JP2005284325A

JP2005284325A - 河川防災システム

Info

Publication number: JP2005284325A
Application number: JP2004092758A
Authority: JP
Inventors: Kuniharu Onimura; 邦治鬼村
Original assignee: Yokogawa Denshikiki Co Ltd
Current assignee: Yokogawa Denshikiki Co Ltd
Priority date: 2004-03-26
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2005-10-13

Abstract

【課題】河川の近隣の住民が最も必要としている防災情報を提供する。
【解決手段】河川５の流量及び河川近傍の雨量の何れか一方あるいは両方を計測する環境計測手段６，７，１０と、該環境計測手段６，７，１０の計測結果に基づいて現在時刻から所定時間経過後の河川の流量を予測する演算手段８，９，１１と、上記演算手段８，９，１１の予測結果に基づいて河川流域の住民に防災情報を提供する報知手段８ａ，９ａ，１１ａを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、河川防災システムに関する。

従来の河川防災システムは以下のものである。
（１）気象庁が気象衛星や気象レーダー等を用いて雨量を予測し、当該雨量予測結果に基づいて河川の洪水警報を発令する。
（２）河川の水位を地域防災センターで監視し、水位が警戒水位を超えると地域防災センターが警報を発令して河川流域の地域住民に避難などを勧告する。
なお、前者については、例えば下記アドレスの気象庁ホームページ内の「気象観測ガイドブック」に詳細が公開されている。
http://www.kishou.go.jp/know/kansoku_guide/a1.htm

ところで、上記（１）の河川防災システムは、極めて広域な地域を対象としたものであり、個々の河川の近隣に居住している住民に対して当該住民が居住する付近の河川に関する防災情報を提供するものではない。すなわち、河川の近隣の住民が最も欲している防災情報は自らが居住する近隣の河川に関する防災情報であるが、上記（１）の河川防災システムは、このような河川の近隣の住民が最も欲している防災情報を提供できない。

一方、上記（２）の河川防災システムは、現在時点の河川の水位から一定時間経過後の水位を的確に予測する手段を有していないため、的確な防災情報を地域住民に提供できないという問題がある。また、防災情報を地域防災センターから地域住民に速やかに提供する手段を有していないために、防災情報を地域住民にタイムリーに提供できないという問題もある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、以下の点を目的とするものである。
（１）河川の近隣の住民が最も必要としている防災情報を提供する。
（２）河川に関するより的確な防災情報を提供する。
（３）河川に関する防災情報をタイムリーに提供する。
（４）河川の回収のための情報を蓄積・提供する。

上記目的を達成するために、本発明では、河川の流量及び河川近傍の雨量の何れか一方あるいは両方を計測する環境計測手段と、該環境計測手段の計測結果に基づいて現在時刻から所定時間経過後の河川の流量を予測する演算手段と、上記演算手段の予測結果に基づいて河川流域の住民に防災情報を提供する報知手段とを具備する、という解決手段を採用する。

このような本発明によれば、演算手段が環境計測手段によって計測される河川の流量及び河川近傍の雨量の何れか一方あるいは両方に基づいて現在時刻から所定時間経過後の河川の流量を予測するので、河川の近隣の住民が最も欲している防災情報、つまり住民が居住する近隣の河川に関する防災情報を住民に提供することができ、また当該防災情報が的確である。したがって、例えば河川の洪水などの恐れがある場合等に、住民は迅速に避難活動を行うことができ、洪水による被害を最小限に食い止めることができる。

以下、図面を参照して、本発明の最良な実施形態について説明する。
図１〜図４は、本実施形態を示す図であり、図１は本実施形態に係る河川防災システム１の構成を示す概略構成図、図２は本実施形態に係る河川防災システム１の機能構成を示すブロック図、図３は本実施形態に係る河川防災システム１における第１の制御部の動作を示すフローチャート、図４は本実施形態に係る河川防災システム１における第２の制御部の動作を示すフローチャートである。

図１に示すように、本河川防災システム１は、上流側の２本の支川２，３が下流において合流する本川４となる河川５に設けられている。河川防災システム１は、このような河川５について現在時刻から所定時間経過後の流量を予測するとともに、この予測された流量を随時住民に報知し、洪水の恐れがある場合には、洪水警報を発して一般に広く情報提供を行うものである。

このような河川防災システム１は、図２にも示すが、支川２，３に対して各々設けられた第１の環境計測手段６，７と、この第１の環境計測手段６，７の計測結果に基づいて支川２，３の流量の予測を行う第１の演算手段８，９と、本川４に配置された第２の環境計測手段１０と、第１の演算手段８，９の予測結果に基づいて本川４の流量の予測を行う第２の演算手段１１と、上記第１の演算手段８，９及び第２の演算手段１１の流量予測の結果に基づいて河川５付近の住民に河川５に関する防災警報を報知する報知手段８ａ，９ａ，１１ａとから構成されている。

