JP2001215119A

JP2001215119A - 水位計算装置、水位予測システム及び水位予測方法

Info

Publication number: JP2001215119A
Application number: JP2000027423A
Authority: JP
Inventors: Kunio Hane; 邦夫羽根
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-01-31
Filing date: 2000-01-31
Publication date: 2001-08-10

Abstract

(57)【要約】【課題】計算量が少なく且つ高精度な河川の水位予測
を数値計算にて行う。【解決手段】所定の時間間隔で河川の水位を測定する
水位測定部１１と、所定の時間間隔で降雨量を測定する
降雨量測定部１２とを有する測定装置２と、第１の関係
式が蓄積された第１の蓄積部３１と、第２の関係式が蓄
積された第２の蓄積部３２と、測定された水位と第１の
関係式とから流路抵抗を求め、測定された降雨量と第２
の関係式とから流入量を求め、求めた流路抵抗と流入量
とから河川の予測水位を算出する演算部３３，３５と、
算出した予測水位と測定された水位とを比較し、その誤
差に基づいて第１の蓄積部３１によって蓄積されている
第１の関係式と第２の蓄積部３２によって蓄積されてい
る第２の関係式とを更新する更新部３４，３５とを有す
る水位計算装置３とを備えることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、降雨による河川の
水位変化を算出して知らせる水位計算装置、水位予測シ
ステム及び水位予測方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】降雨による河川の増水が引き起こす災害
に対処するために、特定の地点で流量を測定して災害が
発生する前に河川の増水を予測する方法が考案されてい
る。以下に河川の増水を予測する第１〜第３の方法を示
す。

【０００３】第１の方法として目視観測による方法があ
る。この方法は、まず、測定を行う河川に目印となるマ
ーカーを投げ込み、マーカーの動きを人が目視により観
測することで河川の水位と流速とを測定する。そして、
測定した水位と流速とを２次式へ代入し河川の水量を計
算する。

【０００４】第２の方法として３Ｄ（dimension）流体
計算ソフトを使用する方法がある。この方法は、河川の
断面を細かいメッシュ状に区切り、そのメッシュに対し
差分法或いは有限要素法などのアルゴリズムを有する３
Ｄ流体計算ソフトを使用して数値解析を行うことで、特
定区間の水の流れを算出する。

【０００５】第３の方法として３Ｄ電磁流体測定を行う
方法がある。この方法は、理想的な河床に電磁流体測定
用のマットを設置して、電流を流し発生する磁場の変化
を測定することで河川の流量を測定する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】まず、第１の方法は、
河川が単純に上流から下流へと流れているのであれば僅
かなポイントからマーカを投げ込んでその様子を観測す
ればよいので有用である。しかし、河川には、例えば、
渦が生じているポイント、逆流しているポイント等があ
り、それらの状況を考慮するためには様々なポイントか
らマーカを投げ込みその様子を測定する必要がある。し
たがって第１の方法では、多くの時間と労力がかかると
いった問題がある。さらに第１の方法では、大雨の時の
川床が変化した場合に常に観測を行い計算式の更新をす
る必要があるため非常に手間がかかるといった問題があ
る。さらにまた、第１の方法は、測定区間でどれだけの
流量があるかを測定し、水位予測は経験で行うことにな
るので水位予測値には厳密性がないといった問題があ
る。

【０００７】次に、第２の方法は、３次元計算をするた
め理論的には高精度で測定が行えるが、計算量が多くな
るため河川に対して短区間の領域での測定に限定されて
しまうといった問題がある。河川の合流、分岐がある場
合は、さらに計算量が増えるためスーパーコンピュータ
を用いても計算を実行することが困難であるといった問
題がある。

【０００８】続いて、第３の方法は、高精度に測定は行
えるが、多様な形状である河床の全てにマットを設置す
ることは物理的に極めて困難であるため実際の河川での
測定は不向きであるといった問題がある。また、測定で
得る値は、第１の方法と同様に水位予測は経験に頼るこ
とになるので厳密性がないといった問題がある。

