CN104463404A - 配水管网的信息系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供配水管网的信息系统，具备：存储管网信息的管网数据库；从配水池存储供水栓中的配水管网的流量和残留氯浓度的水量-水质数据库；算出无异常的管路和有异常的管路中的残留氯浓度的管网计算部件；基于管网计算部件的结果，抽出异常程度大的区间的重要检查区间指定部件；能够测定设置在由重要检查区间指定部件指定了的区间的至少始点和末端的水质和流量的传感器；根据传感器的测定值和重要检查区间指定部件的计算值，诊断实际的管路的异常的程度，基于诊断结果制作/变更更新计划的更新计划制作部件；以及存储管网计算部件、重要检查区间指定部件、更新计划制作部件的结果的计算结果存储数据库。
Description
技术领域
本发明涉及支援自来水公司的管网管理的系统。
背景技术
由各自来水公司具有的净水场过滤了的自来水，从配水池(或净水池)通过配水管网，被供给到消费者。在世界各国利用一些方法对自来水进行消毒。在日本，根据1957年制定的自来水法，规定将水龙头的残留氯浓度保持在0.1mg/L以上，另一方面，从味道、气味的观点出发，作为水质管理目标值，上限(1mg/L以下)也被示出。在日本，作为消毒剂，广泛地使用次氯酸钠。一般而言，在净水场中，作为后氯处理，向配水池注入次氯酸钠，并将残留氯浓度保持在规定的值。残留氯浓度受配水池、配水管网的管的材质、自来水所含有的有机物等的水质影响，伴随着时间的经过而减少。此外，残留氯浓度具有由于后述的配水管内部所产生的腐蚀等而进行消耗的性质。
自来水道的普及，从昭和20年代(1945年～1954年)后半起，自来水普及率暴涨，在昭和50年代后半接近90％，与之相对应地铺设了配水管。因此，现在大多数配水管铺设后经过了相当的年头。被铺设的配水管无法持续适时更新，但是近年来，由水需求的减少带来的自来水费用收入的减少，此外，受到预算的削减等影响，无法实现充分的更新，配水管日益老化。老化了的配水管内部产生腐蚀而生锈，消耗残留氯。此外，由于锈混入自来水中，影响水的外观、气味、味道等。另外，在腐蚀进行激烈的情况下，配水管的强度降低而产生龟裂，有可能发生漏水。
现状，为了应付由伴随着配水管的老化、水需求的减少而带来的滞留时间增加造成的残留氯的消耗，采取在配水管的管末等设置水质测定器，实施残留氯管理；根据需要，在配水池或配水管网内注入追加氯，确保残留氯浓度；在预计到残留氯降低时，在配水管网设置排水设施，定期地排水等对策。此外，关于管路的更新，采取定期地诊断配水管的强度和耐久性等，基于诊断改进老化管等对策。但是，由于上述的财政上的制约和人力资源的不足，管路的更新不充分，因此，需要能够高效率地把握管网状态的技术。
作为本技术领域的背景技术，有专利文献1。在其公报中记载有“在配水管网内配置流量传感器、测定残留氯等的水质监视器，在残留氯成为规定值以下的情况下，从附近的管路向外部排出自来水”。此外，有专利文献2。在其公报中，记载有“在配水管网内设置检测水量和水质的传感器和水质传感器，基于测定值运算水质指标，换算药物注入点和注入量”。此外，有专利文献3。在其公报中，记载有“根据流量传感器等的测定值，进行水力分析，根据残留氯传感器等的测定值，进行水质分析，基于它们的结果，进行把握2点间的水力特性、水质的变化状况的路径检索”。最后，有专利文献4。在其公报中，记载有“基于根据配水管网的水力分析得到的流速数据，运算残留氯浓度，与测定结果进行比较，基于比较结果修正运算式”。
先行技术文献
专利文献1：日本特开2000－84537号公报
专利文献2：日本特开2007－197977号公报
专利文献3：日本特开2004－92285号公报
专利文献4：日本特开平7－290040号公报
上述的先行技术文献是主要用于自来水的水质管理的技术，进行管网状态的检测的技术并没有被公开。
发明内容
