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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023146541
(43)【公開日】2023-10-12
(54)【発明の名称】地下水流向流速計
(51)【国際特許分類】
G01P 13/00 20060101AFI20231004BHJP
【ＦＩ】
G01P13/00 E
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022053767
(22)【出願日】2022-03-29
(71)【出願人】
【識別番号】304020177
【氏名又は名称】国立大学法人山口大学
(74)【代理人】
【識別番号】110001151
【氏名又は名称】あいわ弁理士法人
(74)【代理人】
【識別番号】100158702
【弁理士】
【氏名又は名称】岡野 卓也
(72)【発明者】
【氏名】山本 浩一
【テーマコード（参考）】
2F034
【Ｆターム（参考）】
2F034AA05
2F034AB03
2F034AC17
2F034DA07
2F034DB07
(57)【要約】
【課題】地下水の流向及び流速を３次元的に測定することができる簡易型の地下水流向流速計を提供する。
【解決手段】円筒部材の外周に装着される円筒状のペーパーシリンダーと、前記ペーパーシリンダーの外周に装着される円筒状の透水性スポンジと、を有するセンサー部を備え、前記ペーパーシリンダーには、水溶性のインクにより印刷される点状ドットが少なくとも円周方向の全周にわたって複数設けられ、前記センサー部を地下水観測井中に静置することにより、複数の前記点状ドットから溶出し前記ペーパーシリンダー上に描画される前記インクのテーリングに基づいて、地下水の流向及び流速を３次元的に求めることを可能とする。
【選択図】図３
【解決手段】円筒部材の外周に装着される円筒状のペーパーシリンダーと、前記ペーパーシリンダーの外周に装着される円筒状の透水性スポンジと、を有するセンサー部を備え、前記ペーパーシリンダーには、水溶性のインクにより印刷される点状ドットが少なくとも円周方向の全周にわたって複数設けられ、前記センサー部を地下水観測井中に静置することにより、複数の前記点状ドットから溶出し前記ペーパーシリンダー上に描画される前記インクのテーリングに基づいて、地下水の流向及び流速を３次元的に求めることを可能とする。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
円筒部材の外周に装着される円筒状のペーパーシリンダーと、
前記ペーパーシリンダーの外周に装着される円筒状の透水性スポンジと、を有するセンサー部を備え、
前記ペーパーシリンダーには、水溶性のインクにより印刷される点状ドットが少なくとも円周方向の全周にわたって複数設けられ、
前記センサー部を地下水観測井中に静置することにより、複数の前記点状ドットから溶出し前記ペーパーシリンダー上に描画される前記インクのテーリングに基づいて、地下水の流向及び流速を３次元的に求めることを可能とする地下水流向流速計。
前記ペーパーシリンダーの外周に装着される円筒状の透水性スポンジと、を有するセンサー部を備え、
前記ペーパーシリンダーには、水溶性のインクにより印刷される点状ドットが少なくとも円周方向の全周にわたって複数設けられ、
前記センサー部を地下水観測井中に静置することにより、複数の前記点状ドットから溶出し前記ペーパーシリンダー上に描画される前記インクのテーリングに基づいて、地下水の流向及び流速を３次元的に求めることを可能とする地下水流向流速計。
【請求項2】
複数の前記点状ドットから溶出し前記ペーパーシリンダー上に描画される前記インクのテーリングの長さの水平方向成分に基づいて、地下水の水平方向における流向及び流速を求めることを可能とする請求項１に記載の地下水流向流速計。
【請求項3】
複数の前記点状ドットから溶出し前記ペーパーシリンダー上に描画される前記インクのテーリングの長さの水平方向成分及び鉛直方向成分に基づいて、地下水の鉛直方向における流向及び流速を求めることを可能とする請求項２に記載の地下水流向流速計。
【請求項4】
前記円筒部材の上部であって前記ペーパーシリンダーが装着される位置よりも上方に水抜き用の孔を設ける請求項１乃至３のいずれかに記載の地下水流向流速計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、簡易型の地下水流向流速計に関する。
【背景技術】
【0002】
地下水の流向流速測定は、土壌・地下水汚染の影響予測のためや地すべり地における地下水流動の把握など様々な用途に用いられる。
しかし、従来の地下水流向流速計は、高価であり、かつ、複雑な構成を有するものである。
しかし、従来の地下水流向流速計は、高価であり、かつ、複雑な構成を有するものである。
【0003】
そこで、本発明者らは、先に簡易型の地下水流向流速計として、ペーパーディスク型地下水流向流速計を提案した（特許文献１を参照。）。
【0004】