【０００９】そこで、本発明は上述したような問題を解
決するために案出されたものであり、水位予測計算の計
算量を減少させ、複雑な条件下においても水位予測をす
ることが可能な水位計算装置、水位予測システム及び水
位予測方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明に係る水位計算装置は、所定の時間間隔で
測定された水位と降雨量とを受信する受信手段と、水位
と流路抵抗とを関係付ける第１の関係式が蓄積された第
１の蓄積手段と、降雨量と流入量とを関係付ける第２の
関係式が蓄積された第２の蓄積手段と、河川の断面形状
のデータを蓄積する第３の蓄積手段と、受信手段で受信
された水位をデータとして蓄積する第４の蓄積手段と、
受信手段で受信された降雨量をデータとして蓄積する第
５の蓄積手段と、受信手段で受信された水位と第１の蓄
積手段によって蓄積されている第１の関係式とから流路
抵抗を求め、受信手段で受信された降雨量と第２の蓄積
手段によって蓄積されている第２の関係式とから流入量
を求め、求めた流路抵抗と流入量及び第３の蓄積手段に
蓄積されている河川の断面形状のデータを用い、河川を
１次元構造に近似して予測水位を算出する演算手段と、
演算手段によって算出された予測水位と受信手段によっ
て受信された水位とを比較し、その誤差に基づき第１の
蓄積手段によって蓄積されている第１の関係式と第２の
蓄積手段によって蓄積されている第２の関係式とを更新
する更新手段とを備えることを特徴とする。

【００１１】この水位計算装置は、所定の時間間隔で水
位及び降雨量の測定値を受信するごとに、第１の蓄積手
段に蓄積された第１の関係式と第２の蓄積手段によって
蓄積された第２の関係式とを更新する。

【００１２】上述の目的を達成するために、本発明に係
る水位予測システムは、所定の時間間隔で河川の水位を
測定する水位測定手段と、所定の時間間隔で降雨量を測
定する降雨量測定手段と、水位測定手段で測定された河
川の水位と降雨量測定手段で測定された降雨量とを送信
する送信手段とを有する１つ以上の測定装置と、送信手
段から送信された水位と降雨量とを受信する受信手段
と、水位と流路抵抗とを関係付ける第１の関係式が蓄積
された第１の蓄積手段と、降雨量と流入量とを関係付け
る第２の関係式が蓄積された第２の蓄積手段と、河川の
断面形状のデータを蓄積する第３の蓄積手段と、受信手
段で受信された水位をデータとして蓄積する第４の蓄積
手段と、受信手段で受信された降雨量をデータとして蓄
積する第５の蓄積手段と、受信手段で受信された水位と
第１の蓄積手段によって蓄積されている第１の関係式と
から流路抵抗を求め、受信手段で受信された降雨量と第
２の蓄積手段によって蓄積されている第２の関係式とか
ら流入量を求め、求めた流路抵抗と流入量及び第３の蓄
積手段に蓄積されている河川の断面形状のデータを用
い、河川を１次元構造に近似して予測水位を算出する演
算手段と、演算手段によって算出された予測水位と受信
手段によって受信された水位とを比較し、その誤差に基
づき第１の蓄積手段によって蓄積されている第１の関係
式と第２の蓄積手段によって蓄積されている第２の関係
式とを更新する更新手段とを有する水位計算装置とを備
えることを特徴とする。

【００１３】この水位予測システムは、水位測定手段及
び降雨量測定手段によって水位及び降雨量が測定される
ごとに、第１の蓄積手段に蓄積された第１の関係式と第
２の蓄積手段によって蓄積された第２の関係式とを更新
する。

【００１４】上述の目的を達成するために、本発明に係
る水位予測方法は、第１の関係式と所定の時間間隔で測
定した河川の水位とに基づき流路抵抗を算出し、第２の
関係式と所定の時間間隔で測定した河川への降雨量とに
基づき流入量を算出し、算出した流路抵抗と流入量及び
河川の断面形状のデータを用いて河川を１次元構造に近
似して予測水位を算出し、算出した予測水位と測定した
河川の水位とを比較し、その誤差に基づき第１の関係式
と第２の関係式とを更新することを特徴とする。

【００１５】この水位予測方法は、水位及び降雨量が測
定されるごとに、第１の関係式と第２の関係式とを更新
する。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る水位計算装
置、水位予測システム及び水位予測方法の実施の形態を
図面を参照にして詳細に説明する。

【００１７】本発明は、例えば図１に示すような構成の
水位予測システム１に適用される。

【００１８】この水位予測システム１は、河川の水位と
降雨量とを測定する測定装置２と、測定装置２で測定さ
れた河川の水位と降雨量とから予測水位を算出する水位
計算装置３とを備えている。また、水位予測システム１
は、水位計算装置３と同等の機能を有する図示しない水
位計算バックアップ装置を備えていてもよい。

