問い合わせオンライン流量計を正しいチャンネル/リバーに選ぶ方法がわかりませんか？以下の4つのポイントが役立ちます。
リリース時間：
2021-08-30
河川・水流の測定は、水資源情報化の重要な要素です。これは、灌漑用水の計量、水資源のスケジューリングと配分、水文データの監視、および洪水の予防・管理など、幅広い分野で活用されています。
河川・水流の流量測定に関して、流量測定の概要、主な流量測定方法、オンライン流量測定用の主流センサー、および実際の用途における適切なセンサーの選び方という、4つの重要なポイントをまとめました。
1. フローとは何ですか？
水文学において、河川流量とは、一定の時間内に特定の河川断面を通過する水の体積として定義されます。流量の計算は、流路内の流体の平均流速に流路の断面積を掛け合わせることで求められ、単位はm³/sまたはm³/hなどです。
注：通常、同一断面内の各層の流れ速度と、各断面の流れ速度は異なるため、平均流速を用いる必要があります。（液体は粘性のために、2つの明確な流れパターンを示します。液体粒子が混ざることなく秩序立って移動する場合を層流と呼びます。一方、液体粒子が不規則に動き、互いに混じり合い、混沌とした曲線的な軌道をたどる場合を乱流、別名タービュラントフローと呼びます。）
● 平均流速
流れの速度とは、単位時間あたりの流体粒子の変位を指します。水路や河川内の各点における流れの速度は異なり、川（水路）の岸に近い部分の速度は遅く、一方、水面近くの川の中央部では最も速くなります。計算の簡略化のために、通常、断面上の平均的な流れの速度がその断面での流れの速度を表すのに用いられます。
2. 渠道・河川の流量測定の現在の方法：これらは主に構造法とセンサーによる流量測定法に分けられます。
3. 現在、オンライン流量測定用の主流センサーは、おおまかに4つのカテゴリーに分けられます。1）超音波流量測定、2）電磁流量測定、3）レーダー波流量測定、および4）機械式流量測定です。
以下は、現在入手可能なさまざまな主流の流量計センサーの紹介です。これは長文の記事ですが、準備はよろしいですか？
◆ 行路時間流量計—パイプライン型とオープンチャンネル型に分類される
音響飛行時間流量計は、速度面積法を用いた流量測定の原理に基づいています。静止した水中で音波が伝わる際、その速度は一定です。ただし、水温や塩分濃度、堆積物含有量の変化に伴い、この伝播速度はわずかに異なる場合がありますが、流れの状態が一定であれば、伝播速度も安定します。流れに沿って伝わる場合、実際の伝播速度は音速と流れの速度を足し合わせたものとなり、流れに逆らって伝わる場合は、音速から流れの速度を引いた値となります。そのため、河川の上流と下流にある2つの固定点間では、流れに順向と逆向で音波が伝わる際に時間差が生じます。この時間差を測定することで、流れの速度を求めることができます。この流量速度の測定方法は、「飛行時間法」と呼ばれます。
◆ 超音波飛行時間式オープンチャンネル流量計
音響飛行時間流量計測システムは、音響トランスデューサーのセット（または複数セット）、メインユニット、信号ケーブル、および電源装置で構成されています。
音響トランスデューサーは、流量計制御装置から音響パルスを発信する指示を受け取り、受信した音響パルス信号を流量計制御装置に送信します。流量制御装置は、水中での音響パルスの伝播時間および水位データを収集し、伝播時間差に基づいて水層の平均流速を計算します。さらに、この値を断面積と断面の平均流速と組み合わせて、断面流量を算出します。音響トランスデューサーには、水位センサーが搭載されている場合があり、測定された水位データを同時に本体ユニットに送信することもできますし、他の適合性のある水位計に接続することも可能です。
◆ 非接触式位相差法超音波流量計
◆ 超音波ドップラー流量計 — 主にポータブル型、固定型、および単点型に分類されます
