JP2015094122A - 水位予測装置及び水位予測方法並びに水位予測システム - Google Patents

Abstract

【課題】水門の開閉を考慮して、河川の水位を精度よく予測することが可能な、新規かつ改良された水位予測装置及び水位予測方法並びに水位予測システムを提供する。
【解決手段】本川及び前記本川に合流する支川を含む河川であって、前記支川における前記本川との合流地点に水門が設けられた河川の水位を予測する水位予測装置において、演算により前記本川及び前記支川の水位を事前に予測する水位予測部を備え、前記水位予測部は、予測された前記本川の水位に基づき得られる前記本川の水面標高が予測された前記支川の水位に基づき得られる前記支川の水面標高よりも高い場合に前記水門が閉鎖される一方、前記本川の水面標高が前記支川の水面標高よりも低い場合に前記水門が開放されるものとして、前記水位の予測を行う。
【選択図】図１２

Description

本発明は、水位予測装置及び水位予測方法並びに水位予測システムに関する。

従来、大雨等による、河川の氾濫や洪水をはじめとする災害を防止するために、所定時間後の時点の河川の水位を予測することが行われている。河川の水位を予測するためのパラメータの一つとして、例えば、河川の流量が挙げられる。一般的に、河川は、一つ又は複数の支川が本川に合流する形で形成されているために、それぞれの本川又は支川の水位を正確に予測するためには、本川の流量及び支川の流量をそれぞれ予測することが必要となる。

例えば、特許文献１には、各支川の近傍に設けられた雨量計及び当該支川に設けられた流量計により計測される流量及び雨量の情報から各支川の流量に関する予測式を求め、当該予測式を用いて所定時間後の各支川の流量を予測する方法が開示されている。さらに、上記特許文献１には、予測式を用いて予測された各支川の予測流量及び本川に設けられた流量計から本川の流量に関する予測式を求め、当該予測式を用いて所定時間後の本川の流量を予測する方法が開示されている。

特開２００５−２８４３２５号公報（段落００１０〜００３２等）

しかしながら、支川における本川との合流地点には水門が設置されている場合がある。特許文献１に記載の河川の流量を予測する方法では、水門を閉鎖した場合が考慮されておらず、水門を閉鎖した場合の本川及び支川の流量の予測値と実際の流量との誤差が大きくなる恐れがある。その結果、当該予測した本川又は支川の流量を用いて本川又は支川の水位を予測した場合には、得られる水位の予測値についても実際の水位との誤差が大きくなるおそれがあった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、水門の開閉を考慮して、河川の水位を精度よく予測することが可能な、新規かつ改良された水位予測装置及び水位予測方法並びに水位予測システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本川及び前記本川に合流する支川を含む河川であって、前記支川における前記本川との合流地点に水門が設けられた河川の水位を予測する水位予測装置において、演算により前記本川及び前記支川の水位を事前に予測する水位予測部を備え、前記水位予測部は、予測された前記本川の水位に基づき得られる前記本川の水面標高が予測された前記支川の水位に基づき得られる前記支川の水面標高よりも高い場合に前記水門が閉鎖される一方、前記本川の水面標高が前記支川の水面標高よりも低い場合に前記水門が開放されるものとして、前記水位の予測を行うことを特徴とする、水位予測装置が提供される。

前記水位予測部は、予測時点までの前記河川全体の流域の雨量に基づいて前記合流地点より下流の前記本川の水位を予測してもよい。

前記水位予測部は、前記水門が閉鎖される場合においては、さらに予測時点までの前記支川の流域の雨量に基づいて、前記合流地点より下流の前記本川の水位を予測してもよい。

前記水位予測部は、前記水門が閉鎖される場合においては、予測時点までの前記支川の流域の雨量に基づいて前記合流地点より上流の前記支川の水位を予測してもよい。

前記水位予測部は、前記支川に、前記支川から前記本川に対して排水を行う排水ポンプが設けられている場合においては、前記排水ポンプの稼働状態をさらに考慮して前記水位を予測してもよい。

前記水位予測部は、前記水門が閉鎖される場合においては、前記排水ポンプの稼働開始時期及び稼働停止時期の条件を複数設定して、前記水位を複数予測してもよい。

前記水位予測部は、前記河川全体又は前記支川の流域の雨量に基づきタンクモデルを用いて得られる前記河川全体又は前記支川の河川流出量に基づいて前記本川又は前記支川の水位を予測してもよい。