【００１９】測定装置２は、水位測定部１１と、降雨量
測定部１２と、データ送信部１３と、電源部１４とから
なる。

【００２０】水位測定部１１は、河川の河床からの水位
を測定し、測定した水位データをデータ送信部１３へ送
出する。

【００２１】降雨量測定部１２は、雨が降った際に降雨
量を測定し、測定した降雨量データをデータ送信部１３
へ送出する。

【００２２】データ送信部１３は、水位測定部１１及び
降雨量測定部１２から送出される水位データ及び降雨量
データを伝送方法に応じて信号形態を変換し、水位計算
装置３のデータ受信部２１へ送信する。

【００２３】電源部１４は、水位測定部１１、降雨量測
定部１２、データ送信部１３のそれぞれに電源を供給す
る。

【００２４】ここで、図２を用い測定装置２の河川への
設置の仕方について説明する。

【００２５】測定装置２は、例えば、河川５０を横断す
るＡ−Ａ’線とＢ−Ｂ’線とが形成する領域内に設置さ
れる。河川５０は、Ａ−Ａ’線からＢ−Ｂ’線までの河
川５０に沿った距離を１０〜１００mで区切った微小な
区間、約１０００で構成される。以下、この１０〜１０
０m単位で区切られた領域を微小区間と呼ぶ。測定装置
２は、Ａ−Ａ’線とＢ−Ｂ’線が形成する領域内の選定
された微小区間数１０個所に設置され水位測定部１１で
水位を、降雨量測定部１２で降雨量を測定する。

【００２６】また、測定装置２の水位測定部１１は、例
えば、浮きを仕込んだパイプを河川へ突き立て浮きの上
下を検出して水位計測をするものであったり、レーザ距
離計を用いて水位計測をするものであったり、ＣＣＤカ
メラを使い画像処理をして水位計測をするものであった
り、超音波を用いて水位計測をするものである。

【００２７】水位計算装置３は、データ受信部２１を有
するデータベースサーバ４と、演算部５と、制御部６と
からなる。また、データベースサーバ４と、演算部５
と、制御部６とは、例えば、ＬＡＮ（Local Area Netwo
rk）で接続されていてデータの双方向受信が可能となっ
ている。

【００２８】データベースサーバ４は、データ受信部２
１と、水位データベース２２と、降雨量データベース２
３と、川断面データベース２４とからなる。

【００２９】データ受信部２１は、測定装置２のデータ
送信部１３から送信されるデータを受信するためのイン
ターフェースである。データ受信部２１は、データ送信
部１３から送信された水位データ及び降雨量データを受
信する。

【００３０】水位データベース２２は、測定装置２が設
置されている場所での水位データを、例えばテーブルと
して蓄積している。

【００３１】降雨量データベース２３は、測定装置２が
設置されている場所での降雨量データを、例えばテーブ
ルとして蓄積している。

【００３２】川断面データベース２４は、測定装置２が
設置されている場所での断面形状を示す情報を蓄積して
いる。

【００３３】演算部５は、水位／流路抵抗関係式データ
ベース３１と、降雨量／流入量／時間変化関係式データ
ベース３２と、関係式修正ソフトが格納された記憶部３
３と、予測水位計算ソフトが格納された記憶部３４と、
ＯＳ（Operating System）／ＣＰＵ（Central Processi
ng Unit）部３５とからなる。

【００３４】水位／流路抵抗関係式データベース３１
は、測定装置２が設置されている場所での水位と流路抵
抗との関係を表す関係式を蓄積している。

【００３５】ここで流路抵抗について説明をする。流路
抵抗は、河川の水の流れにくさを表す量であり、河床の
状態などによって決まる値である。例えば、測定装置２
を設置した河床が、突出した岩や石といったものがあま
りなく滑らかであれば、水の流れは阻害されないため流
路抵抗は小さくなる。逆に、入り組んだ岩だらけの川床
であれば、水の流れは妨げられ流路抵抗は大きくなる。

【００３６】水の流れのない微小区間では断面形状が分
かれば、その微小区間内にある水量によって水位は決定
される。しかし、水の流れのある微小区間では断面形状
と水量が水の流れのない微小区間と同じである場合、流
れに抵抗する力、つまり上述した流路抵抗によって水位
が変動する。後述する記憶部３４に格納された予測水位
計算ソフトを用いた計算方法では、河川の断面全体を均
一に水が流れるとして、微小区間の流路抵抗を１つの値
で代表させている。

【００３７】このように、流路抵抗は川床の状態によっ
て決まり、流れのある川では水位の高低に影響を及ぼす
パラメータである。

【００３８】降雨量／流入量／時間変化関係式データベ
ース３２は、測定装置２が設置されている場所での降雨
量と流入量との関係を表す関係式を蓄積している。

【００３９】記憶部３３は、ＯＳ／ＣＰＵ部３５の制御
によって水位／流路抵抗関係式データベース３１及び降
雨量／流入量／時間変化関係式データベース３２に蓄積
された関係式を後述する予測水位の変動に基づいて更新
するための関係式修正ソフトを格納している。

