小さくなるとトレーサ液自体の拡散速度の影響が無視できなくなり、地下水の流速（流向を含む。以下同じ）を精確に測定することが難しくなる。例えば放射性廃棄物の地層処分場等では、万年オーダーの長期間にわたる安全性評価が求められ、極めて低流速（例えば１０−５〜１０−１０ｍ／ｓ程度）の地下水の流れ特性を高い精度で把握することが要求される。このような低流速の地下水の流速を精確に測定するためには、トレーサ液の拡散速度等に影響されない測定方法が必要である。
【０００４】
これに対し、特許文献３及び４のように、地下水中に投入したトレーサ粒子の三次元位置を超音波センサ又は光学式撮像装置で追跡して地下水の流速を測定する方法が提案されている。例えば図４に示すように、ボーリング孔２内にパッカー１１、１２によって測定域３を形成し、その測定域３内に支持部材１９によって超音波センサ又は光学式撮像装置が取り付けられた計測ユニット１５を吊り下げ、支持部材１９に組み込まれたトレーサ導入管１８を介して測定域３の地下水Ｇ中にその地下水Ｇとほぼ同等の密度（比重）を有するトレーサ粒子Ｓを供給する。地下水Ｇの流れに沿って流動するトレーサ粒子Ｓの位置を計測ユニット１５により検出し、その検出データを信号伝送ユニット１６及び信号伝送ケーブル１７を介して地上の計測装置７へ伝送する。計測装置７において検出データからトレーサ粒子Ｓの三次元的な連続移動位置を計測し、その計測結果に基づき地下水Ｇの三次元的な流速を測定する。このようなトレーサ粒子Ｓを用いる方法によれば、トレーサ液を用いた場合のように拡散速度の影響を受けることなく、低流速の地下水Ｇの流速を精確に測定することが期待できる。なお、図中の符号１３はパッカー１１、１２及び計測ユニット１５の吊り下げ装置１３を示し、符号１４はパッカー１１、１２の制御装置を示す。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２７３５３８号公報
【特許文献２】特公平２−０４６９０４号公報
【特許文献３】特開２００１−１８３４７１号公報
【特許文献４】特開２００２−１０７３７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来のトレーサ粒子Ｓを用いて地下水Ｇの流速を測定する方法は、トレーサ粒子Ｓの密度を測定域３の地下水Ｇの密度と厳密に一致させることが難しいという問題点がある。トレーサ粒子Ｓの密度が地下水Ｇの密度と相違すると、地下水Ｇ中でトレーサ粒子Ｓが徐々に落下又は浮上し、地下水Ｇの鉛直方向の流速に測定誤差が発生する。一般に低流速の地下水Ｇの流動特性を測定するには２〜３日程度の測定期間が必要と考えられるので、トレーサ粒子Ｓを用いた地下水Ｇの流速測定の精度を高めるためには、トレーサ粒子Ｓの密度を地下水Ｇの密度と厳密に一致させ、測定期間におけるトレーサ粒子Ｓの落下又は浮上速度を小さく抑えることが必要である。ところが、トレーサ粒子Ｓは微小粒子（例えば粒径１００〜２００μｍ程度）であり、そのような微小粒子の密度を地下水Ｇの密度と厳密に一致させることは極めて困難である。
【０００７】
更に、たとえトレーサ粒子Ｓの密度の調整が可能であるとしても、地下水Ｇの密度は深度毎に温度・圧力等の影響を受けて変化することから、測定対象の地下水Ｇの精確な密度を把握することが難しい問題点もある。測定対象の地下水Ｇの精確な密度を把握するためには、原位置の温度及び圧力状態に保持したまま地下水Ｇをボーリング孔２から採水して密度を測定する必要があるが、このような原位置の地下水Ｇの密度測定は作業が面倒であるだけでなく測定誤差を生じやすい。トレーサ粒子Ｓを用いて低流速の地下水の流速を精確に測定するためには、たとえトレーサ粒子Ｓと地下水Ｇとの間に多少密度差がある場合でも、その密度差の影響を受けにくい測定方法を開発する必要がある。
【０００８】
そこで本発明の目的は、トレーサ粒子と地下水との密度差の影響を受けにくい地下水の鉛直流速測定方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
図１から図３の実施例を参照するに、本発明による地下水の鉛直流速測定方法は、地下水Ｇの測定域３内に、平面上の直線又は曲線区間２２を含む流路の両端にその平面と垂直な一対の開口２４、２６が反対向きに設けられた管路２０（図２及び図３参照）を開口軸Ａが鉛直向きとなるように配置し、管路２０内にトレーサ粒子Ｓを流入させて直線又は曲線区間２２中に浮遊するトレーサ粒子Ｓの水平流速Ｖｈ´を計測し、その水平流速Ｖｈ´の計測値から測定域３内の鉛直流速Ｖｐを算出してなるものである。
【００１０】
また図１のブロック図を参照するに、本発明による地下水の鉛直流速測定装置は、地中ボーリング孔２内の地下水深度に測定域３を形成するパッカー対１１、１２、平面上の直線又は曲線区間２２を含む流路の両端にその平面と垂直な一対の開口２４、２６が反対向きに設けられ且つ測定域３内に開口軸Ａが鉛直向きとなるように配置される管路２０（図２及び図３参照）、管路２０内にトレーサ粒子Ｓを流入させるトレーサ導入管１８、管路２０の直線又は曲線区間２２中に浮遊するトレーサ粒子Ｓの水平流速Ｖｈ´を計測する計測装置７、及びその水平流速Ｖｈ´の計測値から測定域３内の鉛直流速Ｖｐを算出する算出装置８を備えてなるものである。
【００１１】
好ましくは図２に示すように、管路２０を、両端の開口軸Ａと垂直な一対の平行な平面上の直線区間２２ａ、２２ｂとその間の折り返し区間２３とを含むＵ字形管路とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明による地下水の鉛直流速測定方法及び装置は、平面上の直線又は曲線区間２２を含む流路の両端にその平面と垂直な一対の開口２４、２６が反対向きに設けられた管路２０を地下水Ｇの測定域内に配置し、その管路２０にトレーサ粒子Ｓを流入させて直線又は曲線区間２２中に浮遊するトレーサ粒子Ｓの水平流速Ｖｈ´を計測し、その水平流速Ｖｈ´の計測値から測定域３内の鉛直流速Ｖｐを算出するので、次の有利な効果を奏する。