支川２に設けられた第１の環境計測手段６は、支川２の環境計測を行うものであって、具体的には支川２の近傍に各々配置された２つの雨量計２１，２２と、支川２に設けられた流量計２３とから構成されている。この第１の環境計測手段６によって計測された計測結果は、流量計２３に併設された第１の演算手段８に供給される。第１の演算手段８は、上記第１の環境計測手段６の計測結果に基づいて現在時刻から所定時間ｔ経過後における支川２の流量を予測し、この予測結果に基づいて支川２に関する防災情報を報知手段８ａに出力する。

また、支川３に設けられたの第１の環境計測手段７は、支川３の環境計測を行うものであり、支川３の近傍に各々配置された２つの雨量計３１，３２と、支川３に設けられた流量計３３とから構成されている。この第１の環境計測手段７によって計測された計測結果は、流量計３３に併設された第１の演算手段９に供給される。第１の演算手段９は、雨量計３１，３２と流量計３３との計測結果に基づいて現在時刻から所定時間ｔ経過後における支川３の流量を予測し、この予測結果に基づいて支川３に関する防災情報を報知手段９ａに出力する。

一方、第２の環境計測手段１０は、本川４の流量を計測する流量計４１のみから構成されている。この第２の環境計測手段１０によって計測された計測結果は、第２の演算手段１１に供給される。第２の演算手段１１は、第２の環境計測手段１０の計測結果に基づいて現在時刻から所定時間ｔ経過後における本川４の流量を予測して、この予測結果に基づいて本川４に関する防災情報を報知手段１１ａに出力する。

ここで、第１の演算手段８，９において支川２，３の流量予測に用いられる予測手法について補足説明する。なお、この予測手法は多変量解析の手法に基づくものである。
すなわち、雨量計１、２、…、ｎで計測された時刻ｔにおける雨量を変数ｘ_１、ｘ_２、…、ｘ_ｎとし、この雨量に起因する時刻ｔにおける河川の流量を関数ｆ₁（ｔ，ｘ_１）、ｆ₂（ｔ，ｘ_２）、…、ｆ_n（ｔ，ｘ_ｎ）とすると、河川に設けられた流量計で計測される流量Ｙａは、次の式で表される。

ここで、上式（１）は、係数α_１，α_２，…，α_ｎと関数ｆ₁（ｔ，ｘ_１）、ｆ₂（ｔ，ｘ_２）、…、ｆ_n（ｔ，ｘ_ｎ）とからなる２ｎ個の変数からなる数式と見ることができるが、雨量ｘ_１，ｘ_２，…，ｘ_ｎ及び流量Ｙａは雨量計及び流量計で計測可能な量である。したがって、時系列的な２ｎ時刻ｔ_１，ｔ_２，…，ｔ_ｎ，…，ｔ_２ｎにおける雨量及び流量の計測値（実雨量及び実流量）を上式（１）に各々代入することにより２ｎ個の式からなる連立方程式が得られ、この連立方程を解くことにより２ｎ個の変数である係数α_１，α_２，…，α_ｎ及び関数ｆ₁（ｔ，ｘ_１）、ｆ₂（ｔ，ｘ_２）、…、ｆ_n（ｔ，ｘ_ｎ）を求めて上式（１）を特定することができる。そして、このように特定された式（１）を用いて現在時刻から所定時間経過後の河川の流量を予測する。

なお、本実施形態では、支川２に設けられた第１の演算手段８の数式については、雨量計２１，２２により計測される雨量をｘ_２１，ｘ_２２、流量計２３の流量をＹａ_２とすると、支川２の流量に関する予測式は次式（２）のようになる。

また、支川３に設けられた第１の演算手段９の数式については、雨量計３１，３２により計測される雨量をｘ_３１、ｘ_３２、流量計３３の流量をＹａ_３とすると、支川３の流量に関する予測式は次式（３）のようになる。

次に、第２の環境計測手段１０において本川４の流量予測に用いられる予測手法について補足説明する。なお、以下の説明では第1の演算手段がｍ個の支川に設置された一般化した場合について説明する。
第１の演算手段で予測されたｍ個の支川の予測流量をＹａ_１、Ｙａ_２、…、Ｙａ_ｍとし、第２の環境計測手段で計測された本川の流量をＹとした場合、これらに次式（４）に示す関係がある。