因此，本发明提供能够高效率把握管网状态，并支援更新计划的制作/变更的技术。
为了解决上述课题，本发明的自来水的配水管网的信息系统的特征在于，具备：管网数据库，存储管网信息；水量-水质数据库，从配水池存储供水栓中的配水管网的流量和残留氯浓度；管网计算部件，算出管路的残留氯浓度；重要检查区间指定部件，基于上述管网计算部件的结果，抽出异常的程度大的区间；传感器，能够测定设置在由上述重要检查区间指定部件指定了的区间的至少始点和末端的水质和流量；更新计划制作部件，根据上述传感器的测定值和重要检查区间指定部件的计算值，诊断实际的管路的异常的程度，基于诊断结果制作/变更更新计划；以及计算结果存储数据库，存储上述管网计算部件、上述重要检查区间指定部件、上述更新计划制作部件的结果。
另外，本发明的自来水的配水管网的信息系统的特征在于，管路信息是铺设位置、铺设年月日、管口径、管路长度、管内表面材质、水压。
另外，本发明的自来水的配水管网的信息系统的特征在于，作为传感器的测定项目，除了流量和残留氯浓度之外，还包含有机物(TOC、UV260)、水温、pH中的至少一项。
另外，本发明的自来水的配水管网的信息系统的特征在于，重要检查区间指定部件使用管网DB的铺设年月日、残留管厚、水压、故障件数的信息。
另外，本发明的自来水的配水管网的信息系统的特征在于，管网计算部件在管路无异常的情况下，使用水温、管口径、管路长度、管内表面材质而算出管路的残留氯浓度，在管路有异常的情况下，使用水温、管口径、管路长度、管内表面材质、铺设年月日而算出管路的残留氯浓度。
另外，本发明的自来水的配水管网的信息系统的特征在于，重要检查区间指定部件使用通过基于管网计算的残留氯浓度和管路数据库的管路长度而得到的指标。
另外，本发明的自来水的配水管网的信息系统的特征在于，在由重要检查区间指定部件指定了的重要检查区间，设置追氯设备。
另外，本发明的自来水的配水管网的信息系统的特征在于，在由重要检查区间指定部件指定了的重要检查区间，设置具备漏水检测功能、超声波探伤功能或双方的传感器。
发明的效果
根据本发明，能够利用管网计算容易地探索危险度高的管路，仅对该管路高效率地进行管路诊断。此外，通过高效率地进行管路诊断，能够适当更新老化管，能够实现确保自来水的安全性。
附图说明
图1是管网异常检测系统的构成图的例子。
图2是管网异常检测部件的一构成例。
图3是汇总地计算多根配水管时的例子。
图4是用于指定重点检查区间的流程例。
图5是管网计算部件的一结果例。
图6是更新计划制作部件的流程例。
图7是更新时期的决定方法的一个例子。
图8是用于指定实施例2中的重点检查区间的流程例。
图9是实施例2中的管网计算部件的一结果例。
图10是用于指定实施例3中的重点检查区间的流程例。
图11是用于指定实施例3中的重要检查区间的表的例子。
图12是实施例4中的管网异常检测系统的构成图的例子。
具体实施方式
以下，用附图说明实施例。
实施例1
在本实施例中，说明管网异常检测系统400的例子。
图1是管网异常检测系统的构成图的例子。实施例1中的管网异常检测系统400由传感器210～230、管网异常检测部件300构成。其中，传感器210被设置在净水场的配水池等、配水管网140的始点。传感器220、传感器230被设置在配水管网140内的任意的位置。在实施例1中，是在配水管网内2个部位设置有传感器的情况。管网异常检测部件300设置在净水场110内或外均可，在实施例1中设置在净水场110外。传感器210～230经由网络(未图示)通信，发送、接收取得的数据。
在净水场110中，对从河川、地下水等水源取得了的原水进行净水处理，将最终得到的过滤水作为自来水从配水池120输送，从供水栓130供给到消费者。在这里，在实施例1中仅记载了配水池120，但是作为送水源，也有净水池的可能性，无论哪个均可。