特許文献１に記載された地下水流向流速計は、トレーサとして紙に印刷された染料インクを用い、インクの輸送を平面で捉えることで地下水の流向及び流速の測定を行うものであり、安価で簡易な構成を有し、地下水観測井での測定作業において電源を必要としない。
しかし、特許文献１に記載された地下水流向流速計は、水平流の測定は可能であるが、鉛直流については測定できない問題がある。
しかし、特許文献１に記載された地下水流向流速計は、水平流の測定は可能であるが、鉛直流については測定できない問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特許第５４７１６２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
そこで、本発明は、地下水の流向及び流速を３次元的に測定することができる簡易型の地下水流向流速計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するため、本発明の地下水流向流速計は、
円筒部材の外周に装着される円筒状のペーパーシリンダーと、
前記ペーパーシリンダーの外周に装着される円筒状の透水性スポンジと、を有するセンサー部を備え、
前記ペーパーシリンダーには、水溶性のインクにより印刷される点状ドットが少なくとも円周方向の全周にわたって複数設けられ、
前記センサー部を地下水観測井中に所定時間静置することにより、複数の前記点状ドットから溶出し前記ペーパーシリンダー上に描画される前記インクのテーリングに基づいて、地下水の流向及び流速を３次元的に求めることを可能とするものである。
円筒部材の外周に装着される円筒状のペーパーシリンダーと、
前記ペーパーシリンダーの外周に装着される円筒状の透水性スポンジと、を有するセンサー部を備え、
前記ペーパーシリンダーには、水溶性のインクにより印刷される点状ドットが少なくとも円周方向の全周にわたって複数設けられ、
前記センサー部を地下水観測井中に所定時間静置することにより、複数の前記点状ドットから溶出し前記ペーパーシリンダー上に描画される前記インクのテーリングに基づいて、地下水の流向及び流速を３次元的に求めることを可能とするものである。
【0008】
本発明の地下水流向流速計は、
複数の前記点状ドットから溶出し前記ペーパーシリンダー上に描画される前記インクのテーリングの長さの水平方向成分（水平方向長さ）に基づいて、地下水の水平方向における流向及び流速を求めることを可能とするものである。
複数の前記点状ドットから溶出し前記ペーパーシリンダー上に描画される前記インクのテーリングの長さの水平方向成分（水平方向長さ）に基づいて、地下水の水平方向における流向及び流速を求めることを可能とするものである。
【0009】
本発明の地下水流向流速計は、
複数の前記点状ドットの前記インクのテーリングの長さの水平方向成分と基準方位からの角度（方位角）との関係に基づいて、地下水の水平方向における流向及び流速を求めることが好ましい。
複数の前記点状ドットの前記インクのテーリングの長さの水平方向成分と基準方位からの角度（方位角）との関係に基づいて、地下水の水平方向における流向及び流速を求めることが好ましい。
【0010】
本発明の地下水流向流速計は、
複数の前記点状ドットの前記インクのテーリングの長さの水平方向成分と基準方位からの角度（方位角）との関係をグラフ化し、
前記テーリングの長さの水平方向成分がゼロとなる（ゼロと交わる）方位角に基づいて、地下水の水平方向における流向を求めることが好ましい。
複数の前記点状ドットの前記インクのテーリングの長さの水平方向成分と基準方位からの角度（方位角）との関係をグラフ化し、
前記テーリングの長さの水平方向成分がゼロとなる（ゼロと交わる）方位角に基づいて、地下水の水平方向における流向を求めることが好ましい。
【0011】
本発明の地下水流向流速計は、
前記テーリングの長さの水平方向成分がゼロとなる方位角における前記ペーパーシリンダー上の２点を結ぶ方向を、地下水の水平方向における流向とすることが好ましい。
前記テーリングの長さの水平方向成分がゼロとなる方位角における前記ペーパーシリンダー上の２点を結ぶ方向を、地下水の水平方向における流向とすることが好ましい。
【0012】
本発明の地下水流向流速計は、
複数の前記点状ドットの前記インクのテーリングの長さの水平方向成分と基準方位からの角度（方位角）との関係をグラフ化し、
前記テーリングの長さの水平方向成分が最大となる方位角に基づいて、地下水の水平方向における流向を求めることが好ましい。
複数の前記点状ドットの前記インクのテーリングの長さの水平方向成分と基準方位からの角度（方位角）との関係をグラフ化し、
前記テーリングの長さの水平方向成分が最大となる方位角に基づいて、地下水の水平方向における流向を求めることが好ましい。
【0013】
本発明の地下水流向流速計は、
前記テーリングの長さの水平方向成分が最大となる方位角における前記ペーパーシリンダー上の水平接線方向を、地下水の水平方向における流向とすることが好ましい。
前記テーリングの長さの水平方向成分が最大となる方位角における前記ペーパーシリンダー上の水平接線方向を、地下水の水平方向における流向とすることが好ましい。
