JP5024630B2 - 自動採水装置 - Google Patents

Description

本発明は、降雨を一定割合で分割して採取する自動採水装置に関し、さらに詳しくは、降雨の開始から終了までの全降雨水の水質を示す水試料をサンプリングするために、降雨開始から終了まで貯留される降雨水を逐次均一に分割して持運び可能な分量だけ採取するものである。

わが国では１９６０年代の高度経済成長に伴い工場や家庭からの汚濁負荷が増大し、その放流先である公共用水域の水質汚濁が顕著になった。都市域の河川、湖沼の汚染原因となる汚濁負荷には、工場、家庭などから流出する排水のように、汚濁負荷の発生源が特定されているものと、降雨に含まれる汚濁物質や森林・農地、市街地などの河川流域などのように排出源が面的に広がり、発生源を特定できないものがある。前者が特定（ポイント）汚染源、後者が非特定（ノンポイント）汚染源と呼ばれるものである。

近年、水質規制や下水道整備、排水処理施設の整備が進み、これらの規制や整備はポイント汚染からの汚濁負荷の削減には極めて有効であったが、閉鎖系水域である湖沼や河川の汚濁負荷は減少していない。これは、特に都市域でこのノンポイント汚染源の占める比率が高まっているためである。

ノンポイント汚染源となるのは、大気中の浮遊物質（排気ガス、煤煙、粉塵など）が道路面や建物屋根、舗装面などに堆積したものである。自動車の走行（例えば、タイヤの磨耗）に伴って発生する粉塵も汚染源のひとつである。これらは、降雨時に雨水とともに河川や湖沼に流出し、水域を汚染する。

こうしたノンポイント汚染源によって汚染された降雨時の道路排水は、降雨初期に汚染源が高濃度となるが、その後は時々刻々変化して検出されるため、一回の降雨全期間中に排出される道路排水の平均的な汚染濃度の実態把握が困難であった。

また、採取する水試料が道路排水の場合や直接落下する降雨水の場合のいずれ場合においても、水試料の解析研究を行うに際して先ず問題となるのが、対象水試料をどのようにして採取するかという点である。この種の解析対象の降雨水試料を採取するため、古くから行なわれている手法は、通常の場合、その採取容器として、例えば、プラスチック等からなる所要容量の受水容器を用い、気象情報の降雨予想に基づき、予め降雨の直前に該受水容器を屋外の選択された場所に設置し、降雨に伴う該受水容器内への適量の降雨水試料の受水後、これを速やかに回収することで採取している。

また、降雨を自動的に採取するための装置としては、連続降雨中に一定量毎に降雨水を採取するか、もしくは回収までに捕集された積算降雨水を採取することを目的としたものが多い。

一定量毎に降雨水を採取することを目的とした装置には、特許文献１のように、垂直な面内に回動自在に支持される転動体の同一円周上に、複数の分取容器を、順次、漏斗の吐出口に対応するように間隔をおいて揺動自在かつ着脱自在に吊持させたメリーゴーランド形式の装置が知られている。

また、一定量の降雨水を計量する検出構造として、特許文献２にようにフロート及び検出制御装置を用いたもの、特許文献３のように転倒升を用いたもの、特許文献４のように、シリンジとソレノイドを用いたもの、及び特許文献５のように少なくとも上部に曲管部をもち下方に開口した放出部を有するサイフォン管形状の引出し管を用いたものが知られている。
特開平５−１９８４号公報 特開２００２−２２８７６６号公報 特開２００５−２４１３２６号公報 特開２００５−２４９５５６号公報 特開平１０−２８２２５１号公報

しかしながら、降雨の開始から終了までの期間中全ての積算した降雨水を採取するには上記古くからの方法に依らざるをえず、極度に大型の貯留容器を用意する必要がある。降雨期間が短く雨量も小さいときには、このような大型の貯留容器を用意すれば積算降雨水の貯留が可能だが、昨今の集中豪雨の際にはこのような大型貯留容器では対応できない。また、集中豪雨時の積算降雨水を収容可能な大きさの容器を作ることも物理的に困難である。このような積算降雨水のサンプリング試料を分取することを目的として、上述したようなフロート、サイフォン曲管等の計量検出構造が採用された例は皆無である。

また、道路排水の採取を簡便に行うために、自動採取装置には、橋梁下または雨水ます内に設置できること、電源等の設備を必要としないこと、及び常時人員を配備するなどの労働集約的作業が必要としないこと等が要求される。

本発明は、以上の点に鑑み、降雨の開始から終了までの全降雨水を分取可能な小型かつ簡素な構造の自動採水装置を提供することを目的とする。

さらに、本発明は、サンプリング期間中に常時監視不要な自動採水装置を提供することを目的とする。

本発明では、降雨開始から終了まで積算降雨水を一定量毎に均一に分割して採取する手法に着眼し、フロートを含んだ排水機構を組み込んだ貯留容器と、貯留容器から排水された降雨水を均一に分流する分水装置を組み込んだ分割容器と、を備えた自動採水装置に構成することによって上記課題が解決されることを見出し、本発明を完成したものである。