音響ドップラー効果に基づき、音源と観測者との間に相対運動がある場合、観測者が感知する周波数は、音源が発する周波数とは異なります。この相対運動によって生じる周波数の変化は、両物体間の相対速度に直接比例します。超音波送信機は固定された音源として機能し、一方で流体とともに移動する固体粒子が、音源に対して相対運動を行う「観測者」として振る舞います。もちろん、これは入射した超音波を受信機へと反射させるだけです。送信された音波と受信された音波との間の周波数差が、流体内の固体粒子の動きによって引き起こされるドップラー周波数シフトです。この周波数差は流体の流れの速度に直接比例するため、周波数差を測定することで流れの速度を求めることができます。そして、これに基づいて流体の流量を算出することが可能です。
◆ けん引された
音響ドップラー流速計
音響 – 定められた周波数で音響パルスを放出する。
ドップラー – ドップラー周波数シフトを伴う反射音響信号を受信し、周波数シフトに基づいてビーム方向における相対速度を計算します。
現在 – 4つの波速度を適用して、相対速度、波速度間の角度、および姿勢データ（進行方向、ピッチ、ロール）を計算します。
プロファイラー – 異なる深度レベル（深度セル）での流速を測定します。
ADCPには通常、3つ以上のトランスデューサーが備えられており、同時に3つ以上の音響信号を送受信し、3つ以上の相対速度を取得します。
信号はビームごとに独立して処理され、ビーム方向の相対速度に変換されます。
波速間の角度を用いて、ビーム方向（ビーム座標系）における相対速度を水平速度と垂直速度（地球座標系）に変換する。
◆ 固定型
音響ドップラー流速計には、中心軸に対して一定の角度で取り付けられた2つのトランスデューサーが搭載されています。各トランスデューサーは送信機兼受信機として機能します。トランスデューサーから放出される音波は、狭い範囲、つまり音ビームと呼ばれる領域に集中しています。懸濁粒子の移動速度が水流速度と同じであると仮定すると、懸濁粒子の移動方向がトランスデューサーに向かっている場合、受信されるエコー周波数は送信波の周波数よりも高くなり、逆に懸濁粒子の移動方向がトランスデューサーから遠ざかっている場合は、受信されるエコー周波数が送信周波数よりも低くなります。音響ドップラー周波数シフトとは、送信された音波の周波数と受信されたエコー周波数との差のことです。
◆ 単点式
センサーには2つのトランスデューサーがあり、1つは送信用、もう1つは受信用です。センサーが水流の方向に正対し、つまり逆流測定を前提とした場合：
1、水流が静止している場合、受信される周波数は送信周波数と同じである。
2. 流速が速いほど、受信センサーが受ける周波数も速くなり、送信された周波数よりも高くなります。
3. 流速が遅くなるほど、受信センサーが受け取る周波数は遅くなりますが、送信された周波数よりも高くなります。
設置および使用時には、センサーを必ず水流の方向に向けなければなりません。
◆ 電磁流量計—主にパイプ型（フルボア／ノンフルボア）と開水路型に分類される
電磁流量計：ファラデーの電磁誘導の法則に基づき、流量を測定します。U＝B×L×v（U—誘起起電力、B—磁場強度、L—導体の長さ、v—導体の速度）
銅線で巻かれたコイルは、交流磁場Bを生成します。制御された電流により、測定プロセス中も磁場の強さが一定に保たれます。導体の長さL（測定パイプの内径内にある2つの測定電極間の距離）は常に一定です。式の中で変動するのは流体の速度vのみです。計器は、電極間で誘起される電圧を直接測定し、これが流体の速度Uに比例して直線的に変化します（U～v）。これにより、速度が計算されます。電磁流量計は、体積ではなく速度を測定します。
◆ パイプ型
電磁パイプフローメーター（フルパイプ）
● 計測精度クラス：満量程出力誤差が±1.5％～±2.5％未満の流量計を選択することを推奨します。
● 流量計の前後にある直管部の長さ：流量計前の直管部の長さは配管直径の5倍以上、流量計後の直管部の長さは配管直径の2倍以上とする。この範囲内にはゲートバルブを設置しないこと。
● 流速と直径：選択した計器の直径は、配管の直径と異なる場合があります。上昇限界流速は5 m/sを超えてはならず、下降限界流速は0.5 m/s未満になってはなりません。
● 送信機は、耐圧シール性能試験報告書を提出する必要があります。
◆ 電磁式パイプフローメーター（非満管流）