【００１３】
（イ）管路２０の直線区間２２に両端開口２４、２６の鉛直方向の速度ポテンシャル差に応じた水平流を形成し、測定域３の鉛直流速Ｖｐを水平流速Ｖｈ´に変換して計測することにより、測定域３の水平流速Ｖｈの如何に拘わらず鉛直流速Ｖｐのみを取り出して精度よく測定することができる。
（ロ）トレーサ粒子Ｓと地下水Ｇとに密度差がある場合でも、管路２０中に流入したトレーサ粒子Ｓの水平流速Ｖｈ´は密度差の影響を受けないので、その水平流速Ｖｈ´から地下水Ｇとの密度差による影響のない鉛直流速Ｖｐの精確な測定が可能となる。
（ハ）地下水Ｇと密度差の大きなトレーサ粒子Ｓは管路２０内を移動する間に断面上下部分に移動し、密度差の小さいトレーサ粒子Ｓだけが直線区間２２の断面中央付近に浮遊するので、直線区間２２に断面中央付近に浮遊するトレーサ粒子Ｓの水平流速Ｖｈ´を計測することで密度差の影響を更に小さく抑えることができる。
（ニ）また、管路２０の断面周辺部では管路２０の内面との摩擦の影響を受けうるが、断面中央付近を浮遊するトレーサ粒子Ｓの水平流速Ｖｈ´を計測することで摩擦の影響を避け、鉛直流速Ｖｐの測定精度の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明の鉛直流速測定装置を、例えば放射性廃棄物の地層処分場を構築する数百〜千ｍ程度の地下地盤（岩盤）１における地下水Ｇの水理特性の測定に適用した実施例を示す。図示例の測定装置１０は、地層処分場の周囲地盤１に掘削したボーリング孔２内の所要深度に測定域３を形成するパッカー対１１、１２と、その測定域３内に配置する管路２０と、測定域３の管路２０内にトレーサ粒子Ｓを流入させるトレーサ導入管１８と、管路２０内に進入したトレーサ粒子Ｓの水平流速Ｖｈ´を計測する計測装置７（計測ユニット１５を含む）とを有している。パッカー対１１、１２は適当な結合部材（図示せず）によって所要の相互間隔に保持され、ボーリング孔２外の吊り下げ装置１３及びパッカー制御装置１４によってボーリング孔２内に吊り下げる。パッカー対１１、１２として、例えば液体（水等）又は気体（空気等）の注入・回収により拡張・収縮する遮水パッカー又はメカニカルパッカーを用いることができる。
【００１５】
図示例のトレーサ導入管１８は、測定域３の地下水Ｇとほぼ同等の密度（比重）を有する粒径１００〜２００μｍ程度のトレーサ粒子Ｓを、例えばその一端に接続した地上のトレーサ導入装置５から測定域３へ供給するものである。例えばトレーサ導入装置５に異なる密度のトレーサ粒子を流入液中に浮遊させて貯えるタンクと、そのタンク内の温度及び圧力を制御する加温・加圧装置とを設け、計測ユニット１５により計測された測定域３の地下水Ｇの温度及び圧力に基づきタンク内の流入液の温度及び圧力を制御し、その温度及び圧力下で浮遊するトレーサ粒子Ｓを選択して測定域３へ流入させる。このように測定域３の地下水Ｇの温度及び圧力に応じてトレーサ粒子Ｓを選択することにより、測定域３に供給するトレーサ粒子Ｓと測定域３の地下水Ｇとの密度差を小さく抑えることができる。なお、図示例ではトレーサ導入装置５と計測装置７とを分離しているが、両者を一体的なものとしてもよい。
【００１６】
測定域３内に配置する管路２０の一例は、例えば図２及び図３に示すように、所定軸Ａと垂直な平面上の直線又は曲線区間２２を含む流路の両端に、その所定軸Ａを開口軸とする一対の開口２４、２６が反対向きに設けられたものである。両開口２４、２６の開口軸Ａが鉛直向きとなるように測定域３内に配置し、その配置により開口軸Ａと垂直な平面上の直線又は曲線区間２２を測定域３において水平とする。図２は、所定軸Ａと垂直な一対の平行な平面上の直線区間２２ａ、２２ｂとその間の折り返し区間２３とを含むＵ字形流路の両端に、その軸Ａを開口軸とする一対の開口２４、２６が反対向きに設けられたＵ字形管路２０ａの断面図（開口軸Ａを含む断面図）を示す。例えば、このＵ字形管路２０ａの一方の開口２４（又は２６）をトレーサ導入管１８の下端に臨ませ、トレーサ導入管１８を介して測定域３内に供給するトレーサ粒子Ｓの少なくとも一部を管路２０ａ内に流入させる。管路２０は、例えばパッカー対１１、１２に適当な支持部材を介して支持することができるが、図１に示すように計測ユニット１５と一体的に支持してもよい。
【００１７】
図２のＵ字形管路２０ａにおいて、一方の鉛直上向きの開口２４から流入したトレーサ粒子Ｓは、他方の鉛直下向きの開口部２６から放出される前に直線区間２２ａ、２２ｂにおいて水平方向に流れる。この水平方向の流れは、両端開口２４、２６の開口軸Ａ上の鉛直方向の速度ポテンシャルの差Δｐによって発生するものであり、その速度ポテンシャルの差Δｐに応じて管内の水平方向の流速Ｖｈ´が増減する。トレーサ粒子Ｓと地下水Ｇとに密度差があると直線区間２２ａ、２２ｂにおいてトレーサ粒子Ｓが鉛直方向に落下又は浮上するが、トレーサ粒子Ｓの水平流速Ｖｈ´は密度差の影響を受けないので、その水平流速Ｖｈ´から測定域３の鉛直流速Ｖｐを求めることにより、トレーサ粒子Ｓと地下水Ｇとの密度差の影響のない精確な鉛直流速Ｖｐを求めることができる。
【００１８】
例えば、管路２０ａ内の摩擦や場の乱れを無視できる場合は、両端開口２４、２６の間の速度ポテンシャル差Δｐと開口軸Ａ方向の距離ｄとに基づき、管路２０ａを配置する前の開口軸Ａ方向の鉛直流速Ｖｐをダルシーの法則によりＶｐ＝ｋ×Δｐ／ｄ（ｋは等価透水係数）と表すことができる。これに対して両端開口２４、２６の間に直線区間２２ａ、２２ｂを含む所定長さＬの流路が配置されているときは、その直線区間２２ａ、２２ｂの両端に速度ポテンシャル差Δｐが加わるので、ダルシーの法則により直線区間２２ａ、２２ｂにおいて水平流速Ｖｈ´＝ｋ×Δｐ／Ｌとなる。すなわち、図示例のＵ字形管路２０ａを用いることにより、開口２４、２６間の測定域３の鉛直流速Ｖｐを、直線区間２２ａ、２２ｂにおける水平流速Ｖｈ´とその流路の長さＬと両開口２４、２６の開口軸Ａ方向の距離ｄとからＶｐ＝Ｖｈ´×Ｌ／ｄとして算出することができる。
