JP2007146423A

JP2007146423A - 雨水貯留施設運用システム

Info

Publication number: JP2007146423A
Application number: JP2005340021A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Ishida; 豊石田; Shoji Uchida; 祥司内田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2005-11-25
Filing date: 2005-11-25
Publication date: 2007-06-14
Anticipated expiration: 2025-11-25
Also published as: JP4427509B2

Abstract

【課題】流域への降雨に対して、雨水貯流施設の運用を適切にして浸水対策と水質対策を行うと共に、貯留された雨水を適切に排水することにより、雨水貯流施設の効果的な運用を可能にした雨水貯流施設の運用システムを提供する。
【解決手段】ポンプ所２３や下水処理場２４などの機場、雨水貯留施設などが設けられた地域を、数ｋｍ平方のメッシュで区分し、メッシュ毎の降水予測結果を提供する。この細密降水予測情報を用い、機場への流入量予測を行う。この予測流入量が浸水対策を要しない場合は、雨水貯留施設のゲートを、初期雨水が流入するタイミングで開く合流改善モードで運用させ、浸水対策が必要な場合は、の雨水貯留施設容量に応じた最大貯留量が流入するまで貯留する浸水対策モードで運用させる。さらに、貯留雨水の返送は、設定した時間までの降水が予測されず、対象流域から予め設定された範囲内での降雨がないことを条件とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、合流式下水道設備に設けられ降雨時における雨水を一時的に貯留する雨水貯留施設の運用システムに関する。

雨水貯留施設は、豪雨時に下水に流入してくる雨水を貯留することにより浸水被害を防ぐという浸水対策用の施設である。また、同時に合流式下水道において汚濁負荷の高い初期雨水をできるだけ貯留して下水処理に廻し、公共水域での水質を高めるという水質対策の施設でもある。このような２つの役割がある雨水貯留施設をどのように運用するかについて、従来から色々の提案があった（例えば、特許文献１参照）。

ところで、汚濁負荷の高い初期雨水をできるだけ貯留することが水質面からは重要であるが、雨が降ったりやんだりした場合などに、貯留すべきなのか排水すべきなのかの判断が難しかった。上述したように合流式下水道の雨水貯留施設の運用においては、汚水と下水が混ざって流れるため、公共水域の水質保全のためには雨水はできるだけ処理場にて水処理後に排水をすべきである。しかしながら、処理場では処理量を急激に増やすことができないため、処理量を越えるような雨水が下水に流入してきた場合、公共水域へ排水する或いは雨水貯留施設に貯留するという運用を行う。

従って、雨水を貯留し、いかに適切なタイミングで処理場へ送り処理を行うかが重要である。しかしながら、管理区域での適切な予測雨量及び雨水流入のピーク時間帯が分からないため、現在の雨量やおおよその天気予報を参考にしながら、経験的に貯留施設の運用を行ってきた。

特許文献１に示された発明は、このような問題を解決するため、レーダ雨量計を用いて流域の降雨量を細密に予測し、その結果に基いて雨水貯流施設への流入堰を制御するものであった。
特開平１１−１９００５６号公報

このように、流域の細密な降雨情報に基いて雨水貯流施設への貯留を適切に行うことは特許文献１に開示されているが、雨水貯留施設に貯留された雨水をどのようなタイミングで排水するかについては、特に考慮されていなかった
本発明の目的は、流域への降雨に対して、雨水貯流施設の運用を適切にして浸水対策と水質対策を行うと共に、貯留された雨水を適切に排水することにより、雨水貯流施設の効果的な運用を可能にした雨水貯流施設の運用システムを提供することにある。