在实施例1的情况下，传感器210取得的数据是流量、残留氯浓度、水温、pH、有机物量，传感器220和传感器230取得的数据是流量、残留氯浓度。传感器210～传感器230取得的数据被发送到管网异常检测部件300。
在这里，管网异常检测部件300例如由个人计算机等计算机和计算机上的软件构成，从传感器210～230经由未图示的网络，执行水量数据和水质数据的接收。此外，另外执行管网信息的接收。在这里，所谓管网信息，是指配水管的铺设位置、铺设年月日、管口径、管路长度、管种类(球墨铸铁管、硬质聚氯乙烯管等)、管内表面材质、管外表面材质、接头、残留管厚、通水截面积、周边土壤、地下水水质、水压、标高、故障件数等。在管网信息被电子数据化的情况下，经由网络(未图示)被发送到管网异常检测部件300。在未被电子数据化的情况下，经由键盘等接口(以下称为IF)，被发送到管网异常检测部件300。
图2是管网异常检测部件的一构成例。实施例1中的管网异常检测部件300由管网数据库(以下称为管网DB)310、水量-水质数据库(以下称为水量-水质DB)320、计算结果存储数据库(以下称为计算结果存储DB)330、存储器340、管网计算部件350、重点检查区间指定部件360、更新计划制作部件370、CPU380、接口(以下称为IF)390构成。
在存储器340中存储有管网计算部件350、重点检查区间指定部件360、更新计划制作部件370，CPU380执行程序，使各部件工作。此时，IF390发挥与连接于未图示的网络的传感器210～230通信信息的作用。
在管网DB310中存储有上述的管网信息。
在水量-水质DB320中，将由传感器210～230测定到的流量、残留氯浓度的数据与测定到的位置数据一起按照时系列存储。
计算结果存储DB330存储管网计算部件350、重点检查区间指定部件360和更新计划制作部件370执行的结果。
管网计算部件350基于被存储于管网DB310的管网信息和被存储于水量-水质DB320的水量-水质数据，实施管网计算，输出配水管网内的水量、水压以及水质(残留氯浓度)。作为管网计算的方法，与市场贩卖的软件相同，使用关于压力管的流速和损失水头的关系式，计算损失水头，根据水位差和流量的收支，反复计算而得到收敛解。此时，作为计算结果，得到配水管网内的流量、水压、滞留时间等。残留氯浓度，使用通过管网计算而得到的滞留时间、以及被存储于水量-水质DB320的水温(影响化学反应速度)、自来水水质(有机物量、有机物的种类、pH等)、被存储于管网DB310的管网信息(管路长度、管内表面材质、管口径)，根据残留氯浓度预测式(1)而被算出。
Ct＝C0·exp(－k·t) ...(1)
在这里，Ct：经过t时间后(计算区间终点)的残留氯浓度(mg/L)、C0：初期(计算区间始点)残留氯浓度(mg/L)、k：残留氯浓度减少速度系数(1/h)、t：每个计算区间的滞留时间(h)。
k值通过上述的水温、自来水水质、管网信息计算。例如k值在管口径小的情况下与管内表面的接触时间变大，因此，残留氯浓度的减少变大。此外，在管内表面有锈的情况下等，残留氯浓度大幅减少。因水质而产生的减少要因主要因水温而变动大，若水温上升则残留氯浓度大幅减少。关于管内表面材质，用管内表面的衬垫有无进行比较，衬垫管能够抑制残留氯浓度的减少。k值通过以下的式(2)和式(2′)算出。
k＝a·Tb·pHc·OMd+e·P1 f·P2 g·P3 h+i·COR ...(2)
k＝a·Tb+e·P1 f·P2 g·P3 h+i·COR ...(2′)
在这里，a、b、c、d、e、f、g、h、i：系数、COR：配水管的腐蚀度、OM：有机物量(mg－Carbon/L)、pH：pH(－)、P1：管路长度(m)、P2：管内表面材质、P3：管口径(mm)、T：水温(℃)。
残留氯浓度预测式和k值的算出式不限定于式(1)、式(2)和式(2′)，例如残留氯浓度预测式也可以是如式(3)那样的形式。
Ct＝j·C0-k·t ...(3)
