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光ファイバーセンサーを用いた土砂動態モニタリング手法
Monitoring of sediment movement by means of an optical fiber sensor
〇 藤田正治・堤 大三・武部真樹
〇 Masaharu Fujita, Daizo Tsutsumi, Masaki Takebe In this study the possibility of monitoring of sediment movement with an optical fiber sensor was investigated. The items of monitoring are bed load transport, a sign of landslide, snow accumulation relating to sediment production by freezing and thawing. For example, OTDR sensor was used to measure a sign of landslide in a flume. This sensor could clearly catch the small sliding after a small collapse. BOTDR sensor was used to measure a vertical temperature distribution on the ground surface covered by snow. In winter season, air temperature is lower than the temperature in the snow accumulation. The sensor could find the boundary line. These results show the applicability of the optical fiber sensor for monitoring of sediment movement.
１． はじめに 流砂、斜面崩壊、地すべり、土砂生産などをモ ニタリングすることは土砂管理上重要であり、流 砂観測がいくつかの河川で行われている。しかし、 技術的な問題も多く、さらによい観測システムの 構築が必要である。本研究では、斜面崩壊の前兆 現象としての初期微小移動の検知および凍結融解 作用による土砂生産に影響を与える積雪深の計測 などに、光ファイバーセンサーに応用し、その可 能性および技術的な問題点について検討する。 ２． 崩壊予知 斜面崩壊は土中の水分量の増加によって引き起 こされるが、初期のわずかな斜面のひずみを前兆 現象として捉えることができれば、斜面崩壊予知 に つ な げ る こ と が で き る 。 こ こ で は 、 OTD R 方式の光ファイバーセンサーを用いて、実験水 路での崩壊の前兆現象の検知を試みた。図１は斜 面 1.25m および 2.5m の位置に設置されたセンサー が捕らえた斜面表面のひずみの時間変化であり、 降雨開始後 45 分ごろ、上流側のセンサーがわずか なひずみを計測している。その後、3 分後下流側 で、5 分後上流側で大きな変位が計測され、崩壊 が生じたことがわかる。 ３． 土砂生産 凍結融解作用による土砂生産量の推定には、地 表面温度や積雪深のデータが必要である。そこで、 これらの測定をBOTDR 方式の光ファイバーセン サーを用いて測定した。図２は積雪深30cm の時 の地表面上のひずみ分布（ひずみが大きいほど温 度が高い）を示したものである。冬期、積雪中の ほ う が 気 温 よ り 温 度 が 高 く 、 そ の 遷 移 点 が 約 20cm のところに見られる。積雪深の測定値は過 小評価しているようであるが、これはセンサー回 りの積雪形状によるものと思われる。 ４． おわりに 斜面崩壊、積雪深、流砂計測などについて光フ ァイバーセンサーの可能性と問題点を検討した。 今後、実用化に向けた研究が必要である。 斜面崩壊結果（40分からの詳細図） 0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 40 42 44 46 48 50 52 54 56 経過時間（分） 変位 （ mm） 100mm計 （下流端から2.5ｍ） 50mm計 （下流端から1.25ｍ） 計測値と基準値の差 -0.08 -0.04 0 0.04 0.08 0 20 40 60 80 100 120 鉛直距離（cm） ひず み（ %） 図１ 斜面の歪の時間変化 図２ 積雪のある地面における地面からの温度鉛直分布
