JP2003254245A

JP2003254245A - 給配水システム

Info

Publication number: JP2003254245A
Application number: JP2002052789A
Authority: JP
Inventors: Keizo Watanabe; 敬藏渡辺
Original assignee: WATANABE CONSULTANTS KK
Current assignee: WATANABE CONSULTANTS KK
Priority date: 2002-02-28
Filing date: 2002-02-28
Publication date: 2003-09-10

Abstract

(57)【要約】【課題】大規模なファームポンドを用いず、給水量や
配水量を計測するための電磁流量計も不用とし、尚か
つ、エネルギーロスの少ない効率的な運用を期せる給配
水システムを提供する。【解決手段】貯水槽水位検出手段８がＬレベルを検出
している時に、給配水制御手段６が、配水管２からの配
水を止めると共に第１給水ポンプＰ₁もしくは第２給水
ポンプＰ₂を駆動させて、貯水槽１の水位をＨレベルま
で上昇させ、それに要した時間ｔと当該時間ｔにおける
貯水槽１の貯水変化量ΔＱとに基づいて、第１給水ポン
プＰ₁もしくは第２給水ポンプＰ₂の単位時間当りの吐出
量Ｑｉを求めておき、第１，第２給水ポンプＰ₁，Ｐ₂の
駆動時間に基づいて貯水槽１への給水量Ｑinを求め、時
間ｔで配水管２から導出された総配水量Ｑoutとのマス
バランスに基づいて、配水管２から単位時間当りに配水
される配水量Ｑｅを求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、河川等の水源よ
り組み上げた水を必要に応じて灌漑用水等として配水す
る給配水システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】大規模な貯水槽であるファームポンドへ
の水供給とファームポンドからの配水を適宜に制御する
ことで、ファームポンドに貯めた水を農業用灌漑用水と
して配水するできる給配水システムが従来より用いられ
ている。

【０００３】例えば、図９に示す従来の給配水システム
では、第１給水ポンプＰ₁と第２給水ポンプＰ₂とを使
い、河川等の水源より水を汲み上げてファームポンド１
０１へ貯め、このファームポンド１０１より配水管１０
２を経て灌漑を必要とする地域に水を分配するものとな
っており、水源からファームポンド１０１への給水量
は、給水管１０３の適所に設けた電磁流量計ＦＩＱＲ１
等によって計測され、配水管１０２からの配水量も同様
に電磁流量計ＦＩＱＲ２等によって計測されている。ま
た、余分な水はオーバーフロー管１０４から捨てられ
る。

【０００４】また、給配水を統括的に制御する制御盤１
０５は、電磁流量計ＦＩＱＲ１の流量情報や水源の水位
を検出するレベルスイッチＬＳの検出情報を受けて、第
１，第２給水ポンプＰ₁，Ｐ₂の稼働・停止を制御すると
共に、専用線や無線で現場盤１０６とデータ通信し、電
磁流量計ＦＩＱＲ２の流量情報を現場盤１０６より受信
したり、電磁弁１０７の開閉を現場盤１０６へ指示した
りする。

【０００５】上述したような給配水システムで用いるフ
ァームポンドなどの水槽の具体的構造例を図１０および
図１１に示す。図１０の水槽構造はＲＣ（鉄筋コンクリ
ート）製の矩形状で、全長約５０ｍ，全幅約２８ｍ，深
さ約３ｍと非常に大規模なものである。図１１の水槽構
造はＰＣ（プレハブコンクリート）製の円筒状で、直径
約３０ｍ，深さ約４．５ｍである。

【０００６】このように、従来の給配水システムでは、
大規模はファームポンドを使うことから、給水側も配水
側の流量計も流入側の流量計も大容量に対応したものが
必要となり、例えば、流入側の電磁流量計はφ４５０、
配水側の電磁流量計はφ５００のものを用いている。こ
のため、大規模はファームポンドを使う給配水システム
では、大変大きな電磁流量計を設置する必要があり、高
額の設備費となってしまう。また、ファームポンド自体
も非常に大きいことから、その土木建設費も大変大きな
ものである。

【０００７】次に、ファームポンドのような大規模な水
槽をを用いずに、比較的小規模な貯水槽、いわゆる吐出
水槽を用いた給配水システムについての従来技術を図１
２に基づき説明する。

【０００８】第１給水ポンプＰ₁と第２給水ポンプＰ₂と
を使い、河川等の水源より水を汲み上げて吐出水槽１１
１へ貯め、この吐出水槽１０１より第１配水管１１２
ａ、第２配水管１１２ｂを経て灌漑を必要とする地域に
水を分配するものとなっており、水源から吐出水槽１１
１への給水量は、給水管１１３の適所に設けた電磁流量
計ＦＩＱＲ１等によって計測される。なお、第１，第２
配水管１１２ａ，１１２ｂからの配水量は、管径（例え
ば、３００φ）によってほぼ一定量Ｑｅ₁、Ｑｅ₂に固定
されており、余分な水はオーバーフロー管１１４から捨
てられる。