【0014】
本発明の地下水流向流速計は、
複数の前記点状ドットの前記インクのテーリングの長さの水平方向成分と基準方位からの角度（方位角）との関係をグラフ化し、
前記テーリングの長さの水平方向成分の最大値と前記センサー部を前記地下水観測井中に静置した時間において予め実験で得た検定曲線に基づいて、地下水の水平方向における流速を求めることが好ましい。
複数の前記点状ドットの前記インクのテーリングの長さの水平方向成分と基準方位からの角度（方位角）との関係をグラフ化し、
前記テーリングの長さの水平方向成分の最大値と前記センサー部を前記地下水観測井中に静置した時間において予め実験で得た検定曲線に基づいて、地下水の水平方向における流速を求めることが好ましい。
【0015】
本発明の地下水流向流速計は、
前記テーリングの長さの水平方向成分の最大値を、前記センサー部を前記地下水観測井中に静置した時間で除した値の関数を、地下水の水平方向における流速とすることが好ましい。
前記テーリングの長さの水平方向成分の最大値を、前記センサー部を前記地下水観測井中に静置した時間で除した値の関数を、地下水の水平方向における流速とすることが好ましい。
【0016】
また、本発明の地下水流向流速計は、
複数の前記点状ドットから溶出し前記ペーパーシリンダー上に描画される前記インクのテーリングの長さの水平方向成分（水平方向長さ）及び鉛直方向成分（鉛直方向長さ）に基づいて、地下水の鉛直方向における流向及び流速を求めることを可能とするものである。
複数の前記点状ドットから溶出し前記ペーパーシリンダー上に描画される前記インクのテーリングの長さの水平方向成分（水平方向長さ）及び鉛直方向成分（鉛直方向長さ）に基づいて、地下水の鉛直方向における流向及び流速を求めることを可能とするものである。
【0017】
ここで、本発明の地下水流向流速計において、地下水の鉛直方向における流向とは、水平を基準とした上下方向の角度である仰俯角を意味する。
【0018】
本発明の地下水流向流速計は、
複数の前記点状ドットの前記インクのテーリングの長さの水平方向成分と基準方位からの角度（方位角）との関係、及び、複数の前記点状ドットの前記インクのテーリングの長さの鉛直方向成分と基準方位からの角度（方位角）との関係に基づいて、地下水の鉛直方向における流向及び流速を求めることが好ましい。
複数の前記点状ドットの前記インクのテーリングの長さの水平方向成分と基準方位からの角度（方位角）との関係、及び、複数の前記点状ドットの前記インクのテーリングの長さの鉛直方向成分と基準方位からの角度（方位角）との関係に基づいて、地下水の鉛直方向における流向及び流速を求めることが好ましい。
【0019】
本発明の地下水流向流速計は、
複数の前記点状ドットの前記インクのテーリングの長さの水平方向成分と基準方位からの角度（方位角）との関係、及び、複数の前記点状ドットの前記インクのテーリングの長さの鉛直方向成分と基準方位からの角度（方位角）との関係をそれぞれグラフ化し、
前記テーリングの長さの水平方向成分の最大値、及び、前記テーリングの長さの鉛直方向成分値に基づいて、地下水の鉛直方向における流向を求めることが好ましい。
複数の前記点状ドットの前記インクのテーリングの長さの水平方向成分と基準方位からの角度（方位角）との関係、及び、複数の前記点状ドットの前記インクのテーリングの長さの鉛直方向成分と基準方位からの角度（方位角）との関係をそれぞれグラフ化し、
前記テーリングの長さの水平方向成分の最大値、及び、前記テーリングの長さの鉛直方向成分値に基づいて、地下水の鉛直方向における流向を求めることが好ましい。
【0020】
本発明の地下水流向流速計は、
複数の前記点状ドットの前記インクのテーリングの長さの鉛直方向成分と基準方位からの角度（方位角）との関係をグラフ化し、
前記テーリングの長さの鉛直方向成分値と前記センサー部を前記地下水観測井中に静置した時間において予め実験で得た検定曲線に基づいて、地下水の鉛直方向における流速を求めることが好ましい。
複数の前記点状ドットの前記インクのテーリングの長さの鉛直方向成分と基準方位からの角度（方位角）との関係をグラフ化し、
前記テーリングの長さの鉛直方向成分値と前記センサー部を前記地下水観測井中に静置した時間において予め実験で得た検定曲線に基づいて、地下水の鉛直方向における流速を求めることが好ましい。
【0021】
本発明の地下水流向流速計は、
前記テーリングの長さの鉛直方向成分値を、前記センサー部を前記地下水観測井中に静置した時間で除した値の関数を、地下水の鉛直方向における流速とすることが好ましい。
前記テーリングの長さの鉛直方向成分値を、前記センサー部を前記地下水観測井中に静置した時間で除した値の関数を、地下水の鉛直方向における流速とすることが好ましい。
【0022】
本発明の地下水流向流速計は、
前記円筒部材の上部であって前記ペーパーシリンダーが装着される位置よりも上方に水抜き用の孔を設けることが好ましい。
前記円筒部材の上部であって前記ペーパーシリンダーが装着される位置よりも上方に水抜き用の孔を設けることが好ましい。
【発明の効果】