【００１９】
ただし、管路２０ａの直線区間２２ａ、２２ｂの径φに対してその流路の長さＬが十分に大きくない場合は、水平流速Ｖｈ´を計測する位置において管路２０の内部の流れが水平に達しない可能性がある。図示例では、Ｕ字形管路２０ａ内で十分な水平流が形成されるように、直線区間２２ａ、２２ｂの径φに対してその流路の長さＬが十分に大きな管路２０ａとしている。管路２０ａの流路断面は摩擦等によるポテンシャルの損失を避けるためにできるだけ均一であることが望ましく、管路２０ａの断面周辺部に生じる摩擦の影響を避けるために流路の径φはあまり小さく（細く）ないことが望ましい。管路２０ａを形成する材質や対象とする流速にもよるが、例えば管路２０の流路の径φを５〜１０ｍｍ程度とし、両開口２４、２６の間の流路の長さＬを５０ｍｍ以上とすることが望ましい。
【００２０】
また、図２では説明簡単化のために開口２４、２６及び折り返し区間２３において流路に９０°の曲がりを設けているが、曲がり部における摩擦等によるポテンシャルの損失を避けるため、例えば図３（Ａ）の管路２２ｂに示すように開口２４、２６及び折り返し区間２３の曲がりを適当な曲率半径としてもよい。更に、図２のような直線区間２２ａ、２２ｂを有するＵ字形管路２０ａに代えて、図３（Ｂ）に示すように、所定軸Ａと垂直な平面上の曲線区間２２ｃを含む流路の両端にその軸Ａを開口軸とする一対の開口２４、２６が反対向きに設けられた環状管路２０ｃを用いることもできる。図３（Ａ）及び（Ｂ）のような管路２０ｂ、２０ｃを用いてポテンシャルの損失の影響を避けることにより、直線又は曲線区間２２の水平流速Ｖｈ´から測定域３の鉛直流速Ｖｐを精度よく算出することが期待できる。
【００２１】
なお、図示例では測定域３内の鉛直流速Ｖｐが下向きであることから一方の鉛直上向き開口２４よりトレーサ粒子Ｓを流入させているが、測定域３内の鉛直流速Ｖｐが上向きである場合は、トレーサ導入管１８の下端を他方の鉛直下向き開口２６に臨ませてトレーサ粒子Ｓを開口２６より直線又は曲線区間２２に流入させればよい。また、トレーサ導入管１８の下端を管路２０の適当な部分（例えば折り返し区間２３又は直線区間２２ｂ、２２ａの中間位置等）と連通させて接続し、トレーサ導入管１８からトレーサ粒子Ｓを管路２０内に直接流入させる方法も考えられる。
【００２２】
図１の計測ユニット１５は、管路２０の直線又は曲線区間２２に流入したトレーサ粒子Ｓの三次元位置を継続的に検出し、その三次元位置の検出値を信号伝送ケーブル１７経由でボーリング孔２外の計測装置７へ伝送する。例えば、従来技術に属する超音波センサ又は光学式撮像装置を計測ユニット１５に設けてトレーサ粒子Ｓの三次元位置を検出することができる。管路２０の直線又は曲線区間２２内のトレーサ粒子Ｓの位置を管路２０の外側の計測ユニット１５で検出するため、管路２０の一部分に適当な透明窓を設けるか、又は管路２０の全体を透明材料製とすることができる。
【００２３】
図１の測定装置１０を用いて地下水Ｇの鉛直流速を測定する場合は、先ずパッカー１１、１２に管路２０及び計測ユニット１５とトレーサ導入管１８及び信号伝送ケーブル１７とを取り付けたうえで、収縮状態のパッカー１１、１２を吊り下げ装置１３によりボーリング孔２内の所要深度まで吊り下げ、パッカー制御装置１４によりパッカー１１、１２を拡張して隣接深度から仕切られた測定域３をボーリング孔２内に形成する。次いで、トレーサ導入管１８を介してボーリング孔２内の測定域３にトレーサ粒子Ｓを送り込み、トレーサ粒子Ｓの少なくとも一部を測定域３に配置された管路２０内に流入させる。
【００２４】
トレーサ粒子Ｓを管路２０内に流入させたのち、計測ユニット１５により直線又は曲線区間２２に浮遊するトレーサ粒子Ｓの三次元位置を継続的に検出し、三次元位置の検出信号を信号伝送ケーブル１７経由でボーリング孔２外の計測装置７へ伝送する。計測装置７は、伝送されたトレーサ粒子Ｓの継続的な位置検出信号に基づき直線又は曲線区間２２におけるトレーサ粒子Ｓの水平流速Ｖｈ´を求め、求めた水平流速Ｖｈ´を算出装置８に送る。算出装置８の一例は、メモリ等の記憶手段と、鉛直流速Ｖｐの算出プログラムとを有するコンピュータである。例えば、管路２０の直線又は曲線区間２２の流路長さＬと両端開口２４、２６の開口軸Ａ方向の距離ｄとを記憶手段に記憶し、上述した算出式（Ｖｐ＝Ｖｈ´×Ｌ／ｄ）に水平流速Ｖｈ´の計測値を代入して鉛直流速Ｖｐを算出する。
【００２５】
好ましくは、管路２０を用いて実施した校正試験又は管路２０の材質・形状等に基づく数値解析により水平流速Ｖｈ´と鉛直流速Ｖｐとの関係式Ｖｐ＝ｆ（Ｖｈ´）を事前に求めて記憶手段に記憶しておき、その関係式と水平流速Ｖｈ´の計測値とに基づき鉛直流速Ｖｐを算出する。このような関係式を用いることにより、管路２０内の摩擦及び場の乱れによる誤差を避けて鉛直流速Ｖｐの測定精度を高めることが期待できる。なお、図示例では計測装置７と算出装置８とを分離して示しているが、計測装置７をトレーサ粒子Ｓの水平流速Ｖｈ´の算出プログラムとし、算出装置８のコンピュータに一体的に組み込むことも可能である。また、管路２０の開口２６（又は２４）から排出されるトレーサ粒子Ｓは、必要に応じてトレーサ導入管１８又は別に設けた回収管１４を介して測定域３から回収することができる。
【００２６】