すなわち、本発明では次の構成を採用する。
１．降雨水を分割して採取する自動採水装置において、
降雨水を受けるように上方に開口した受水器と、
前記受水器の下方に配置され、かつ、前記受水器から落下する前記降雨水を一定量収容した後に排水するように排水装置と排水口とが設けられた貯留容器と、
前記排水口に一端が接続された排水管と、
前記貯留容器の下方に配置され、かつ、前記排水管の他端を接続し前記降雨水を供給する供給口と、この供給口から上方に立設した分水装置と、この分水装置の外周に亘って設けられた複数の採取口と、を備えた分割容器と、
前記採取口の少なくとも一つに一端が接続された採取管と、
前記採取管の他端を内部に引き入れる開口部が設けられた採取容器と、を備え、
前記排水装置は前記貯留容器内に設けられ、かつ、フロートと、このフロートに接続された開閉栓と、を含み、
前記供給口は前記分割容器の底面中心部に配置され、
前記分水装置は前記分割容器内に設けられ、前記供給口に接続しかつ前記供給口の上方に立設した第１円筒と、前記第１円筒の外径より大きな内径を有しかつ前記第１円筒を囲繞するように前記分水装置の底面から立設する第２円筒と、を含み、
前記複数の採取口の形状及び流路面積がそれぞれ等しいことを特徴とする自動採水装置。
２．前記フロートはフロート本体と、このフロート本体と前記開閉栓とを繋ぐ連結部材と、を備えることを特徴とする１に記載の自動採水装置。
３．前記フロートはさらに、前記降雨水の水面の移動に応じて移動自在な第２フロートを前記フロート本体の外周に備え、このフロート本体の上部にはこの第２フロートの上方への移動を拘束する上部ストッパーが設けられ、このフロート本体の下部には、前記貯留容器に前記降雨水が収容されていないときにこの第２フロートを保持する下部ストッパーが設けられていることを特徴とする１又は２に記載の自動採水装置。
４．前記複数の採取口が、前記分割装置の前記底面上に設けられ、かつ、前記底面中心部を基準とした仮想円の円周上に配置されていることを特徴とする１から３のいずれかに記載の自動採水装置。
５．前記分割装置が円筒状をなし、前記複数の採取口が前記分割装置の前記底面外縁部に配置されていることを特徴とする１から４のいずれかに記載の自動採水装置。
６．前記分割装置が円筒状をなし、前記複数の採取口が前記分割装置の円筒側面上に配置されていることを特徴とする１から５のいずれかに記載の自動採水装置。
７．前記採取口の前記形状が略円形であることを特徴とする１から６のいずれかに記載の自動採水装置。
８．前記第１・第２円筒は、前記分割容器の前記底面中心部を通りかつ前記底面に垂直な軸を中心軸としてそれぞれ同心円状に前記分割容器の前記底面に立設していることを特徴とする１から７のいずれかに記載の自動採水装置。
９．前記第１・第２円筒の下端はともに前記分割容器底面に液密に固着され、前記第２円筒の長さが前記第１円筒の長さよりも短いことを特徴とする１から８のいずれかに記載の自動採水装置。
１０．前記第１円筒は、前記降雨水が流入する入口部よりも流路断面積が拡大した出口部を有することを特徴とする１から９のいずれかに記載の自動採水装置。
１１．前記分水装置は前記第２円筒の外径より大きな内径を有する第３円筒をさらに備え、第３円筒の下端が前記分割容器底面に接触しないように前記分割容器内に吊持されていることを特徴とする１から１０のいずれかに記載の自動採水装置。

本発明の前記１の構成によれば、貯留容器に収容された降雨水がフロートを含む排水装置によって一定量まとまって分割容器に一勢に排水された後、分割容器内の分水装置によって降雨水が分割容器底面上に放射状かつ均一に分散し、同一寸法の採取口の一つから均一に分割された水試料が採取容器に採水される。このサイクルが降雨開始から終了まで間に繰り返されるによって、積算降雨水量を正確に算出しながら、予め設置された採取口の数に応じてその任意の分割量だけ採取することができる。

加えて、電源等を必要としない小型かつ簡素な機械式構成となるため、道路排水の採取に際して、雨水ます又は橋梁下に本発明の装置を容易に設置することが可能となるとともに、橋梁等採水地点近くに人員を常時待機させておく必要もない。

本発明の前記２の構成によれば、フロート本体と開閉栓との間を連結部材で連結させることにより、貯留容器の降雨水をまとまった所望の水量だけ収容した後、開閉栓から一勢に排水することができる。

本発明の前記３の構成によれば、本発明の装置により採水サイクルが繰り返され、開閉栓が排水口に過度に嵌合し、フロート本体の浮力だけで開閉栓を持ち上げることが出来ない事態が生じても、第２フロートにより追加の浮力を適切に付与することが可能となる。