【０００９】また、給配水を統括的に制御する制御盤１
１５は、電磁流量計ＦＩＱＲ１の流量情報や水源の水位
を検出するレベルスイッチＬＳの検出情報を受けて、第
１，第２給水ポンプＰ₁，Ｐ₂の稼働・停止を制御する。
なお、図１２に示す給配水システムでは、レベルスイッ
チＬＳは、ポンプの空引き防止のためにのみ用いるもの
で、水源の水位がレベルＬ以上であれば第１，第２給水
ポンプＰ₁，Ｐ₂は継続的に稼働し、水源の水位がレベル
Ｌを下回った時のみ制御盤１１５が第１，第２給水ポン
プＰ₁，Ｐ₂を停止させる。一方、配水量Ｑｅ₁，Ｑｅ₂に
ついては、吐出水槽１１１で一義的に時間あたりの水
量、例えば、４〔ｍ³／分〕と３〔ｍ³／分〕と決められ
たら、その量が使った分だけ第１，第２配水管１１２
ａ，１１２ｂから流れて、Ｑｅ₁とＱｅ₂の使用量だけ貯
水残量が減り、例えば、配水量Ｑｅ₁，Ｑｅ₂が２．５
〔ｍ³／分〕と１．５〔ｍ³／分〕に下がると、その余分
水量Ｑｅ′として３〔ｍ³／分〕が捨てられる。

【００１０】このように、常時ポンプを稼働させて水を
吐出水槽へ供給し、余水は捨て、配水が足りない場合は
ポンプの稼働数を増やす構成とすれば、大規模なファー
ムポンドを用いることなく、比較的容量の小なる吐出水
槽で給配水を賄うことができるのである。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１２
に示すような給配水システムにおいても、汲み上げた水
量を電磁流量計ＦＩＱＲ１により計測するものとなって
いるため、高価な電磁流量計を設ける必要があり、施工
費を押し上げる要因となっていた。

【００１２】しかも、灌漑用水は一年中一定量が必要と
される訳ではなく、給配水システムの実質的な稼働期間
は非常に短い。具体的に説明すると、通常の灌漑期間は
年間のうちの約１／３（約１２０日間）程度であり、更
にその約１／１０（約１５日間）が代掻き期間で、多く
の水が使われるが、残りの期間（約１０５日程度）は代
掻き時のせいぜい約２／３の水量しか使わない（図１３
参照）。

【００１３】更に、灌漑期間の１日あたりの使用状況を
図１４および図１５に示す。図１４は代掻き時の時刻と
灌漑水量Ｑｅとの関係を、図１５は普通期の時刻と灌漑
水量Ｑｅとの関係を、それぞれ模式的に示している。代
掻き時における第１，第２給水ポンプＰ₁，Ｐ₂の稼働状
況を図１６に、普通期における第１，第２給水ポンプＰ
₁，Ｐ₂の稼働状況を図１７に、夫々示す。第１，第２給
水ポンプＰ₁，Ｐ₂は共に連続運転となっている。

【００１４】図１４，図１５において、ハッチング部分
は余水量を示すもので、流入を制限された量（図９の給
配水システムによる場合）、又は一旦汲み上げたものが
オーバーフローにより捨てられた量（図１２の給配水シ
ステムによる場合）に相当する。この部分は明らかに電
力エネルギーのロスであり、しかも水の無駄遣いとなっ
ている。

【００１５】ここで、無駄に使った電力をエネルギーと
して概算してみる。なお、下記の計算では、代掻き期の
ロス割合を２０％、普通期のロス割合を４０％、割引き
された農業用電力代を６〔円／ｋｗｈ〕とした。

【００１６】

【数１】

【００１７】このように、代掻き期と普通期とを合わせ
た年間では、９６７６８０円（約１００万円）ものロス
となる。なお、一般の工業用などの電力代は１０〔円／
ｋｗｈ〕程度（基本料は除く）が普通であり、農業用の
電力としての割引が適用されない場合、そのロスは一層
大きなものとなる。

【００１８】そこで、本発明は、大規模なファームポン
ドを用いず、給水量や配水量を計測するための電磁流量
計も不用とし、尚かつ、エネルギーロスの少ない効率的
な運用を期せる給配水システムの提供を目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に係る発明は、水源から水を汲み上げて吐
出する給水ポンプと、上記給水ポンプによる汲み上げが
可能な水源の下限水位を検出可能な水源水位検出手段
と、上記給水ポンプが吐出した水を貯留する貯水槽と、
上記貯水槽の水位を２箇所以上で検出可能な貯水槽水位
検出手段と、上記貯水槽内の水を導出して要所へ供給す
る配水管と、上記給水ポンプの稼働・停止および配水管
流路の開・閉を制御して、水源から貯水槽への給水と貯
水槽から要所への配水を制御する給配水制御手段と、か
らなる給配水システムであって、上記給配水制御手段
は、配水管流路を閉じて給水ポンプを任意の時間ｔだけ
稼働させ、当該時間ｔにおける貯水槽の水位上昇に伴う
貯水変化量ΔＱを取得し、給水ポンプの単位時間当りの
吐出量Ｑｉを求めるようにしたことを特徴とする。