ここで、時系列的な２ｎ時刻ｔ_１，ｔ_２，…，ｔ_ｎ，…，ｔ_２ｎにおいて計測された実流量を式（４）に代入することにより、２ｎ個の式からなる連立方程式が導き出される。この結果から、係数β_ｎと関数ｇ_ｎを求めることが可能であり、よって式（４）が特定される。そして、このように特定された式（４）に基づいて、現在時刻から所定時間経過後の本川４の流量を予測することができる。

なお、本実施形態では、観測点は支川２，３の２点だけであるので、支川２の流量をＹａ_２、支川３の流量をＹａ_３とし、流量計４１で計測された本川４の流量をＹとすると、本川４の流量に関する予測式は以下の式（５）となる。

報知手段８ａ，９ａは、第１の演算手段８，９の予測結果に基づいて支川２，３に関する防災情報を生成して支川２，３の近隣住民にタイムリーに報知し、一方、報知手段１１ａは、第２の演算手段１１の予測結果に基づいて本川４に関する防災情報を生成して本川４の近隣住民にタイムリーに報知する。ここで用いられる報知手段８ａ，９ａ，１１ａとしては、一般の人々に報知できる手段であれば特に限定されるものではないが、インターネットなど即時性のある手段が望ましい。

なお、第１の演算手段８，９及び第２の演算手段１１の流量の予測結果は、この流量の予測結果を集約するデータセンター１２にも出力される。このデータセンター１２は、予測結果を保存するとともに、この予測結果に基づいて統計などの情報を作成する機能を有するものである。このデータセンター１２により保存された予測結果や、作成された情報は、インターネットや、各種公共機関、各種関係機関に配布してもよい。蓄積された実流量データと河川間の流量との関係及び雨量と流量との関係は、防災の観点から河川の氾濫を防ぐための河川改修の情報として利用できる。なお、本発明の河川防災システムにおいては、データセンター１２を設置する場合にのみ限定されるものではなく、データセンター１２を省略することも可能である。

次に、上記構成における河川防災システム１の動作について説明する。
河川５の流量は付近に降った雨量に比例するものであって、本川４及び支川２，３は降雨から時間遅れて増水する。
はじめに、支川２，３の流量の予測方法について、支川２側の第１の演算手段８を参照して説明する。図１、図２及び図３に示すように、支川２側の雨量計２１，２２にて時系列的な２ｎ時刻ｔ_１，ｔ_２，…，ｔ_ｎ，…，ｔ_２ｎにおける雨量を計測し（Ｓ１１）、この計測結果を第１の演算手段８に出力する（Ｓ１２）。また、支川２の流量計２３により時間ｔ、ｔ１、…、ｔｎにおける支川２の流量を計測し（Ｓ１１）、この計測結果を第１の演算手段８に出力する（Ｓ１２）。

第１の演算手段８は、第１の環境計測手段６の計測結果に基づいて時刻ｔ_１，ｔ_２，…，ｔ_ｎ，…，ｔ_２ｎに関する連立方程式を導き出し（Ｓ１３）、この連立方程式を解くことによって係数α及び関数ｆを求める（Ｓ１４）。そして、この係数α及び関数ｆに基づく数式（２）を用いて現在時刻から所定時間経過後の支川２の流量を予測する（Ｓ１５）。そして、この予測結果を第２の演算手段１１に出力する（Ｓ１６）とともに、報知手段８ａに出力する（Ｓ１７）。
なお、支川３における流量の予測も上述した支川２の場合と同様に行うことができる。

次に、本川４の流量の予測方法を説明する。図１、図２及び図４に示すように、第１の演算手段８，９は、予測した各支川２，３の時系列的な２ｎ時刻ｔ_１，ｔ_２，…，ｔ_ｎ，…，ｔ_２ｎにおける流量を第２の演算手段１１に出力する（Ｓ２１）。第２の環境計測手段１０である流量計４１の時系列的な２ｎ時刻ｔ_１，ｔ_２，…，ｔ_ｎ，…，ｔ_２ｎにおける本川４の実流量を計測する（Ｓ２２）とともに、実流量を第２の演算手段１１に出力する（Ｓ２３）。第２の演算手段１１は、入力された情報に基づいて時系列的な２ｎ時刻ｔ_１，ｔ_２，…，ｔ_ｎ，…，ｔ_２ｎに関する連立方程式を導き出し、係数β及び関数ｇを求める（Ｓ２４）。この導き出した係数β及び関数ｇに基づいて数式（５）を用いて現在時刻から所定時間経過後の本川４の流量を予測する（Ｓ２５）。そして、報知手段１１ａに出力する（Ｓ２６）。
その後、第１の演算手段８，９及び第２の演算手段１１は、同様の計算を繰り返し行い、河川５の流量を随時把握することができるようになっている。