【００４０】記憶部３４は、ＯＳ／ＣＰＵ部３５の制御
によって測定装置２で測定された水位から所望の時間後
までの水位を演算し水位の予測をする予測水位計算ソフ
トを格納している。

【００４１】予測水位計算ソフトは流路抵抗及び降雨量
から、例えば、有限要素法、差分法又はキルヒホッフの
法則を用いて方程式を立て、その方程式を解くプログラ
ムである。なお、河川は、その全長に比べて川幅が狭い
ことから河川の流れ方向に沿った１次元構造であるとし
て計算する。

【００４２】有限要素法及び差分法は、流入、流出、河
床条件、断面形状から河川の水量と水位とを算出する計
算を、流体の連続方程式を基にしたトランジスタ中の電
流計算を行うための拡散項とドリフト項を考慮した移動
拡散方程式で電流Ｉを水量に、電圧Ｖを水位に置き換え
て用いる。

【００４３】キルヒホッフの法則は、河川の水位を電圧
Ｖ、水量を電流Ｉ、流量抵抗を抵抗Ｒ、断面形状を電気
容量Ｃ、河川に水位差がなくなった場合の淀みであるダ
ンピング条件を自己インダクタンスＬというように河川
の微小区間の各パラメータを電子回路のＲＬＣの分布定
数で置き換えて方程式を立てるのに用いる。

【００４４】上述したように有限要素法、差分法、キル
ヒホッフの法則を用いる際、河川の合流あるいは分岐を
取り込みそれぞれ流入と流出として計算する。

【００４５】方程式を解くためのアルゴリズムは、有限
要素法及び差分法で立てた方程式はガウス消去法を用
い、キルヒホッフの法則で立てた方程式はニュートン法
を用いる。

【００４６】ＯＳ／ＣＰＵ部３５は、水位／流路抵抗関
係式データベース３１、降雨量／流入量／時間変化関係
式データベース３２、記憶部３３、記憶部３４を統括的
に制御する。

【００４７】制御部６は、予測水位３Ｄ（dimension）
表示ソフトが格納された記憶部４１と、危険水位警報ソ
フトが格納された記憶部４２と、システム監視制御ソフ
トが格納された記憶部４３と、ＯＳ／ＣＰＵ部４４とか
らなる。

【００４８】記憶部４１は、演算部５の記憶部３４に格
納された予測水位計算ソフトの演算結果に基づき、図示
しない表示部に河川の増水をイメージした３Ｄ画像を出
力表示するための予測水位３Ｄ表示ソフトを格納してい
る。予測水位３Ｄ表示ソフトは、ＯＳ／ＣＰＵ部４４に
よって制御される。

【００４９】記憶部４２は、記憶部３４に格納された予
測水位計算ソフトの演算結果に基づいて、図示しない警
報装置へ河川の増水による危険を知らせる判断をする危
険水位警報ソフトを格納している。

【００５０】記憶部４３は、水位予測システム１を統括
的に制御するためのシステム監視制御ソフトを格納して
いる。ＯＳ／ＣＰＵ部４４は、システム監視制御ソフト
を用い、測定装置２の水位測定部１１が水位測定を行う
時間及び降雨量測定部１３が降雨量測定を行う時間の管
理を行う。例えば、システム管理者が、水位測定時間及
び降雨量測定時間をある時刻から５分ごとに行うように
設定すると、ＯＳ／ＣＰＵ部４４はシステム監視制御ソ
フトを用いてその旨を測定装置２へと伝え、設定時間通
りに測定がなされるよう制御する。

【００５１】ＯＳ／ＣＰＵ部４４は、記憶部４１、記憶
部４２、記憶部４３を統括的に制御する。

【００５２】続いて、図３に示すフローチャートを用い
水位予測システム１の予測水位計算の流れについて説明
する。

【００５３】なお、予測水位計算を実行するには初期値
を入力しておく必要がある。演算部５のＯＳ／ＣＰＵ部
３５は、初期値として、水位データベース２１から水位
データを、降雨量データベース２２から降雨量データ
を、川断面データベース２４から川断面データを読み込
む。これらの初期値は水位予測システム１を稼働させる
前に調査を行い各データベースに蓄積させておく。以下
に示す説明では、初期値入力が完了しているものとして
行う。また、１度測定が行われた後には、測定値に基づ
き初期値を算出し直す。そして、その初期値を測定を行
うごとに更新していく。