【００２０】また、請求項２に係る発明は、上記請求項
１に記載の給配水システムにおいて、上記水源水位検出
手段は、水源の下限水位の他に１箇所以上で水位を検出
可能とし、上記給配水制御手段は、水源水位検出手段に
より水源の水位ＷＬが検出された状態において、配水管
流路を閉じて給水ポンプを任意の時間ｔだけ稼働させ、
当該時間ｔにおける貯水槽の水位上昇に伴う貯水変化量
ΔＱを取得し、水源の水位ＷＬに基づく貯水槽までの全
揚程に対応する給水ポンプの単位時間当りの吐出量Ｑｉ
を求めるようにしたことを特徴とする。

【００２１】また、請求項３に係る発明は、上記請求項
１又は請求項２に記載の給配水システムにおいて、上記
給配水制御手段は、任意の時間ｔが経過する間に給水ポ
ンプが稼働して貯水槽へ吐出した総吐出量Ｑin（Ｑｉ×
ｔ）と、時間ｔにおける貯水槽の貯水変化量ΔＱと、時
間ｔにおける配水管から導出された総配水量Ｑout （Ｑ
ｅ×ｔ）とのマスバランスに基づいて、配水管から単位
時間当りに配水される配水量Ｑｅを求めるようにしたこ
とを特徴とする。

【００２２】

【発明の実施の形態】次に、本発明に係る給排水システ
ムを灌漑用水の配水に適用した場合の実施形態を添付図
面に基づき、詳細に説明する。

【００２３】図１に示す給配水システムは、第１給水ポ
ンプＰ₁と第２給水ポンプＰ₂とを使い、河川等の水源よ
り水を汲み上げて貯水槽１へ貯め、この貯水槽１より配
水管２を経て灌漑を必要とする地域（要所）に水を分配
するもので、水源から貯水槽１へは給水管３（例えば、
管径４５０φ）を介して汲み上げられる。また、貯水槽
１に汲み上げられた余分な水（例えば、貯水槽１内の水
位がＨレベルを超える水量）はオーバーフロー管４から
排水溝５へ捨てられる。

【００２４】また、給配水を統括的に制御する給配水制
御手段６は、例えば、水源の水位を２箇所以上で検出可
能な水源水位検出手段７や第１，第２給水ポンプＰ₁，
Ｐ₂の近傍に設けた制御盤６ａと、貯水槽１の水位を２
箇所以上で検出可能な貯水槽水位検出手段８や配水管２
を開閉する電動弁９の近傍に設けた現場盤６ｂとからな
るものとし、制御盤６ａと現場盤６ｂとは、例えば、一
般公衆回線や構内専用通信回線（有線もしくは無線）等
を使って互いにデータの授受を行えるようにしてある。
なお、給配水制御手段６は、２箇所に分散配置するもの
に限らず、１箇所に纏めても良いし、３箇所以上に分散
しても良い。少なくとも、水源水位検出手段７および貯
水槽水位検出手段８からの検出情報を取得できると共
に、第１，第２給水ポンプＰ₁，Ｐ₂や電動弁９に対する
稼働・停止の制御を行えれば十分である。

【００２５】上記貯水槽水位検出手段８は、予め定めた
下限水位（Ｌレベル）と上限水位（Ｈレベル）の２箇所
で水位を検出するレベルスイッチを用いることができる
が、より細かい水位検出を行えるものを用いるようにし
ても良い。また、貯水槽の内形状は特に限定されるもの
ではないが、少なくとも、貯水槽水位検出手段８によっ
て検出された水位とその時の貯水容量との関係が既知で
ある事を要する。

【００２６】上記水源水位検出手段７も、予め定めた下
限水位（全揚程７８ｍ）と上限水位（全揚程７６ｍ）の
２箇所で水位を検出するレベルスイッチを用いることが
できるが、より細かい水位検出を行えるようにして、全
揚程（後に詳述）の微妙な変化に追随できるようにする
ことが望ましい。特に、河川を水源とする場合は、降雨
による大きな水位変化が生ずるので、全揚程の変化に伴
って変わってゆく第１，第２給水ポンプＰ₁，Ｐ₂の吐出
量の誤差要因を抑えるためにも、細かい水位検出が可能
な水位センサを水源水位検出手段７として用いることが
望ましい。

【００２７】次に、上記のような流入側の流量計も配水
側の流量計も設けない構成の給排水システムにおいて、
汲み上げ水量および配水量を給排水制御手段６で求める
ことが可能な原理を詳述する。なお、貯水槽の内形状が
複雑な場合は、貯水槽の容量Ｖ〔ｍ³〕や変化量ΔＶ
〔ｍ³〕が、貯水槽の水位Ｈ〔ｍ〕や変化量ΔＨ〔ｍ〕
から一意に求まるような対応関係が既知でなければなら
ないが、以下の説明では、標準的な給配水システムに用
いられる貯水槽を想定し、水位によって槽内の断面積が
変化しない内形状の貯水槽を備えるものとした。

【００２８】貯水槽の内形状が直方体や円柱状のように
鉛直方向（水位の変化方向）に対して断面積が等しい場
合は、貯水槽の容量Ｖ〔ｍ³〕と、貯水槽の水位Ｈ
〔ｍ〕と、貯水槽の水面積Ａ〔ｍ²〕との間には、式
が成立する。