本発明の測定方法及び装置によれば、トレーサ粒子Ｓと地下水Ｇとの密度差がある場合でも、管路２０を用いて鉛直方向の速度ポテンシャルの差を水平方向の速度ポテンシャルの差に変換することにより、その密度差の影響を受けずに測定域３の鉛直流速Ｖｐを測定することができる。また、管路２０内に流入させたトレーサ粒子Ｓのうち、地下水Ｇと密度差の大きなトレーサ粒子Ｓは管路２０内を移動する間に流路断面の上下部分に移動し、地下水Ｇとの密度差の小さいトレーサ粒子Ｓだけが断面中央付近に浮遊するので、流路断面の中央付近に浮遊するトレーサ粒子Ｓを優先的に計測することで地下水Ｇとの密度差の影響を小さく抑えることができる。更に、管路２０の断面周辺部は管路２０の内面との摩擦の影響を受けうるが、断面中央付近を浮遊するトレーサ粒子Ｓを計測することで摩擦の影響を避け、測定域３の鉛直流速Ｖｐの測定精度の向上を図ることができる。
【００２７】
こうして本発明の目的である「トレーサ粒子と地下水との密度差の影響を受けにくい地下水の鉛直流速測定方法及び装置」の提供を達成できる。
【００２８】
以上説明したように、本発明によれば測定域３の鉛直流速Ｖｐを精確に測定できるが、計測装置７により管路２０の外側に浮遊するトレーサ粒子Ｓの三次元位置を継続的に検出することにより、本発明において測定域３の水平流速Ｖｈを測定することも可能である。すなわち、従来のトレーサ粒子Ｓを用いた地下水Ｇの流速測定装置に本発明のような管路２０を組み合わせることで、地下水Ｇの三次元な流速の測定精度を高めることができる。また、以上の説明では地下深部の地下水Ｇの鉛直流速の測定に本発明を適用しているが、本発明の適用範囲は地下深部の地下水Ｇに限定されるものではなく、トレーサ粒子Ｓを用いて鉛直流速を測定できる流体の流れ場に広く応用可能である。例えば、非常に軽い固体粒子を用いるレーザードップラー法や気体分子ＮＯをトレーサとして用いる流速測定に本発明を適用し、気体の流れ場における精確な鉛直流速を測定することも期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明による地下水の流速測定装置の一実施例の説明図である。
【図２】本発明で用いる管路の一実施例の説明図である。
【図３】本発明で用いる管路の他の実施例の説明図である。
【図４】従来の地下水の流速測定装置の説明図である。
【符号の説明】
【００３０】
１…地盤（岩盤） ２…ボーリング孔
３…測定域 ５…トレーサ導入装置
７…計測装置（計測ユニット） ８…算出装置
１０…測定装置 １１…上部パッカー
１２…下部パッカー １３…吊り下げ装置
１４…パッカー制御装置 １５…計測ユニット
１６…信号伝送ユニット １７…信号伝送ケーブル
１８…トレーサ導入管 １９…支持部材
２０…管路（層流形成管路）
２２…直線区間 ２３…折り返し区間
２４…開口 ２５…開口筒
２６…開口 ２７…開口筒
【技術分野】
【０００１】
本発明は地下水の鉛直流速測定方法及び装置に関し、とくに低流速の地下水の鉛直流速を測定する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地下構造物等を構築する場合に、その安全性や周囲への影響を予測・評価するため、構造物周辺の地下水の流速、流向その他の水理特性を把握することが求められる。例えば地下数百〜千ｍ程度の安定した地盤又は岩盤（天然バリア）中に放射性廃棄物（放射性核種を含む）の埋設処分場（地層処分場）を構築する場合に、処分場から漏洩した放射性核種が地下水により移行するリスクを評価するため、処分場を覆う天然バリアを流れる地下深部の地下水の水理特性を把握することが求められる。
【０００３】
従来から、地下深部の地下水中に塩、インク等の色素、薬品、又は放射性同位体等が含まれるトレーサ液を添加し、予め想定した範囲内でトレーサ液の伝播状態や伝播範囲を追跡調査して水理特性を把握する方法が開発されている（特許文献１及び２参照）。しかしトレーサ液を用いる方法は、トレーサ液自体が移流・拡散する性質を有するため、地下水の流速が小さくなるとトレーサ液自体の拡散速度の影響が無視できなくなり、地下水の流速（流向を含む。以下同じ）を精確に測定することが難しくなる。例えば放射性廃棄物の地層処分場等では、万年オーダーの長期間にわたる安全性評価が求められ、極めて低流速（例えば１０−５〜１０−１０ｍ／ｓ程度）の地下水の流れ特性を高い精度で把握することが要求される。このような低流速の地下水の流速を精確に測定するためには、トレーサ液の拡散速度等に影響されない測定方法が必要である。
【０００４】
これに対し、特許文献３及び４のように、地下水中に投入したトレーサ粒子の三次元位置を超音波センサ又は光学式撮像装置で追跡して地下水の流速を測定する方法が提案されている。例えば図４に示すように、ボーリング孔２内にパッカー１１、１２によって測定域３を形成し、その測定域３内に支持部材１９によって超音波センサ又は光学式撮像装置が取り付けられた計測ユニット１５を吊り下げ、支持部材１９に組み込まれたトレーサ導入管１８を介して測定域３の地下水Ｇ中にその地下水Ｇとほぼ同等の密度（比重）を有するトレーサ粒子Ｓを供給する。地下水Ｇの流れに沿って流動するトレーサ粒子Ｓの位置を計測ユニット１５により検出し、その検出データを信号伝送ユニット１６及び信号伝送ケーブル１７を介して地上の計測装置７へ伝送する。計測装置７において検出データからトレーサ粒子Ｓの三次元的な連続移動位置を計測し、その計測結果に基づき地下水Ｇの三次元的な流速を測定する。このようなトレーサ粒子Ｓを用いる方法によれば、トレーサ液を用いた場合のように拡散速度の影響を受けることなく、低流速の地下水Ｇの流速を精確に測定することが期待できる。なお、図中の符号１３はパッカー１１、１２及び計測ユニット１５の吊り下げ装置１３を示し、符号１４はパッカー１１、１２の制御装置を示す。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２７３５３８号公報