【0023】
本発明の地下水流向流速計は、円筒部材の外周に装着される円筒状のペーパーシリンダーと、前記ペーパーシリンダーの外周に装着される円筒状の透水性スポンジと、を有するセンサー部を備え、前記ペーパーシリンダーには、水溶性のインクにより印刷される点状ドットが少なくとも円周方向の全周にわたって複数設けられ、前記センサー部を地下水観測井中に所定時間静置することにより、複数の前記点状ドットから溶出し前記ペーパーシリンダー上に描画される前記インクのテーリングに基づいて、地下水の流向及び流速を３次元的に求めることを可能とするものであるので、地下水の流向及び流速を３次元的に測定することができる簡易型の地下水流向流速計を提供することができる。
【0024】
また、本発明の地下水流向流速計は、安価であり、かつ、簡易な構成を有する簡易型の地下水流向流速計であり、地下水観測井での測定作業において電源を必要としないため、山岳部等の環境が悪く電源を得難い場所においても地下水の流向及び流速を３次元的に測定する作業を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1】本発明の実施の形態における地下水流向流速計の正面図。
【図2】本発明の実施の形態における地下水流向流速計の分解説明図。
【図3】本発明の実施の形態における地下水流向流速計の測定メカニズムの説明図。
【図4】測定前のペーパーシリンダーを展開した様子の説明図。
【図5】測定後のペーパーシリンダーにおけるテーリングの発生状況の説明図。
【図6】ペーパーシリンダー上の地下水流モデルの説明図。
【図8】テーリングの長さの水平方向成分Ｌｘの方位分布と近似曲線の説明図。
【図9】テーリングの長さの鉛直方向成分Ｌｚの方位分布と近似直線の説明図。
【図10】地下水流速Ｖとペーパーシリンダー上のテーリングの長さＬの関係の説明図。
【発明を実施するための形態】
【0026】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施の形態における地下水流向流速計の正面図を示す。図２は、本発明の実施の形態における地下水流向流速計の分解説明図を示す。
本発明の実施の形態における地下水流向流速計１は、地下水観測井内において地下水流の測定を行う単孔式の地下水流向流速測定具であって、硬質樹脂製パイプ等の円筒部材２と、円筒状のペーパーシリンダー３と、円筒状の透水性スポンジ４を有する。
前記地下水流向流速計１は、前記円筒部材２の外周に円筒状の前記ペーパーシリンダー３を装着し、前記ペーパーシリンダー３の外周に円筒状の前記透水性スポンジ４を装着することで、センサー部を構成する。
図１は、本発明の実施の形態における地下水流向流速計の正面図を示す。図２は、本発明の実施の形態における地下水流向流速計の分解説明図を示す。
本発明の実施の形態における地下水流向流速計１は、地下水観測井内において地下水流の測定を行う単孔式の地下水流向流速測定具であって、硬質樹脂製パイプ等の円筒部材２と、円筒状のペーパーシリンダー３と、円筒状の透水性スポンジ４を有する。
前記地下水流向流速計１は、前記円筒部材２の外周に円筒状の前記ペーパーシリンダー３を装着し、前記ペーパーシリンダー３の外周に円筒状の前記透水性スポンジ４を装着することで、センサー部を構成する。
【0027】
前記円筒部材２は、例えば塩化ビニル樹脂製パイプ（一例として、ＶＰ２０（外径２６ｍｍ、厚さ３ｍｍ））であって、上部には水抜き用の孔２１が設けられている。
前記円筒部材２に支柱部材（図示せず）等を接続することで、前記地下水流向流速計１の長さを調節することができる。
前記円筒部材２に支柱部材（図示せず）等を接続することで、前記地下水流向流速計１の長さを調節することができる。
【0028】
前記ペーパーシリンダー３は、例えば画用紙であって、少なくとも円周方向に全周に亘り複数の点状ドット５（例えば２～３ｍｍ）が等間隔（例えば中心角２２．５°間隔で１６個、中心角３０°間隔で１２個等）にインクジェットプリンタによって水溶性の染料インクで印刷されている。
前記ペーパーシリンダー３には、水に対する耐久性やインクの移動の適性を考慮した用紙を用いることとし、画用紙以外の他の用紙を用いることもできる。
前記ペーパーシリンダー３（例えば全長（軸方向長さ）１８０ｍｍ）は、後述するペーパーシート３ａを前記円筒部材２の外周面に円筒状に巻き付けて装着したものであり、ここでは円周方向に全周に亘り印刷される前記点状ドット５を軸方向に４列設けた例を示している。
前記ペーパーシリンダー３は、ペーパーシート３ａを円筒状としたものを前記円筒部材２の外周面に嵌合して装着することもできる。
前記ペーパーシリンダー３には、水に対する耐久性やインクの移動の適性を考慮した用紙を用いることとし、画用紙以外の他の用紙を用いることもできる。
前記ペーパーシリンダー３（例えば全長（軸方向長さ）１８０ｍｍ）は、後述するペーパーシート３ａを前記円筒部材２の外周面に円筒状に巻き付けて装着したものであり、ここでは円周方向に全周に亘り印刷される前記点状ドット５を軸方向に４列設けた例を示している。