【００２９】

【数２】

【００３０】ある任意の時間ｔ〔分〕が経過する間に貯
水槽の貯水量が変化した時、その変化量ΔＶ〔ｍ³〕
と、水位の変化量ΔＨ〔ｍ〕と、貯水槽の水面積Ａ〔ｍ
²〕との間には、式が成立する。

【００３１】

【数３】

【００３２】ここで、貯水槽への流入と流出とでマスバ
ランスが保持されるという大前提から、時間ｔ〔分〕に
おける貯水槽への総吐出量Ｑin〔ｍ³〕と、時間ｔ
〔分〕における貯水槽からの総配水量Ｑout〔ｍ³〕との
差が、貯水槽の変化量ΔＶ〔ｍ³〕と等しくなり、給水
ポンプの単位時間あたりの吐出量をＱｉ〔ｍ³／分〕、
貯水槽から配水管への単位時間あたりの配水量をＱｅ
〔ｍ³／分〕とすると、式が成立する。

【００３３】

【数４】

【００３４】なお、ΔＶ〔ｍ³〕がプラスの場合（水位
の変化量ΔＨ〔ｍ〕がプラスの場合）は、流入量が配水
量を上回って貯水量が増加したことを意味し、ΔＶ〔ｍ
³〕がマイナスの場合（水位の変化量ΔＨ〔ｍ〕がマイ
ナスの場合）は、配水量が流入量を上回って貯水量が減
少したことを意味する。

【００３５】上記式から明らかなように、着目する時
間ｔが特定されれば、貯水槽の変化量ΔＶ〔ｍ³〕、給
水ポンプの吐出量Ｑｉ〔ｍ³／分〕、配水管への配水量
Ｑｅ〔ｍ³／分〕の何れか２つが特定されれば、残りの
一つも演算により求めることができる。そして、貯水槽
の変化量ΔＶ〔ｍ³〕は、貯水槽の水面積Ａが既知なら
水位の変化量ΔＨ〔ｍ〕を検出するだけで求めることが
できる。また、給水ポンプの吐出量Ｑｉ〔ｍ³／分〕
も、同じポンプを同じ状況で使っていれば、概ね一定値
として取り扱うことができる。すなわち、着目する時間
ｔと、その間の水位変化量ΔＨ〔ｍ〕と、給水ポンプの
吐出量Ｑｉ〔ｍ³／分〕とが求まれば、灌漑用水の使用
状況により変化する配水量Ｑｅ〔ｍ³／分〕を求めるこ
とができるのである。

【００３６】しかしながら、給水ポンプの吐出量Ｑｉ
〔ｍ³／分〕は、駆動源たるモータ性能で一意に決まる
ものではなく、全揚程（水源から貯水槽へ揚送する際の
高低差を含む距離）や弁の開度等により変わるものであ
り、仮に弁の開度を一定に保持していたとしても、河川
等の水源の水位が変化すると、全揚程も変化して吐出量
Ｑｉも変化してしまう。よって、その水位変化が吐出量
Ｑｉに対して無視し得ない大きな誤差を生じさせる懸念
もある。また、ポンプ自体の経年劣化により吐出量Ｑｉ
が変化することも考慮しておく必要がある。そこで、水
源の水位変化やポンプの劣化等に随時対応できるよう
に、適切なポンプの吐出量Ｑｉを求める方法を、以下に
詳述する。

【００３７】図２は、電動弁９を閉じて配水量Ｑｅ＝０
とした時の第１，第２給水ポンプＰ ₁，Ｐ₂の稼働時間と
貯水槽の水位の変化を示したものである。なお、第１給
水ポンプＰ₁と第２給水ポンプＰ₂は同一性能のものを用
い、全揚程は７６〔ｍ〕とした。

【００３８】本図より分かるように、４分後に貯水槽の
水位変化は１．０〔ｍ〕に、８分後に貯水槽の水位変化
は２．０〔ｍ〕になった。この貯水槽の水面積Ａを３０
〔ｍ ²〕とすると、４分後の変化容量ΔＶは３０
〔ｍ³〕、８分後の変化容量ΔＶは６０〔ｍ³〕であり、
上記式においてＱｅ＝０として整理すると、Ｑｉ〔ｍ
³／分〕＝ΔＶ〔ｍ³〕／ｔ〔分〕であるから、Ｑｉ＝３
０／４もしくはＱｉ＝６０／８より、Ｑｉ＝７．５〔ｍ
³／分〕が求まる。

【００３９】河川などの場合、河川水位は季節、降雨状
況などで変わる。そこで、次に水位が多少低くなった場
合（全揚程が７８〔ｍ〕）におけるポンプ稼働時間と貯
水量の変化を、同じく図２に波線で示す。ここでは、
４．０５分後の水位が１．０〔ｍ〕、８．１分後の水位
が２．０〔ｍ〕である。換言すれば、貯水槽の貯水容量
が３０〔ｍ³〕となるのが４．０５分後、貯水容量が６
０〔ｍ³〕となるのが８．１分後である。したがって、
河川の水位が低くなった時における給水ポンプの吐出量
Ｑｉ′〔ｍ³／分〕は、Ｑｉ′＝３０／４．０５もしく
はＱｉ′＝６０／８．１より、７．４〔ｍ³／分〕と求
まる。