本発明の雨水貯留施設運用システムは、ポンプ所や下水処理場、さらには雨水貯留施設などの施設が設けられ、これら施設に通じる下水管が設置された地域をメッシュ状に区分し、これらメッシュ毎に降水予測を行い、その結果を提供する細密降水予測情報提供部からの細密降水予測情報を用いて前記雨水貯留施設を運用させるシステムであって、前記各メッシュにおける細密降水予測情報を用い、これらメッシュと前記下水管で通じるポンプ所や下水処理場への流入量予測を行う流入量予測装置と、この流入量予測装置で予測された流入量に基き雨水貯留施設の運用を支援する雨水貯留施設運用支援装置とを備え、この雨水貯留施設運用支援装置は、前記流入量予測装置で予測された流入量が、対応するポンプ所または下水処理場の浸水対策が必要な量か否かを判断し、浸水対策が必要でないと判断された場合は、このポンプ所または下水処理場に通じる下水管と連通可能な雨水貯留施設のゲートを、初期雨水が流入するタイミングで開き、初期雨水流入後は閉鎖する合流改善モードで運用させ、浸水対策が必要と判断した場合は、対応する前記雨水貯留施設のゲートを、この雨水貯留施設容量に応じた最大貯留量が流入するまで開く浸水対策モードで運用させ、また、前記ポンプ所や下水処理場への流入対象となる下水管が設置された対象流域の各メッシュにおいて、予め設定した時間まで降水が予測されず、かつ上記対象流域から予め設定された範囲内での降雨がないときは、前記雨水貯留施設に貯留された雨水を下水管に返送させる返送判断結果を出力することを特徴とする。

また、本発明では、流入量予測装置は、メッシュ毎の細密降水予測情報に基く流入量予測を行うと共に、雨量計による実測雨量に基く流入量予測とを行い、雨水貯留施設運用支援装置は、細密降水予測情報に基く流入量予測により浸水対策が不要との判断結果して合流改善モードで運用中であっても、実雨量に基く流入量予測により浸水対策が必要と判断された場合は、浸水対策モードで運用させることができる。

本発明によれば、流域への降雨に対して、豪雨時には雨水を的確に貯留させて浸水を防止すると共に、初期雨水を貯留するようにして水質対策を行い、さらに、貯留された雨水を適切なタイミングで排水するようにしたので、雨水貯流施設を効果的に運用することができる。

以下、本発明にかかる雨水貯留施設運用システムの一実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。

始に、本システムの適用対象となる地域と、その気象情報入手方法とを、図２を用いて説明する。

図２は、本システムの適用対象となる地域を地図で表しており、雨水が放流される河川２１や、降雨時の雨水が流れる下水管２２の設置状況、これら下水管２２に接続されたポンプ所２３や下水処理場２４などが示されている。なお、これらポンプ所２３や下水処理場２４への下水管２２には、図示しないが雨水貯留施設が接続されており、その流入側に設けられたゲートを開くことにより下水道管に流れる雨水を貯留できる。また、この雨水貯留施設の排水側に設けた図示しない排水ポンプを駆動することにより、貯留された雨水を下水道管に返送して排水することができる。

このような対象地域において、気象観測に当っては、この地域を、数ｋｍ平方（例えば、５ｋｍ平方とする）のメッシュＡ乃至Ｏに区分し、これらの集合区域を管理区域とする。そして、これらメッシュＡ乃至Ｏ毎に細密気象情報（予測降水量）を観測する。このような細分化された気象観測は、例えば、公知のレーダによる気象観測で可能となる。すなわち、レーダにより雲の大きさや動き、降雨の有無などを観測し、その観測結果をメッシュ状に区分することにより、図２で示したメッシュＡ乃至Ｏの何処に何時どれだけの降水があるかを予測することができる。なお、メッシュの数及びその大きさは任意に設定することができる。

図１はこのようにして求められる気象情報を用いて、雨水貯留施設の運用を支援する雨水貯留施設運用システムを示している。

図１において、１１は気象情報提供部で、上述のようにして求められるメッシュＡ乃至Ｏ毎の気象情報を提供する。この気象情報提供部１１は、所謂ピンポイントの気象情報を提供する民間の気象会社などのシステムを用いてもよく、この場合、インターネットなどを介して細密気象情報を入手することができる。１２は雨量情報提供部で、メッシュＡ乃至Ｏからなる区域内に設けられた地上雨量計や、レーダ雨量計による実測雨量を提供する。１３は管渠内水位情報提供部で、図２で示した下水道２２の管渠内水位情報を提供する。１４は中央監視・制御システムで、ポンプ所２３や下水処理場２４で測定されるポンプ井の水位情報やポンプの運転情報などを提供する。