在这里，j：系数。此外，配水管的腐蚀度通过管网信息的铺设年月日算出使用年数：AGE，根据以下的式(4)算出。
COR＝l·AGEm ...(4)
在这里，l、m：系数。算出配水管的腐蚀度的式子不限定于式(4)，例如也可以利用残留管厚等。
式(1)和式(2)是关于单一配水管的计算式，但是通过按顺序应用于配水管网内的配水管而依次计算，能够计算配水管网整体的残留氯浓度。此时，关于水温、pH、有机物量等水质，即使由传感器210取得并利用于配水管网整体的计算，也可以利用由传感器220、传感器230或未图示的传感器等在配水管网内的规定的位置取得的值。关于管路长度、管内表面材质、管口径等管网信息，例如也可以用如以下那样的计算式汇总地计算多根配水管。
图3是汇总地计算多根配水管的例子。R1～R3例如是仅考虑了式(2)的右边第二项、管网信息的各配水管的残留盐浓度减少速度系数。
R＝e·P1 f·P2 g·P3 h ...(5)
在区间ab中，像图3那样配水管网被构成的情况下，仅考虑了汇总配水管的管网信息的各配水管的残留盐浓度减少速度系数：Rtotal通过以下的式(6)算出。
Rtotal＝(R1·R2·R3)/(R1+R2+R3) ...(6)
式(6)与电阻的并联的式子相同。通过代替式(2)的右边第二项而使用Rtotal，能够汇总地计算多根配水管。
k＝a·Tb·pHc·OMd+Rtotal+i·COR ...(7)
算出仅考虑了汇总配水管的管网信息的各配水管的残留盐浓度减少速度系数的式子，不限定于式(6)，例如也可以分别由P1：管路长度(m)、P2：管内表面材质、P3：管口径(mm)汇总。计算结果被记录于计算结果存储DB330。
重点检查区间指定部件360，利用由管网计算部件350得到的配水管网内的残留氯浓度的值，指定重点检查区间。
图4是用于指定重点检查区间的流程例。重点检查区间指定部件360在步骤1(以下称为S1)中，通过管网计算部件350，取得配水管没有异常(腐蚀等)的情况下的理想的残留氯浓度：CL0。这是去除了式(2)的右边第三项之外而进行计算的。接着在S2中，再次通过管网计算部件350，取得考虑了配水管的异常(腐蚀等)的情况下的残留氯浓度：CLd。
图5是管网计算部件的一结果例。相对于理想的残留氯浓度，考虑了配水管的异常(腐蚀等)的残留氯浓度在各区间中降低。在这里，所谓区间，注意有两个意思。一个是关于实际的配水管网，是由地区、主要的配水管、标高等分类的区间，另一个是通过管网计算部件350计算时的节点。所谓由管网计算部件350所示的区间，是指后者的节点。但是，该节点的决定可以由计算上的状况(CPU、存储器、计算时间等)决定，但是较为理想的是对照实际的配水管网而决定节点。在本实施例中，对照实际的配水管网而决定了节点。
在S3中，用在S1和S2中得到的各节点的残留氯浓度，算出来自理想的残留氯浓度检查指标：Is0、和来自考虑了配水管的异常的残留氯浓度检查指标：Isd。本实施例中的检查指标例如由如以下那样的式(8)和式(9)算出。
Is0＝(CL0a－CL0b)/Lab ...(8)
Isd＝(CLda－CLdb)/Lab ...(9)
在这里，CL0a：节点a的理想的残留氯浓度(mg/L)、CL0b：节点b的理想的残留氯浓度(mg/L)、CLda：考虑了节点a的配水管的异常(腐蚀等)的残留氯浓度(mg/L)、CLdb：考虑了节点b的配水管的异常(腐蚀等)的残留氯浓度(mg/L)、Lab：区间ab的总管路长度(m)。
在S4中，取得算出的检查指标：Is0和Isd的差值。
在S5中，Isd－Is0按从大到小的顺序排序，将上位20个区间指定为重要检查区间。在这里，S5的重要检查地区的指定不只是上述的方法。例如也可以预先将Isd－Is0的阈值记录在重要检查区间指定部件360中，将超过了阈值的值指定为重要检查区间。计算结果被记录在计算结果存储DB330中。