【００４０】このように、水位の変動はポンプの吐出量
Ｑに影響を与えるが、貯水槽の出口高さは一定なので、
河川等の水源水位の高低がそのまま全揚程への影響とな
る。よって、ポンプの吐出量Ｑは水源の水位に応じて一
意に定まるものと取り扱って差し支えない。この関係を
図３に、Ｑ−Ｈ特性として示す。本図の右側縦軸に水源
である河川の水位を併記してある。なお、河川水位は、
水底からの絶対水位ではなく、適宜な基準位置からの相
対水位で示してある。

【００４１】上記図３の関係を、河川の水位ｈ〔ｍ〕と
ポンプの吐出量Ｑ〔ｍ³／分〕の関係として図４に示
す。河川の水位ｈが上昇すれば、全揚程Ｈが短くなるこ
とから、ポンプの吐出量Ｑが大きくなるのである。この
ように、Ｑ−ｈ特性が既知であれば、水源水位検出手段
７により水源の水位を取得することで、ポンプの吐出量
Ｑを特定することができ、ポンプの稼働時間が分かれ
ば、貯水槽へ汲み上げた水量を求めることができる。

【００４２】なお、ポンプや配管等の経時変化に起因し
てポンプの吐出量が減少する現象が起こり得るが、この
ような変化は緩やかに現れるので、この経時変化が過大
な誤差要因となるよりも短い周期間隔で水位ｈと吐出量
Ｑとの関連特性を更新することが望ましい。

【００４３】また、河川や池の水位は、降雨による増水
でも生じない限り、唐突に水位変動が起きる可能性は考
慮しないで良いことから、河川や池を水源とする場合、
その水位ｈ〔ｍ〕が不知（すなわち、全揚程Ｈが不知）
であっても、上述のような方法で求めたポンプの吐出量
Ｑを使って貯水槽への給水量を取得することができる。

【００４４】例えば、上述した例においては、全揚程が
７６〔ｍ〕の時における給水ポンプの吐出量Ｑｉ＝７．
５〔ｍ³／分〕で、全揚程が７８〔ｍ〕の時における給
水ポンプの吐出量Ｑｉ＝７．４〔ｍ³／分〕であり、そ
の差は０．１〔ｍ³／分〕であるから、全揚程Ｈ＝７６
〔ｍ〕として貯水槽への給水量を求めている間に、水位
が低くなって全揚程Ｈ＝７８〔ｍ〕になったとしても、
その誤差は、０．１〔ｍ ³／分〕÷７．５〔ｍ³／分〕＝
１／７５＝０．０１３３…程度に過ぎず、電磁流量計に
よる計測で生ずる誤差と比べても、十分実用的な値の給
水量を取得できるのである。

【００４５】従って、給水ポンプの空引き防止のために
下限水位のみを検出できるような水源水位取得手段を設
けるようにしても、給水量の取得に大きな影響はないの
である。また、下限水位の他にも１箇所以上の水源水位
を検出できるような水源水位取得手段を用い、給水ポン
プの吐出量Ｑｉ〔ｍ³／分〕の誤差が大きな影響を及ぼ
す前に変化した水位を検出し、検出された水位変動に応
じて給配水制御手段が給水ポンプの吐出量Ｑｉ〔ｍ³／
分〕を計測し直すようにすれば、より正確な給水量を求
めることができる。無論、より細かく水源水位を検出可
能な水源水位検出手段を設け、水位変化に伴う全揚程の
変化に応じて吐出量Ｑｉ〔ｍ³／分〕を適切な値に校正
して給水量を演算するようにすれば、一層信頼性の高い
給水量を取得できるという利点がある。

【００４６】上記のようにして、水位ｈにおける給水ポ
ンプの吐出量Ｑｉが特定されれば、所定期間ｔ〔分〕の
間における給水ポンプの稼働時間に応じて、貯水槽へ汲
み上げた総吐出量Ｑin〔ｍ³〕を求めることができ、そ
の時間ｔにおける貯水槽の貯水変化量ΔＱ〔ｍ³〕と、
時間ｔにおける配水管から導出された総配水量Ｑout
〔ｍ³〕とのマスバランスに基づいて、配水管から単位
時間当りに配水される配水量Ｑｅ〔ｍ³／分〕を求める
ことができる。以下、Ｑｅの求め方につき詳述する。

【００４７】上記式を整理すると、下記の式′が得
られる。

【００４８】

【数５】

【００４９】なお、配水量Ｑｅは貯水槽から送り出され
る水量で、例えば配水管が複数に分岐されて配水先が各
々異なるような給排水システムでは、配水先毎の配水量
を一意に特定することができないものの、配水管の管経
などが同じであれば、各配水先へ均等に分配されたもの
と見なすことで、近似的な概算値を得ることができる。

【００５０】ここで、より具体的な事例に当てはめてＱ
ｅの算出を説明する。第１給水ポンプＰ₁は常時稼働す
るものとし、第２給水ポンプＰ₂は貯水槽の貯水量に応
じて稼働・停止が制御されるものとし、河川の水位ｈ＝
２．０〔ｍ〕（全揚程は７６〔ｍ〕）、第１，第２給水
ポンプＰ₁，Ｐ₂の吐出量Ｑｉは共に７．５〔ｍ³／分〕
で、配水管の電動弁９を開状態とする。この場合の貯水
槽の水位変動を図５に示す。なお、貯水槽の水面積Ａは
３０〔ｍ²〕で、水位変化量ｈ〔ｍ〕との積によって容
積変化量ΔＶ〔ｍ³〕が一意に定まるものとする。