１５は流入量予測装置で、上記各情報提供部１１，１２，１３，１４から提供される情報、すなわち、各メッシュＡ乃至Ｏからの細密気象情報や降水量の実測情報、管渠内水位情報、ポンプ井の水位情報やポンプ運転情報などを入力し、ＲＲＬ法など公知の流入予測方法により、雨水処理施設であるポンプ所２３や下水処理場２４へ、下水管２２から流入する流入量を予測演算する。

１６は雨水貯留施設運用支援装置で、各メッシュＡ乃至Ｏ毎の細密気象情報及び各雨水処理場２３，２４への流入量予測値を入力し、施設容量情報提供部１７に予め蓄えられた管内貯留情報や貯留施設容量情報などを用いて所定の演算を行い、その結果を、支援情報として出力する。すなわち、流入量予測値に基き、雨水貯留施設を、水質対策を目的とした質対策モードで運用するか、浸水対策を目的とした量対策モードで運用するかを判断する。そして、これらの運用を支援する情報を求め、出力する。したがって、この雨水貯留施設運用支援装置１６からは、貯留施設運用支援情報として、雨水貯留施設へのゲート開／閉情報、ポンプの運転／停止情報が出力される。

次に、動作説明を行なう。先ず、雨水貯留施設を前述した質対策モード・量対策モードのいずれで運用するかを判断する動作を、図３のフローチャートを中心に説明する。

図１で示した気象情報提供部１１では、各メッシュＡ乃至Ｏ毎の気象情報を観測し、その結果を提供している。

例えば、図５で示すように、メッシュＢ及びＧでは、時刻７時から８時までに５ｍｍの降水が予測され、８時から９時までは１０ｍｍの降水が予測され９時から１０時までは５ｍｍの降水が予測されているものとする。すなわち、メッシュＢ及びＧでは、総雨量が２０ｍｍで、最大時間降雨は１０ｍｍである。

また、メッシュＩでは、時刻７時から８時までに５ｍｍの降水が予測され、８時から１０時までは２０ｍｍの降水が予測され１０時から１１時までは５ｍｍの降水が予測されているものとする。すなわち、メッシュＩでは、総雨量が５０ｍｍで、最大時間降雨は２０ｍｍである。

さらに、メッシュＮでは、時刻７時から８時までに５ｍｍの降水が予測され、８時から９時までは１５ｍｍの降水が予測され、９時から１０時までは２０ｍｍの降水が予測され、１０時から１２時までは２．５ｍｍの降水が予測されているものとする。すなわち、メッシュＮでは、総雨量が４５ｍｍで、最大時間降雨は２０ｍｍである。

なお、他のメッシュには降雨がないものと予測されている。

このメッシュＡ乃至Ｏ毎の気象情報は、流入量予測装置１５及び雨水貯留施設運用支援装置１６にそれぞれ提供される。雨水貯留施設運用支援装置１６では、この細密気象情報が入力されると、先ず、メッシュＡ乃至Ｏからなる対象流域に降雨が予測されているかを判断する（ステップ３０１）。降雨が予測されている場合は、流入量予測装置１５から該当機場への流入量・流入傾向に関する予測情報を取得する（ステップ３０２）。

図２及び図５の例では、降水が予測されているのはメッシュＢ，Ｇの７時から１０時まで、メッシュＩの７時から１１時まで、メッシュＮの７時から１２時までである。このため、流入量予測装置１５では、これらメッシュ（流域）に該当する機場、すなわち、メッシュＢ、Ｇを流域とするメッシュＧに設けられたポンプ所（以下、これを２３Ｇとする）、メッシュＩ及びメッシュＮを流域とするメッシュＭに設けられたポンプ所（以下、これを２３Ｍとする）について、前述した予測降水量、対応する管渠内水位情報、ポンプ井水位情報やポンプ運転情報を用いて、何時どれだけの流入量があるかを算出する。

次に、これら機場２３Ｇ，２３Ｍに対応する雨水貯留施設（図示しないが各機場毎に設けてもよく、或いは、これら機場に通じる上流側の下水管に、ゲートを介して連通可能に設けてもよい。）を、どのモードで運用するかを判断する。すなわち、機場２３Ｇ，２３Ｍ毎に算出された流入量／流入傾向情報と施設容量情報提供手段１７から提供される雨水貯留施設に関する情報とを用いて浸水対策が必要なモードかを判断する（ステップ３０３）。