本発明の前記４から７の構成によれば、より好適に、所定割合で分割された降雨水を採取口から採取することができる。

本発明の前記８の構成によれば、分割容器底面中心部に設けられた供給口と第１・第２円筒の相対的位置関係から、これらの要素を備えた分水装置を通過する降雨水がより均一かつ放射状に分割容器内に分散することになるため、分水装置による円筒分水の効果をさらに高めることができる。

本発明の前記９の構成によれば、分割容器底面から分水装置内の第１円筒から噴出した降雨水が当該第１円筒外周壁面の上端から下端に向かって流れ、第２円筒内に充満し、当該第２円筒外周壁の上端から下端に向かって流れ、下端から分割容器底面上に均一な流量及び流速で放射状に分散することになるため、分水装置による円筒分水の効果をさらに高めることができる。

本発明の前記１０の構成によれば、前記降雨水が流入する入口部よりも流路断面積が拡大した出口部を有することで、第１円筒から第２円筒に流れ出る降雨水の流速が低減することから、第１円筒の上端を越えて第２円筒に流れ込む降雨水の水位（言い換えれば、越流水深）をより一層均一にすることができる。これにより、貯留装置から排水管を通じて分水装置へ供給された降雨水は、第１円筒から勢いよく噴出することなく周方向に均一に分散することになるため、分水装置による円筒分水の効果をさらに高めることができる。

本発明の前記１１の構成によれば、第３円筒をさらに追加することにより、第２円筒下端から放射状に流出する降雨水の水面高さが円周方向に一定に抑制される。即ち、降雨水が第３円筒を潜り抜ける際に水面がより一層均一になって分割容器底面上を放射状に分散することになるため、第１・第２円筒による水位調節作用と相俟って、分水装置による円筒分水の効果をさらに高めることができる。

以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づき説明するが、以下の具体例は本発明を限定するものではない。

図１は本発明の自動採水装置の概略縦断面図、図２は本発明の分割容器の概略縦断面図、図３は図２の分割容器を、その上部を取り外して上方からみた概略上面図、図４は別態様の第１円筒を備えた本発明の分割容器の概略縦断面図、図５は本発明の第２実施形態のフロート（球形）を示す概略断面図、図６は本発明の第２実施形態のフロート（円筒形）を示す概略断面図、図７は本発明の実施例１の分割容器を、その上部を取り外して斜め上方からみた斜視図、図８は本発明の実施例１による実験結果を示す図、図９は本発明の実施例２による実験結果を示す図である。なお、各図において同一又は対応する部材には同一符号を用いる。

第１実施形態
本発明の第１実施形態に係る降雨水を分割して採取する自動採水装置（以下単に、自動採水装置と言う）１の全体構成について上記図面を参照しながら説明する。自動採水装置１は、好ましくは一定流域面積を有する図示しない高架橋や橋梁の下（または雨水ます内に）設置され、高架橋や橋梁を流れ出た道路排水（または雨水ます内に流入する道路排水）を採取する目的で使用される。

図１に示すように、自動採水装置１は、橋梁等の採水地点から流れ出た道路排水を受けるように上方に開口した受水器１０を備える。受水器１０の内側には、好ましくは金網１１が載置されており、道路排水とともに受水器１０の中に入ってきた木の葉や細い木の枝などのゴミや道路排水中を浮遊する懸濁物が金網１１に捕集される。

また、自動採水装置１は貯留容器２０を備える。貯留容器２０は、受水器１０の下方に配置されかつ受水器１０から落下した降雨水を収容する。貯留容器２０の内側には、受水器１０から落下する前記降雨水を一定量収容した後に排水する排水装置３０が載置されている。

排水装置３０は、貯留容器２０内の降雨水に浮くフロート３１とフロート３１に接続された開閉栓３２とから構成される。フロート３１の形状は好ましくは球状であるが、特にこれに限定されるわけではない。開閉栓３２は、貯留容器２０に設けられた排水口３５の入口３５ａに嵌合している。また、排水装置３０はフロート３１と開閉栓３２と連結する連結部材３３を備える。連結部材３３の長さを適宜調節することにより貯留容器２０内に一時的に収容かつ排水する水量を任意に調節することが可能となる。なお、連結部材３３は、例えば鎖状部材や紐状部材で構成されてもよいが、所定の強度と柔軟性を有していれば、これらに限定されるわけではない。

また、排水装置３０は開閉栓３２の上下の移動を案内するガイド３６を備えてもよい。図１の例ではガイド３６は排水口３５の入口３５ａと開閉栓３２とを内包する筒状体である。これにより、開閉栓３２の移動が上下方向のみに制限されるとともに、フロート３１の浮上により開放された開閉栓３２が排水処理の後に入口３５ａに元通り嵌合され、適切に貯留容器２０に栓をすることができる。

