JP2002071349A - 河川水位計測方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来の水位計測方法はその計測周期を降雨の有
無のみによって行なっていた為、降雨によらない急激な
水位の上昇に対してはこれを即座に察知することができ
ないという課題がある。 【解決手段】本発明は、計測した河川水位の実水位が予
め定めた特定状態になると水位計測周期を短くするよう
にしたことにある。実水位の特定状態は、具体的に河川
水位の単位時間当たりの水位変化率が規定値以上となっ
た状態あるいは予め設定された基準水位と計測した河川
水位の実水位との水位偏差が設定値より小さくなった状
態のことである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、河川の水防活動を
支援するために河川水位を計測する河川水位計測方法お
よび装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、河川水位の計測は水位計測装置
によって周期的に行われている。水位計測装置によって
計測された河川水位は、通常中継装置を介して監視所に
設置されている水位情報処理装置に送られる。

【０００３】従来、河川の水位計測装置の計測周期は固
定周期、若しくは降雨があれば水位が変化するであろう
という考えから単純に降雨の有無により周期変更を行な
うようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来技術の計測周期を
固定にするのは、周期を長く設定すると河川氾濫のおそ
れがある状態となっても計測周期が長いままであり、計
測までの遅れが発生し正確な水位計測ができないという
問題点を有する。例えば、１時間周期では最大５９分の
時間遅れが発生する。

【０００５】逆に、計測周期を短く設定すると、水位計
測装置の稼動の為の消費電力が増大する。このため、特
に、常時の電力供給が困難な場所に設置され太陽電池等
を電源としている水位計測装置では水位計測不能の原因
となる。増水による氾濫時に計測できなくなる危険性を
有している。

【０００６】一方、降雨による計測周期の変更では、融
雪出水、ダム放流等の降雨に影響しない要因による増水
に対応できない。また、地形・地質等の要因からある地
点の降雨がどのように、すなわち何時間後に、どのくら
い水位が変化するかといった雨量計測地点と水位計測地
点の相関関係を適切に導き出すことは困難であり、これ
により水位の変化を正確かつ詳細に計測することができ
ないという問題点を有する。

【０００７】このように、従来技術は河川水位の変化を
正確かつ詳細に計測できないという問題点を有してい
る。

【０００８】本発明は上記点に対処して成されたもの
で、その目的とするところは河川水位の変化を正確かつ
詳細に計測できる水位計測方法および装置を提供するこ
とにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の特徴とするとこ
ろは、計測した河川水位の実水位が予め定めた特定状態
になると水位計測周期を短くするようにしたことにあ
る。実水位の特定状態は、具体的に河川水位の単位時間
当たりの水位変化率が規定値以上となった状態あるいは
予め設定された基準水位と計測した河川水位の実水位と
の水位偏差が設定値より小さくなった状態のことであ
る。本発明は、河川水位が特定状態になると水位計測周
期を短くするようにしているので、水位計測装置が水位
計測不能に陥ることなく降雨に影響しない要因による増
水であっても水位の変化を正確かつ詳細に計測すること
ができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態例につい
て説明する。図1に本発明の一実施例を示す。

【００１１】図１の河川水位計測システムは、水位計測
装置１０１、中継装置１０２、水位情報処理装置１０
３、ネットワーク１０４で構成される。中継装置１０２
を用いず、水位計測装置１０１、水位情報処理装置１０
３だけで水位計測値の送受信を行なうことは可能である
が、無線で水位計測装置１０１から中継装置１０２に水
位計測値を送受信する方式が一般的であるため、本図で
は中継装置１０２を用いる。

【００１２】まず、水位計測装置１０１より水位計測値
を計測後、無線送信され、中継装置１０２により受信さ
れる。水位計測値は中継装置１０２からネットワーク１
０４経由で水位情報処理装置１０３に送信され、水位情
報処理装置１０３内に蓄積され、情報の表示等が行われ
る。

【００１３】水位情報処理装置１０３では水位計測値受
信時に周期変更判定を行い、周期変更条件と一致した時
は中継装置１０２に周期変更指示を送信する。周期変更
指示を受信した中継装置１０２は水位計測装置１０１に
周期変更指示を送信し、水位計測装置１０１は受信した
周期変更指示に従い、計測周期を変更する。