前記ペーパーシリンダー３は、ペーパーシート３ａを円筒状としたものを前記円筒部材２の外周面に嵌合して装着することもできる。
【0029】
前記透水性スポンジ４は、例えばメラミンフォームを円筒状に加工したメラミンスポンジ（例えば外形５０ｍｍ、内径２６ｍｍ）であって、前記ペーパーシリンダー３の外周全面を覆うように装着されている。
ここでは、前記透水性スポンジ４は、前記ペーパーシリンダー３と軸方向長さが略同じものを用いているが、例えば軸方向長さが３０ｍｍのものを軸方向に６層積層する構成とすることもできる。
ここでは、前記透水性スポンジ４は、前記ペーパーシリンダー３と軸方向長さが略同じものを用いているが、例えば軸方向長さが３０ｍｍのものを軸方向に６層積層する構成とすることもできる。
【0030】
前記地下水流向流速計１の組み立てに際しては、前記円筒部材２の外周面に前記ペーパーシート３ａを円筒状に巻き付けて前記ペーパーシリンダー３を装着する。そして、前記ペーパーシリンダー３の外周面に前記透水性スポンジ４を嵌合して装着する。
前記円筒部材２の上部には上部ディスク２２が固定されており、前記ペーパーシリンダー３及び前記透水性スポンジ４を軸方向に位置決めすることができる。
前記円筒部材２に前記ペーパーシリンダー３及び前記透水性スポンジ４を装着した後は、前記円筒部材２の下部に下部ディスク２３をネジ止め等により固定し、前記円筒部材２の外周面に前記ペーパーシリンダー３及び前記透水性スポンジ４を位置決め固定することで、前記センサー部を構成する。
前記円筒部材２の上部に設けられる前記水抜き用の孔２１は、前記上部ディスク２２が固定される高さよりも上方に位置している。
前記円筒部材２の上部には上部ディスク２２が固定されており、前記ペーパーシリンダー３及び前記透水性スポンジ４を軸方向に位置決めすることができる。
前記円筒部材２に前記ペーパーシリンダー３及び前記透水性スポンジ４を装着した後は、前記円筒部材２の下部に下部ディスク２３をネジ止め等により固定し、前記円筒部材２の外周面に前記ペーパーシリンダー３及び前記透水性スポンジ４を位置決め固定することで、前記センサー部を構成する。
前記円筒部材２の上部に設けられる前記水抜き用の孔２１は、前記上部ディスク２２が固定される高さよりも上方に位置している。
【0031】
次に、本発明の実施の形態における地下水流向流速計を用いて地下水の流向及び流速を測定する手順について説明する。
本発明の実施の形態における地下水流向流速計１は、地表面から鉛直方向に掘削された地下水観測井（例えば深さ３～１０ｍ程度）内において地下水流の測定を行う単孔式の地下水流向流速測定具である。
地表面に掘削された観測井内には、例えば硬質プラスティック等により形成された円筒体（内径が７０ｍｍ程度）が設置され、観測対象深度付近の周面には一様に多数の小孔が穿設されている。地下水はこの小孔を通って前記円筒体の内部を通過するように流れる。
本発明の実施の形態における地下水流向流速計１は、地表面から鉛直方向に掘削された地下水観測井（例えば深さ３～１０ｍ程度）内において地下水流の測定を行う単孔式の地下水流向流速測定具である。
地表面に掘削された観測井内には、例えば硬質プラスティック等により形成された円筒体（内径が７０ｍｍ程度）が設置され、観測対象深度付近の周面には一様に多数の小孔が穿設されている。地下水はこの小孔を通って前記円筒体の内部を通過するように流れる。
【0032】
前記地下水流向流速計１を地下水観測井に挿入するに際しては、ネトロンカバー（ミカンネット）を被せて前記センサー部を保護する。
また、前記地下水流向流速計１を地下水観測井に挿入した際、前記円筒部材２の下端開口から当該円筒部材２の内部に流入した水は、前記水抜き用の孔２１から排水されるため、前記円筒部材２の内外における水位を等しくすることができる。
前記地下水流向流速計１は、前記円筒部材２に支柱部材（図示せず）を接続する等して長さを調節する。
また、前記地下水流向流速計１を地下水観測井に挿入した際、前記円筒部材２の下端開口から当該円筒部材２の内部に流入した水は、前記水抜き用の孔２１から排水されるため、前記円筒部材２の内外における水位を等しくすることができる。
前記地下水流向流速計１は、前記円筒部材２に支柱部材（図示せず）を接続する等して長さを調節する。
【0033】
地下水の流向及び流速を測定するに際しては、前記地下水流向流速計１は、前記センサー部が前記観測井の目標深度に達した後、所定時間、例えば１５～６０分間静置する。
その間、前記ペーパーシリンダー３に印刷された前記点状ドット５からは、地下水流によってインクが溶出して前記透水性スポンジ４内を移流拡散し、前記ペーパーシリンダー３上に前記溶出したインクのテーリング（軌跡）が描画される。
そして、前記所定時間が経過した後、前記地下水流向流速計１を観測井から引き上げて、前記センサー部から前記ペーパーシリンダー３を回収する。
その間、前記ペーパーシリンダー３に印刷された前記点状ドット５からは、地下水流によってインクが溶出して前記透水性スポンジ４内を移流拡散し、前記ペーパーシリンダー３上に前記溶出したインクのテーリング（軌跡）が描画される。