排水口３５の出口３５ｂには排水管４０が接続され、排水装置３０から排水された降雨水がこの出口３５ｂを通じて排水管４０に排出される。

また、自動採水装置１は、図１及び図２に示すように、貯留容器２０の下方に配置された分割容器５０を備える。分割容器５０の底面５１には供給口５２と複数（少なくとも２つ）の採取口５３とを備える。本実施形態は、好ましくは図３に示すように、分割容器５０は円筒状をなし、供給口５２は底面５１の中心部（好ましくは中心点）に配置され、採取口５３はこの中心部から所定距離（半径）だけ離れた仮想円の円周上に配置された構成となっているが、必ずしもこれに限定されるわけではない。例えば、複数の採取口５３が、円筒状をなした分割装置５０の底面５１の外縁部５４（底面５１と円筒側面５５とが結合する部分）に沿って配置されていてもよいし、円筒状をなした分割装置５０の円筒側面５５上に配置されていてもよい。図示の例では、採取口５３はそれぞれ同一の寸法（直径）を有した略円形の孔であるが、同一の形状・寸法（流路面積）となれば必ずしもこれに限定されるわけではない。例えば、採取口５３を上記のように底面５１の外縁部５４に設ける場合には、外縁部５４に複数の切欠きを入れ、これらの切欠きを採取口５３としてもよい。

また、図１に示す排水管４０は、上述の通り、一端４０ａが貯留容器２０の排水口３５の出口３５ｂに接続されることによって下方に懸架するが、他端４０ｂが分割容器５０の底面５１の中心部にある供給口５２に接続されることによって分割容器５０の下方から上方に向けて取り回された構成となっている。

図２及び図３に示すように、分割容器５０の内側には分水装置６０が載置される。分水装置６０は少なくとも第１円筒６１と第２円筒６２（夫々中空円筒）とから構成される。第１円筒６１は、供給口５２を内包するように分割容器５０の底面５１上に立設する。第１円筒６１及び第２円筒６２は、これらの中心が供給口５２の中心に合致するように夫々載置される。これにより、供給口５２から噴出する降雨水が分割容器５０内に均一かつ放射状に流出・分散されることになる。

また、第１円筒６１は、図１〜３に示すような直円筒ではなく、図４（以下詳述する実施例）に示すように供給口５２近傍の入口部６１ａよりも大きい流路断面積を有する出口部６１ｂを備えるような構成であってもよい。図４の例では、第１円筒６１の出口部６１ｂの流路断面積を徐々に拡大するように、第１円筒６１の円筒下端から円筒上端の間の外壁の一部分に移行部６１ｃ（好適には逆円錐状のテーパが付いた構成）を有しているが、必ずしもこれに限定されるわけではない。例えば、入口側から出口側に向けて急に拡大するように構成してもよい。これらの構成のように第１円筒６１の流路断面積が下から上に向けて拡大することにより、第１円筒６１から第２円筒６２に流れ出る降雨水の流速が低減することから、第１円筒６１の上端を越えて第２円筒６２に流れ込む降雨水の水位（言い換えれば、越流水深）がより一層均一になる。これにより、貯留装置２０から排水管４０を通じて分水装置６０へ供給された降雨水は、第１円筒６１から勢いよく噴出することなく周方向に均一に分散することになる。

なお、第１円筒６１及び第２円筒６２の上端は開口している。これに対し、第１円筒６１及び第２円筒６２の下端は分割容器５０の底面５１上に液密に固着される。ここで、「液密に固着」とは降雨水が漏洩しないように接続されていることを意味している。例えば接着剤等で隙間なく第１円筒６１及び第２円筒６２の下端と底面５１とが接着されている状態であるが、必ずしもこれに限定されない。

なお、第２円筒６２は、第１円筒６１を囲繞しかつ第１円筒６１の上端から溢れ出た降雨水を収容するように、第１円筒６１の外径より大きな内径を有することが好ましい。

また、分水装置６０に中空の第３円筒６３をさらに設けてもよい。第３円筒６３は、第２円筒６２を囲繞しかつ第２円筒６２の上端から溢れ出た降雨水を収容するように、第２円筒６２の外径より大きな内径を有することが好ましい。加えて、第３円筒６３は、その下端が分割容器５０の底面５１に接触せず、下端円周に亘って底面５１から一定距離で離間するように分割容器５０内に吊持されていることが好ましい。なお、第３円筒６３の中空壁には多数の貫通孔（図示せず）が中空壁全体に亘って設けられてもよく、この場合、中空壁における周方向の開口率が同一になる（即ち、同寸法の貫通孔が周方向に等数設置されている）ことが好ましい。

分割容器５０の底面５１には、上述の通り、採取口５３が複数設置されており、その少なくとも一つの採取口５３に採取管７０の一端７０ａが接続され、分水装置６０及び採取口５３により均一に分取された降雨水がさらに下方に導かれる。なお、採取管７０を全ての採取口５３に接続してもよく、この場合、全ての採取管７０の長さが同一であることが好ましい。