【００１４】図２は水位情報処理装置１０３の一例ブロ
ック図である。図２は、水位情報処理装置１０３に持つ
機能ブロックとデータベーステーブルを示している。

【００１５】まず、水位計測値の取り込みから計測周期
変更までの流れ２１１を説明する。中継装置１０２から
水位計測値が水位情報処理装置１０３に取り込まれる。
水位計測値取り込み部２０１は水位計測値を取り込み、
データベース２１２内の水位計測値テーブル２０６に格
納する。その後、水位計測値は水位差分計算部２０２に
渡される。

【００１６】水位差分計算部２０２は水位基準値テーブ
ル２０７から水位基準値を取り込み水位差分（水位偏
差）計算を実行する。水位変化率計算部２０３は水位計
測値テーブル２０６から取り込んだ前回の水位計測値と
今回の水位計測値をもとに水位変化率を計算する。

【００１７】水位変化率計算部２０３から周期変更判定
部２０４に水位差分、水位変化率が渡され、水位基準値
テーブル２０７、水位変化率テーブル２０８からしきい
値としきい値毎の周期、水位計測装置テーブル２０９か
ら平常周期（河川氾濫のおそれが低い状態の初期周
期）、現周期テーブル２１０から現周期を取り込み、周
期を変更するかどうか判定する。その結果、周期変更す
る場合には次周期を周期変更指示送信部２０５に渡し、
周期変更指示を中継装置１０２に送信する。

【００１８】また、水位情報表示部２１３はデータベー
ス２１２から各種水位情報を取り込み、水位定数設定画
面や水位情報画面を表示する。水位定数設定画面は水位
基準値やしきい値等の定数を設定するための画面であ
り、水位情報画面は水位情報をグラフや表などの形式で
表示した画面である。

【００１９】水位定数設定部２１４では、水位定数設定
画面から入力された水位基準値、しきい値等の定数を水
位基準値テーブル２０７、水位変化率テーブル２０８、
水位計測装置テーブル２０９に設定する。

【００２０】図３に水位計測装置１０１の一例構成を示
す。

【００２１】図３（ａ）は水圧式水位計測装置の構成例
で、無線装置３０１、観測装置３０２、水圧式水位計３
０３、水圧センサー３０４により構成される。

【００２２】水圧センサー３０４は河川の水底に設置
し、水圧を測定するものである。水圧式水位計３０３は
水圧センサー３０４より水圧を取得し、水圧より水位を
計算する（水位が高くなると水圧が高くなる）。観測装
置３０２は設定された計測周期毎に水圧式水位計３０３
からネットワーク経由で水位計測値を取得し、無線装置
３０１により水位計測値を送信する。

【００２３】図３（ｂ）はフロート式水位計測装置の構
成例で、無線装置３０１、観測装置３０２、フロート式
水位計３０５、フロート３０６、重り３０７、滑車３０
８により構成される。

【００２４】フロート３０６と重り３０７をケーブルで
結び、滑車３０８に吊るし、フロート３０６を河川の水
面に浮かべ使用する。水位が上昇するとフロート３０６
の位置が上がり、滑車３０８が回転する。フロート式水
位計３０５は滑車３０８の回転距離を取得し、回転距離
から水位を計算する（水位が高くなると重り３０７側に
回転する）。観測装置３０２、無線装置３０１の動作は
図３（ａ）と同様である。

【００２５】図４は、周期変更処理フローである。この
処理は図２に示す水位情報処理装置１０３で実行され
る。水位計測値取り込み処理４０１は水位計測値取り込
み部２０１において実行され、水位計測値Ｋｓを水位計
測値テーブル２０６に書き込み、水位差分計算部２０２
に渡す。

【００２６】次に水位差分計算処理４０２が水位差分計
算部２０２において実行され、水位基準値ｈを水位基準
値テーブル２０７から取り込み、水位差分Ｓｓとしてｈ
−Ｋｓを計算し、水位差分（水位偏差）Ｓｓ、水位計測
値Ｋｓを水位変化率計算部２０３に渡す。水位基準値が
複数個設定されているときにはこの水位差分計算処理４
０２を複数回実行する。

