JP2003202924A - 浄水施設における水配制御方法および水配制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 浄水施設の水配制御として、省動力化も実現
でき、しかも汎用性の高い水配制御方法を提供する。 【解決手段】 浄水施設では、一連の水配処理をなすに
ついて、需要量から配水流量を計画するとともに、配水
池の水位を所定の制限水位に保つために、取水から配水
池への貯水までの各流量の制御を計画配水流量に基づい
てなしている。このような水配制御について、取水から
配水池への貯水までの各流量について消費動力に関する
制約条件を設定するステップＡと、計画配水流量に基づ
いて取水から配水池への貯水までの水配における各流量
を算出するステップＢと、この算出された各流量につい
て消費動力が消費動力制約条件を満足するか否かを検定
するステップＣと、この検定で消費動力が消費動力制約
条件を満足しないとされた場合に、ステップＢとステッ
プＣを繰り返すステップＤを含むものとしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、浄水施設おける水
配制御に関し、特に水配に用いられるポンプの消費動力
を抑制して省動力化を図れる水配制御方法およびそれに
用いる水配制御システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は従来の浄水施設における一般的な
設備構成の概略を示している。浄水施設では例えば河川
１などの取水源から取水する。取水され未浄化水は、取
水設備に含まれる沈砂池２での沈砂処理を受けつつ導水
ポンプ３により浄水設備に導水される。浄水設備は、着
水井４、沈澱池５およびろ過池６を備えており、これら
を順次通過することにより未浄化水は浄水処理を受け、
最終的に浄化水となる。そしてこの浄化水は配水池９に
貯水され、この配水池９から配水ポンプ１０を通して需
要家へ配水される。また浄水設備は、沈澱池５とろ過池
６を洗浄した洗浄排水を貯水する洗浄排水池７を備えて
おり、ここに貯水された洗浄排水は洗浄排水ポンプ８に
より送ることで未浄化水に混入させて再利用される。

【０００３】配水池９から市町村などの需要家に配水す
る必要のある１日の水量は時間帯ごとに予測が可能であ
り、この予測に基づいて各需要家へ配水する１日の配水
流量を予め計画することができる。１日の計画配水流量
が求まったら、これを基に取水源からの取水流量や浄水
設備での浄水処理量（具体的にはろ過池６から流出する
浄化水の流量であるろ過流量）について水配計画を作成
する。それは図６に示すようなモデルに基づいてなされ
る。また配水流量からろ過流量を求めにはＱＲＳ法（Qu
asi-optimum Routing System）が用いられる。これによ
り、配水池９の水位を運用制限（上限水位と下限水位）
の範囲内に抑え、しかも変動の少ない安定したろ過流量
を幾何学的な解として算出することができる。ＱＲＳ法
の詳細については例えば特開平１１−１５４０２３号公
報に記載されている。

【０００４】図６に示すように、着水井、沈殿池および
ろ過池については、取水された未浄化水が自然流下する
とみなすことで、これらを１つの管路１１として考察す
ることができる。これによりろ過流量は、自然流下時間
Δｔの時間差をもった取水流量とみなすことができる。
したがって自然流下時間Δｔを考慮することで、各時間
帯に応じたろ過流量から各時間帯で必要な取水流量を求
めることができる。

【０００５】ここで、沈澱池とろ過池の洗浄が１日に1
回行なわれ、その際に一定流量の洗浄排水が排出されて
洗浄排水池７に流入する。この洗浄排水池７にも水位の
運用制限があり、この範囲内に水位を抑える必要があ
る。したがって適宜に貯水洗浄排水を管路１１に合流さ
せて再利用することになる。この洗浄排水の再利用によ
り、浄水設備に流れ込む水量つまり導水流量にはその時
点において洗浄排水流量が加わることになる。ただ、１
日の中でみれば、洗浄に使われた分を洗浄排水流量とし
て管路１１に戻すだけなので、洗浄排水流量は日配水流
量の影響を受けることはないと考えられる。以上のこと
から、浄水設備の入り口における導水流量は、ろ過流量
と洗浄排水流量との合計流量として算出されることにな
る。