【００５４】また、ステップＳ７までの行程では、ステ
ップＳ１〜ステップＳ３を経てステップＳ７へと進む主
に水位データの処理を行う水位データ系と、ステップＳ
４〜ステップＳ６を経てステップＳ７へと進む主に降雨
量データの処理を行う降雨データ系とがそれぞれ独立し
て実行される。

【００５５】水位データ系のステップＳ１において、測
定装置２の水位測定部１１は河川の水位を測定して水位
データを得る。水位測定部１１は、得られた水位データ
をデータ送信部１３へ送出する。データ送信部１３は水
位測定部１１から送出された水位データを水位計算装置
３のデータ受信部２１へ送信する。なお、水位の測定
は、ここでは、例えば５分ごとに行われているとし、こ
のように所定の時間間隔で行われる測定のタームを以
後、測定タイムステップと呼ぶ。

【００５６】次のステップＳ２において、ＯＳ／ＣＰＵ
部２６は、データ受信部２１で受信した水位データを水
位データベース２２に格納する。

【００５７】次のステップＳ３において、データベース
サーバ４のＯＳ／ＣＰＵ部２６は、データ受信部２１で
受信した水位データを演算部５へ送出する。演算部５の
ＯＳ／ＣＰＵ３５は、送出された水位データを基に水位
／流路抵抗関係式データベース３１の関係式を検索し、
適合する流路抵抗を求める。ステップＳ３の後は、ステ
ップＳ７へと進む。

【００５８】降雨データ系のステップＳ４において、測
定装置２の降雨量測定部１２は降雨量を測定して降雨量
データを得る。降雨量測定部１２は、得られた降雨量デ
ータをデータ送信部１３へ送出する。データ送信部１３
は降雨量測定部１２から送出された降雨量データを水位
計算装置３のデータ受信部２１へ送信する。なお、降雨
量の測定は、ここでは、例えば５分ごとに行われている
とする。

【００５９】次のステップＳ５において、ＯＳ／ＣＰＵ
部２６は、データ受信部２１で受信した降雨量データを
降雨量データベース２３に格納する。

【００６０】次のステップＳ６において、データベース
サーバ４のＯＳ／ＣＰＵ部２６は、データ受信部２１で
受信した降雨量データを演算部５へ送出する。演算部５
のＯＳ／ＣＰＵ部３５は、送出された降雨量データを基
に降雨量／流入量／時間変化関係式データベース３２の
関係式を検索し、適合する流入量を求める。ステップＳ
６の後は、ステップＳ７へと進む。

【００６１】ステップＳ７において、ＯＳ／ＣＰＵ部３
５は、関係式から求めた流入量と流路抵抗とをそれぞれ
予測水位計算に備えて規格化する。ＯＳ／ＣＰＵ部３５
は、記憶部３４に格納された予測水位計算ソフトを読み
出し、規格化された流路抵抗と流入量とからプログラム
に応じて水位予測をするための方程式を立てる。この方
程式は、例えば、有限要素法、差分法又はキルヒホッフ
の法則に従って立てられる。そして、ＯＳ／ＣＰＵ部３
５は、立てた方程式を予測水位計算ソフトのアルゴリズ
ムに従って解く。例えば、有限要素法又は差分法によっ
て立てられた方程式はガウス消去法で、キルヒホッフの
法則によって立てられた方程式はニュートン法で解く。

【００６２】続いてＯＳ／ＣＰＵ部３５は、得られた方
程式の解から予測水位データを算出する。予測水位デー
タは、任意の時間単位で求めることが可能であり、１計
算タイムステップで数秒から数分後の水位予測を行う。
例えば、ここでは１計算タイムステップで１０秒後の水
位予測をし、次々と計算ステップを積み重ねて５時間後
までの予測水位データを算出する。また、ＯＳ／ＣＰＵ
部３５は、予測水位データを算出する際、後述する測定
した水位データとの比較を行うために予測水位データの
計算途中で測定タイムステップと同じ時間後の予測水位
データを抽出し、図示しない記憶部に記憶させる。例え
ば測定タイムステップが５分であるとすると、抽出され
る予測水位データは５分後の水位を表す予測水位データ
である。

【００６３】続いて、ＯＳ／ＣＰＵ部３５は、算出され
た予測水位データを制御部６へ送出する。

【００６４】また、ステップＳ７終了後、算出された予
測水位データを用いて、ステップＳ８へと進み１計算タ
イムステップの時間間隔でループする主ループ系の行程
と、ステップＳ１２へ進み１測定タイムステップの時間
間隔で実行される水位データ系の行程と、ステップＳ１
５へと進む降雨データ系の行程がそれぞれ独立して実行
される。