自動採水装置１には、開口部８１を備えた採取容器８０がさらに設けられる。この開口部８１の内部に採取管７０の他端７０ｂが引き入れられる。

なお、以上説明した受水器１０と貯留容器２０と分割容器５０とは、アングルで組立てられた固定部材（図示せず）に固定されてもよい。固定部材は上記のようなアングル組立方式に限定されず、いかなる方式で製造されていてもよい。なお、上記各容器の固定には、ボルト・ナット等の締結具や接着剤を用いてもよいが、必ずしもこれに限定されない。

本発明の第１実施形態における自動採水装置１は以上のように構成されており、以下のように動作する。

雨が降り始める前に自動採水装置１は橋梁下に設置されるが、以上説明した通り、装置１を構成する上記各容器が概ね一つの固定部材に収納されているため、簡単に現場に設置することができる。

降雨が開始すると、橋梁からの道路排水は先ず自動採水装置１の受水器１０に受け入れられた後、貯留容器２０に流入する。その際、受水器１０の内側に載置された金網１１によって、道路排水とともに受水器１０の中に入ってきた木の葉等のゴミや道路排水中を浮遊する懸濁物が捕集される。

そして、貯留容器２０は開閉栓３２によって予め密閉されているので、貯留容器２０内に流入した降雨水の水位は次第に上昇してフロート３１が水面に浮上する。しかしながら、フロート３１は連結部材３３によって開閉栓３２に接続されているため、降雨水の水位が、底面から開閉栓３２の上端までの高さに連結部材３３の長さを加えた位置を超えはじめると、フロート３１の浮力、すなわち密閉された開閉栓３２を開放しようとする力が作用しはじめる。さらなる水位の上昇に伴ってフロート３１の浮力が増大し、開閉栓３２の密閉力よりも大きくなると、開閉栓３２は開放され、貯留容器２０内に一定量の収容された降雨水が一勢に排水口３５から排水管４０に流入する。即ち、一定量の安定化した流量が毎回採水管４０に流入することになる。

次に、排水管４０を通過した降雨水は、分割容器５０の底面５１の中心部に設置された供給口５２を通して、分割容器５０内部の分水装置６０の第１円筒６１内に流入する。すなわち、供給口５２から流入した降雨水は第1円筒６１内部を下方から上方に向かって進むが、第1円筒６１の開口した上端に到達した後は外方へ放射状に噴出する。噴出した降雨水は自重により、第１円筒６１の外壁を伝ってもしくは直接自然落下して第２円筒６２の内側（すなわち、第２円筒６２の容積のうち第１円筒６１の容積を除いた部分）に収容される。ここで、第1円筒６１と第２円筒６２とも分割容器５０の底面５１に液密に固着されているため、第１円筒６１内を通過する降雨水が第１円筒６１の下端から第２円筒６２内に漏洩（流入）することもなく、また第２円筒６２内に収容された降雨水が第２円筒６２の下端から第１円筒６１内に漏洩することや当該下端から外周方向に漏洩することもない。

第２円筒６２内に収容された降雨水の水位が増し、その上端に達する時点になると、降雨水はその水勢も低減（抑制）され、その水位も周方向に一定に保たれるようになる。その後、降雨水は第２円筒６２の上端から外壁に沿って下方に向かって流れ、その下端及び分割容器５０の底面５１に達すると、外周方向に放射状に均一量で分散される。

図示の例では、第３円筒６３が、第１・第２円筒６１，６２を囲繞しかつ底面５１から一定の隙間距離で離間されるように吊持されているため、第２円筒６２から放射状に底面５１上に分散する降雨水が第３円筒６３の下端を通過して、第３円筒６３よりさらに外側に設けられた採取口５３に向かって流出することになる。即ち、降雨水が第３円筒６３の下端を潜り抜ける際に降雨水の水面が周方向により一層均一となり、局所的な水面の波が消される（水位調整される）こととなる。また、上述のような第３円筒６３の取付構成により、万が一、第１・第２円筒６１，６２の上端から噴出する降雨水の水勢が強く、水滴等が夫々の円筒６１，６２の外壁を伝わらずに外方に飛散したとしても、第３円筒６３の内壁に捕捉されてその自重により流下し、第３円筒６３の下端の隙間から水位調整されて流出することとなる。

また、さらに第２円筒６２から流出する降雨水の水量が極めて大きく、第３円筒６３の下端からの外部へ流出する流量よりも、第３円筒６３の内壁と第２円筒６２の外壁とで仕切られる空間内を上昇する流量が大きくなったときでも、当該空間内の降雨水は、第３円筒６３の中空壁に多数設置された貫通孔を通過し、第３円筒６３の外壁に沿って下方にかつ周方向に等しい流量で流下し、分割容器５０の底面５１上を放射状に流れる降雨水に合流することになる。