【０００６】以上のようにして計画配水流量が求まり、
この計画配水流量から取水流量、導水流量、ろ過流量、
洗浄排水流量などの各流量が求まれば、導水ポンプ３、
洗浄排水ポンプ８、配水ポンプ１０それぞれの設置台数
や性能を基に各ポンプの運転台数などについて運転計画
を策定することができる。

【０００７】そのような配水から取水までの計画値デー
タフローは一例として図７に示すようになる。各需要家
による１日の計画配水流量２１からＱＲＳ法によりろ過
流量２３と配水池水位２４を求め、自然流下時間（Δ
ｔ）を加味した取水流量２５を算出する。また、沈澱池
とろ過池の洗浄による洗浄排水池への洗浄排水流入流量
２６からＱＲＳ法により洗浄排水流量２７と洗浄排水池
水位２８を求め、この洗浄排水流量２７を、洗浄排水が
管路に戻るのに要する戻り時間（Δｔ´）を加味して、
先に求めたろ過流量２３に加えることで導水流量３０が
求まる。そして配水流量２１、洗浄排水流量２７、導水
流量３０の各計画値データからポンプについての運転台
数計画値データ３１、３２、３３が求まる。

【０００８】以上から各流量について１日の計画値によ
る予測が可能になり、各流量の計画値データをコントロ
ーラに送信設定することで、コントローラは設定された
計画値データを基に各ポンプの運転台数を算出し、各ポ
ンプの稼動状態を制御することができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】浄水施設における水配
制御は以上のようにしてなされており、変動が少なく安
定した流量での水配制御を可能としている。しかし浄水
場では多くのポンプが用いられており、変動が少なく安
定した流量という条件としては同様であってもポンプの
稼動については異なる状態が可能であり、その稼動状態
に応じて消費動力も異なる。つまり同じく変動が少なく
安定した流量を実現するにも、より少ない動力消費でそ
れを可能にする条件があり、これにより省動力化を図る
ことが可能になるということである。

【００１０】このような観点を取り入れた水配制御の例
が特開平８−３０２７５９号に記載されている。この従
来技術では、浄水場からポンプ場を介して浄水池に浄水
を送水するという構成を前提に、浄水池の水位を制限範
囲に保つようになす送水についてポンプの動力費用を最
小にする条件を求め、その条件で送水を行なうようにし
ている。しかし、この従来技術は、その前提とする構成
が浄水場からポンプ場を介して浄水池に浄水を送水する
というものであり、汎用性に乏しく、これを適用できる
浄水施設は必ずしも多くない。

【００１１】また特開平８−１２８０７８号公報にも運
転コストを考慮した水配制御の例が開示されている。こ
の技術は、それぞれ複数である取水源、浄水場、配水池
からなり、浄水場や配水池から需要家に浄水を供給する
送水系統について、各種コストを最小とするように計画
制御することを意図している。そしてそのために、過去
ｎ日間の実績値を求め、この実績値を組み合わせた固体
データからなる初期集団を生成し、この初期集団の固体
データについて各種のパラメータに基づいて評価関数に
より適応度を求め、この各個体データごとの適応度に基
づいて、取水コスト、浄水生産コスト、送水コストを最
小とする各流量を求めることで水配制御を行なうように
している。しかしこの従来技術もその対象とする送水系
統の構成や制御の内容に汎用性が乏しく、その適用範囲
に限りがある。

【００１２】さらに特開平１０−１４３２５１号および
特開２００１−４２９４９号の各公報には、需要予測に
基づいてモータの台数や回転速度を制御する配水施設制
御装置が開示されている。しかしこの技術では動力費用
などについては配慮がなされておらず、省動力化を積極
的に図れるものではない。