【００６５】主ループ系のステップＳ８において、ＯＳ
／ＣＰＵ部４４は、記憶部４１から予測水位３Ｄ表示ソ
フトを読み出し、送出された予測水位データを用いて河
川の水位変化を示す３Ｄ画像を生成し図示しない表示部
へ出力させる。

【００６６】次のステップＳ９において、ＯＳ／ＣＰＵ
部４４は、記憶部４２から危険水位警報ソフト４２を読
み出し、送出された予測水位データを用いて河川の水位
が増大して氾濫を起こす危険がないかどうかの判断をす
る。ＯＳ／ＣＰＵ部４４は、予測される水位が危険であ
ると判断した場合はステップＳ１０へ、危険でないと判
断した場合はステップＳ１２へ行程を進める。

【００６７】次のステップＳ１０において、ＯＳ／ＣＰ
Ｕ部４４は、ステップＳ９において予測される水位が危
険であると判断されたので、この旨を図示しない警報器
に伝え、警報を発令させる。

【００６８】次のステップＳ１１において、ＯＳ／ＣＰ
Ｕ部４４は、河川が氾濫することによって危険の及ぶ地
域を特定し、制御部６の図示しない表示部にその地域の
地図画像などを出力させる。なお、ＯＳ／ＣＰＵ部４４
は、河川の氾濫によって危険の及ぶ地域の画像をネット
ワークを介して送信してもよい。ステップＳ１１終了
後、ＯＳ／ＣＰＵ部４４は行程をステップＳ１２へと進
める。

【００６９】次のステップＳ１２において、演算部５の
ＯＳ／ＣＰＵ部３５は予測水位計算の計算タイムステッ
プを１つ進める。ステップＳ１２の終了後、行程はステ
ップＳ７へと戻る。

【００７０】一方、ステップＳ１３〜ステップＳ１５で
は、ステップＳ７で算出された予測水位データから水位
／流路抵抗関係式の更新が行われる。

【００７１】ステップＳ１３において、ＯＳ／ＣＰＵ部
３５は、記憶部３４に格納されている関係式修正ソフト
を用い、１測定タイムステップ前のステップＳ７で算出
された予測水位データと、この測定タイムステップで測
定された水位データとを比較する。

【００７２】例えば、水位測定時間及び降雨量測定時間
の間隔、つまり１測定タイムステップが５分となるよう
に記録部４３に格納されているシステム監視制御ソフト
を用いて設定を行うと、演算部５には測定装置２から５
分ごとに測定された水位データと降雨量データとが送信
されてくる。ＯＳ／ＣＰＵ部３５は、５分ごとに送信さ
れる水位データの測定値と予測水位データとを比較する
ため、予測水位データの計算途中で５分後の予測水位デ
ータを抽出し、図示しない記憶部に記憶させておく。そ
して、ＯＳ／ＣＰＵ部３５は、この測定タイムステップ
で測定された水位データと、５分前に測定した水位から
算出した予測水位データから抽出し図示しない記憶部に
記憶させた５分後の予測水位データとの比較をする。

【００７３】以下の説明では１測定タイムステップ前の
水位データから算出され、次の測定タイムステップで測
定される水位の測定値との比較対象となる予測水位デー
タのことを前予測水位データと呼ぶ。

【００７４】ステップＳ１４において、ＯＳ／ＣＰＵ部
３５は、ステップＳ１３によって比較された測定水位デ
ータと前予測水位データとの比較結果に応じて、水位／
流路抵抗関係式データベース３１に蓄積されている関係
式の修正を行う。測定水位データと前予測水位データと
に相違があると、例えば、川底の形状が変化し流路抵抗
の値が変わったと考えることができる。

【００７５】ステップＳ１５において、ＯＳ／ＣＰＵ部
３５は、ステップＳ１４で修正された関係式を水位／流
路抵抗関係式データベース３１へ更新する。

【００７６】ステップＳ１６において、ＯＳ／ＣＰＵ部
３５は、降雨量／流入量／時間変化関係式データベース
３２に蓄積されている関係式の修正を行い、再び、降雨
量／流入量／時間変化関係式データベース３２へ更新す
る。

【００７７】このような水位予測システム１では、予測
水位データを算出するために使用する流路抵抗を求める
ための水位データとの関係式を水位／流路抵抗関係式デ
ータベース３１へ、流入量を求めるための降雨量との関
係式を降雨量／流入量／時間変化関係式データベース３
２に蓄積させ、それぞれの関係式を測定装置２で水位デ
ータ、降雨量を測定するごとに更新することで１次元構
造で単純化したことで少ない計算量であるにもかかわら
ず精度の高い水位予測を行うことができる。