由重要检查区间指定部件360指定了的重要检查区间的数据被输出到净水场110，按照重要度依次设置传感器。在本实施例中，传感器220被设置在节点a，传感器230被设置在节点b。
图6是更新计划制作部件的流程例。更新计划制作部件370在S6中根据设置的传感器220和传感器230，取得节点a的残留氯浓度：CLma、节点b的残留氯浓度：CLmb。
在S7中，按照以下的式(10)算出来自残留氯浓度的实际测量值的检查指标：Im。
Im＝(CLma－CLmb)/Lab ...(10)
在S8中，通过计算结果存储DB330取得来自考虑了配水管的异常的残留氯浓度的检查指标(计算结果)：Isd，与来自残留氯浓度的实际测量值的检查指标：Im进行比较。Isd＝Im的情况下，按照更新计划，Isd＜Im的情况下，提前更新计划，Isd＞Im的情况下，推后更新计划。
在S9中，通过比较的结果，进行更新计划的制作/变更。
图7是更新时期的决定方法的一个例子。在更新计划制作部件370中记录有阈值，在Is0－Im超过阈值时成为更新时期。如图7那样，相对于Isd＝Im，在Isd＜Im的情况下更新时期提前，在Isd＞Im的情况下更新时期延迟。
以上得到的结果被记录于计算结果存储DB330。此外，数据向净水场110发送。
实施例1利用管网计算，能够容易探索危险度高的管路，且仅对该管路高效率地进行管路诊断。此外，通过高效率地进行管路诊断，能够实现老化管的适当的更新，能够确保自来水的安全性。
实施例2
本实施例是使上述的实施例1的重点检查区间指定部件360的残留氯浓度的计算顺序相反的例子。
图8是用于指定实施例2中的重点检查区间的流程例。在实施例2中，首先在S10中，取得考虑了配水管的异常(腐蚀等)的残留氯浓度：CLd，接着在S11中，取得每个区间理想的残留氯浓度：CL0。
图9是实施例2中的管网计算部件的一结果例。用于算出理想的残留氯浓度的管网计算针对每个区间进行，作为区间的始点的残留氯浓度，使用考虑了配水管的异常(腐蚀等)的残留氯浓度：CLd。
实施例2具有与实施例1同样的效果，另外，通过使用针对每个区间考虑了配水管的异常(腐蚀等)的残留氯浓度：CLd而进行用于算出理想的残留氯浓度的管网计算，能够提高计算结果的精度。
实施例3
本实施例是在上述的实施例1中的重点检查区间指定部件360中，也利用管网DB310的管网信息而指定重点检查区间的例子。
图10是用于指定实施例3中的重点检查区间的流程例。在实施例3中，在S19中，通过管网DB310取得管网信息。此时，取得的管网信息是与配水管的异常关联的项目，例如有铺设年月日、残留管厚、水压、故障件数(漏水、异臭味水等)。
在S20中指定为重要检查区间。在利用Isd－Is0和取得的管网信息而指定重要检查区间的情况下，例如有将各项目分数化通过综合点进行判断的方法。
图11是用于指定实施例3中的重要检查区间的表的例子。在各项目中以值的范围、件数等为基准，预先记录在重要检查区间指定部件360中，基于此赋予0分～10分的分数。然后，根据各区间的综合分来决定检查顺序。
用于指定重要检查区间的表，不限定于图11所记载的项目和比较方法，如果能够指定重要检查区间，任意的方法均可。
实施例3具有与实施例1相同的效果，另外，通过利用管网信息，能够提高重要检查区间的指定的精度。
实施例4
本实施例是在实施例1的管网异常检测系统400中追加了追氯设备410的例子。
图12是实施例4中的管网异常检测系统的构成图的例子。在本实施例中，由重要检查区域指定部件360探索重要检查区间，并在危险度高的管路设置追氯设备410。作为追氯设备410的设置基准，例如用上述的图7的更新时期的决定法的一个例子进行说明，是超过了更新计划制作部件的阈值但是由于财政上的状况等而无法更新的情况。
实施例4具有与实施例1同样的效果，通过预先由重要检查区间指定部件360探索重要检查区间，能够在危险度高的管路有效地设置追氯设备410。此外，通过设置追氯设备410，与实施例1相比，能够进一步确保自来水的安全性。