第１・第２・第３円筒６１，６２，６３を備えた分水装置６０から底面５１に沿って外側放射状に分散する降雨水は複数（ｎ個）の採取口５３を通して分割容器５０から流出する（すなわち分取される）。採取管７０が採取口５３の少なくとも一つに接続されているため、ｎ分の１の水量の降雨水が採取管７０を通して、採取容器８０に採取されることとなる。

なお、採取口５３の全てに同じ長さを有した採取管７０を取り付けていた場合には、サンプリング用に降雨水を採取容器８０に分取されるための採取管７０と、放出用の他の採取管７０と、に作用する管内の圧力損失を同等にすることができ、より均一・正確にｎ分の１の水量を分水することが可能となる。

以上のように、受水器１０から流入し、貯留容器２０の内部に一定量貯留された降雨水は、排水装置３０により大きな水勢を保ちながら排水管４０に排出された後、分割容器５０内の分水装置６０によって均一かつ放射状に分割容器５０の底面５１に分散し、底面５１に多数設けられた採取口５３を通して一部（すなわちｎ分の１の量）は採取管７０を通して採取容器８０に採取され、その他（ｎ分の（ｎ−１）の量）は地面に放出されることとなる。

これらの動作が一サイクルとなって、降雨の開始から終了までこのサイクルが繰り返されて、採取容器８０にサンプリング用の降雨水が順次採取かつ貯留されることとなる。このようにして、小型かつ簡素な構造の自動採水装置１を橋梁下に設置するだけで、測定者による常時監視等の多大な労力を必要とせずに、降雨の開始から終了までの全降雨水からサンプリング用の降雨水試料を分取することが可能となる。

第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態を説明する。なお、以下では、第１実施形態と第２実施形
態とに共通する事項については説明を省略し、両実施形態の相違点である排水装置３０のフロート構造についてのみ説明する。なお、両実施形態の同等の要素には同様の符号を付す。

図５に示すように、本実施形態のフロート３１は、球形のフロート本体３１ａの外側（すなわち外周）に、降雨水の水面の移動に応じて移動自在な第２フロート３１ｂを備える。図示の第２フロート３１ｂは扁平な中空円筒体（言い換えれば、ドーナッツ状の円板）をなしている。そして、このフロート本体３１ａの上部には上部ストッパー３１ｃがさらに設けられ、この第２フロート３１ｂの上方への移動を拘束する。他方、このフロート本体３１ａの下部には、下部ストッパー３１ｄが設けられ、貯留容器２０に降雨水が収容されていないときに第２フロート３１ｂをフロート本体３１ａから離れないように保持する。なお、フロート本体３１ａの形状は球形に限定されず、図６に示すように、円筒形にしてもよい。

次に、以上のように構成された本発明の第２実施形態における自動採水装置１のフロート３１の動作を説明する。

本発明の第１実施形態の動作と同様に、貯留容器２０内に流入した降雨水の水位は次第に上昇してフロート本体３１ａが水面に浮上し、フロート本体３１ａは連結部材３３によって開閉栓３２に接続されているため、降雨水の水位が、底面から開閉栓３２の上端までの高さに連結部材３３の長さを加えた位置を超えはじめると、フロート本体３１ａの浮力、すなわち密閉された開閉栓３２を開放しようとする力が作用しはじめる。さらなる水位の上昇に伴ってフロート本体３１ａの浮力が増大し、開閉栓３２の密閉力よりも大きくなると、開閉栓３２は開放され、貯留容器２０内に一定量の収容された降雨水が一勢に排水口３５から流出する。

しかしながら、本願発明者の実験によれば、本発明の自動採水装置１の上記動作サイクルを繰り返し、まとまった量の降雨水が開閉栓３２から一勢に流出することが何回か生ずると、開閉栓３２が通常（手動で栓をした場合）よりも堅く排水口３５の入口３５ａに閉め込まれて、開閉栓３２の密閉力が増大する場合があることが判明した。

そこで、上述の第２実施形態のように構成することにより、第２フロート３１ｂも、降雨水の水位の上昇とともにフロート本体３１ａと拘わり無く上昇する。開閉栓３２が堅く密閉されていないときは、第２フロート３１ｂがフロート本体３１ａの上部ストッパー３１ｃに拘束される前にフロート本体３１ａの浮力のみで開閉栓３２が開放される。

しかしながら、開閉栓３２が堅く密閉されているときには、フロート本体３１ａの浮力だけでは足りず、開閉栓３２を開放することができない。その場合には、第２フロート３１ｂが上部ストッパー３１ｃに拘束され、フロート本体３１ａの浮力に加え、第２フロート３１ｂの浮力を即座に開閉栓３２に付与することができ、堅く閉められた開閉栓３２を開放して、貯留容器２０内の降雨水を排出することが可能となる。

次に、本発明をさらに具体的な実施例に基づき説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されない。なお、図７は本発明の実施例１の分割容器５０を、その上部を取り外して斜め上方からみた斜視図を示す。