【００７８】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明の水位計算装置は、受信手段で受信した水位と第１の
蓄積手段に蓄積された第１の関係式とから流路抵抗を求
め、受信手段で受信した降雨量と第２の蓄積手段に蓄積
された第２の関係式とから流入量を求め、求めた流路抵
抗と流入量及び第３の蓄積手段に蓄積されている河川の
断面形状のデータを用いて演算手段によって予測水位を
算出し、演算手段によって算出された予測水位と受信手
段で受信された水位とを比較し、その誤差に基づき第１
の蓄積手段に蓄積された第１の関係式と第２の蓄積手段
に蓄積された第２の関係式とを更新手段によって更新す
ることで、洪水や河川改修の直後の蓄積データがなくな
るような複雑な条件下においても水位予測をすることを
可能とする。

【００７９】以上の説明からも明らかなように、本発明
の水位予測システムは、水位測定手段によって測定した
水位と第１の蓄積手段に蓄積された第１の関係式とから
流路抵抗を求め、降雨量測定手段によって測定した降雨
量と第２の蓄積手段に蓄積された第２の関係式とから流
入量を求め、求めた流路抵抗と流入量及び第３の蓄積手
段に蓄積されている河川の断面形状のデータを用いて演
算手段によって予測水位を算出し、演算手段によって算
出された予測水位と水位測定手段によって測定された水
位とを比較し、その誤差に基づき第１の蓄積手段に蓄積
された第１の関係式と第２の蓄積手段に蓄積された第２
の関係式とを更新手段によって更新することで、洪水や
河川改修の直後の蓄積データがなくなるような複雑な条
件下においても水位予測をすることを可能とする。

【００８０】以上の説明からも明らかなように、本発明
の水位予測方法は、測定した水位と第１の関係式とから
流路抵抗を求め、測定した降雨量と第２の関係式とから
流入量を求め、求めた流路抵抗と流入量及び河川の断面
形状のデータを用いて予測水位を算出し、算出した予測
水位と測定した水位とを比較し、その誤差に基づき第１
の関係式と第２の関係式とを更新することで、複雑な条
件下においても水位予測をすることを可能とする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態として示す水位予測システ
ムの構成を説明をするための概略図である。