【特許文献２】特公平２−０４６９０４号公報
【特許文献３】特開２００１−１８３４７１号公報
【特許文献４】特開２００２−１０７３７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来のトレーサ粒子Ｓを用いて地下水Ｇの流速を測定する方法は、トレーサ粒子Ｓの密度を測定域３の地下水Ｇの密度と厳密に一致させることが難しいという問題点がある。トレーサ粒子Ｓの密度が地下水Ｇの密度と相違すると、地下水Ｇ中でトレーサ粒子Ｓが徐々に落下又は浮上し、地下水Ｇの鉛直方向の流速に測定誤差が発生する。一般に低流速の地下水Ｇの流動特性を測定するには２〜３日程度の測定期間が必要と考えられるので、トレーサ粒子Ｓを用いた地下水Ｇの流速測定の精度を高めるためには、トレーサ粒子Ｓの密度を地下水Ｇの密度と厳密に一致させ、測定期間におけるトレーサ粒子Ｓの落下又は浮上速度を小さく抑えることが必要である。ところが、トレーサ粒子Ｓは微小粒子（例えば粒径１００〜２００μｍ程度）であり、そのような微小粒子の密度を地下水Ｇの密度と厳密に一致させることは極めて困難である。
【０００７】
更に、たとえトレーサ粒子Ｓの密度の調整が可能であるとしても、地下水Ｇの密度は深度毎に温度・圧力等の影響を受けて変化することから、測定対象の地下水Ｇの精確な密度を把握することが難しい問題点もある。測定対象の地下水Ｇの精確な密度を把握するためには、原位置の温度及び圧力状態に保持したまま地下水Ｇをボーリング孔２から採水して密度を測定する必要があるが、このような原位置の地下水Ｇの密度測定は作業が面倒であるだけでなく測定誤差を生じやすい。トレーサ粒子Ｓを用いて低流速の地下水の流速を精確に測定するためには、たとえトレーサ粒子Ｓと地下水Ｇとの間に多少密度差がある場合でも、その密度差の影響を受けにくい測定方法を開発する必要がある。
【０００８】
そこで本発明の目的は、トレーサ粒子と地下水との密度差の影響を受けにくい地下水の鉛直流速測定方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
図１から図３の実施例を参照するに、本発明による地下水の鉛直流速測定方法は、地下水Ｇの測定域３内に、平面上の直線又は曲線区間２２を含む流路の両端にその平面と垂直な一対の開口２４、２６が反対向きに設けられた管路２０（図２及び図３参照）を開口軸Ａが鉛直向きとなるように配置し、管路２０内にトレーサ粒子Ｓを流入させて直線又は曲線区間２２中に浮遊するトレーサ粒子Ｓの水平流速Ｖｈ´を計測し、その水平流速Ｖｈ´の計測値から測定域３内の鉛直流速Ｖｐを算出してなるものである。
【００１０】
また図１のブロック図を参照するに、本発明による地下水の鉛直流速測定装置は、地中ボーリング孔２内の地下水深度に測定域３を形成するパッカー対１１、１２、平面上の直線又は曲線区間２２を含む流路の両端にその平面と垂直な一対の開口２４、２６が反対向きに設けられ且つ測定域３内に開口軸Ａが鉛直向きとなるように配置される管路２０（図２及び図３参照）、管路２０内にトレーサ粒子Ｓを流入させるトレーサ導入管１８、管路２０の直線又は曲線区間２２中に浮遊するトレーサ粒子Ｓの水平流速Ｖｈ´を計測する計測装置７、及びその水平流速Ｖｈ´の計測値から測定域３内の鉛直流速Ｖｐを算出する算出装置８を備えてなるものである。
【００１１】
好ましくは図２に示すように、管路２０を、両端の開口軸Ａと垂直な一対の平行な平面上の直線区間２２ａ、２２ｂとその間の折り返し区間２３とを含むＵ字形管路とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明による地下水の鉛直流速測定方法及び装置は、平面上の直線又は曲線区間２２を含む流路の両端にその平面と垂直な一対の開口２４、２６が反対向きに設けられた管路２０を地下水Ｇの測定域内に配置し、その管路２０にトレーサ粒子Ｓを流入させて直線又は曲線区間２２中に浮遊するトレーサ粒子Ｓの水平流速Ｖｈ´を計測し、その水平流速Ｖｈ´の計測値から測定域３内の鉛直流速Ｖｐを算出するので、次の有利な効果を奏する。
【００１３】
（イ）管路２０の直線区間２２に両端開口２４、２６の鉛直方向の速度ポテンシャル差に応じた水平流を形成し、測定域３の鉛直流速Ｖｐを水平流速Ｖｈ´に変換して計測することにより、測定域３の水平流速Ｖｈの如何に拘わらず鉛直流速Ｖｐのみを取り出して精度よく測定することができる。
（ロ）トレーサ粒子Ｓと地下水Ｇとに密度差がある場合でも、管路２０中に流入したトレーサ粒子Ｓの水平流速Ｖｈ´は密度差の影響を受けないので、その水平流速Ｖｈ´から地下水Ｇとの密度差による影響のない鉛直流速Ｖｐの精確な測定が可能となる。
（ハ）地下水Ｇと密度差の大きなトレーサ粒子Ｓは管路２０内を移動する間に断面上下部分に移動し、密度差の小さいトレーサ粒子Ｓだけが直線区間２２の断面中央付近に浮遊するので、直線区間２２に断面中央付近に浮遊するトレーサ粒子Ｓの水平流速Ｖｈ´を計測することで密度差の影響を更に小さく抑えることができる。
（ニ）また、管路２０の断面周辺部では管路２０の内面との摩擦の影響を受けうるが、断面中央付近を浮遊するトレーサ粒子Ｓの水平流速Ｖｈ´を計測することで摩擦の影響を避け、鉛直流速Ｖｐの測定精度の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明の鉛直流速測定装置を、例えば放射性廃棄物の地層処分場を構築する数百〜千ｍ程度の地下地盤（岩盤）１における地下水Ｇの水理特性の測定に適用した実施例を示す。図示例の測定装置１０は、地層処分場の周囲地盤１に掘削したボーリング孔２内の所要深度に測定域３を形成するパッカー対１１、１２と、その測定域３内に配置する管路２０と、測定域３の管路２０内にトレーサ粒子Ｓを流入させるトレーサ導入管１８と、管路２０内に進入したトレーサ粒子Ｓの水平流速Ｖｈ´を計測する計測装置７（計測ユニット１５を含む）とを有している。パッカー対１１、１２は適当な結合部材（図示せず）によって所要の相互間隔に保持され、ボーリング孔２外の吊り下げ装置１３及びパッカー制御装置１４によってボーリング孔２内に吊り下げる。パッカー対１１、１２として、例えば液体（水等）又は気体（空気等）の注入・回収により拡張・収縮する遮水パッカー又はメカニカルパッカーを用いることができる。