前記水位予測部は、前記水門が閉鎖される場合においては、前記河川全体の河川流出量から前記支川の河川流出量を減算した値に基づいて前記本川の水位を予測してもよい。

前記水位予測部は、前記排水ポンプの稼働時においては前記排水ポンプによる排水量を加算して前記本川の水位を予測してもよい。

前記水位予測部は、前記水門が閉鎖される場合においては、前記支川の河川流出量を加算した値に基づいて前記支川の水位を予測してもよい。

前記水位予測部は、前記排水ポンプの稼働時においては前記排水ポンプによる排水量を減算して前記支川の水位を予測してもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、本川及び前記本川に合流する支川を含む河川であって、前記支川における前記本川との合流地点に水門が設けられた河川の水位を予測する水位予測方法において、演算により前記本川及び支川の水位を事前に予測するにあたり、予測された前記本川の水位に基づき得られる前記本川の水面標高が予測された前記支川の水位に基づき得られる前記支川の水面標高よりも高い場合に前記水門が閉鎖される一方、予測された前記本川の水位が前記支川の水位よりも低い場合に前記水門が開放されるものとして、前記水位の予測を行うことを特徴とする、水位予測方法が提供される。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、本川及び前記本川に合流する支川を含む河川全体の流域の雨量を検知するための第１の雨量検出部と、前記支川の流域の雨量を検知するための第２の雨量検出部と、前記河川全体及び前記支川の流域の雨量予測情報を取得する雨量予測情報取得部と、前記支川における前記本川との合流地点に設けられた水門の開閉状態を検知するための水門検出部と、上述したいずれかの水位予測装置と、を備えた水位予測システムが提供される。

以上説明したように本発明によれば、水門の開閉を考慮して、河川の水位を精度よく予測することができる。

本発明の実施形態による水位予測システムの基本構成を示した説明図である。 同実施形態による水位予測装置の構成の一例を示した説明図である。 同実施形態による水位予測システムが設置される河川の一例を示した説明図である。 零点高標高、水位及び水面標高について示した説明図である。 タンクモデルによる河川流出量の求め方を概念的に示した説明図である。 タンクモデルの各パラメータを例示した説明図である。 河川の水位と流量との関係を示した説明図である。 同実施形態による水位予測装置のデータ受信処理及びサービス呼出処理起動動作を示したフローチャートである。 同実施形態による水位予測装置のデータ受信処理の動作を示したフローチャートである。 同実施形態による水位予測装置のサービス呼出処理の動作を示したフローチャートである。 タンクモデルを用いた水位予測処理の動作を示したフローチャートである。 同実施形態による水位予測装置の流出量補正処理の動作を示したフローチャートである。 同実施形態による水位予測装置の表示処理によるディスプレイ表示の一例を示した説明図である。 同実施形態による水位予測装置のシミュレーション処理の動作を示したフローチャートである。 同実施形態による水位予測装置のシミュレーション処理の条件設定の一例を示した説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜水位予測システムの基本構成＞
まず、本実施形態の水位予測システムの基本構成について図１〜図３を参照して説明する。水位予測システムは、図１に示すように、第１の雨量検出部１０Ａ、第２の雨量検出部１０Ｂ、第１の水位検出部２０Ａ、第２の水位検出部２０Ｂ、水門検出部３０、ポンプ検出部４０、水位予測装置６０を含む。各検出部１０Ａ，１０Ｂ，２０Ａ，２０Ｂ，３０，４０は、優先又は無線の通信ネットワーク５０を介して水位予測装置６０に計測データを伝達可能になっている。また、水位予測システムは、通信ネットワーク５０を介して、外部サービスである雨量予測サービス８０にも接続されている。

本実施形態の水位予測システムは、一例として図３に示す河川の水位を予測するシステムとして構築されたものである。図３に例示した河川は、本川Ｒｍ及び本川Ｒｍに合流する二本の支川Ｒａ，Ｒｂを含む。支川Ｒａ，Ｒｂのうちの支川Ｒａは、支川Ｒｂよりも下流側で本川Ｒｍに合流している。ここで、理解を容易にするために、本実施形態では、支川Ｒａにおける、本川Ｒｍとの合流地点に水門９０及び排水ポンプ９５が設置されている一方、支川Ｒｂにおける本川Ｒｍとの合流地点には、水門及び排水ポンプが設置されていないものとする。

なお、以下の説明に用いられる各用語の単位は以下のとおりである。
雨量ｒ：ｍｍ
水位Ｌ：ｍ
零点高標高（基準高）Ｈ０：ｍ
水面標高Ｈ：ｍ
流出口の高さｈ：ｍ
流量Ｑ０：ｍ^３／ｓ
流出量Ｑ：ｍ^３／ｓ
排出量Ｑｐ：ｍ^３／ｓ
貯留高Ｓ：ｍｍ
流域面積Ａ：ｋｍ^２