【図２】同水位予測システムにおいて、河川に設置する
測定装置の設置方法について説明するための模式図であ
る。

【図３】同水位予測システムにおいて、予測水位計算の
流れについて説明するためのフローチャートである。

【符号の説明】

１水位予測システム、２測定装置、３水位計算装
置、４データベースサーバ、５演算部、６制御部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の時間間隔で測定された水位と降雨
量とを受信する受信手段と、水位と流路抵抗とを関係付ける第１の関係式が蓄積され
た第１の蓄積手段と、降雨量と流入量とを関係付ける第２の関係式が蓄積され
た第２の蓄積手段と、河川の断面形状のデータを蓄積する第３の蓄積手段と、上記受信手段で受信された水位をデータとして蓄積する
第４の蓄積手段と、上記受信手段で受信された降雨量をデータとして蓄積す
る第５の蓄積手段と、上記受信手段で受信された水位と上記第１の蓄積手段に
よって蓄積されている第１の関係式とから流路抵抗を求
め、上記受信手段で受信された降雨量と上記第２の蓄積
手段によって蓄積されている第２の関係式とから流入量
を求め、求めた上記流路抵抗と流入量及び上記第３の蓄
積手段に蓄積されている河川の断面形状のデータを用
い、河川を１次元構造に近似して予測水位を算出する演
算手段と、上記演算手段によって算出された予測水位と上記受信手
段によって受信された水位とを比較し、その誤差に基づ
き上記第１の蓄積手段によって蓄積されている第１の関
係式と上記第２の蓄積手段によって蓄積されている第２
の関係式とを更新する更新手段とを備えることを特徴と
する水位計算装置。
【請求項２】上記演算手段で算出された予測水位に基
づいて河川の水位の様子を表す画像を生成する画像生成
手段を備えることを特徴とする請求項１記載の水位計算
装置。
【請求項３】上記画像生成手段で生成された画像を出
力する画像出力手段を備えることを特徴とする請求項２
記載の水位計算装置。
【請求項４】上記演算手段で算出された予測水位に基
づいて警報の発令をする警報発令手段を備えることを特
徴とする請求項１記載の水位計算装置。
【請求項５】上記警報発令手段によって発令される警
報に応じて警報音を出力し、危険個所あるいは周辺状況
の画像を出力表示する出力手段を備えることを特徴とす
る請求項４記載の水位計算装置。
【請求項６】上記警報発令手段によって発令される警
報に応じて危険個所あるいは周辺状況を表示する画像を
ネットワークを介して配信する配信手段を備えることを
特徴とする請求項４記載の水位計算装置。
【請求項７】所定の時間間隔で河川の水位を測定する
水位測定手段と、所定の時間間隔で降雨量を測定する降
雨量測定手段と、上記水位測定手段で測定された河川の
水位と上記降雨量測定手段で測定された降雨量とを送信
する送信手段とを有する１つ以上の測定装置と、上記送信手段から送信された水位と降雨量とを受信する
受信手段と、水位と流路抵抗とを関係付ける第１の関係
式が蓄積された第１の蓄積手段と、降雨量と流入量とを
関係付ける第２の関係式が蓄積された第２の蓄積手段
と、河川の断面形状のデータを蓄積する第３の蓄積手段
と、上記受信手段で受信された水位をデータとして蓄積
する第４の蓄積手段と、上記受信手段で受信された降雨
量をデータとして蓄積する第５の蓄積手段と、上記受信
手段で受信された水位と上記第１の蓄積手段によって蓄
積されている第１の関係式とから流路抵抗を求め、上記
受信手段で受信された降雨量と上記第２の蓄積手段によ
って蓄積されている第２の関係式とから流入量を求め、
求めた上記流路抵抗と流入量及び上記第３の蓄積手段に
蓄積されている河川の断面形状のデータを用い、河川を
１次元構造に近似して予測水位を算出する演算手段と、
上記演算手段によって算出された予測水位と上記受信手
段によって受信された水位とを比較し、その誤差に基づ
き上記第１の蓄積手段によって蓄積されている第１の関
係式と上記第２の蓄積手段によって蓄積されている第２
の関係式とを更新する更新手段とを有する水位計算装置
とを備えることを特徴とする水位予測システム。
【請求項８】上記水位計算装置は、上記演算手段で算
出された予測水位に基づいて河川の水位の様子を表す画
像を生成する画像生成手段を有することを特徴とする請
求項７記載の水位予測システム。
【請求項９】上記水位計算装置は、上記画像生成手段
で生成された画像を出力する画像出力手段を有すること
を特徴とする請求項８記載の水位予測システム。
【請求項１０】上記水位計算装置は、上記演算手段で
算出された予測水位に基づいて警報の発令をする警報発
令手段を有することを特徴とする請求項７記載の水位予
測システム。
【請求項１１】上記水位計算装置は、上記警報発令手
段によって発令される警報に応じて警報音を出力し、危
険個所あるいは周辺状況の画像を出力表示する出力手段
を有することを特徴とする請求項１０記載の水位予測シ
ステム。
【請求項１２】上記水位計算装置は、上記警報発令手
段によって発令される警報に応じて危険個所あるいは周
辺状況を表示する画像をネットワークを介して配信する
配信手段を有することを特徴とする請求項１０記載の水
位予測システム。
【請求項１３】第１の関係式と所定の時間間隔で測定
した河川の水位とに基づき流路抵抗を算出し、第２の関係式と所定の時間間隔で測定した河川への降雨
量とに基づき流入量を算出し、算出した上記流路抵抗と流入量及び河川の断面形状のデ
ータを用いて河川を１次元構造に近似して予測水位を算
出し、算出した上記予測水位と測定した上記河川の水位とを比
較し、その誤差に基づき上記第１の関係式と第２の関係式とを
更新することを特徴とする水位予測方法。
【請求項１４】予測水位を算出した後、算出された上
記予測水位に基づいて河川の水位の様子を表す画像を生
成することを特徴とする請求項１３記載の水位予測方
法。
【請求項１５】生成した上記河川の水位の様子を表す
画像を出力することを特徴とする請求項１４記載の水位
予測方法。
【請求項１６】予測水位を算出した後、算出された上
記予測水位に基づいて警報の発令をすることを特徴とす
る請求項１３記載の水位予測方法。
【請求項１７】警報が発令された後、警報音を出力
し、危険個所あるいは周辺状況の画像を出力表示するこ
とを特徴とする請求項１６記載の水位予測方法。
【請求項１８】警報が発令された後、危険個所あるい
は周辺状況を表示する画像をネットワークを介して配信
することを特徴とする請求項１６記載の水位予測方法。