実施例１の構造
受水器１０には縦３２０ｍｍ、横３２０ｍｍ、高さ５０ｍｍの寸法を有した塩化ビニル製容器を使用し、その底面中央に直径２０７ｍｍの開口部を設け、直径２００ｍｍの金網１１を載置して、金網１１の周囲と開口部とを接着剤で結合した。

また、実施例１の貯留容器２０には、内径２００ｍｍ、高さ２５５ｍｍのプラスチック製容器を使用し、排水口３５は内径１７ｍｍの入口３５ａ及び出口３５ｂを有したＬ字形をなす塩化ビニル製のパイプであり、出口３５ｂが貯留容器２０の側面に設けられている。開閉栓３２はゴム製で、この開閉栓３２の移動方向を制限するガイド３６によって囲繞されている。ガイド３６は内径５５ｍｍ、高さ１４５ｍｍの寸法を有した塩化ビニル製のパイプであり、貯留容器２０の底面から立設されている。排水管４０は直径１０ｍｍのホースである。

また、実施例１の分割容器５０には内径２００ｍｍ、高さ１７０ｍｍの寸法を有したプラスチック製容器を使用した。供給口５２には内径９ｍｍ、高さ７５ｍｍのホースを使用した。分水装置６０を構成する第１・第２・第３円筒６１，６２，６３は塩化ビニル製の中空パイプである。本実施例の第１円筒６１は、入口部６１ａの内径２０ｍｍ、出口部６１ｂの内径６０ｍｍ、高さ１４０ｍｍとなっている（図４参照）。第２円筒６２は、内径９０ｍｍ、高さ８５ｍｍの寸法を有した中空パイプであり、第３円筒６３は、内径１１５ｍｍ及び高さ１０５ｍｍの寸法を有した中空パイプであり、上端付近の三箇所に孔を設け、これらの孔に夫々針金６４の一端を通し、他端を分割容器５０の上端に懸架させることで、第３円筒６３を分割容器５０内に吊持させた（図７参照）。分割容器５０の底面５１の採取口５３には、直径３ｍｍの円形孔を３２個設けた。なお、実施例１の採取容器８０には容量１０リットルの容器を使用した。

実施例１（３２分割自動採水装置）の性能評価実験
上述のように構成された実施例１の自動採水装置１を実際の橋梁下の現場に設置して、性能評価実験を行った。

３２個の採取口５３にはそれぞれ番号が付され、第７番目の採取口５３を使用した。実験日は複数日を費やして実際の降雨水を採水する前後で、採水性能を評価した。具体的には、道路の排水管から所定の降雨強度に設定した１０リットルの水を、自動採水装置へ１回ずつ流す。降雨強度は図示のように1，３，５，７，１０ｍｍ／ｈｒ（時間）に設定した。そして、各降雨強度に対する流出量を降雨水の採水前後に1回ずつ測定し、自動採水装置１の分割性能を確認した。上記評価手法による実験結果を図８に示す。

図８は、実験日毎に降雨水採水前後の各降雨強度における採水量を示し、これらの平均値と誤差を示す。なお、図中のＣ．Ｖ．値とは変動係数（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ Ｖａｒｉａｔｉｏｎ）を意味し、対応する採水データの標準偏差を平均値で割ったもので、データ分布の相対的バラツキを示す。また、分割数とは、この平均値の採取量に基づいて算出した採取口５３の分割数を示す。この平均値に誤差がなく、図８右下の理論値通りであれば、分割数は３２となる。

図８に示す実験結果より、比較的精度よく採取口５３より採水できていることがわかる。誤差は１０パーセント程度生じているが、当該分野では降雨強度の設定や投入量などその他の実験系に含まれる誤差がこれ以上大きいことが通常であり、本発明の自動採水装置１がノンポイント汚染の降雨水をサンプリングするための採水装置として有効に機能することがわかった。

実施例２の構造
分割容器５０の底面５１の採取口５３に、直径３ｍｍの円形孔を５０個設けた。これ以外の点は上述した実施例１の構造と同様であり、説明を省略する。
実施例２（５０分割自動採水装置）の性能評価実験

本実施例の自動採水装置１は橋梁下に設置せず、実験室（屋内）での性能評価実験を行った。評価実験方法は、所定の降雨強度（1，３，５，７，１０ｍｍ／ｈｒ）に設定した１０リットルの水を３回ずつ流し、全て採取口５３（第１〜５０番の符号を付した円形孔）から採取された採水量を毎回測定した。

ここでは一例として、図９に降雨強度１０ｍｍ／ｈｒの場合の実験結果を示す。図中、横軸は流出孔すなわち採取口５３に対応する番号を付し、三角印は、第１〜５０番の流出孔（採取口５３）から流れ出た実際の流出量（３回の実測値）を示し、棒グラフの値は、該３回の実測値の平均値（流出孔毎に算出）を示す。なお、この場合の各孔の理論流出量は２００ミリリットル（ｍｌ）であり、破線で示す。

