JP2009300311A - 洪水予測支援装置および洪水予測支援方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 精度の高いダムの流入量の予測データに基づいて、下流域の洪水対策処理を行うダム管理者の操作を支援するための情報を提供する。
【解決手段】 監視対象エリアの雨量、監視対象のダムの流入量のデータを取得して入力するデータ入力部１１と、監視対象のダムの下流域で洪水が起こったときのデータを洪水時データとして記憶する洪水時データ記憶部１２と、記憶された複数の洪水時データに基づいて非線形モデルの係数パラメータを算出するパラメータ算出部１３と、算出された係数パラメータに基づいて現在時から所定時間後までのダムの流入量の予測データを算出し、さらにダムの貯水量および放流量の予測データを算出する予測データ算出部１５と、算出された予測データに基づいて洪水対策処理を支援する洪水予測支援画面の表示データを生成し、外部の監視装置２０に表示させるために送信する洪水予測支援情報生成部１７とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ダム管理を行っている管理者の、下流河川付近の洪水に対応する操作を支援する洪水予測支援装置および洪水予測支援方法に関する。

従来、ダムの管理者により、ダムの下流域における洪水の予測や、この予測に基づく下流域の住民への避難勧告やダムのゲートの操作等が行われている。

ダムの下流域における洪水が予測される際は、ダムの流入量と、この流入量により変動する貯水量、放流量等の諸データとが参照されるため、より正確に洪水の予測を行うにはこの流入量の予測精度を高めることが重要となる。

そこで特許文献１には、雨が降った際のダムの流入量を、状況に応じて正確に予測することが可能なダム流入量予測装置に関する技術が記載されている。

この技術を利用することにより、降雨パターンに応じて的確にダムへの流入量予測を行うことができる。
特開２００５−５５４００号公報

上記特許文献１に記載の技術では、ダムへの流入量を算出する際に「貯留関数法」が用いられている。

この「貯留関数法」とは、上流域に降った雨量の全てがダムに流入するのではないことを考慮して、降雨が仮想的な貯水池に蓄えられ、その一部がダムに流入すると仮定するモデルである。

「貯留関数法」はダムへの流入量を算出するために一般的に広く用いられている方法であるが、算出に用いられる流出モデルの作成が難しい、流入量に関係する地質の違いが反映されないため実際の流入量とかけ離れた予測値が算出されることがある、等の問題があった。そのため、この方法により算出された流入量に基づいて、精度の高い洪水の予測を行うことが困難であった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、精度の高いダムの流入量の予測データに基づいて、下流域の洪水対策処理を行うダム管理者の操作を支援するための情報を提供する洪水予測支援装置および洪水予測支援方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の洪水予測支援装置は、外部から取得した、監視対象エリアの雨量、監視対象のダムの流入量、貯水量、放流量のデータを入力するデータ入力部と、前記監視対象のダムの下流域で洪水が起こったときを含む所定期間の、前記データ入力部から入力された雨量、前記ダムの流入量のデータを、洪水時データとして記憶する洪水時データ記憶部と、前記洪水時データ記憶部に記憶された複数の洪水時データの雨量および流入量のデータに基づいて、前記ダムの将来の流入量の予測データを非線形モデルにより算出するための係数パラメータを算出するパラメータ算出部と、前記データ入力部から入力された、所定時間前から現在までの雨量の計測データに基づいて現在時から所定時間後までの前記監視対象エリアの雨量の予測データを算出し、算出した雨量の予測データと前記パラメータ算出部で算出された係数パラメータとに基づいて、現在時から所定時間後までの前記ダムの流入量の予測データを前記非線形モデルにより算出し、算出した雨量の予測データおよび前記ダムの流入量の予測データと、前記データ入力部から入力された現在時の前記ダムの貯水量および放流量のデータとに基づいて、現在時から所定時間後までの前記ダムの貯水量および放流量の予測データを算出する予測データ算出部と、前記予測データ算出部で算出された、現在時から所定時間後までの前記監視対象エリアの雨量、前記ダムの流入量、貯水量、および放流量の予測データを用いて、前記ダムの監視員による洪水対策処理を支援する第１の洪水予測支援画面の表示データを生成し、外部の監視装置に表示させるために送信する洪水予測支援情報生成部とを備えることを特徴とする。