【００２７】水位変化率計算処理４０３が水位変化率計
算部２０３において実行され、現周期Ｘ０を現周期テー
ブル２１０から、前水位計測値Ｋｐを水位計測値テーブ
ル２０６から取り込み、水位変化率Ｈとして（Ｋｓ−Ｋ
ｐ）／Ｘ０を計算し、水位差分Ｓｓ、水位変化率Ｈを周
期変更判定部２０４に渡す。

【００２８】次に周期変更判定処理４０４が周期変更判
定部２０４において実行され、次周期が現周期と一致す
るかどうかを求める。最後に次周期が現周期と一致しな
い（現周期＜＞次周期）場合、周期変更指示送信処理４
０５が周期変更指示送信部２０５において実行され、次
周期Ｘに変更するよう周期変更指示を送信する。周期変
更指示送信後、次周期Ｘを現周期として現周期テーブル
２１０に書込み処理する。

【００２９】図５は周期変更判定処理フローで、周期変
更判定処理４０４の詳細を示している。周期変更判定処
理４０４は水位変化率計算処理４０３の後ＥＮＴＲＹに
入り、まず処理５０１において、水位差分Ｓｓとしきい
値（設定値）Δｈの大小比較を行なう。Δｈは水位基準
値テーブル２０７から取り込まれる。

【００３０】水位差分がしきい値以下（Ｓｓ＜＝Δｈ）
の時、処理５０２において、しきい値内周期を水位基準
値テーブル２０７から取り込み、周期Ｘ１とする。水位
差分がしきい値より大きい（Ｓｓ＞Δｈ）時、処理５０
３において平常周期を水位計測装置テーブル２０９から
取り込み、周期Ｘ１とする。

【００３１】次に処理５０４において、水位変化率Ｈと
しきい値ΔＨの大小比較を行なう。しきい値（規定値）
ΔＨは水位変化率テーブル２０８から取り込む。水位変
化率がしきい値以上（Ｈ＞＝ΔＨ）の時、処理５０５に
おいてしきい値超周期を水位変化率テーブル２０８から
取り込み、周期Ｘ２とする。一方、水位変化率がしきい
値より小さい（Ｈ＜ΔＨ）時、処理５０６において平常
周期を水位計測装置テーブル２０９から取り込み、周期
Ｘ２とする。

【００３２】処理５０７において、周期Ｘ１、Ｘ２の最
小値を計算し、周期Ｘとする。最小値を取るのはより短
い周期を採用した方が安全であるからであり、この周期
Ｘが求める次周期である。最後に、処理５０８において
現周期Ｘ０と次周期Ｘとの大小比較を行ない、現周期と
次周期が一致しない（Ｘ０＜＞Ｘ）か、現周期と次周期
が一致する（Ｘ０＝Ｘ）かをリターンする。ＲＥＴＵＲ
Ｎ後、現周期と次周期が一致しない場合は周期変更指示
送信処理４０５を実施する。

【００３３】なお、水位基準値のしきい値が１個の例を
説明したが、もしも、しきい値が複数個設定されている
ときは５０１、５０２、５０３を複数回実施し、５０７
にて、それぞれ求まった周期の最小値を次周期とする。

【００３４】図６は河川水位の特性図の例で、水位計測
周期が変更されるケースについて説明する。河川水位グ
ラフは縦軸に水位軸、横軸に時間軸をとり、水位計測値
Ｋｓをトレンドグラフで表示している。本例では河川の
氾濫に至るまでの計測周期を段階的に変更できるように
水位基準値を上からｈ１、ｈ２、ｈ３と３つ設定し、且
つそれぞれの水位基準値にしきい値Δｈ１、Δｈ２、Δ
ｈ３を設定している。一方、急激な増水に対応できるよ
うに単位時間当たりの水位変化量（例えば毎分何ｍ）と
いう値を表す変化率Ｈに対するしきい値ΔＨも設定して
いる。

【００３５】時間ｔ１で水位変化率が設定されたしきい
値以上となったことにより計測周期が変更される。次に
時間ｔ２で水位変化率が設定されたしきい値を下回った
ことにより計測周期が変更される。

【００３６】時間ｔ３では水位基準値ｈ３と水位計測値
の水位差分がしきい値Δｈ３以下となったことにより計
測周期が変更される。その後、時間ｔ４までは同じ周期
で計測し、時間ｔ４で水位基準値ｈ２と水位計測値の水
位差分がしきい値Δｈ２以下となったことにより計測周
期が変更される。同様に時間ｔ５では水位基準値ｈ１と
水位計測値の水位差分がしきい値Δｈ１以下となったこ
とにより計測周期が変更される。