図９に示す実施例２の実験結果から明らかなように、大半の流出孔（採取口５３）から理論流量に近い値の採水量を採取できたことがわかる。

本発明は上記実施例に限定されることなく、特許請求の記載した発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲に含まれることはいうまでもない。例えば、採取口の数、形状及び配設位置は各種サンプリングの用途に応じて適宜変更できることは明らかである。

本発明の自動採水装置の概略縦断面図である。 本発明の分割容器の概略縦断面図である。 図２の分割容器を、その上部を取り外して上方からみた概略上面図である。 別態様の第１円筒を備えた本発明の分割容器の概略縦断面図である。 本発明の第２実施形態のフロート（球形）を示す概略断面図である。 本発明の第２実施形態のフロート（円筒形）を示す概略断面図である。 本発明の実施例１の分割容器を、その上部を取り外して斜め上方からみた斜視図である。 本発明の実施例１による実験結果を示す図である。 本発明の実施例２による実験結果を示す図である。

符号の説明

１ 自動採水装置
１０ 受水器
２０ 貯留容器
３０ 排水装置
３１ フロート
３１ａ フロート本体
３１ｂ 第２フロート
３１ｃ 上部ストッパー
３１ｄ 下部ストッパー
３２ 開閉栓
３３ 連結部材
３５ 排水口
４０ 排水管
４０ａ 排水管の上端
４０ｂ 排水管の下端
５０ 分割容器
５１ 底面
５２ 供給口
５３ 採取口
５４ 外縁部
５５ 円筒側面
６０ 分水装置
６１ 第１円筒
６１ａ 第１円筒の入口部
６１ｂ 第１円筒の出口部
６１ｃ 第１円筒の移行部
６２ 第２円筒
６３ 第３円筒
７０ 採取管
７０ａ 採取管の上端
７０ｂ 採取管の下端
８０ 採取容器
８１ 開口部

Claims (11)

1. 降雨水を分割して採取する自動採水装置において、
   降雨水を受けるように上方に開口した受水器と、
   前記受水器の下方に配置され、かつ、前記受水器から落下する前記降雨水を一定量収容した後に排水するように排水装置と排水口とが設けられた貯留容器と、
   前記排水口に一端が接続された排水管と、
   前記貯留容器の下方に配置され、かつ、前記排水管の他端を接続し前記降雨水を供給する供給口と、この供給口から上方に立設した分水装置と、この分水装置の外周に亘って設けられた複数の採取口と、を備えた分割容器と、
   前記採取口の少なくとも一つに一端が接続された採取管と、
   前記採取管の他端を内部に引き入れる開口部が設けられた採取容器と、を備え、
   前記排水装置は前記貯留容器内に設けられ、かつ、フロートと、このフロートに接続された開閉栓と、を含み、
   前記供給口は前記分割容器の底面中心部に配置され、
   前記分水装置は前記分割容器内に設けられ、前記供給口に接続しかつ前記供給口の上方に立設した第１円筒と、前記第１円筒の外径より大きな内径を有しかつ前記第１円筒を囲繞するように前記分水装置の底面から立設する第２円筒と、を含み、
   前記複数の採取口の形状及び流路面積がそれぞれ等しいことを特徴とする自動採水装置。
2. 前記フロートはフロート本体と、このフロート本体と前記開閉栓とを繋ぐ連結部材と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の自動採水装置。
3. 前記フロートはさらに、前記降雨水の水面の移動に応じて移動自在な第２フロートを前記フロート本体の外周に備え、このフロート本体の上部にはこの第２フロートの上方への移動を拘束する上部ストッパーが設けられ、このフロート本体の下部には、前記貯留容器に前記降雨水が収容されていないときにこの第２フロートを保持する下部ストッパーが設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の自動採水装置。
4. 前記複数の採取口が、前記分割装置の前記底面上に設けられ、かつ、前記底面中心部を基準とした仮想円の円周上に配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の自動採水装置。
5. 前記分割装置が円筒状をなし、前記複数の採取口が前記分割装置の前記底面外縁部に配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の自動採水装置。
6. 前記分割装置が円筒状をなし、前記複数の採取口が前記分割装置の円筒側面上に配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の自動採水装置。
7. 前記採取口の前記形状が略円形であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の自動採水装置。
8. 前記第１・第２円筒は、前記分割容器の前記底面中心部を通りかつ前記底面に垂直な軸を中心軸としてそれぞれ同心円状に前記分割容器の前記底面に立設していることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の自動採水装置。
9. 前記第１・第２円筒の下端はともに前記分割容器底面に液密に固着され、前記第２円筒の長さが前記第１円筒の長さよりも短いことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の自動採水装置。
10. 前記第１円筒は、前記降雨水が流入する入口部よりも流路断面積が拡大した出口部を有することを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の自動採水装置。
11. 前記分水装置は前記第２円筒の外径より大きな内径を有する第３円筒をさらに備え、第３円筒の下端が前記分割容器底面に接触しないように前記分割容器内に吊持されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の自動採水装置。

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