【００１３】本発明は、以上のような従来の事情を背景
になされたものであり、変動が少なく安定した流量での
水配を行なえるのに加えて、省動力化も実現でき、しか
も汎用性の高い水配制御方法の提供を目的とし、またそ
の水配制御に用いる水配制御システムの提供を目的とて
いる。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明では上記目的を実
現するために、取水源からの取水、取水した未浄化水の
浄水設備への導入、浄水設備での浄化処理、浄化処理で
得られた浄化水の配水池への貯水、配水池から需要家へ
の配水などの一連の水配処理をなすについて、需要量に
基づいて配水流量が計画されるとともに、前記配水池の
水位を所定の上限水位と下限水位の間に保つために、取
水から配水池への貯水までの各流量の制御が前記計画配
水流量に基づいてなされる浄水施設の水配制御方法にお
いて、前記取水から配水池への貯水までの各流量につい
て消費動力に関する制約条件を設定するステップＡと、
前記計画配水流量に基づいて取水から配水池への貯水ま
での水配における各流量を算出するステップＢと、この
算出された各流量について消費動力が前記消費動力制約
条件を満足するか否かを検定するステップＣと、この検
定で消費動力が消費動力制約条件を満足しないとされた
場合に、前記ステップＢとステップＣを繰り返すステッ
プＤを含むことを特徴としている。

【００１５】また本発明では、取水源からの取水、取水
した未浄化水の浄水設備への導入、浄水設備での浄化処
理、浄化処理で得られた浄化水の配水池への貯水、配水
池から需要家への配水などの一連の水配処理をなすにつ
いて、需要量に基づいて配水流量が計画されるととも
に、前記配水池の水位を所定の上限水位と下限水位の間
に保つために、取水から配水池への貯水までの各流量の
制御が前記計画配水流量に基づいてなされる浄水施設の
水配制御に用いられる水配制御システムにおいて、前記
需要家における需要量を予測して前記計画配水流量を算
出する需要予測部、前記需要予測部で得られた計画配水
流量に基づいて取水から配水池への貯水までの各流量を
算出する流量算出部、前記流量算出部で算出された各流
量について消費動力を割り出す消費動力換算部、前記消
費動力換算部で割り出された消費動力が予め設定してあ
る消費動力に関する制約条件を満足させるか否かを検定
する制約動力検定部、および前記制約動力検定部での検
定結果が否定的であった場合に、前記各流量の再算出に
ついて調整を加えるパラメータ再調整部を有しているこ
とを特徴としている。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。図１、図２に本発明による水配制御で用い
る制御システムの一構成例を示す。この図１、図２は本
来１つの図であるが、図面サイズの制限のため分図化し
たものである。そして７７Ａ、７４Ａがそのつなぎのフ
ローを示す。この水配制御システムは、図５〜図７に基
づいて上で説明した浄水施設における水配制御に用いる
ことを前提にしており、例えば制御室のような場所に設
置される計算機５１とでディスプレイ装置５２、現場の
近くに設置されるコントローラ５３、それに現場に設置
される現場設備５４を備えている。

【００１７】計算機５１には、ディスプレイ装置５２を
介して各種設定がなされ、また現場設備５４に設置して
ある計測機器類（配水流量計、洗浄排水流量計、取水流
量計、配水池水位計、排水池水位計）から得られる実測
値が入力され、これらにより各種データが格納される。
その格納データ項目としては、消費電力に関する制約電
力設定５５、配水池から需要家への配水流量の許容変動
幅に関する配水流量設定５６（配水流量に関しては、そ
の実測値ａも取り込まれる）、配水池における水位の運
用制限（上限水位と下限水位）に関する配水池条件設定
５７、配水池に設置の水位計で計測した水位実測値ｄと
して与えられる配水池の水位実測値５８、洗浄排水の洗
浄排水池への流入量に関する洗浄排水流入量条件設定５
９、洗浄排水池における水位の運用制限に関する洗浄排
水池条件設定６０、洗浄排水池に設置の水位計で計測し
た水位実測値ｅとして与えられる洗浄排水池の水位実測
値６１、水源から取水した未浄化水がろ過池まで流下す
る時間（Δｔ）に関する流下時間設定６２、および取水
権に基づいた取水条件に関する取水条件設定６３であ
る。

【００１８】ここで制約電力の設定つまり消費電力に関
する制約の設定は、過去のデータなどから通常的な消費
電力を求め、これを基にして消費電力の上限を定めるこ
となどで行なうのが通常である。