【００５１】本図より、貯水槽の水位が２〔ｍ〕から０
〔ｍ〕に下がるのに要した時間は２４分で、この間は第
１給水ポンプＰ₁のみ稼働している。これを′式に当
てはめると、Ｑｅ＝７．５〔ｍ³／分〕−｛３０〔ｍ²〕
×（−２〔ｍ〕）÷２４〔分〕｝＝１０〔ｍ³／分〕が
求まる。

【００５２】続いて、貯水槽の水位が０〔ｍ〕から２
〔ｍ〕に上昇するまでに要した時間は１２分（３６分−
２４分）であり、この間は第１，第２給水ポンプＰ₁，
Ｐ₂が共に稼働している。これを′式に当てはめる
と、Ｑｅ＝７．５〔ｍ³／分〕×２〔台〕−（３０
〔ｍ²〕×２〔ｍ〕÷１２〔分〕）＝１０〔ｍ³／分〕が
求まる。

【００５３】図６に示した貯水槽の水位変動は、配水量
Ｑｅが途中で変化した場合を示すものである。水源から
貯水槽へ汲み上げられる水量は稼働ポンプの台数が同じ
である限り一定であるため、配水管からの配水量が一定
である間は、貯水槽内の水位は時間経過に比例して増減
する。よって、本図からは、１２分後（貯水槽の水位が
１メートルに減少した時）に配水量Ｑｅが変化している
と判断できる。また、この変化後に傾きが緩やかになっ
ていることから、配水量Ｑｅが減少したものと予測でき
る。

【００５４】まず、貯水槽の水位が２〔ｍ〕から１
〔ｍ〕に下がるのに要した時間は１２分であるから、こ
の間はＱｅ＝７．５〔ｍ³／分〕×１〔台〕−｛３０
〔ｍ²〕×（−１〔ｍ〕）÷１２〔分〕｝＝１０〔ｍ³／
分〕である。また、貯水槽の水位が１〔ｍ〕から０
〔ｍ〕に下がるのに要した時間は２４分（３６分−１２
分）であるから、Ｑｅ＝７．５〔ｍ³／分〕×１〔台〕
−｛３０〔ｍ²〕×（−１〔ｍ〕）÷２４〔分〕｝＝
８．７５〔ｍ³／分〕を得ることができる。このよう
に、給排水制御手段６は、電磁流量計を用いることなく
配水管からの配水量Ｑｅ〔ｍ³／分〕を的確に求めるこ
とができる。

【００５５】さらに、貯水槽の水位が０〔ｍ〕から２
〔ｍ〕に上昇するのに要した時間は９．６分（４５．６
分−３６分）であるが、貯水槽の水位が０〔ｍ〕（Ｌレ
ベル）に達したことで第１，第２給水ポンプＰ₁，Ｐ₂が
共に稼働するから、Ｑｅ＝７．５〔ｍ³／分〕×２
〔台〕−（３０〔ｍ²〕×２〔ｍ〕÷９．６〔分〕）＝
８．７５〔ｍ³／分〕を得ることができる。このよう
に、給配水制御手段６は、稼働させている給水ポンプの
台数も加味したＱｉ〔ｍ³／分〕を用いて演算すること
により、配水管からの配水量Ｑｅ〔ｍ³／分〕を的確に
求めることができる。

【００５６】なお、図７に示すのは、１０分後（貯水槽
の水位が１メートルに減少した時）に配水量Ｑｅが変化
して、その傾きがより急峻となった場合、すなわち、配
水量Ｑｅが増加したケースを示すものである。貯水槽の
水位が２〔ｍ〕から１〔ｍ〕に下がるのに要した時間は
１０分であるから、この間はＱｅ＝７．５〔ｍ³／分〕
×１〔台〕−｛３０〔ｍ²〕×（−１〔ｍ〕）÷１０
〔分〕｝＝１０．５〔ｍ³／分〕で、その後貯水槽の水
位が１〔ｍ〕から０〔ｍ〕に下がるのに要した時間は５
分（１５分−１０分）であるから、Ｑｅ＝７．５〔ｍ³
／分〕×１〔台〕−｛３０〔ｍ²〕×（−１〔ｍ〕）÷
５〔分〕｝＝１３．５〔ｍ³／分〕を得ることができ、
貯水槽からの配水量Ｑｅが増加したことを確認できる。

【００５７】以上説明したように、本実施形態に係る給
配水システムにおいては、水源から貯水槽へ水を汲み上
げる給水ポンプの単位時間当りの吐出量Ｑｉを、高価な
流量計を用いることなく的確に求めることができる。ま
た、流量計を用いずに求めた給水ポンプの吐出量Ｑｉを
使って、配水管から単位時間当りに配水される配水量Ｑ
ｅも的確に求めることができる。従って、１台が６００
万〜８００万円もする電磁流量計を使わずに、１台が２
０万円程度の水位計を水源水位検出手段や貯水槽水位検
出手段として用いれば給配水システムを構築できるの
で、施工費のコスト低減に大きく寄与できる。