また、本発明の洪水予測支援方法は、外部から取得した、監視対象エリアの雨量、監視対象のダムの流入量、貯水量、放流量のデータを取得して入力するデータ入力ステップと、前記監視対象のダムの下流域で洪水が起こったときを含む所定期間の、前記データ入力ステップで入力された雨量、前記ダムの流入量のデータを、洪水時データとして記憶する洪水時データ記憶ステップと、前記洪水時データ記憶ステップで記憶された複数の洪水時データの雨量および流入量のデータに基づいて、前記ダムの将来の流入量の予測データを非線形モデルにより算出するための係数パラメータを算出するパラメータ算出ステップと、前記データ入力ステップで入力された、所定時間前から現在までの雨量の計測データに基づいて現在時から所定時間後までの前記監視対象エリアの雨量の予測データを算出し、算出した雨量の予測データと前記パラメータ算出ステップで算出された係数パラメータとに基づいて、現在時から所定時間後までの前記ダムの流入量の予測データを前記非線形モデルにより算出し、算出した雨量の予測データおよび前記ダムの流入量の予測データと、前記データ入力ステップで入力された現在時の前記ダムの貯水量および放流量のデータとに基づいて、現在時から所定時間後までの前記ダムの貯水量および放流量の予測データを算出する予測データ算出ステップと、前記予測データ算出ステップで算出された、現在時から所定時間後までの前記監視対象エリアの雨量、前記ダムの流入量、貯水量、および放流量の予測データを用いて、前記ダムの監視員による洪水対策処理を支援する第１の洪水予測支援画面の表示データを生成し、外部の監視装置に表示させるために送信する洪水予測支援情報生成ステップとを備えることを特徴とする。

本発明の洪水予測支援装置および洪水予測支援方法によれば、精度の高いダムの流入量の予測データに基づいて、下流域の洪水対策処理を行うダム管理者の操作を支援するための情報を提供することができる。

本発明の一実施形態として、監視対象のダムの管理者が、当該ダムの下流の河川において洪水が発生するのを予防するために行う操作や洪水発生時に行う操作等の洪水対策処理を支援する洪水予測支援装置について説明する。

〈一実施形態による洪水予測支援システムの構成〉
本実施形態による洪水予測支援装置を利用した洪水予測支援システムの構成を、図１を参照して説明する。

図１に示す本実施形態による洪水予測支援システム１は、洪水予測支援装置１０と、監視装置２０とが接続されることにより構成されている。

洪水予測支援装置１０は、データ入力部１１と、洪水時データ記憶部１２と、パラメータ算出部１３と、パラメータ記憶部１４と、予測データ算出部１５と、類似データ抽出部１６と、洪水予測支援情報生成部１７とを有する。

データ入力部１１は、監視対象エリアの雨量レーダ情報、天気図、監視対象のダムの貯水量、放流量等のデータを外部の機関やテレメータ等から取得して入力する。

洪水時データ記憶部１２は、過去に当該ダムの下流の河川において洪水が発生したときを含む所定期間の、データ入力部１１から入力されたデータを洪水時データとして記憶する。このとき、入力されたダムの貯水量の所定時間あたりの増減量と放流量との和から所定時間あたりの流入量を算出し、流入量のデータとして洪水時データに含めて記憶する。

パラメータ算出部１３は、洪水時データ記憶部１２に記憶された複数の洪水時データの雨量レーダ情報および流入量に基づいて、ダムの将来の流入量の予測データをシステム同定手法により非線形モデルで算出するための係数パラメータを算出する。この係数パラメータは、洪水時データ記憶部１２に新たな洪水時データが記憶される都度、新たに算出される。

パラメータ記憶部１４は、パラメータ算出部１３において新たに係数パラメータが算出されるとこれを取得し、以前に取得して記憶した係数パラメータを更新して記憶する。

予測データ算出部１５は、データ入力部１１から入力された、所定時間前から現在までの雨量レーダ情報に基づいて現在時から所定時間後までの監視対象エリアの雨量の予測データを算出する。また、算出した雨量の予測データとパラメータ算出部１３で算出した係数パラメータとに基づいて、現在時から所定時間後までの当該ダムの流入量の予測データを算出する。さらに、算出した雨量の予測データおよび当該ダムの流入量の予測データに基づいて、現在時から所定時間後までの当該ダムの貯水量および放流量の予測データを算出する。