そして、前記所定時間が経過した後、前記地下水流向流速計１を観測井から引き上げて、前記センサー部から前記ペーパーシリンダー３を回収する。
【0034】
図３は、本発明の実施の形態における地下水流向流速計の測定メカニズムの説明図を示す。
図３に示すように、例えば、地下水流が鉛直上向きの成分を含むような３次元的な流れの場合、前記ペーパーシリンダー３の表面には、前記地下水流によって複数の前記点状ドット５から斜め上方に延びる前記インクのテーリング５１が描画されることとなる。
図３に示すように、例えば、地下水流が鉛直上向きの成分を含むような３次元的な流れの場合、前記ペーパーシリンダー３の表面には、前記地下水流によって複数の前記点状ドット５から斜め上方に延びる前記インクのテーリング５１が描画されることとなる。
【0035】
図４は、測定前のペーパーシリンダーを展開した様子の説明図を示す。
図４は測定前におけるペーパーシリンダー３を展開したペーパーシート３ａの一例であって、ペーパーシリンダー３の円周方向に全周に亘り印刷される複数の前記点状ドット５が軸方向に８列設けられた例を示すものである。
図４は測定前におけるペーパーシリンダー３を展開したペーパーシート３ａの一例であって、ペーパーシリンダー３の円周方向に全周に亘り印刷される複数の前記点状ドット５が軸方向に８列設けられた例を示すものである。
【0036】
図５は、測定後のペーパーシリンダーを展開した様子の説明図であって、測定後のペーパーシリンダーにおけるテーリングの発生状況の説明図を示す。
図５は、図３に示すように地下水観測井中に所定時間静置された前記地下水流向流速計１を前記観測井から引き上げて、前記センサー部から回収した測定後におけるペーパーシリンダー３を展開したペーパーシート３ａの一例であって、ペーパーシリンダー３の円周方向に全周に亘り印刷される複数の前記点状ドット５から前記インクのテーリング５１が発生した状況の例を示すものである。
図５は、図３に示すように地下水観測井中に所定時間静置された前記地下水流向流速計１を前記観測井から引き上げて、前記センサー部から回収した測定後におけるペーパーシリンダー３を展開したペーパーシート３ａの一例であって、ペーパーシリンダー３の円周方向に全周に亘り印刷される複数の前記点状ドット５から前記インクのテーリング５１が発生した状況の例を示すものである。
【0037】
図６は、ペーパーシリンダー上における地下水流モデルの一例の説明図であって、（ａ）に平面図、（ｂ）に側面図を示す（説明の都合上、側面図を傾けた状態で示す）。
図５においてペーパーシート３ａの表面に描画されるテーリング５１については、地下水がセンサー部の周囲に設けられる透水性スポンジ４内を直線的に通過するものとして、図６に示すようにモデル化することができる。
図５においてペーパーシート３ａの表面に描画されるテーリング５１については、地下水がセンサー部の周囲に設けられる透水性スポンジ４内を直線的に通過するものとして、図６に示すようにモデル化することができる。
【0038】
ペーパーシリンダー３の表面においてペーパーの水平接線方向をｘ、鉛直上向きをｚとすると、地下水の水平接線方向流速Ｖｘ、鉛直上向き流速Ｖｚは、ペーパー上の北（基準方位）からの方位をφ、流向の風上方位をψ、地下水の流速をＶ、鉛直流向（仰俯角）をθとして、
となる。
【数1】
【数2】
【0039】
従ってｘ方向、ｚ方向のテーリングの長さＬｘ、Ｌｚは、
となる。
ここで、地下水の流向（風下方向）は（ψ＋１８０°）となる（ただし流向は０°～３６０°で表示）。
【数3】
【数4】
ここで、地下水の流向（風下方向）は（ψ＋１８０°）となる（ただし流向は０°～３６０°で表示）。
【0040】
そして、地下水の流速Ｖは、上記（３），（４）式に近似させて、
上記（５）式から、
として求められる。
【数5】
【数6】
【0041】
ここで、上記においてＶｘは厳密には円周方向流速であるべきであるが、Ｖｘが十分に小さい場合は実用上接線方向流速で考えても問題はない。
そのため、ペーパーシリンダー３上に描画されたテーリングの長さを、流速Ｖに対応するテーリングの長さＬとみなし、ペーパーシリンダー３上のテーリングの長さＬの水平方向成分（水平方向長さ）をＬｘ、鉛直方向成分（鉛直方向長さ）をＬｚとして考えることができる。
そのため、ペーパーシリンダー３上に描画されたテーリングの長さを、流速Ｖに対応するテーリングの長さＬとみなし、ペーパーシリンダー３上のテーリングの長さＬの水平方向成分（水平方向長さ）をＬｘ、鉛直方向成分（鉛直方向長さ）をＬｚとして考えることができる。
【0042】
図７は、図５のペーパーシリンダー上においてテーリングの輪郭を画定した様子であって、テーリングの検出状況の説明図を示す。
図７に示すように、図５においてペーパーシート３ａの表面に描画されたテーリング５１から、例えば視認により前記テーリング５１の輪郭を画定し、前記テーリング５１の長さや方向を読み取ることができる。
また、図５においてペーパーシート３ａの表面をスキャナーにより読み込ませ、二値化処理を施すことで機械学習等によりテーリング５１の輪郭を画定し、例えば、点状ドット５の重心と前記テーリング５１の重心を結ぶ線分や、前記テーリング５１のフェレ径（テーリングの輪郭線に対し外接する長方形の長辺）などの特徴量に基づいて、前記テーリング５１の長さや方向を読み取ることができる。