電磁式ノンフルボア流量計は、開放型パイプライン（ハーフパイプ下水道管やオーバーフロー堰のない大流量パイプラインなど）における流体の流量を連続的に測定するための、速度面積法を用いた自動流量計測装置です。瞬時流量、流速、累積流量などのデータを測定・表示でき、特に都市部の雨水、排水、下水放流および灌漑用水パイプラインでの計量用途に適しています。
非満管流量計は、電磁式速度センサー、超音波水位センサー、および流量表示ユニットから構成されており、これらがパイプライン内の流体速度と水位を連続的に測定します。ユーザーは、円形パイプの内径または方形パイプの幅を入力するだけでよく、GLP-LSC型非満管流量計が自動的にパイプライン内の流量を計算し、瞬時流量、速度、累積流量などの測定パラメーターを表示します。
◆ 明渠式
電磁オープンチャンネル流量計
電磁オープンチャンネル流量計測システムは、流速-水位算法を基盤とし、高度なサーボ式水位追跡速度測定システムおよびマイクロプロセッサーを採用することで、速度測定と演算の精度を確保した新世代の知能型流量システムです。また、チャンネルの幅や測定精度の要件に応じて、オープンチャンネル流量測定の数学モデルを適用しています。
センサーで実測された水位値、流速値、および既に設定されている水路の幾何寸法、勾配係数、水路精度、水理勾配、流速垂直面補正係数を基に、予め定められた数学モデルに従って、水路断面の平均瞬時流量を計算する。
◆ レーダー波フローメーター - 主に固定型とケーブル型に分かれる
動作中、水面に向けて電磁波を放出します。この波が動いている水に当たると散乱し、エコーを形成します。受信されたエコーの周波数は送信された周波数に対してシフトするため、ドップラー周波数方程式を用いて水面の流れ速度を計算できます。移動するターゲットは、レーダーセンサーで低周波の出力信号を生成します。この信号の周波数は移動速度に依存し、一方、振幅は設置距離、反射率、および移動ターゲットのサイズに依存します。ドップラー周波数Fは、移動速度に直接比例します。固定点式レーダー流量計のシステムは、複数のレーダープローブに接続可能であり、効果的に複数の測定ラインを設定できます。断面パラメータを組み合わせることで、断面流量を算出し、固定点測定を実施します。
◆ 柱設置型固定式
レーダー流量計
完全自動レーダー流量計。高度な平面マイクロ波レーダー技術を用いて、非接触方式で水体の流速および水位を測定します。内蔵のソフトウェアアルゴリズムに基づき、リアルタイムの断面流量と累積流量を計算・出力し、河川や灌漑用水路などの場面での流量測定に活用できます。
物理学におけるドップラー周波数シフト効果に基づき、水が流れると流量計との相対運動が生じ、これにより計器から発信されるレーダー波信号に周波数シフトが起こります。この周波数シフトは、水流速度に直接比例します。周波数シフトを測定して水流速度を求め、さらにパルスレーダーで測定した水位と断面データを組み合わせて動的水断面積を算出した後、測定された水流速度と水の断面積を基に、瞬時の流量を計算します。
◆ ケーブル搭載
ケーブル搭載レーダー流量計
移動型レーダー波オンライン流量監視システムは、無人運転、シンプルかつ実用性、メンテナンスの容易さ、そして信頼性の高い精度という原則に従っています。このシステムは、レーダー波を用いて垂直速度をリアルタイムで監視し、同時に対応する水位を収集。部分面積法を用いて流量を計算し、自動的な流量監視を実現しています。また、流量測定方法は「河川流量測定基準」および「水文ケーブルウェイ測定基準」に準拠しており、データ出力は「水文データ編纂基準」に適合。これにより、データ編纂ソフトウェアとシームレスに連携します。
レーダー索道式流量計測システムは、流量測定、無線伝送、データベース管理、ウェブサイト公開、および水文ステーションの業務処理を統合した完全自動型の流量計測システムです。ユーザーはインターネットを通じて、各ステーションの水位、流速、流量、および機器状態を確認できます。また、中央水文ステーションのスタッフは、市役所の中央データベースからインターネット経由で遠隔地からステーションデータをダウンロードし、パソコン上でデータを分析・処理して、さまざまな水文報告書を作成することが可能です。これにより、従来の水文学における測定から集計までの手作業によるワークフローが完全に排除され、「測定・報告・集計」という水文業務の3つの核心機能が、現代の先進技術によって一層高度化されました。