類似データ抽出部１６は、洪水時データ記憶部１２に記憶された過去の洪水時データの中から、データ入力部１１で入力された所定時間前から現在時までのデータに類似する過去の洪水時データを類似データとして抽出する。

洪水予測支援情報生成部１７は、データ入力部１１から入力された所定期間前から現在時までのデータと、予測データ算出部１５で算出された各予測データと、類似データ抽出部１６で抽出された類似データとから洪水予測支援画面の表示データを生成し、監視装置２０に送信する。

監視装置２０では、受信した洪水予測支援画面の表示データを表示することにより、ダムの管理員に下流の河川の洪水に対する処理を支援するための情報を提供する。

〈一実施形態による洪水予測支援システムの動作〉
次に、本実施形態における洪水予測支援システムの動作について、図２のフローチャートを参照して説明する。

洪水予測支援装置１０では、下流域で洪水が起こる都度、外部の機関やテレメータ等で取得されデータ入力部１１から入力された、洪水が発生したときを含む所定期間の雨量レーダ情報、天気図、ダムの貯水量、放流量等のデータが、洪水時データとして洪水時データ記憶部１２に記憶される（Ｓ１、Ｓ２）。このとき、入力されたダムの貯水量の所定時間あたりの増減量と放流量との和から、この所定時間あたりの流入量が算出され、洪水時データに含めて記憶される。

また、洪水時データ記憶部１２に洪水時データが新たに記憶されると、この洪水時データを含めたこれまでに蓄積された洪水時データの雨量レーダ情報および流入量に基づいて、ダムの将来の流入量の予測データを非線形モデルで算出するための係数パラメータがパラメータ算出部１３で算出される（Ｓ３）。

この係数パラメータの算出および後述するダムの流入量の予測データの算出には、特開２０００−２５７１４０号公報に記載されているようなシステム同定手法が用いられる。

このシステム同定手法とは、さまざまな降雨パターンに対して決定された係数パラメータを用い、将来のダムの流入量の予測データを、現在までの降雨量に基づいて非線形モデルにより算出する手法である。このシステム同定手法を用いることにより、地質などの影響により降雨量と流入量との間に非線形な関係が生じる場合でも、精度の高い流入量の予測データを算出することができる。

パラメータ算出部１３で算出された係数パラメータはパラメータ記憶部１４で取得され、以前に取得された係数パラメータが更新されて記憶される（Ｓ４）。ここで記憶される係数パラメータは、ステップＳ３において新たな洪水時データが含められて算出されることにより都度学習され、より流入量の予測データの精度が高められる。

上記のように、入力された洪水時データが洪水時データ記憶部１２に記憶され、算出された係数パラメータがパラメータ記憶部１４に記憶された状態で、データ入力部１１において現在の雨量レーダ情報、天気図、ダムの流入量、貯水量、放流量等のデータが外部の機関またはテレメータ等から取得され、入力される（Ｓ５）。

データ入力部１１においてこれらのデータが入力されると、予測データ算出部１５において、所定時間前から現在までの雨量レーダ情報および天気図に基づいて現在時から所定時間後までの監視対象エリアの雨量の予測データが算出される。

また、予測データ算出部１５において、算出した雨量の予測データとパラメータ算出部１３で算出した係数パラメータとに基づいて、現在時から所定時間後までの当該ダムの流入量の予測データがシステム同定手法の非線形モデルを用いて算出される。

さらに、算出された雨量の予測データおよび当該ダムの流入量の予測データと、データ入力部１１から入力された当該ダムの貯水量および放流量とに基づいて、現在時から所定時間後までの当該ダムの貯水量および放流量の予測データが算出される（Ｓ６）。

各種予測データが算出されると、これらの予測データとデータ入力部１１から入力された現在のデータとが用いられ、ダムの下流域の洪水状況予測を視覚的に捉えることができる洪水予測支援画面(1)の表示データが洪水予測支援情報生成部１７において生成される（Ｓ７）。