図７に示すように、図５においてペーパーシート３ａの表面に描画されたテーリング５１から、例えば視認により前記テーリング５１の輪郭を画定し、前記テーリング５１の長さや方向を読み取ることができる。
また、図５においてペーパーシート３ａの表面をスキャナーにより読み込ませ、二値化処理を施すことで機械学習等によりテーリング５１の輪郭を画定し、例えば、点状ドット５の重心と前記テーリング５１の重心を結ぶ線分や、前記テーリング５１のフェレ径（テーリングの輪郭線に対し外接する長方形の長辺）などの特徴量に基づいて、前記テーリング５１の長さや方向を読み取ることができる。
【0043】
図８は、テーリングの長さの水平方向成分Ｌｘの方位分布と近似曲線の説明図を示す。
図８は、本発明の実施の形態における地下水流向流速計１を鉛直軸に対し３０°傾斜した観測井に挿入し、鉛直流が発生するものとして実験した結果であって、複数の点状ドットのインクのテーリングの長さＬの水平方向成分Ｌｘと、複数の前記点状ドットの基準方位からの角度（方位角）との関係をグラフ化し、その近似曲線を求めたものである。
なお、実験条件は、図６に示すモデルにおいて、流向（風下方向）＝１８０°（ψ＝０°）、設定流速Ｖ＝０．３ｃｍ／ｍｉｎ、鉛直流向（仰角）θ＝３０°とした。
図８のグラフから、前記近似曲線が方位角２００°～２１０°付近で横軸と交差し、テーリングの長さＬの水平方向成分Ｌｘがゼロとなることが読み取られ、設定上の流向（風下方向）＝１８０°と概ね一致していることが分かる。
図８は、本発明の実施の形態における地下水流向流速計１を鉛直軸に対し３０°傾斜した観測井に挿入し、鉛直流が発生するものとして実験した結果であって、複数の点状ドットのインクのテーリングの長さＬの水平方向成分Ｌｘと、複数の前記点状ドットの基準方位からの角度（方位角）との関係をグラフ化し、その近似曲線を求めたものである。
なお、実験条件は、図６に示すモデルにおいて、流向（風下方向）＝１８０°（ψ＝０°）、設定流速Ｖ＝０．３ｃｍ／ｍｉｎ、鉛直流向（仰角）θ＝３０°とした。
図８のグラフから、前記近似曲線が方位角２００°～２１０°付近で横軸と交差し、テーリングの長さＬの水平方向成分Ｌｘがゼロとなることが読み取られ、設定上の流向（風下方向）＝１８０°と概ね一致していることが分かる。
【0044】
したがって、本発明の実施の形態における地下水流向流速計１によれば、前記テーリングの長さＬの水平方向成分Ｌｘがゼロとなる方位角における前記ペーパーシリンダー上の２点を結ぶ方向を、地下水の水平方向における流向とすることができる。
【0045】
また、本発明の実施の形態における地下水流向流速計１によれば、図８のグラフから、前記テーリングの長さＬの水平方向成分Ｌｘが最大となる方位角を読み取り、前記方位角における前記ペーパーシリンダー上の水平接線方向を、地下水の水平方向における流向とすることができる。
【0046】
さらに、本発明の実施の形態における地下水流向流速計１によれば、図８のグラフから、前記テーリングの長さＬの水平方向成分Ｌｘの最大値を読み取り、仰俯角の正弦で除し、前記センサー部を前記地下水観測井中に静置した時間における後記検定曲線（図１０を参照）に代入し、さらに仰俯角の正弦を乗ずることで地下水の水平方向における流速とすることができる。
【0047】
図９は、テーリングの長さの鉛直方向成分Ｌｚの方位分布と近似直線の説明図を示す。
図９は、図８の実験において、複数の点状ドットのインクのテーリングの長さＬの鉛直方向成分Ｌｚと、複数の前記点状ドットの基準方位からの角度（方位角）との関係をグラフ化し、その近似直線を求めたものである。
図９のグラフから、テーリングの長さＬの鉛直方向成分Ｌｚが、全体としてプラス側にあることが読み取られ、設定どおり地下水に鉛直上向きの流れが存在していることが分かる。
図９は、図８の実験において、複数の点状ドットのインクのテーリングの長さＬの鉛直方向成分Ｌｚと、複数の前記点状ドットの基準方位からの角度（方位角）との関係をグラフ化し、その近似直線を求めたものである。
図９のグラフから、テーリングの長さＬの鉛直方向成分Ｌｚが、全体としてプラス側にあることが読み取られ、設定どおり地下水に鉛直上向きの流れが存在していることが分かる。
【0048】
本発明の実施の形態における地下水流向流速計１によれば、図８のグラフから、前記テーリングの長さの水平方向成分Ｌｘの最大値を読み取り、図９のグラフから、前記テーリングの長さＬの鉛直方向成分Ｌｚを読み取り、ＬｚをＬｘで除してその逆正接を求めることにより、地下水の鉛直方向における流向を求めることができる。
【0049】
また、本発明の実施の形態における地下水流向流速計１によれば、図９のグラフから、前記テーリングの長さＬの鉛直方向成分Ｌｚを読み取り、これを仰俯角の正弦で除した後、前記センサー部を地下水観測井中に静置した時間において予め作成された後記段落００５１における検定曲線（図１０を参照）に代入し、さらに仰俯角の正弦を乗ずることで地下水の鉛直方向における流速Ｖとすることができる。