【００５８】また、給水ポンプの吐出量Ｑｉと配水管か
らの配水量Ｑｅが簡単に分かるので、給水ポンプに対す
る稼働・停止の制御を給配水制御手段が効率よく行うこ
とができ、大規模なファームポンド（例えば、容積４３
６０〔ｍ³〕で３億円程度）を用意する必要が無く、小
規模な貯水槽（例えば、容積１２０〔ｍ³〕で８４０万
円程度）で十分な灌漑用水を賄うことができる。

【００５９】このように、小規模な貯水槽で給配水シス
テムを構築できるのは、施工費の低減だけでなく、安全
確保や清掃などのメンテナンス面でも大きなメリットと
なる。大規模なファームポンドは天蓋を設けることがで
きないため、水槽への転落防止のために柵などを設ける
必要がある上に、陽光による藻類発生や虫類の発生で水
質悪化が問題となり、定期的に水槽の清掃が必要となる
が、大きな水槽の清掃には多大な労働力が必要となり、
維持管理費用を押し上げてしまう。

【００６０】これに対して、小規模な貯水槽を用いて実
現できる本発明の給配水システムでは、天蓋付きの貯水
槽を用いることができ、転落事故の防止および藻類発生
の抑制を容易に実現できるし、清掃作業なども低廉に行
うことができる。しかも、本発明の給配水システムで
は、給水ポンプの吐出量Ｑｉと配水管からの配水量Ｑｅ
とに応じて、貯水槽への給水を効率よく制御できるの
で、貯水槽へ汲み上げた水の滞留時間が極めて短くな
り、この点からも、藻類や虫類の発生による水質悪化防
止に好適である。無論、必要以上の水量を汲み上げてオ
ーバーフロー分を余水として捨てる従来方式の給配水シ
ステムに比べて、無駄なエネルギー消費を抑止できると
いう効果もある。

【００６１】なお、上述した実施形態に係る給配水シス
テムでは、配水管からの配水量Ｑｅが第１給水ポンプＰ
₁の吐出量Ｑｉよりも大きい場合を示したので、配水管
からの配水が行われている間は、第１ポンプＰ₁を常時
稼働させていても問題なかったが、例えば、第１給水ポ
ンプＰ₁の吐出量Ｑｉが配水管からの配水量Ｑｅよりも
大きい場合には、配水管からの配水が行われていても、
それを上回る水が給水ポンプから貯水槽へ供給されてい
るため、貯水槽の水位が上昇し続けることとなる。

【００６２】このようなケースでは、貯水槽の水位が上
限（Ｈレベル）に達した時点で第１ポンプＰ₁を停止さ
せ、貯水槽の水位が下限（Ｌレベル）に達した時点で、
再び給水ポンプの稼働を開始すればよい。但し、その後
の経過時間と貯水槽水位変動に基づいて配水量Ｑｅを求
めておき、１台の給水ポンプの吐出量よりも配水量Ｑｅ
の方が大きかった場合には、２台の給水ポンプを同時に
稼働させる。このような判断制御は、給配水制御手段の
プログラムに予め組み込んでおくことで容易に実現でき
る。

【００６３】さらに、上述した給配水システムの実施形
態では、貯水槽の上限水位検出と下限水位検出を給水ポ
ンプの稼働・停止のトリガとして用いるものとしたが、
これに限らず、例えば、貯水槽の水位がほぼ一定に保た
れるように給水ポンプの稼働・停止を制御するなど、適
宜な制御手法を採用して構わない。これは、給配水シス
テムを実現する上でのノウハウに属する事項に過ぎない
からである。しかし、上記実施形態のように、貯水槽内
の水量が上限水位と下限水位との間を常時変動するよう
に水源からの吸水量を制御しておけば、水源から汲み上
げられた水が短期間で配水されることとなるので、貯水
槽内での滞留期間内に水質が悪化することを効果的に抑
制できると言う利点がある。

【００６４】また、上記実施形態では、水源から直接的
に給水ポンプで水を汲み上げるものとしたが、例えば、
図８に示す第２実施形態の如く、水源の水をポンプピッ
ト１０へ引き込み、このポンプピット１０に設置した第
１，第２給水ポンプＰ₁，Ｐ₂から貯水槽１へ水を汲み上
げるようにしても良い。このように、ポンプピット１０
にレベルスイッチ（水源水位検出手段７）や第１，第２
給水ポンプＰ₁，Ｐ₂を設けるものとすれば、保守・管理
を容易に行えるという利点がある。なお、図８に示す第
２実施形態の給配水システムでは、上記第１実施形態の
給配水システムと同様の構成に同一符号を付して説明を
省略した。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る給
配水システムにおいては、水源から貯水槽へ水を汲み上
げる給水ポンプの単位時間当りの吐出量Ｑｉを、高価な
流量計を用いることなく、給配水制御手段によって的確
に求めることができるので、施工費のコスト低減に大き
く寄与できる。