【００１９】計算機５１は、上記の各種データを用いる
などして各種の処理を行なう。まず1日の水需要量を予
測する水需要予測処理６５を行ない、水需要予測量デー
タつまり１日の計画配水流量データを算出する。またこ
の水需要予測量データ、上記の配水流量許容変動幅デー
タ（配水流量設定５６）、配水池条件データ（配水池条
件設定５７）、配水流量実測値ａおよび配水池水位実測
値ｄを用いて、１日分のろ過流量の計画値を求めるろ過
流量算出処理６６を行ない、その結果をろ過流量設定デ
ータとして格納する。このろ過流量算出処理には、上述
のＱＲＳ法を用い、変動を抑えた安定的なろ過流量を求
める。なおこのろ過流量算出処理に伴って、ろ過流量に
応じた配水池の水位を算出する配水池水位算出処理６７
も行なう。

【００２０】また格納したろ過流量設定データを基に、
１日分の取水流量の計画値を算出する取水流量算出処理
６８を行ない、その結果を取水流量設定データとして格
納する。この取水流量算出処理には、上記の取水条件デ
ータ（取水条件設定６２）と流下時間データ（流下時間
設定６２）を用い、さらに取水権による取水流量制限と
の関係から、それまでの取水流量に関する実績値を取水
管路に設置の取水流量計で計量し、この取水流量実測値
ｃも用いる。

【００２１】また洗浄排水流入量条件データ（洗浄排水
流入量条件設定５９）、洗浄排水池条件データ（洗浄排
水池条件設定６０）、水位実測値ｅおよび洗浄排水流量
の実測値ｂを用いて洗浄排水流量処理６９を行なって洗
浄排水流量の１日分の計画値を算出し、その結果を洗浄
排水流量設定データとして格納する。この洗浄排水流量
処理にもＱＲＳ法を用い、変動を抑えた安定的な洗浄排
水流量を求める。なおこの洗浄排水流量処理に伴って、
洗浄排水流量に応じた洗浄排水池の水位を算出する洗浄
排水池水位算出処理７０も行なう。

【００２２】以上のようにして各流量に関する設定デー
タが得られたら、これらの流量設定データに基づいて、
それぞれの流量に対するポンプの消費電力を割り出す処
理を消費電力換算部７１で行なう。それから、割り出し
た消費電力が制約電力設定５５で設定されている制約電
力を満たしているか否かを検定する制約電力検定処理７
２を行なう。その結果が肯定的であれば、各流量設定デ
ータ（配水流量、取水流量、洗浄排水流量）を通信装置
７４からコントローラ５３に送信する。一方、否定的で
あれば、パラメータ再調整部７３で適宜にまたは予め定
めてある基準にしたがって調整を加え、この調整を加味
した各流量データの再算出処理を行ない、これにより再
算出され各流量データに対し同様の処理を制約電力検定
処理７２で肯定的になるまで繰り返す。

【００２３】コントローラ５３には設定値データ部７５
があり、ここに計算機５１から送られて来る各流量デー
タが格納される。そしてコントローラ５３は、この格納
してあるデータに基づいてポンプ運転／停止台数制御７
６としてポンプの制御を行なう。より具体的には、配水
流量データ、洗浄排水流量データおよび導水流量（洗浄
排水流量と取水流量の合計流量として求められる）デー
タから現在時刻における流量値を取り出し、この流量値
に対する配水ポンプ、洗浄排水ポンプ、導水ポンプそれ
ぞれの運転台数を算出し、その結果に基づいて各ポンプ
を制御する。なおコントローラ５３は、実測値データ部
７７を有しており、配水流量実測値ａ、洗浄排水流量実
測値ｂ、取水流量実測値ｃ、配水池水位実測値ｄ、排水
池水位実測値ｅを取り込み、これを計算機５１に送って
いる。これらの実測値は、上記のようにして各流量の算
出などに用いられる他に、計画値に対する実際の稼動状
況を定期的に検証するのにも用いられる。

【００２４】図３には、以上のような計算機５１におけ
る処理の構成をブロック図の形態で表現してある。この
表現にしたがって要約すると、上記処理は、需要予測部
８１で1日の水需要量（配水流量）を予測する水需要予
測処理を行なうステップと、これに基づいてＱＲＳ部
（流量算出部）８２で各流量を算出するステップと、こ
の各流量について消費電力換算部（消費動力換算部）８
３で消費電力を割り出すステップと、消費電力に関して
制約を設定するステップと、割り出した消費電力がこの
制約電力を満足させているか否かについての検定を制約
電力検定部８４で行なうステップと、その結果が否定的
であればパラメータ再調整部８５で調整処理を加え、こ
の調整を加味した各流量データの再算出処理を行なうス
テップとを含んでいるものである。