生成された洪水予測支援画面(1)は監視装置２０に送信され（Ｓ８）、監視装置２０の表示画面２００に表示される。

表示画面２００に表示された洪水予測支援画面(1)（２００−(1)）の一例を、図３に示す。図３に示すように、洪水予測支援画面２００−(1)は、現在時点Ｐから所定時間後までの時間雨量の予測データの推移を棒グラフで示す雨量予測データ２１０と、現在時点Ｐから所定時間後までのダムの流入量の予測データａ、貯水量の予測データｂ、放水量の予測データｃの推移を重ねて折れ線グラフで示すダム状況予測データ２２０と、このダム状況予測データ２２０上で管理者により選択された時点での下流域の洪水状況の予測データをそれぞれ３次元ＧＩＳ（Geographic Information System）により表示した洪水予測図データ２３０とから構成されている。

図３においては、洪水予測図データ２３０を表示させるための時刻として時刻Ｘ、時刻Ｙ、および時刻Ｚが管理者により選択され、これに応じて時刻Ｘの時点での洪水予測図データ２３１、時刻Ｙの時点での洪水予測図データ２３２、および時刻Ｚの時点での洪水予測図データ２３３が表示されており、時間の経過とともに広がる洪水状況の様子がわかるように表示されている。

この洪水予測図データ２３０を表示させるために選択される時刻は、管理者により適宜変更可能である。

上記のように、システム同定手法に基づいて算出された精度の高いダムの流入量に基づいて洪水予測支援画面２００−(1)が生成され表示されることにより、管理者は現在時から所定時間後までの雨量、ダムの流入量、貯水量、放流量の高精度な予測データやこの現在時から所定時間後までの間の選択した時刻における下流域における洪水状況を可視的に確認することができる。

また管理者により、表示画面２００に表示させる支援画面を切り替える指示が洪水予測支援装置１０に入力されると（Ｓ９）、類似データ抽出部１６において、洪水時データ記憶部１２に記憶された過去の洪水時データの中から、データ入力部１１で入力された所定時間前から現在時までのデータに類似する過去の洪水時データが類似データとして抽出される。そして、洪水予測支援情報生成部１７において、データ入力部１１から入力された所定時間前から現在までの各種データと、予測データ算出部１５で算出された予測データと、類似データ抽出部１６で抽出された類似データとが用いられて洪水予測支援画面(2)の表示データが生成される（Ｓ１０）。

生成された洪水予測支援画面(2)は監視装置２０に送信され（Ｓ１１）、表示画面２００に表示される。

表示画面２００に表示された洪水予測支援画面(2)（２００−(2)）の一例を、図４に示す。図４に示すように、洪水予測支援画面２００−(2)は、現在時点の所定時間前から所定時間後までの雨量レータ情報、ダムの流入量、貯水量、放流量の実績データおよび予測データを表示する実績予測データ２４０と、類似データを表示する類似過去データ２５０とから構成されている。

実績予測データ２４０は、現在時点Ｑの所定時間前から所定時間後までの時間雨量の計測データおよび予測データの推移を棒グラフで示す雨量実績予測データ２４１と、現在時点Ｑの所定時間前から所定時間後までのダムの流入量のデータＡ、貯水量のデータＢ、および流入量の予測データａ、貯水量の予測データｂ、放流量の予測データｃの推移を重ねて折れ線グラフで示すダム状況実績予測データ２４２とから構成されている。

また類似過去データ２５０は、雨量実績予測データ２４１の時間範囲に対応する過去の時間雨量の類似データの推移を棒グラフで示す雨量類似データ２５１と、同時間範囲のダムの流入量の類似データａ、貯水量の類似データｂ、放流量の類似データｃの推移を重ねて折れ線グラフで示すダム状況類似データ２５２とから構成されている。

上記のように、洪水予測支援画面２００−(2)によりシステム同定手法に基づいて高精度に算出されたダムの流入量に基づいて生成された実績予測データ２４０と類似過去データ２５０とを並べて表示することにより、管理者が下流域の洪水を予測する際の判断を支援することができる。