【００６６】また、請求項２に係る給配水システムにお
いては、水源の下限水位の他に１箇所以上で水位を検出
可能な水源水位検出手段を備えることで、水源水位検出
手段により検出された水源の水位ＷＬに基づく貯水槽ま
での全揚程に対応する給水ポンプの単位時間当りの吐出
量Ｑｉを求めることができ、水源水位の変化に伴う全揚
程の変化に応じて、給水ポンプの単位時間当りの吐出量
Ｑｉの校正を行うことにより、一層信頼性の高い給水量
を取得できるようになる。

【００６７】また、請求項３に係る給配水システムにお
いては、流量計を用いずに求めた給水ポンプの吐出量Ｑ
ｉを使うことで、配水管から単位時間当りに配水される
配水量Ｑｅも、給配水制御手段によって的確に求めるこ
とができる。これにより、配水量計測のための流量計も
不用となって、更なる施工費のコスト低減に寄与でき
る。しかも、給水ポンプの吐出量Ｑｉと配水管からの配
水量Ｑｅとに基づいて、貯水槽への好適な供給水量とな
るように給配水制御手段が給水ポンプの稼働・停止を制
御できるので、配水量に見合った水量を給水ポンプで過
不足無く供給することが可能となり、大規模なファーム
ポンドを用いた給配水システムに匹敵する規模の給配水
を、貯水容量の小なる貯水槽を使って実現できるという
メリットもある。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態に係る給配水システムのシステム
構成図である。

【図２】給水ポンプの稼働時間と貯水槽の容量（水位）
変化を示す特性図である。

【図３】給水ポンプの吐出量Ｑと全揚程Ｈの関係を示す
特性図である。

【図４】河川水位ｈと給水ポンプの吐出量Ｑとの関係を
示す特性図である。

【図５】時間経過に伴う貯水槽の水位変化の第１例を示
す特性図である。

【図６】時間経過に伴う貯水槽の水位変化の第２例を示
す特性図である。

【図７】時間経過に伴う貯水槽の水位変化の第３例を示
す特性図である。

【図８】第２実施形態に係る給配水システムのシステム
構成図である。

【図９】大規模ファームポンドを用いた従来の給配水シ
ステムのシステム構成図である。

【図１０】矩形プール状のファームポンドの水槽構造図
である。

【図１１】円形プール状のファームポンドの水槽構造図
である。

【図１２】吐出水槽を用いた従来の給配水システムのシ
ステム構成図である。

【図１３】年間の灌漑水量の変化を示す遷移図である。

【図１４】代掻き期における一日の灌漑水量の変化を示
す遷移図である。

【図１５】代掻き期以外の灌漑期間における一日の灌漑
水量の変化を示す遷移図である。

【図１６】代掻き期における一日の給水ポンプの稼働状
況を示す遷移図である。

【図１７】代掻き期以外の灌漑期間における一日の給水
ポンプの稼働状況を示す遷移図である。

【符号の説明】

１貯水槽２配水管３給水管４オーバーフロー管５排水溝６給配水制御手段６ａ制御盤６ｂ現場盤７水源水位検出手段８貯水槽水位検出手段９電動弁１０ポンプピットＰ₁ 第１給水ポンプＰ₂ 第２給水ポンプ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水源から水を汲み上げて吐出する給水ポ
ンプと、上記給水ポンプによる汲み上げが可能な水源の下限水位
を検出可能な水源水位検出手段と、上記給水ポンプが吐出した水を貯留する貯水槽と、上記貯水槽の水位を２箇所以上で検出可能な貯水槽水位
検出手段と、上記貯水槽内の水を導出して要所へ供給する配水管と、上記給水ポンプの稼働・停止および配水管流路の開・閉
を制御して、水源から貯水槽への吸水と貯水槽から要所
への配水を制御する給配水制御手段と、からなる給配水システムであって、上記給配水制御手段は、配水管流路を閉じて給水ポンプ
を任意の時間ｔだけ稼働させ、当該時間ｔにおける貯水
槽の水位上昇に伴う貯水変化量ΔＱを取得し、給水ポン
プの単位時間当りの吐出量Ｑｉを求めるようにしたこと
を特徴とする給配水システム。
【請求項２】上記水源水位検出手段は、水源の下限水
位の他に１箇所以上で水位を検出可能とし、上記給配水制御手段は、水源水位検出手段により水源の
水位ＷＬが検出された状態において、配水管流路を閉じ
て給水ポンプを任意の時間ｔだけ稼働させ、当該時間ｔ
における貯水槽の水位上昇に伴う貯水変化量ΔＱを取得
し、水源の水位ＷＬに基づく貯水槽までの全揚程に対応
する給水ポンプの単位時間当りの吐出量Ｑｉを求めるよ
うにしたことを特徴とする請求項１に記載の給配水シス
テム。
【請求項３】上記給配水制御手段は、任意の時間ｔが
経過する間に給水ポンプが稼働して貯水槽へ吐出した総
吐出量Ｑin（Ｑｉ×ｔ）と、時間ｔにおける貯水槽の貯
水変化量ΔＱと、時間ｔにおける配水管から導出された
総配水量Ｑout （Ｑｅ×ｔ）とのマスバランスに基づい
て、配水管から単位時間当りに配水される配水量Ｑｅを
求めるようにしたことを特徴とする請求項１又は請求項
２に記載の給配水システム。