【００１５】
図示例のトレーサ導入管１８は、測定域３の地下水Ｇとほぼ同等の密度（比重）を有する粒径１００〜２００μｍ程度のトレーサ粒子Ｓを、例えばその一端に接続した地上のトレーサ導入装置５から測定域３へ供給するものである。例えばトレーサ導入装置５に異なる密度のトレーサ粒子を流入液中に浮遊させて貯えるタンクと、そのタンク内の温度及び圧力を制御する加温・加圧装置とを設け、計測ユニット１５により計測された測定域３の地下水Ｇの温度及び圧力に基づきタンク内の流入液の温度及び圧力を制御し、その温度及び圧力下で浮遊するトレーサ粒子Ｓを選択して測定域３へ流入させる。このように測定域３の地下水Ｇの温度及び圧力に応じてトレーサ粒子Ｓを選択することにより、測定域３に供給するトレーサ粒子Ｓと測定域３の地下水Ｇとの密度差を小さく抑えることができる。なお、図示例ではトレーサ導入装置５と計測装置７とを分離しているが、両者を一体的なものとしてもよい。
【００１６】
測定域３内に配置する管路２０の一例は、例えば図２及び図３に示すように、所定軸Ａと垂直な平面上の直線又は曲線区間２２を含む流路の両端に、その所定軸Ａを開口軸とする一対の開口２４、２６が反対向きに設けられたものである。両開口２４、２６の開口軸Ａが鉛直向きとなるように測定域３内に配置し、その配置により開口軸Ａと垂直な平面上の直線又は曲線区間２２を測定域３において水平とする。図２は、所定軸Ａと垂直な一対の平行な平面上の直線区間２２ａ、２２ｂとその間の折り返し区間２３とを含むＵ字形流路の両端に、その軸Ａを開口軸とする一対の開口２４、２６が反対向きに設けられたＵ字形管路２０ａの断面図（開口軸Ａを含む断面図）を示す。例えば、このＵ字形管路２０ａの一方の開口２４（又は２６）をトレーサ導入管１８の下端に臨ませ、トレーサ導入管１８を介して測定域３内に供給するトレーサ粒子Ｓの少なくとも一部を管路２０ａ内に流入させる。管路２０は、例えばパッカー対１１、１２に適当な支持部材を介して支持することができるが、図１に示すように計測ユニット１５と一体的に支持してもよい。
【００１７】
図２のＵ字形管路２０ａにおいて、一方の鉛直上向きの開口２４から流入したトレーサ粒子Ｓは、他方の鉛直下向きの開口部２６から放出される前に直線区間２２ａ、２２ｂにおいて水平方向に流れる。この水平方向の流れは、両端開口２４、２６の開口軸Ａ上の鉛直方向の速度ポテンシャルの差Δｐによって発生するものであり、その速度ポテンシャルの差Δｐに応じて管内の水平方向の流速Ｖｈ´が増減する。トレーサ粒子Ｓと地下水Ｇとに密度差があると直線区間２２ａ、２２ｂにおいてトレーサ粒子Ｓが鉛直方向に落下又は浮上するが、トレーサ粒子Ｓの水平流速Ｖｈ´は密度差の影響を受けないので、その水平流速Ｖｈ´から測定域３の鉛直流速Ｖｐを求めることにより、トレーサ粒子Ｓと地下水Ｇとの密度差の影響のない精確な鉛直流速Ｖｐを求めることができる。
【００１８】
例えば、管路２０ａ内の摩擦や場の乱れを無視できる場合は、両端開口２４、２６の間の速度ポテンシャル差Δｐと開口軸Ａ方向の距離ｄとに基づき、管路２０ａを配置する前の開口軸Ａ方向の鉛直流速Ｖｐをダルシーの法則によりＶｐ＝ｋ×Δｐ／ｄ（ｋは等価透水係数）と表すことができる。これに対して両端開口２４、２６の間に直線区間２２ａ、２２ｂを含む所定長さＬの流路が配置されているときは、その直線区間２２ａ、２２ｂの両端に速度ポテンシャル差Δｐが加わるので、ダルシーの法則により直線区間２２ａ、２２ｂにおいて水平流速Ｖｈ´＝ｋ×Δｐ／Ｌとなる。すなわち、図示例のＵ字形管路２０ａを用いることにより、開口２４、２６間の測定域３の鉛直流速Ｖｐを、直線区間２２ａ、２２ｂにおける水平流速Ｖｈ´とその流路の長さＬと両開口２４、２６の開口軸Ａ方向の距離ｄとからＶｐ＝Ｖｈ´×Ｌ／ｄとして算出することができる。
【００１９】
ただし、管路２０ａの直線区間２２ａ、２２ｂの径φに対してその流路の長さＬが十分に大きくない場合は、水平流速Ｖｈ´を計測する位置において管路２０の内部の流れが水平に達しない可能性がある。図示例では、Ｕ字形管路２０ａ内で十分な水平流が形成されるように、直線区間２２ａ、２２ｂの径φに対してその流路の長さＬが十分に大きな管路２０ａとしている。管路２０ａの流路断面は摩擦等によるポテンシャルの損失を避けるためにできるだけ均一であることが望ましく、管路２０ａの断面周辺部に生じる摩擦の影響を避けるために流路の径φはあまり小さく（細く）ないことが望ましい。管路２０ａを形成する材質や対象とする流速にもよるが、例えば管路２０の流路の径φを５〜１０ｍｍ程度とし、両開口２４、２６の間の流路の長さＬを５０ｍｍ以上とすることが望ましい。
【００２０】
また、図２では説明簡単化のために開口２４、２６及び折り返し区間２３において流路に９０°の曲がりを設けているが、曲がり部における摩擦等によるポテンシャルの損失を避けるため、例えば図３（Ａ）の管路２２ｂに示すように開口２４、２６及び折り返し区間２３の曲がりを適当な曲率半径としてもよい。更に、図２のような直線区間２２ａ、２２ｂを有するＵ字形管路２０ａに代えて、図３（Ｂ）に示すように、所定軸Ａと垂直な平面上の曲線区間２２ｃを含む流路の両端にその軸Ａを開口軸とする一対の開口２４、２６が反対向きに設けられた環状管路２０ｃを用いることもできる。図３（Ａ）及び（Ｂ）のような管路２０ｂ、２０ｃを用いてポテンシャルの損失の影響を避けることにより、直線又は曲線区間２２の水平流速Ｖｈ´から測定域３の鉛直流速Ｖｐを精度よく算出することが期待できる。