また、この類似過去データ２５０内に、当該洪水時に行った関連機関（消防署など）への通知、下流域の住民に放流警報や避難勧告を出したタイミング、ダムのゲートを操作したタイミング、ゲートの操作量等の洪水対策処理の情報を合わせて表示させ、これらの操作タイミングが参照されるようにしてもよい。

さらに、これらの類似過去データ２５０内の洪水対策処理の情報や、データ入力部１１で現在入力したデータ、または予測データ算出部１５で算出された予測データに基づいて、関連機関（消防署など）への通知、下流域の住民に放流警報や避難勧告、ダムのゲート操作等の処理を行うべき時期や処理内容を決定し、音声により出力することで、管理者の操作を支援するようにしてもよい。

本発明の一実施形態による洪水予測支援装置を利用した洪水予測支援システムの構成を示す全体図である。 本発明の一実施形態による洪水予測支援装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態による洪水予測支援装置に接続された監視装置に表示された洪水予測支援画面(1)の一例を示す画面表示図である。 本発明の一実施形態による洪水予測支援装置に接続された監視装置に表示された洪水予測支援画面(2)の一例を示す画面表示図である。

符号の説明

１…洪水予測支援システム
１０…洪水予測支援装置
１１…データ入力部
１２…洪水時データ記憶部
１３…パラメータ算出部
１４…パラメータ記憶部
１５…予測データ算出部
１６…類似データ抽出部
１７…洪水予測支援情報生成部
２０…監視装置
２００…表示画面
２１０…雨量予測データ
２２０…ダム状況予測データ
２３０…洪水予測図データ
２４０…実績予測データ
２４１…雨量実績予測データ
２４２…ダム状況実績予測データ
２５０…類似過去データ
２５１…雨量類似データ
２５２…ダム状況類似データ

Claims (8)