本実施形態によれば、第１の演算手段８，９が雨量計２１，２２，３１，３２及び流量計２３，３３の計測結果に基づいて各支川２，３の流量を予測する。そして、第２の演算手段１１は、上記第１の演算手段８，９の流量予測結果と流量計４１の計測結果とに基づいて本川４の流量を予測する。そして、第１の演算手段８，９及び第２の演算手段１１は、これら流量予測結果に基づいて報知手段８ａ，９ａ，１１ａを介して河川４の近隣住民に防災情報を提供する。したがって、本実施形態によれば、本川４の近隣住民が最も欲している河川５の防災情報を的確かつタイムリーに提供することができる。

例えば、河川５に氾濫の恐れがある場合などにおいて、河川４の近隣住民は、上記防災情報に基づいて迅速な避難が可能であり、この結果被害を最小限に食い止めることができる。また、支川２，３の流量予測結果に基づいて本川４の流量予測を行うことにより、河川５の支川２，３の流量が本川４に流れ込むという相関関係を利用しているので、より高い精度の本川４の流量を予測することができる。

なお、雨量計２１，２２，３１，３２としては、河川５を構成している支川２，３、本川４の代表点に多数設置することが望ましく、また、堤防などの防災設備の弱い地点を考慮して設置することも可能である。
また、流量計２３，３３，４１としては、電波流速計を利用したものが望ましいが、超音波、画像等を利用したものであっても差し支えない。また、流量計２３，３３，４１は、河川５を構成している支川２，３、本川４の代表点に多数設置することが望ましく、また、堤防などの防災設備の弱い地点を考慮して設置することも可能である。

また、支川２，３の流量計２３，３３を省略することも可能であり、この場合に、第１の演算手段８，９は、それぞれ雨量計２１，２２，３１，３２の計測結果に基づいて、支川２，３の流量を予測することになる。また、本川４に雨量計も設置してもよく、さらに、支川２，３の雨量計２１，２２，３１，３２を省略して、流量計２３，３３，４１のみで第１の環境計測手段６，７及び第２の環境計測手段１０を構成してもよい。なお、このような雨量計２１，２２，３１，３２の計測結果のみあるいは流量計２３，３３の計測結果のみで支川２，３や本川４の流量を予測する場合には、本実施形態の予測手法とは異なる予測手法を用いることになる。

さらに、本実施形態では連立方程式を解くことにより係数α，β及び関数ｆ，ｇを求めて河川４の流量に関する予測式（２），（３）及び（５）を特定するが、係数α，β及び関数ｆ，ｇが時間の経過とともに変化することがある。例えば、河川の改修が行われたり、河川に堆積物がたまり流れが変わったり、あるいは地形の変化で雨の降り方が変わる等の河川や地形の変化に起因して係数α，β及び関数ｆ，ｇが変化することが考えられる。したがって、初期的に求めた係数α，β及び関数ｆ，ｇによる予測式（２），（３）及び（５）を継続して用いた場合に予測誤差が増大することが懸念される。このような観点から、係数α，β及び関数ｆ，ｇを定期的に求め直して予測式（２），（３）及び（５）を補正・更新することが好ましい。

本実施の形態に係る河川防災システムの構成を示す概略構成図である。本実施の形態に係る河川防災システムの機能構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る河川防災システムにおける第１の制御部の動作を示すフローチャートである。本実施の形態に係る河川防災システムにおける第２の制御部の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１…河川防災システム、２、３…支川、４…本川、５…河川、６…第１の環境計測手段、７…第１の環境計測手段、８…第１の演算手段、９…第１の演算手段、１０…第２の環境計測手段、１１…第２の演算手段、１２…データセンター、２１，２２…雨量計、２３…流量計、３１，３２…雨量計、３３…流量計、４１…流量計、８ａ，９ａ，１１ａ…報知手段。

Claims

河川の流量及び河川近傍の雨量の何れか一方あるいは両方を計測する環境計測手段と、
該環境計測手段の計測結果に基づいて現在時刻から所定時間経過後の河川の流量変化を予測する演算手段と、
前記演算手段の予測結果に基づいて河川流域の住民に防災情報を提供する報知手段と
を具備することを特徴とする河川防災システム。
前記演算手段は、多変量解析に基づく予測式を用いて河川の流量を予測する、ことを特徴とする請求項１記載の河川防災システム。
前記演算手段は、予測式を定期あるいは不定期に補正・更新する、ことを特徴とする請求項２記載の河川防災システム。
河川が支川と本川とから構成されている場合には、支川用に第１の環境計測手段と第１の演算手段とを設けると共に本川用に第２の環境計測手段と第２の演算手段とを設け、
第２の演算手段は、第１の演算手段の予測結果をも加味して本川の流量を予測する
ことを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の河川防災システム。