【００２５】ここで、消費電力換算部における消費電力
の割り出しには流量と消費電力の関係についてのデータ
が必要となる。そこでそのためのデータを予め整えてお
くことになる。図４はそのようなデータを与える流量と
消費電力の関係の一例を示している。

【００２６】以上の実施形態ではポンプとして電動ポン
プが用いることを前提としていたが、本発明は必ずしも
これに限られるものでない。例えば内燃機関などを駆動
源とするポンプが用いられる場合についても本発明を適
用することは可能である。したがって一般化すると、
「制約電力」は「制約動力」、「消費電力」は「消費動
力」、そして「制約電力」は「制約動力」となる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、消費動
力に関する制約を予め設定し、この制約条件に対する検
定を行ないつつ各流量の設定を行なうようにしているの
で、変動が少なく安定した流量での水配とともに、消費
動力を節減して施設運用における経済性を高めることが
でき、しかも浄水施設の構成にとらわれない汎用性の高
い水配制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態による水配制御システムの一部構成
図である。

【図２】図１と併せての一実施形態による水配制御シス
テムの残りの構成図である。

【図３】図１の水配制御システムにおける計算機のブロ
ック図である。

【図４】流量と消費電力の関係についての一例を示すグ
ラフ図である。

【図５】従来の浄水場の構成を示す模式図である。

【図６】水配計画の考察に用いられるモデル構成図であ
る。

【図７】配水から取水までの計画値データフロー図であ
る。

【符号の説明】

１ 取水源 ９ 配水池 ８１ 需要予測部 ８２ 流量算出部 ８３ 消費動力換算部 ８４ 制約動力検定部 ８５ パラメータ再調整部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 取水源からの取水、取水した未浄化水の
   浄水設備への導入、浄水設備での浄化処理、浄化処理で
   得られた浄化水の配水池への貯水、配水池から需要家へ
   の配水などの一連の水配処理をなすについて、需要量に
   基づいて配水流量が計画されるとともに、前記配水池の
   水位を所定の上限水位と下限水位の間に保つために、取
   水から配水池への貯水までの各流量の制御が前記計画配
   水流量に基づいてなされる浄水施設の水配制御方法にお
   いて、 前記取水から配水池への貯水までの各流量について消費
   動力に関する制約条件を設定するステップＡと、前記計
   画配水流量に基づいて取水から配水池への貯水までの水
   配における各流量を算出するステップＢと、この算出さ
   れた各流量について消費動力が前記消費動力制約条件を
   満足するか否かを検定するステップＣと、この検定で消
   費動力が消費動力制約条件を満足しないとされた場合
   に、前記ステップＢとステップＣを繰り返すステップＤ
   を含むことを特徴とする水配制御方法。
2. 【請求項２】 取水源からの取水、取水した未浄化水の
   浄水設備への導入、浄水設備での浄化処理、浄化処理で
   得られた浄化水の配水池への貯水、配水池から需要家へ
   の配水などの一連の水配処理をなすについて、需要量に
   基づいて配水流量が計画されるとともに、前記配水池の
   水位を所定の上限水位と下限水位の間に保つために、取
   水から配水池への貯水までの各流量の制御が前記計画配
   水流量に基づいてなされる浄水施設の水配制御に用いら
   れる水配制御システムにおいて、 前記需要家における需要量を予測して前記計画配水流量
   を算出する需要予測部、前記需要予測部で得られた計画
   配水流量に基づいて取水から配水池への貯水までの各流
   量を算出する流量算出部、前記流量算出部で算出された
   各流量について消費動力を割り出す消費動力換算部、前
   記消費動力換算部で割り出された消費動力が予め設定し
   てある消費動力に関する制約条件を満足させるか否かを
   検定する制約動力検定部、および前記制約動力検定部で
   の検定結果が否定的であった場合に、前記各流量の再算
   出について調整を加えるパラメータ再調整部を有してい
   ることを特徴とする水配制御システム。