1. 外部から取得した、監視対象エリアの雨量、監視対象のダムの流入量、貯水量、放流量のデータを入力するデータ入力部と、
   前記監視対象のダムの下流域で洪水が起こったときを含む所定期間の、前記データ入力部から入力された雨量、前記ダムの流入量のデータを、洪水時データとして記憶する洪水時データ記憶部と、
   前記洪水時データ記憶部に記憶された複数の洪水時データの雨量および流入量のデータに基づいて、前記ダムの将来の流入量の予測データを非線形モデルにより算出するための係数パラメータを算出するパラメータ算出部と、
   前記データ入力部から入力された、所定時間前から現在までの雨量の計測データに基づいて現在時から所定時間後までの前記監視対象エリアの雨量の予測データを算出し、算出した雨量の予測データと前記パラメータ算出部で算出された係数パラメータとに基づいて、現在時から所定時間後までの前記ダムの流入量の予測データを前記非線形モデルにより算出し、算出した雨量の予測データおよび前記ダムの流入量の予測データと、前記データ入力部から入力された現在時の前記ダムの貯水量および放流量のデータとに基づいて、現在時から所定時間後までの前記ダムの貯水量および放流量の予測データを算出する予測データ算出部と、
   前記予測データ算出部で算出された、現在時から所定時間後までの前記監視対象エリアの雨量、前記ダムの流入量、貯水量、および放流量の予測データを用いて、前記ダムの監視員による洪水対策処理を支援する第１の洪水予測支援画面の表示データを生成し、外部の監視装置に表示させるために送信する洪水予測支援情報生成部と
   を備えることを特徴とする洪水予測支援装置。
2. 前記予測データ算出部では、算出した雨量の予測データおよび前記ダムの放流量の予測データに基づいて、現在時から所定時間後までの前記ダムの下流域の洪水状況の予測データをさらに算出し、
   洪水予測支援情報生成部で生成される第１の洪水予測支援画面の表示データは、前記洪水状況の予測データをさらに含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の洪水予測支援装置。
3. 前記洪水時データ記憶部に記憶された過去の洪水時データの中から、前記データ入力部から入力された所定時間前から現在までの前記監視対象エリアの雨量および前記ダムの流入量のデータに類似する過去の洪水時データを類似データとして抽出する類似データ抽出部
   をさらに備え、
   前記洪水予測支援情報生成部は、前記類似データ抽出部で抽出された類似データと、前記データ入力部で入力された所定時間前から現在時までの前記監視対象エリアの雨量、前記ダムの流入量、貯水量のデータと、前記予測データ算出部で算出された現在時から所定時間後までの前記監視対象エリアの雨量、前記ダムの流入量、貯水量、放流量の予測データとを用いて、前記ダムの監視員による洪水対策処理を支援する第２の洪水予測支援画面の表示データをさらに生成して前記監視装置に送信する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の洪水予測支援装置。
4. 前記洪水予測支援情報生成部は、洪水に対する処理を支援するための複数の音声データを予め記憶し、この複数の音声データの中から、前記データ入力部で現在入力したデータ、または前記予測データ算出部で算出された予測データとに基づいて、対応する音声データを抽出し、前記監視装置で出力させるために送信する
   ことを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の洪水予測支援装置。
5. 外部から取得した、監視対象エリアの雨量、監視対象のダムの流入量、貯水量、放流量のデータを取得して入力するデータ入力ステップと、
   前記監視対象のダムの下流域で洪水が起こったときを含む所定期間の、前記データ入力ステップで入力された雨量、前記ダムの流入量のデータを、洪水時データとして記憶する洪水時データ記憶ステップと、
   前記洪水時データ記憶ステップで記憶された複数の洪水時データの雨量および流入量のデータに基づいて、前記ダムの将来の流入量の予測データを非線形モデルにより算出するための係数パラメータを算出するパラメータ算出ステップと、
   前記データ入力ステップで入力された、所定時間前から現在までの雨量の計測データに基づいて現在時から所定時間後までの前記監視対象エリアの雨量の予測データを算出し、算出した雨量の予測データと前記パラメータ算出ステップで算出された係数パラメータとに基づいて、現在時から所定時間後までの前記ダムの流入量の予測データを前記非線形モデルにより算出し、算出した雨量の予測データおよび前記ダムの流入量の予測データと、前記データ入力ステップで入力された現在時の前記ダムの貯水量および放流量のデータとに基づいて、現在時から所定時間後までの前記ダムの貯水量および放流量の予測データを算出する予測データ算出ステップと、
   前記予測データ算出ステップで算出された、現在時から所定時間後までの前記監視対象エリアの雨量、前記ダムの流入量、貯水量、および放流量の予測データを用いて、前記ダムの監視員による洪水対策処理を支援する第１の洪水予測支援画面の表示データを生成し、外部の監視装置に表示させるために送信する洪水予測支援情報生成ステップと
   を備えることを特徴とする洪水予測支援方法。
6. 前記予測データ算出ステップでは、算出した雨量の予測データおよび前記ダムの放流量の予測データに基づいて、現在時から所定時間後までの前記ダムの下流域の洪水状況の予測データをさらに算出し、
   洪水予測支援情報生成ステップで生成される第１の洪水予測支援画面の表示データは、前記洪水状況の予測データをさらに含む
   ことを特徴とする請求項５に記載の洪水予測支援方法。
7. 前記洪水時データ記憶ステップで記憶された過去の洪水時データの中から、前記データ入力ステップで入力された所定時間前から現在までの前記監視対象エリアの雨量および前記ダムの流入量のデータに類似する過去の洪水時データを類似データとして抽出する類似データ抽出ステップ
   をさらに備え、
   前記洪水予測支援情報生成ステップでは、前記類似データ抽出ステップで抽出された類似データと、前記データ入力ステップで入力された所定時間前から現在時までの前記監視対象エリアの雨量、前記ダムの流入量、貯水量のデータと、前記予測データ算出ステップで算出された現在時から所定時間後までの前記監視対象エリアの雨量、前記ダムの流入量、貯水量、放流量の予測データとを用いて、前記ダムの監視員による洪水対策処理を支援する第２の洪水予測支援画面の表示データをさらに生成して前記監視装置に送信する
   ことを特徴とする請求項５または６に記載の洪水予測支援方法。
8. 前記洪水予測支援情報生成ステップでは、洪水に対する処理を支援するための複数の音声データを予め記憶し、この複数の音声データの中から、前記データ入力ステップで現在入力したデータ、または前記予測データ算出ステップで算出された予測データとに基づいて、対応する音声データを抽出し、前記監視装置で出力させるために送信する
   ことを特徴とする請求項５〜７いずれか１項に記載の洪水予測支援方法。

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