ケーブルウェイを使わずに川の流量を測定する

河川流量の計測では通常、現場に何らかのインフラが整備されていることが前提となります。例えば、固定式のケーブルウェイ、ウインチ、ボート用スロープ、あるいは少なくとも作業ができる川岸などです。しかし、ネパールのカトマンズへと続く主要ルートの一つにある町、ドラルガットで、調査チームがハトケシ川に到着した際、そうした設備は一切見当たりませんでした。 彼らが持っていたのは、道路橋、あらかじめ購入しておいたロープ、そして手持ちで運べるほど軽量な機材だけだった。

測定値のないサイトが扱いにくい理由

流量測定は、単一の測定値で済むものではありません。計測器は、流路の全幅を、一定かつ制御された速度で直線を保ちながら横断し、流れの各垂直断面が1回だけ、かつ1回のみサンプリングされるようにする必要があります。 常設観測所では、その制御は現場自体によって行われます。すなわち、ケーブルウェイが計測機器を搬送し、ウインチが速度を調整し、ボートランプから有人船舶を水中に降ろします。
 

しかし、ほとんどの河川区間にはそうした設備がありません。 洪水警報、取水許可、水力発電の調査など、観測されていない区間の数値が必要となるケースがますます増えていますが、その場合は、その日に現場で利用可能なあらゆる手段を駆使して測量ルートを構築しなければなりません。これこそが、この種の調査における真の作業であり、今回の測定の成否を左右する要素でした。

ケーブルウェイのない計測区間

測定地点は、ドラルガート橋から下流へ約100メートルほどの場所にあった。その地点の川幅はおよそ20メートルで、水深は1メートル未満、流速は最大で毎秒2.6メートルに達し、平均すると毎秒1メートル程度である。 水深が浅く、流れが速いというのは厄介な組み合わせだ。有人ボートが航行するには浅すぎ、水深が浅すぎて徒歩での渡河は危険であり、幅が広すぎて物を手渡しすることもできない。

ブリッジからの牽引ロープの取り付け

当初の計画では、水路にロープを渡し、対岸に固定する予定だった。 しかし、水深20メートルで流れもある状況では、その方法はうまくいかなかった。そこでチームは、橋の床板からロープを垂らし、それを測定区間まで引き下ろした。その後、測量艇をロープの中央に固定し、両岸から2人が牽引できるだけの十分な長さのロープを両側に確保した。 測量艇は、その区間を一定の速度で手引きされながら横断した。もしその場所にケーブルウェイがあれば、それと同じ速度で移動できたはずである。

深さが足りず、通常通りプロファイルできない

この地点には、標準的な設定を無効にしてしまう2つの条件があります。1つ目は水深です。音響プロファイラーは水柱全体を測定するわけではありません。トランスデューサー直下のブランキング距離と、底部の底付近の層はどちらも利用できないため、測定対象となるのは残りの部分のみです。水深1メートル未満では、測定可能な範囲はほとんど残っていません。 まさにこの理由から、RiverStar RS1200 ADCPは「浅水・高速モード」で稼働させました。これにより、利用できない範囲が短縮され、速い水流を解像するのに十分なサンプリングレートを維持できるのです。

移動ベッドは、ボートの動きをゆっくりと読み取る

2つ目の条件は、河床そのものです。通常、音響プロファイラーは、河床に音を反射させてそのずれを測定することで、自身の移動速度を算出しますが、これは河床が静止していることを前提としています。 しかし、土砂を運ぶ流れの速い区間では、そうではありません。河床の堆積物は流れに乗って下流へ移動するため、計測器は河床面に対する自身の速度を実際よりも低く測定し、断面内のあらゆる流速が過小評価されてしまいます。その結果、流量は低く算出され、データ上は何の問題も見つかりません。
 

河床ではなく、衛星測位などを用いて船舶の位置を外部から参照することで、この仮定とそれに伴う誤差を取り除くことができます。土砂を運ぶことが知られている河川においては、これが「正当化できる数値」と「もっともらしい数値」との違いとなります。

1回の操作で、10分未満

測定は1回の通過で10分足らずで完了した。データは無線リンクを介してノートパソコンに送信され、現場では電源やインターネット接続を必要とせず、HydroProfilerで検証された後、流量表および断面プロファイルとしてエクスポートされた。誰も水中に立ち入ることはなかった。

これら2つの出力データこそが、水文学プログラムが実際に基にして動作するものです。放流量表は、その日の流量値を示し、これを異なる水位地点で繰り返すことで、単純な水位測定値をその年の残りの期間の流量記録へと変換する流量曲線が作成されます。 断面図は、測定が行われた水路の形状を記録したものであり、これにより、後続の調査チームは、その区間で洗掘や堆積が生じたかどうか、また過去の測定値が依然として有効であるかどうかを判断することができます。
 

この方法が有効な場合と、そうでない場合

ロープの設置は、その日の中で最も大変な作業でしたが、これは規模を拡大しても同じように難しい部分です。今回うまくいったのは、3つの条件が偶然に揃ったからです。すなわち、上流にロープを垂らすための橋があったこと、対岸にいる2人が張力を維持できるほど水路が狭かったこと、そして手持ちで水辺まで運べるほど機材が軽量だったことです。 この3つの条件のうちどれか一つでも欠けていれば、トラバースのルートは別の場所を探さなければならなくなる。
 

川幅が広い場合や、作業に利用できる橋がない場合、同じアプローチは取れません。そのため、チームはその後、大学の研究グループと、無人かつ自走式の流量測定装置について協議しました。動力で自らのロープを保持できる装置であれば、現場でロープを用意する必要はありません。 このより広範な視点は、未観測地点で行うあらゆる流量観測プログラムに当てはまります。測定機器自体が制約となることはめったになく、通常は測定断面を横断する方法が制約となるのです。当社の水文測量プラットフォームはこれら両方のアプローチに対応しており、チャオプラヤ川の流量調査に関する関連記事では、大きな潮汐河川における同様の測定例を紹介しています。計測機器の種類を選択するにあたっては、当社の水文測量機器ガイドで、ADCPがエコーサウンダーやマルチビームとどのように位置づけられるかを解説しています。

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