◆ 機械式流量計（ロータ） – 主にカップ型とプロペラ型に分かれる
機械式流量計測は、水流から速度ロータへの運動量移転に基づいて動作します。水が速度ロータの周りを流れると、水流の直線運動エネルギーがロータにトルクを生じさせます。このトルクは、ロータの慣性、軸受の摩擦、および水流とロータとの相対運動によって生じる流体抵抗を克服し、流量計のロータを回転させます。一定範囲の水流速度において、流量計のロータの回転速度は、水流速度に対して比較的安定した近似的な直線関係を示します。所定の時間内におけるロータの回転数を測定するための特殊設計された装置を使用し、流量計の対応する校正式または校正関係曲線を参照することで、水流速度を取得または計算することができます。また、二次計器に関連係数を入力することにより、自動的に水流速度を算出することも可能です。
◆ プロペラ式
プロペラ式流量計
● プロペラ式水道メーターは、堆積物含有量が高く、勾配が緩やかな（10,000分の1未満）水路で使用できます。
● 流量測定範囲：流量測定範囲は製品によって異なり、最小で0.05～0.6 m³/sです。
● カルバート内の流速は2 m/s未満であるべきです。
● カルバートは、浸水流状態で稼働する必要があります。
● 流量測定誤差は±5％を超えてはなりません。
◆ ボルテックス流量計
渦流流量計
● バーテックス流量計は、河川や水路、貯水池、湖、パイプラインなどの断面に沿って事前に設定された測定点で平均流速を測定し、その断面の流量を決定するために用いられる河川水文試験機器です。
● 灌漑用水路の水位測定では、一般的に水位と流量の関係曲線を校正するために用いられます。
◆ ローター型イノベーションアプリケーション
ロータータイプ流量計の用途—流量測定車両を追跡
自動化された河川断面流量測定ステーションは、プロペラ式流量計、リードフィッシュ、通信端末、スマート電源システム、セキュリティシステム、および映像監視システムを搭載した自動化された河川断面流量測定車両を中心に構成され、開水路の水位および流量情報の自動収集と送信を実現します。
灌漑用水路の流量測定断面には、測定ブリッジが設置されています。コスト削減のため、測定ブリッジの上流側に2本の平行な三角形トラックが敷かれ、その一方の端が測定ハウス内まで延びています。測定用垂直ラインの位置と本数は、水路断面の幅に基づいて決定されます。測定を開始すると、測定車両は測定点へ移動し、水位および水深（堆積物厚さ）を測定した後、測定データと状態をリアルタイムでフィードバックします。流量測定車両は、固定深度まで流量速度計を降ろして単点流量速度測定または層別流量速度測定を行います。測定終了後、次の測定点へ移動して測定を継続します。
測定点のすべての測定が完了した後、流量測定車両は各垂直線ごとの部分的な平均流速と部分的な面積を計算し、部分的な流量を算出し、その部分的な流量を合計して断面全体の流量を求めます。
以上で、現在市場で入手可能な主流製品に関する基本的な紹介を終了します。不正確な点がありましたらご容赦ください。また、お気づきの点がございましたら、遠慮なくご指摘ください。なお、不足している部分があれば、皆様からのご意見をお待ちしております。それでは、選定基準について議論しましょう。
4. 実用的な用途に適した流量計をどのように選びますか？
編集者は、特に懸念される2つの選定課題をまとめました：1：幅の異なる水路や河川での流量測定に適した流量計の選び方は？ 2：用途が異なる水路や河川での流量測定に適した流量計の選び方は？
◆ チャンネル／河川幅を基に、大きい順から小さい順に選択する
チャンネルや河川の流量測定には、主に3つの用途があります。1. 計量：例えば灌漑地区や水配分のスケジューリングなど、高い精度が求められます。2. 水文的流量測定：主要な水文局が特定の地域における流量データに注目しており、厳密なデータ精度が求められます。3. 洪水防止・管理：例えば鉄砲水や都市部の洪水排水など、流量データの相対的な変化に焦点を当てています。
◆ 使用用途に応じて選択する
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