前述の例では、メッシュＢ，Ｇの予測降水量が比較的少ないため、機場２３Ｇに対する予測された流入量／流入傾向は、予め設定された閾値より低いものとする。この場合、機場２３Ｇでは、浸水対策が必要なモードではないと判断され（ステップ３０３：Ｎｏ）、合流式下水道の水質を改善する合流改善モード（質対策モード）で運用される（ステップ３０４）。

これに対し、メッシュＩ，Ｎの予測降水量が比較的多いため、機場２３Ｍに対する予測された流入量／流入傾向は、予め設定された閾値より高いものとする。この場合、機場２３Ｍは、浸水対策が必要なモードと判断され（ステップ３０３：Ｙｅｓ）、浸水対策モード（量対策モード）で運用される（ステップ３０５）。

ここで、合流改善モードでは、浸水対策が必要でないと判断されているので、この機場２３Ｇに通じる下水管２２と連通可能な雨水貯留施設のゲートを、初期雨水が流入するタイミングで開き、初期雨水流入後は閉鎖するように運用する。これにより、汚染度の大きい初期雨水は、雨水貯留施設に貯留され、下水道管２２を流下して河川２１などに放流されることはない。したがって、初期雨水の放流による水質の悪化を防止することができる。貯留された初期雨水は、晴天時など、機場への流入量が少ないときに下水管２２に戻し、下水処理場２４で水処理後に河川２１などに放流すればよい。

一方、浸水対策モードは、文字通り浸水対策が必要と判断されているので、この機場２３Ｍに通じる下水管２２と連通可能な雨水貯留施設のゲートを、この雨水貯留施設容量に応じた最大貯留量が流入するまで開く。この結果、対応する機場２３Ｍ及び関連領域での浸水を可能な限り防止することができる。

前記合流改善モードで運用後、レーダ雨量計や地上雨量計で実測した雨量に基く流入量と、前述した予測流入量とを比較し、それらの差を求める（ステップ３０６）。その結果、合流改善モードのままでよいかを判断する（ステップ３０７）。すなわち、差が少なければ合流改善モードのままとし（ステップ３０７：Ｙｅｓ）、実測データに基づく流入量のほうが大きく、その差が閾値を越える場合（ステップ３０７：Ｎｏ）は、浸水対策モードに切換えて運用する（ステップ３０５）。

なお、気象予測情報（予測降水量）と実測降水量に基づく流入量は、互いの相関関係を検証することにより、運用が進むほど予測が正確になっていくため、運用／制御がより的確になっていく有効性がある。

合流改善モード及び浸水対策モードのいずれかで運用後、それぞれ雨水貯留施設に貯留された雨水の返送を判断する（ステップ３０８）。

この返送判断処理を、図４のフローチャートにより説明する。この返送判断処理では、雨量情報提供部１２からレーダ雨量計などで実測された雨量情報を入手し、対象流域（メッシュＡ乃至O）での雨が止んだかを判断する（ステップ４０１）。雨が止んだ場合（ステップ４０１：Ｙｅｓ）、気象情報提供手段１１から提供される細密気象情報により、今後××時間（任意の設定時間）以内に前記対象流域での降雨が予測されているかを判断する（ステップ４０２）。降雨が予測されていない場合（ステップ４０２：Ｎｏ）、再び雨量情報提供部１２から雨量情報を入手し、前記対象流域から例えば５０ｋｍ以内（設定値で変更可）に降雨があるか確認する（ステップ４０３）。５０ｋｍ以内に降雨がない場合（ステップ４０３：Ｎｏ）、返送を実行すべく返送判断ガイダンス表示を行う（ステップ４０４）。

貯留雨水の返送作業は、雨水貯留施設の流入側ゲートを閉じ、排出側に設けた返送ポンプを運転する。この操作により、雨水貯留施設内に貯留された雨水は下水管２２に返送され、下水処理場２４で水処理された後、河川２１などに放流される。

上述のような返送判断処理を行うことにより、従来のように作業員の経験に依存することはなく、一時的な晴れ間に返送処理を行ってその後の降雨時における対応に影響を受けたり、隣接地域の降水による影響を受けたりすることなく、安定した確実な返送処理を行うことができ、放流側における水質を良好に保つことができる。