【００２１】
なお、図示例では測定域３内の鉛直流速Ｖｐが下向きであることから一方の鉛直上向き開口２４よりトレーサ粒子Ｓを流入させているが、測定域３内の鉛直流速Ｖｐが上向きである場合は、トレーサ導入管１８の下端を他方の鉛直下向き開口２６に臨ませてトレーサ粒子Ｓを開口２６より直線又は曲線区間２２に流入させればよい。また、トレーサ導入管１８の下端を管路２０の適当な部分（例えば折り返し区間２３又は直線区間２２ｂ、２２ａの中間位置等）と連通させて接続し、トレーサ導入管１８からトレーサ粒子Ｓを管路２０内に直接流入させる方法も考えられる。
【００２２】
図１の計測ユニット１５は、管路２０の直線又は曲線区間２２に流入したトレーサ粒子Ｓの三次元位置を継続的に検出し、その三次元位置の検出値を信号伝送ケーブル１７経由でボーリング孔２外の計測装置７へ伝送する。例えば、従来技術に属する超音波センサ又は光学式撮像装置を計測ユニット１５に設けてトレーサ粒子Ｓの三次元位置を検出することができる。管路２０の直線又は曲線区間２２内のトレーサ粒子Ｓの位置を管路２０の外側の計測ユニット１５で検出するため、管路２０の一部分に適当な透明窓を設けるか、又は管路２０の全体を透明材料製とすることができる。
【００２３】
図１の測定装置１０を用いて地下水Ｇの鉛直流速を測定する場合は、先ずパッカー１１、１２に管路２０及び計測ユニット１５とトレーサ導入管１８及び信号伝送ケーブル１７とを取り付けたうえで、収縮状態のパッカー１１、１２を吊り下げ装置１３によりボーリング孔２内の所要深度まで吊り下げ、パッカー制御装置１４によりパッカー１１、１２を拡張して隣接深度から仕切られた測定域３をボーリング孔２内に形成する。次いで、トレーサ導入管１８を介してボーリング孔２内の測定域３にトレーサ粒子Ｓを送り込み、トレーサ粒子Ｓの少なくとも一部を測定域３に配置された管路２０内に流入させる。
【００２４】
トレーサ粒子Ｓを管路２０内に流入させたのち、計測ユニット１５により直線又は曲線区間２２に浮遊するトレーサ粒子Ｓの三次元位置を継続的に検出し、三次元位置の検出信号を信号伝送ケーブル１７経由でボーリング孔２外の計測装置７へ伝送する。計測装置７は、伝送されたトレーサ粒子Ｓの継続的な位置検出信号に基づき直線又は曲線区間２２におけるトレーサ粒子Ｓの水平流速Ｖｈ´を求め、求めた水平流速Ｖｈ´を算出装置８に送る。算出装置８の一例は、メモリ等の記憶手段と、鉛直流速Ｖｐの算出プログラムとを有するコンピュータである。例えば、管路２０の直線又は曲線区間２２の流路長さＬと両端開口２４、２６の開口軸Ａ方向の距離ｄとを記憶手段に記憶し、上述した算出式（Ｖｐ＝Ｖｈ´×Ｌ／ｄ）に水平流速Ｖｈ´の計測値を代入して鉛直流速Ｖｐを算出する。
【００２５】
好ましくは、管路２０を用いて実施した校正試験又は管路２０の材質・形状等に基づく数値解析により水平流速Ｖｈ´と鉛直流速Ｖｐとの関係式Ｖｐ＝ｆ（Ｖｈ´）を事前に求めて記憶手段に記憶しておき、その関係式と水平流速Ｖｈ´の計測値とに基づき鉛直流速Ｖｐを算出する。このような関係式を用いることにより、管路２０内の摩擦及び場の乱れによる誤差を避けて鉛直流速Ｖｐの測定精度を高めることが期待できる。なお、図示例では計測装置７と算出装置８とを分離して示しているが、計測装置７をトレーサ粒子Ｓの水平流速Ｖｈ´の算出プログラムとし、算出装置８のコンピュータに一体的に組み込むことも可能である。また、管路２０の開口２６（又は２４）から排出されるトレーサ粒子Ｓは、必要に応じてトレーサ導入管１８又は別に設けた回収管１４を介して測定域３から回収することができる。
【００２６】
本発明の測定方法及び装置によれば、トレーサ粒子Ｓと地下水Ｇとの密度差がある場合でも、管路２０を用いて鉛直方向の速度ポテンシャルの差を水平方向の速度ポテンシャルの差に変換することにより、その密度差の影響を受けずに測定域３の鉛直流速Ｖｐを測定することができる。また、管路２０内に流入させたトレーサ粒子Ｓのうち、地下水Ｇと密度差の大きなトレーサ粒子Ｓは管路２０内を移動する間に流路断面の上下部分に移動し、地下水Ｇとの密度差の小さいトレーサ粒子Ｓだけが断面中央付近に浮遊するので、流路断面の中央付近に浮遊するトレーサ粒子Ｓを優先的に計測することで地下水Ｇとの密度差の影響を小さく抑えることができる。更に、管路２０の断面周辺部は管路２０の内面との摩擦の影響を受けうるが、断面中央付近を浮遊するトレーサ粒子Ｓを計測することで摩擦の影響を避け、測定域３の鉛直流速Ｖｐの測定精度の向上を図ることができる。
【００２７】
こうして本発明の目的である「トレーサ粒子と地下水との密度差の影響を受けにくい地下水の鉛直流速測定方法及び装置」の提供を達成できる。
【００２８】
以上説明したように、本発明によれば測定域３の鉛直流速Ｖｐを精確に測定できるが、計測装置７により管路２０の外側に浮遊するトレーサ粒子Ｓの三次元位置を継続的に検出することにより、本発明において測定域３の水平流速Ｖｈを測定することも可能である。すなわち、従来のトレーサ粒子Ｓを用いた地下水Ｇの流速測定装置に本発明のような管路２０を組み合わせることで、地下水Ｇの三次元な流速の測定精度を高めることができる。また、以上の説明では地下深部の地下水Ｇの鉛直流速の測定に本発明を適用しているが、本発明の適用範囲は地下深部の地下水Ｇに限定されるものではなく、トレーサ粒子Ｓを用いて鉛直流速を測定できる流体の流れ場に広く応用可能である。例えば、非常に軽い固体粒子を用いるレーザードップラー法や気体分子ＮＯをトレーサとして用いる流速測定に本発明を適用し、気体の流れ場における精確な鉛直流速を測定することも期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明による地下水の流速測定装置の一実施例の説明図である。