【0050】
なお、上記地下水の流向及び流速の算出は、人手で行うことができる他、画像解析ソフトを用いて行うこともできる。
【0051】
図１０は、地下水流速Ｖとペーパーシリンダー上のテーリングの長さＬの関係（検定曲線）の一例の説明図を示す。
図１０は、図８の実験と同様、本発明の実施の形態における地下水流向流速計１を鉛直軸に対し３０°傾斜した観測井に挿入し、鉛直流が発生するものとして実験した結果であって、ペーパーシリンダー上のテーリングの長さＬの水平方向成分Ｌｘが最大となる方位角における点状ドットのインクの前記テーリングの長さＬと流速Ｖとの関係をグラフ化したものである。
なお、図６に示すモデルにおいて、流向（風下方向）＝１８０°（ψ＝０°）、鉛直流向（仰角）θ＝３０°とし、設定流速Ｖ＝０．０５ｃｍ／ｍｉｎ，０．１ｃｍ／ｍｉｎ，０．１５ｃｍ／ｍｉｎ，０．２ｃｍ／ｍｉｎ，０．３ｃｍ／ｍｉｎの各条件下において地下水流向流速計１を観測井中に１５分間静置して実験を行った。
地下水の流速Ｖについては、図１０に示すような流速Ｖとテーリングの長さＬの関係の検定曲線（検量線）を実験により事前に準備しておき、ペーパーシリンダー３上に描画されたテーリングの長さＬを前記検定曲線に当てはめることで求めることができる。
図１０は曲線で近似するものであり、ここではべき乗曲線で近似しているが、直線で近似することもできる。
図１０は、図８の実験と同様、本発明の実施の形態における地下水流向流速計１を鉛直軸に対し３０°傾斜した観測井に挿入し、鉛直流が発生するものとして実験した結果であって、ペーパーシリンダー上のテーリングの長さＬの水平方向成分Ｌｘが最大となる方位角における点状ドットのインクの前記テーリングの長さＬと流速Ｖとの関係をグラフ化したものである。
なお、図６に示すモデルにおいて、流向（風下方向）＝１８０°（ψ＝０°）、鉛直流向（仰角）θ＝３０°とし、設定流速Ｖ＝０．０５ｃｍ／ｍｉｎ，０．１ｃｍ／ｍｉｎ，０．１５ｃｍ／ｍｉｎ，０．２ｃｍ／ｍｉｎ，０．３ｃｍ／ｍｉｎの各条件下において地下水流向流速計１を観測井中に１５分間静置して実験を行った。
地下水の流速Ｖについては、図１０に示すような流速Ｖとテーリングの長さＬの関係の検定曲線（検量線）を実験により事前に準備しておき、ペーパーシリンダー３上に描画されたテーリングの長さＬを前記検定曲線に当てはめることで求めることができる。
図１０は曲線で近似するものであり、ここではべき乗曲線で近似しているが、直線で近似することもできる。
【0052】
本発明の実施の形態における地下水流向流速計１は、円筒部材２の外周に装着される円筒状のペーパーシリンダー３と、前記ペーパーシリンダー３の外周に装着される円筒状の透水性スポンジ４と、を有するセンサー部を備え、前記ペーパーシリンダー３には、水溶性のインクにより印刷される点状ドット５が少なくとも円周方向の全周にわたって複数設けられ、前記センサー部を地下水観測井中に所定時間静置することにより、複数の前記点状ドット５から溶出し前記ペーパーシリンダー３上に描画される前記インクのテーリング５１の長さ及び向きに基づいて、地下水の流向及び流速を３次元的に求めることを可能とするものであるので、地下水の流向及び流速を３次元的に測定することができる簡易型の地下水流向流速計を提供することができる。
【0053】
また、本発明の実施の形態における地下水流向流速計１は、安価であり、かつ、簡易な構成を有する簡易型の地下水流向流速計であり、地下水観測井での測定作業において電源を必要としないため、山岳部等の環境が悪く電源を得難い場所においても地下水の流向及び流速を３次元的に測定する作業を行うことが可能となる。
【0054】
本発明の実施の形態における地下水流向流速計1は、ペーパーシリンダー３上にテーリング５１が描画されるものであり、前記テーリング５１の長さ及び向きに基づいて地下水の流向及び流速を求めるものであるが、地下水の流向及び流速の求め方については、上記実施の形態に記載した例に限定されるものでなく、各種の求め方を採用することができる。
【0055】
本発明は、上記実施の形態に限るものでなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいてその構成を適宜変更できることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【0056】
本発明の地下水流向流速計は、地下水の流向及び流速を３次元的に測定することができる簡易型の地下水流向流速計であり、極めて実用性が高い。
【符号の説明】
【0057】
１ 地下水流向流速計（地下水流向流速測定用具）
２ 円筒部材
２１ 水抜き用の孔
２２ 上部ディスク
２３ 下部ディスク
３ ペーパーシリンダー
３ａ ペーパーシート
４ 透水性スポンジ
５ 点状ドット
５１ テーリング
２ 円筒部材
２１ 水抜き用の孔
２２ 上部ディスク
２３ 下部ディスク
３ ペーパーシリンダー
３ａ ペーパーシート
４ 透水性スポンジ
５ 点状ドット
５１ テーリング
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】