このように、上述した雨水貯留施設運用システムでは、細密気象情報の予測降水量を利用し、今後の雨水の傾向から雨水の流入量を予測し、その結果を該当機場の施設容量と比較して、施設容量以内で貯留可能な流入量であれば質対策モードとし、施設容量を越える流入量が予測された場合は量対策モードとする。

質対策モードの場合、施設容量を有効に利用しできるだけ初期雨水を公共水域に排水しないように運転計画を立てて、雨水貯留施設運用支援装置１６よりゲートやポンプの運転制御を行う。

量対策モードの場合、流入予測装置１５で予測した流入量及びピーク流入時間帯から浸水被害が起きないよう施設の貯留容量を最大限に利用しながら、最適な排水計画を立て、雨水貯留施設運用支援装置１６よりゲートやポンプの運転制御を行う。

上記のように予測雨量から運転計画を立てて制御を行うが、レーダ雨量計や地上雨量計により観測した雨量が予測雨量をしきい値より越えた場合、質対策モードを解除し量対策モードでの制御を行う。

貯留した雨水は気象情報による降水量予測情報により、雨水貯留施設運用支援装置により最適な排水計画を立て、適切なタイミングで処理場へ送水し処理を行う。

これらの結果、降雨に応じて浸水を生じることなく、かつ初期雨水による公共水域の汚染を防止でき、さらに貯留水を適切かつ安定して返送することができる。

本発明にかかる雨水貯留施設運用システムの一実施の形態を示すシステムブロック図である。同上一実施の形態におけるメッシュ部分を説明する模式図である。同上一実施の形態における運用モード判断処理を説明するフローチャートである。同上一実施の形態における返送判断処理を説明するフローチャートである。同上一実施の形態におけるメッシュ単位の予測雨量を説明するグラフである。

符号の説明

１１気象情報提供部
１２雨量情報提供部
１５流入量予測装置
１６雨水貯留施設運用支援装置
２１河川
２２下水道管
２３ポンプ所
２４下水処理場

Claims

ポンプ所や下水処理場、さらには雨水貯留施設などの施設が設けられ、これら施設に通じる下水管が設置された地域をメッシュ状に区分し、これらメッシュ毎に降水予測を行い、その結果を提供する細密降水予測情報提供部からの細密降水予測情報を用いて前記雨水貯留施設を運用させるシステムであって、
前記各メッシュにおける細密降水予測情報を用い、これらメッシュと前記下水管で通じるポンプ所や下水処理場への流入量予測を行う流入量予測装置と、
この流入量予測装置で予測された流入量に基き雨水貯留施設の運用を支援する雨水貯留施設運用支援装置とを備え、
この雨水貯留施設運用支援装置は、前記流入量予測装置で予測された流入量が、対応するポンプ所または下水処理場の浸水対策が必要な量か否かを判断し、浸水対策が必要でないと判断された場合は、このポンプ所または下水処理場に通じる下水管と連通可能な雨水貯留施設のゲートを、初期雨水が流入するタイミングで開き、初期雨水流入後は閉鎖する合流改善モードで運用させ、浸水対策が必要と判断した場合は、対応する前記雨水貯留施設のゲートを、この雨水貯留施設容量に応じた最大貯留量が流入するまで開く浸水対策モードで運用させ、
また、前記ポンプ所や下水処理場への流入対象となる下水管が設置された対象流域の各メッシュにおいて、予め設定した時間まで降水が予測されず、かつ上記対象流域から予め設定された範囲内での降雨がないときは、前記雨水貯留施設に貯留された雨水を下水管に返送させる返送判断結果を出力する
ことを特徴とする雨水貯留施設運用システム。
流入量予測装置は、メッシュ毎の細密降水予測情報に基く流入量予測を行うと共に、雨量計による実測雨量に基く流入量予測とを行い、
雨水貯留施設運用支援装置は、細密降水予測情報に基く流入量予測により浸水対策が不要との判断結果して合流改善モードで運用中であっても、実雨量に基く流入量予測により浸水対策が必要と判断された場合は、浸水対策モードで運用させる
ことを特徴とする請求項1に記載の雨水貯留施設運用システム。