＜雨量検出部＞
第１の雨量検出部１０Ａ及び第２の雨量検出部１０Ｂは、設置点の雨量を検知し、通信ネットワーク５０を介して水位予測装置６０に送信するための装置である。第１の雨量検出部１０Ａは、河川全体の流域の中央の領域に設置されている。また、第２の雨量検出部１０Ｂは、支川Ｒａの流域の中央の領域に設置されている。第１及び第２の雨量検出部１０Ａ，１０Ｂは、それぞれ雨量センサ１１及び通信ユニット１２を含む構成とすることができる。

雨量センサ１１は、常時雨量を計測し、計測した雨量データを内部に記憶する。通信ユニット１２は、既定の時間間隔で雨量センサ１１により計測された雨量データを取得し、通信ネットワーク５０を介して水位予測装置６０に雨量データを送信する。雨量データは、例えば、既定時間内に降った雨量を示すデータである。雨量データを送信する時間間隔は適宜設定可能であるが、本実施形態では、通信ユニット１２による雨量データの送信が１０分間隔で行われるように設定されている。雨量センサ１１及び通信ユニット１２は、既知の雨量センサ及び通信ユニットを用いて構成することができる。

＜水位検出部＞
第１の水位検出部２０Ａ及び第２の水位検出部２０Ｂは、設置点の水位を検知し、通信ネットワーク５０を介して水位予測装置６０に送信するための装置である。第１の水位検出部２０Ａは、本川Ｒｍにおける本川Ｒｍと支川Ｒａとの合流地点の下流側に設置されている。また、第２の水位検出部２０Ｂは、支川Ｒａにおける、水門９０の上流側（以下「内水側」と称する場合がある。）に設置されている。第１及び第２の水位検出部２０Ａ，２０Ｂは、それぞれ水位センサ２１及び通信ユニット２２を含む構成とすることができる。

水位センサ２１は、常時水位を計測し、計測した水位データを内部に記憶する。通信ユニット２２は、既定の時間間隔で水位センサ２１により計測された水位データを取得し、通信ネットワーク５０を介して水位予測装置６０に水位データを送信する。例えば、通信ユニット２２は、既定時間間隔置きに、当該期間内に計測した水位を平均化処理した水位データを送信する。既定時間間隔置きに、その時点の水位のデータを送信してもよい。水位データを送信する時間間隔は適宜設定可能であるが、本実施形態では、通信ユニット２２による水位データの送信が１０分間隔で行われるように設定されている。水位センサ２１及び通信ユニット２２は、既知の水位センサ及び通信ユニットを用いて構成することができる。

＜水門検出部＞
水門検出部３０は、支川Ｒａの水門９０の開閉状態を検知し、通信ネットワーク５０を介して水位予測装置６０に送信するための装置である。水門検出部３０は、水門センサ３１及び通信ユニット３２を含む構成とすることができる。水門センサ３１は、水門９０の開閉状態を検知できるものであればよいが、水門９０の開度まで検知できるものであってもよい。

本実施形態では、水門センサ３１は、水門９０が閉鎖されたときに通電する構造を有している。また、通信ユニット３２は、水門９０が開放された状態、すなわち、非通電状態では、既定の比較的長い時間間隔で、水門９０の開放状態を示す情報「ＯＰＥＮ」を、通信ネットワーク５０を介して水位予測装置６０に送信する。一方、通信ユニット３２は、水門９０が閉鎖された状態、すなわち、通電状態では、既定の比較的短い時間間隔で、水門９０の閉鎖状態を示す情報「ＣＬＯＳＥ」を、通信ネットワーク５０を介して水位予測装置６０に送信する。水門９０の情報（以下「水門データ」という。）を送信する時間間隔は適宜設定可能であるが、本実施形態では、通信ユニット３２による水門データの送信が、非通電状態では１時間間隔で、通電状態では１０分間隔で行われるように設定されている。水門センサ２１及び通信ユニット３２は、既知のセンサ及び通信ユニットを用いて構成することができる。

＜ポンプ検出部＞
ポンプ検出部４０は、排水ポンプ９５の稼働状態を検知し、通信ネットワーク５０を介して水位予測装置６０に送信するための装置である。ポンプ検出部４０は、ポンプセンサ４１及び通信ユニット４２を含む構成とすることができる。ポンプセンサ４１は、排水ポンプ９５の稼働状態を検知できるものであればよいが、ポンプ出力まで検知できるものであってもよい。