实施例5
本实施例是上述的实施例1中的传感器220和传感器230具备漏水检测功能、超声波探伤功能或双方的例子(新的附图中没有特别的提示)。
在传感器220和传感器230检测到漏水的情况下，经由未图示的网络，向管网异常检测部件300发送数据，上述数据被发送到净水场110。
此外，传感器220和传感器230通过实施超声波探伤，测定构造物内部的缺陷和残留管厚，经由未图示的网络，向管网异常检测部件300发送数据，被并记录于管网DB310。
通过超声波探伤而得到的管网信息，在利用实施例3记载的管网信息来指定重点检查区间的例子中，能够使用于指定重点检查区间。
实施例5具有与实施例1同样的效果，能够在由重要检查区间指定部件360指定的危险度高的管路设置具备有效地进行漏水检测的功能、超声波探伤的功能或双方的传感器220和传感器230。此外，通过设置传感器220和传感器230，与实施例1相比，能够进一步确保自来水的安全性。
在这里，具备超声波探伤功能的传感器也可以与传感器220和传感器230分开地设置在作为区间的始点的传感器220与作为区间的末端的传感器230之间。
附图标记的说明
110 净水场
120 配水池
130 供水栓
140 配水管网
210 传感器
220 传感器
230 传感器
300 管网异常检测部件
310 管网数据库
320 水量-水质数据库
330 计算结果存储数据库
340 存储器
350 管网计算部件
360 重点检查区间指定部件
370 更新计划制作部件
380 CPU
390 接口
400 管网异常检测系统
410 追氯设备
Claims (8)
1.一种自来水的配水管网的信息系统，其特征在于，
该自来水的配水管网的信息系统具备：
管网数据库，存储管网信息；
水量-水质数据库，从配水池存储供水栓中的配水管网的流量和残留氯浓度；
管网计算部件，算出管路的残留氯浓度；
重要检查区间指定部件，基于上述管网计算部件的结果，抽出异常的程度大的区间；
传感器，能够测定设置在由上述重要检查区间指定部件指定了的区间的至少始点和末端的水质和流量；
更新计划制作部件，根据上述传感器的测定值和重要检查区间指定部件的计算值，诊断实际的管路的异常的程度，基于诊断结果制作/变更更新计划；以及
计算结果存储数据库，存储上述管网计算部件、上述重要检查区间指定部件、上述更新计划制作部件的结果。
2.根据权利要求1所述的自来水的配水管网的信息系统，其特征在于，
管路信息是铺设位置、铺设年月日、管口径、管路长度、管内表面材质、水压。
3.根据权利要求1所述的自来水的配水管网的信息系统，其特征在于，
作为传感器的测定项目，除了流量和残留氯浓度之外，还包含有机物(TOC、UV260)、水温、pH中的至少一项。
4.根据权利要求1所述的自来水的配水管网的信息系统，其特征在于，
重要检查区间指定部件使用管网DB的铺设年月日、残留管厚、水压、故障件数的信息。
5.根据权利要求1所述的自来水的配水管网的信息系统，其特征在于，
管网计算部件在管路无异常的情况下，使用水温、管口径、管路长度、管内表面材质而算出管路的残留氯浓度，在管路有异常的情况下，使用水温、管口径、管路长度、管内表面材质、铺设年月日而算出管路的残留氯浓度。
6.根据权利要求1所述的自来水的配水管网的信息系统，其特征在于，
重要检查区间指定部件使用通过基于管网计算的残留氯浓度和管路数据库的管路长度而得到的指标。
7.根据权利要求1所述的自来水的配水管网的信息系统，其特征在于，
在由重要检查区间指定部件指定了的重要检查区间，设置追氯设备。
8.根据权利要求1所述的自来水的配水管网的信息系统，其特征在于，
在由重要检查区间指定部件指定了的重要检查区间，设置具备漏水检测功能、超声波探伤功能或双方的传感器。
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