【００３７】その後、時間ｔ６では水位基準値ｈ１と水
位計測値の水位差分がしきい値Δｈ１以上となったこと
により計測周期が変更される。時間ｔ７では水位基準値
ｈ２と水位計測値の水位差分がしきい値Δｈ２以上とな
ったことによる計測周期変更、時間ｔ８では水位基準値
ｈ３と水位計測値の水位差分がしきい値Δｈ３以上とな
ったことによる計測周期変更が発生する。

【００３８】平常周期をＸ１、変化率しきい値超周期を
Ｘ２、基準値しきい値内周期を基準値の低い方からＸ
３、Ｘ４、Ｘ５とすると、最初〜ｔ１がＸ１、ｔ１〜ｔ
２がＸ２、ｔ２〜ｔ３がＸ１、ｔ３〜ｔ４がＸ３、ｔ４
〜ｔ５がＸ４、ｔ５〜ｔ６がＸ５、ｔ６〜ｔ７がＸ４，
ｔ７〜ｔ８がＸ３、ｔ８〜最後がＸ１となる。

【００３９】図７に図２に示すテーブルの一例構成を示
す図で、水位情報処理装置１０３のデータベース２１２
に定義されるテーブルの構成を説明する。

【００４０】図７（ａ）の水位計測装置テーブル２０９
は水位計測装置１０１の情報を格納したテーブルで、フ
ィールドとして装置Ｎｏ、計測装置名称、平常周期を持
つ。装置Ｎｏは水位計測装置１０１毎に付けられた一貫
Ｎｏである。計測装置名称は水位計測装置１０１の名称
である。平常周期は河川氾濫のおそれが低い状態の初期
周期である。水位計測装置は複数設定する事が可能であ
る。

【００４１】図７（ｂ）の水位基準値テーブル２０７は
水位基準値の情報を格納したテーブルで、フィールドと
して装置Ｎｏ、基準値Ｎｏ、水位基準値、しきい値、し
きい値内周期を持つ。装置Ｎｏは水位計測装置１０１の
一貫Ｎｏで水位計測装置テーブル２０９の装置Ｎｏに一
致する。基準値Ｎｏは水位基準値が複数設定された際に
水位計測装置１０１毎に振る水位基準値の一貫Ｎｏであ
る。水位基準値は河川が氾濫に至るまでを段階分けし、
危険度を表すためのものである。しきい値は水位基準値
と現在水位の差がこの値以下になると周期変更を行なう
という変更判断をする為の値である。しきい値内周期は
水位基準値と現在水位との差分がしきい値以下になった
際に変更される計測周期の値である。

【００４２】図７（ｃ）に示す水位変化率テーブル２０
８は水位変化率の情報を格納したテーブルで、フィール
ドとして装置Ｎｏ、しきい値Ｎｏ、しきい値、しきい値
超周期を持っている。装置Ｎｏは水位計測装置１０１の
一貫Ｎｏで水位計測装置テーブル２０９の装置Ｎｏに一
致する。しきい値Ｎｏはしきい値が複数設定された際に
水位計測装置１０１毎に振るしきい値の一貫Ｎｏであ
る。しきい値は変化率がこの値以上になると周期変更を
行なうという変更判断をするための値である。しきい値
超周期は変化率がしきい値以上になった際に変更される
計測周期の値である。

【００４３】図７（ｄ）の水位計測値テーブル２０６は
水位計測値の情報を格納したテーブルでフィールドとし
て日時、装置Ｎｏ、水位計測値を持つ。日時は水位を計
測した日時である。装置Ｎｏは水位計測装置の一貫Ｎｏ
で水位計測装置テーブル２０９の装置Ｎｏに一致する。
水位計測値はある日時にある装置で計測した水位の計測
値である。

【００４４】図７（ｅ）の現周期テーブル２１０は現在
設定されている計測周期を格納したテーブルでフィール
ドとして現周期を持つ。現周期は現在の計測周期の値で
ある。