【図２】本発明で用いる管路の一実施例の説明図である。
【図３】本発明で用いる管路の他の実施例の説明図である。
【図４】従来の地下水の流速測定装置の説明図である。
【符号の説明】
【００３０】
１…地盤（岩盤） ２…ボーリング孔
３…測定域 ５…トレーサ導入装置
７…計測装置（計測ユニット） ８…算出装置
１０…測定装置 １１…上部パッカー
１２…下部パッカー １３…吊り下げ装置
１４…パッカー制御装置 １５…計測ユニット
１６…信号伝送ユニット １７…信号伝送ケーブル
１８…トレーサ導入管 １９…支持部材
２０…管路（層流形成管路）
２２…直線区間 ２３…折り返し区間
２４…開口 ２５…開口筒
２６…開口 ２７…開口筒
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地下水の測定域内に、平面上の直線又は曲線区間を含む流路の両端に当該平面と垂直な一対の開口が反対向きに設けられた管路を開口軸が鉛直向きとなるように配置し、前記管路内にトレーサ粒子を流入させて直線又は曲線区間中に浮遊するトレーサ粒子の水平流速を計測し、前記水平流速の計測値から測定域内の鉛直流速を算出してなる地下水の鉛直流速測定方法。
【請求項２】
請求項１の測定方法において、前記管路を、前記両端の開口軸と垂直な一対の平行な平面上の直線区間とその間の折り返し区間とを含むＵ字形管路としてなる地下水の鉛直流速測定方法。
【請求項３】
請求項１又は２の測定方法において、前記管路を用いた校正試験又は数値解析により水平流速と鉛直流速との関係式を予め求めて記憶し、その関係式と前記水平流速の計測値とから測定域内の鉛直流速を算出してなる地下水の鉛直流速測定方法。
【請求項４】
地中ボーリング孔内の地下水深度に測定域を形成するパッカー対、平面上の直線又は曲線区間を含む流路の両端に当該平面と垂直な一対の開口が反対向きに設けられ且つ前記測定域内に開口軸が鉛直向きとなるように配置される管路、前記管路内にトレーサ粒子を流入させるトレーサ導入管、前記管路の直線又は曲線区間中に浮遊するトレーサ粒子の水平流速を計測する計測装置、及び前記水平流速の計測値から測定域内の鉛直流速を算出する算出装置を備えてなる地下水の鉛直流速測定装置。
【請求項５】
請求項４の測定装置において、前記管路を、前記両端の開口軸と垂直な一対の平行な平面上の直線区間とその間の折り返し区間とを含むＵ字形管路としてなる地下水の鉛直流速測定装置。
【請求項６】
請求項４又は５の測定装置において、前記算出装置に前記管路を用いた校正試験又は数値解析により予め求めた水平流速と鉛直流速との関係式を記憶し、その関係式と前記水平流速の計測値とから測定域内の鉛直流速を算出してなる地下水の鉛直流速測定装置。
【請求項１】
地下水の測定域内に、平面上の直線又は曲線区間を含む流路の両端に当該平面と垂直な一対の開口が反対向きに設けられた管路を開口軸が鉛直向きとなるように配置し、前記管路内にトレーサ粒子を流入させて直線又は曲線区間中に浮遊するトレーサ粒子の水平流速を計測し、前記水平流速の計測値から測定域内の鉛直流速を算出してなる地下水の鉛直流速測定方法。
【請求項２】
請求項１の測定方法において、前記管路を、前記両端の開口軸と垂直な一対の平行な平面上の直線区間とその間の折り返し区間とを含むＵ字形管路としてなる地下水の鉛直流速測定方法。
【請求項３】
請求項１又は２の測定方法において、前記管路を用いた校正試験又は数値解析により水平流速と鉛直流速との関係式を予め求めて記憶し、その関係式と前記水平流速の計測値とから測定域内の鉛直流速を算出してなる地下水の鉛直流速測定方法。
【請求項４】
地中ボーリング孔内の地下水深度に測定域を形成するパッカー対、平面上の直線又は曲線区間を含む流路の両端に当該平面と垂直な一対の開口が反対向きに設けられ且つ前記測定域内に開口軸が鉛直向きとなるように配置される管路、前記管路内にトレーサ粒子を流入させるトレーサ導入管、前記管路の直線又は曲線区間中に浮遊するトレーサ粒子の水平流速を計測する計測装置、及び前記水平流速の計測値から測定域内の鉛直流速を算出する算出装置を備えてなる地下水の鉛直流速測定装置。
【請求項５】
請求項４の測定装置において、前記管路を、前記両端の開口軸と垂直な一対の平行な平面上の直線区間とその間の折り返し区間とを含むＵ字形管路としてなる地下水の鉛直流速測定装置。
【請求項６】
請求項４又は５の測定装置において、前記算出装置に前記管路を用いた校正試験又は数値解析により予め求めた水平流速と鉛直流速との関係式を記憶し、その関係式と前記水平流速の計測値とから測定域内の鉛直流速を算出してなる地下水の鉛直流速測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−１０１８１３（Ｐ２０１０−１０１８１３Ａ）
【公開日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２７４９８３（Ｐ２００８−２７４９８３）
【出願日】平成２０年１０月２５日（２００８．１０．２５）
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【公開日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月２５日（２００８．１０．２５）
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
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