【００４５】以上のようにして河川水位を測定するので
あるが、河川水位が特定状態になると水位計測周期を短
くするようにしているので、水位計測装置が水位計測不
能に陥ることなく降雨に影響しない要因による増水であ
っても水位の変化を正確かつ詳細に計測することができ
る。

【００４６】

【発明の効果】本発明によると、河川水位の変化による
周期変更を導入することにより、水位計測作業におい
て、河川水位の変化を必要な時により正確かつ詳細に計
測でき、適切な水防活動を支援できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す構成図。

【図２】水位情報処理装置の一例を示す構成図。

【図３】水位計測装置の一例を示す構成図。

【図４】周期変更処理の動作を説明するためのフロー
図。

【図５】周期変更判定処理の動作を説明するためのフロ
ー図。

【図６】河川水位の計測周期変更を説明する特性図。

【図７】データベースのテーブルの一例を示す図。

【符号の説明】

１０１…水位計測装置 １０２…中継装置 １０３…水位情報処理装置 ２０１…水位計測値取り込み部 ２０２…水位差分計算部 ２０３…水位変化率計算部 ２０４…周期変更判定部 ２０５…周期変更指示送信部 ２０６…水位計測値テーブル ２０７…水位基準値テーブル ２０８…水位変化率テーブル ２０９…水位計測装置テーブル ２１０…現周期テーブル ２１１…水位計測値取りこみから計測周期変更までの流
れ ２１２…データベース ２１３…水位情報表示部 ２１４…水位定数設定部 ３０１…無線装置 ３０２…観測装置 ３０３…水圧式水位計 ３０４…水圧センサー ３０５…フロート式水位計 ３０６…フロート ３０７…重り ３０８…滑車 ４０１…水位計測値取り込み処理 ４０２…水位差分計算処理 ４０３…水位変化率計算処理 ４０４…周期変更判定処理 ４０５…周期変更指示送信処理 ５０１…水位差分としきい値の大小チェック ５０２…しきい値内周期の設定 ５０３…平常周期の設定 ５０４…水位変化率としきい値の大小チェック ５０５…しきい値超周期の設定 ５０６…平常周期の設定 ５０７…次周期の設定 ５０８…現周期と次周期の大小チェック

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 史芳 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 日 立プロセスコンピュータエンジニアリング 株式会社内 (72)発明者 畑 俊夫 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株 式会社日立製作所情報制御システム事業部 内 (72)発明者 辻川 秋雄 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株 式会社日立製作所情報制御システム事業部 内 Ｆターム(参考） 2F014 BA00 GA10 2F076 BA01 BB11 BD17 BE04 BE06 BE08 BE18

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】河川水位を周期的に計測するものであっ
   て、計測した河川水位の実水位が予め定めた特定状態に
   なると水位計測周期を短くすることを特徴とする河川水
   位計測方法。
2. 【請求項２】請求項１において、前記実水位の特定状態
   は、河川水位の単位時間当たりの水位変化率が規定値以
   上となった状態であることを特徴とする河川水位計測方
   法。
3. 【請求項３】請求項１において、前記実水位の特定状態
   は、予め設定された基準水位と計測した河川水位の実水
   位との水位偏差が設定値より小さくなった状態であるこ
   とを特徴とする河川水位計測方法。
4. 【請求項４】請求項３において、基準水位は複数個設定
   され、各基準水位毎に水位計測周期を短くする設定値が
   設けられていることを特徴とする河川水位計測方法。
5. 【請求項５】河川水位を周期的に計測する水位計測装置
   と、前記水位計測装置で計測された河川水位の実水位が
   予め定めた特定状態になると前記水位計測装置の水位計
   測周期を短くする水位情報処理装置とを具備することを
   特徴とする河川水位計測装置。
6. 【請求項６】請求項５において、前記実水位の特定状態
   は、予め設定された基準水位と計測した河川水位の実水
   位との水位偏差が設定値より小さくなった状態であるこ
   とを特徴とする河川水位計測装置。
7. 【請求項７】河川水位を周期的に計測する水位計測装置
   と、前記水位計測装置で計測された河川水位の単位時間
   当たりの水位変化率が規定値以上になると前記水位計測
   装置の水位計測周期を短くする水位情報処理装置と、前
   記水位計測装置と前記水位情報処理装置の間の情報伝達
   を中継する中継装置とを具備することを特徴とする河川
   水位計測装置。