本実施形態では、ポンプセンサ４１は、排水ポンプ９５が稼働したときに通電する構造を有している。また、通信ユニット４２は、排水ポンプ９５が停止した状態、すなわち、非通電状態では、既定の比較的長い時間間隔で、排水ポンプ９５の停止状態を示す情報「ＯＦＦ」を、通信ネットワーク５０を介して水位予測装置６０に送信する。一方、通信ユニット４２は、排水ポンプ９５が稼働した状態、すなわち、通電状態では、既定の比較的短い時間間隔で、排水ポンプ９５の稼働状態を示す情報「ＯＮ」を、通信ネットワークを介して水位予測装置６０に送信する。排水ポンプ９５の情報（以下「ポンプデータ」という。）を送信する時間間隔は適宜設定可能であるが、本実施形態では、通信ユニット４２によるポンプデータの送信が、非通電状態では１時間間隔で、通電状態では１０分間隔で行われるように設定されている。ポンプセンサ４１及び通信ユニット４２は、既知のセンサ及び通信ユニットを用いて構成することができる。

＜水位予測装置＞
水位予測装置６０は、本川Ｒｍの水位Ｌｍ及び支川Ｒａの水位Ｌａを事前に予測するための装置である。水位予測装置６０は、予測された本川Ｒｍの水位に基づき得られる本川Ｒｍの水面標高Ｈｍが、予測された支川Ｒａの水位Ｌａに基づき得られる支川Ｒａの水面標高Ｈａよりも高い場合に、支川Ｒａの水門９０が閉鎖されるものとして水位の予測を行うことが可能である。一方、水位予測装置６０は、予測された本川Ｒｍの水位に基づき得られる本川Ｒｍの水面標高Ｈｍが、予測された支川Ｒａの水位Ｌａに基づき得られる支川Ｒａの水面標高Ｈａよりも低い場合に、支川Ｒａの水門９０が開放されるものとして水位の予測を行うことが可能である。

なお、図４に示すように、本川Ｒｍ及び支川Ｒａの「水面標高Ｈｍ，Ｈａ」とは、本川Ｒｍ又は支川ＲＡの水位観測点における、基準となる海面（例えば、東京湾の平均海面）からの絶対高さを意味する。また、本川Ｒｍ及び支川Ｒａの「水位Ｌｍ，Ｌａ」とは、各本川Ｒｍ又は支川Ｒａの水位観測点の零点高標高Ｈｍ０，Ｈａ０と水面標高Ｈｍ，Ｈａとの差分を意味する。本実施形態では、水位Ｌｍ，Ｌａが求められることにより、水位Ｌｍ，Ｌａに零点高標高Ｈｍ０，Ｈａ０を加算して、水面標高Ｈｍ，Ｈａが求められる。

（１）水位予測装置の基本構成
水位予測装置６０は、例えば図２に示したような基本構成を有する。図２では、水位予測装置６０の構成が機能的なブロックに分けて示されている。水位予測装置６０は、河川モデル記憶部６２、データ受信処理部６４、サービス呼出処理部６６、予測水位演算部６８、補正処理部７０、シミュレーション処理部７２、表示処理部７４、通信ユニット７６、及びデータベース７８を備える。データ受信処理部６４、サービス呼出処理部６６、予測水位演算部６８、補正処理部７０、シミュレーション処理部７２、及び表示処理部７４は、具体的には、コンピュータによるプログラムの実行により実現される。このうち、予測水位演算部６８、補正処理部７０、及びシミュレーション処理部７２が、本発明における「水位予測部」の構成要素となっている。

（１−１）データ受信処理部
データ受信処理部６４は、通信ユニット７６及び通信ネットワーク５０を介して、各検出部１０Ａ，１０Ｂ，２０Ａ，２０Ｂ，３０，４０から送信されるデータを受信し、ＲａＭ等により構成されるデータベース７８に登録するデータ受信処理を行う。

（１−２．サービス呼出処理部）
サービス呼出処理部６６は、通信ユニット７６及び通信ネットワーク５０を介して、雨量予測サービス８０に対して雨量予測を定期的に依頼し、受信した結果をデータベース７８に登録するサービス呼出処理を行う。通信ユニット７６は、既知の通信ユニット７６を用いて構成することができる。

雨量予測サービス８０は、一定時間後の本川Ｒｍ及び支川Ｒａ，Ｒｂを含む河川全体の流域の雨量及び支川Ｒａの流域の雨量を予測し、当該雨量予測情報を提供するサービスである。雨量予測サービス８０は、例えば、気象庁の降水短時間予報やレーダー・ナウキャストのような外部のサービスとすることができるが、特に限定されるものではない。雨量を予測する時間は適宜設定可能であるが、例えば、１０分後、２０分後、３０分後、・・・、６０分後、１２分後、１８０分後のように設定することができる。

（１−３）予測水位演算部
予測水位演算部６８は、データベース７８に登録された各種データ及び雨量予測情報に基づいて、本川Ｒｍ及び支川Ｒａの水位Ｌｍ，Ｌａを事前に予測する演算を行う。予測水位演算部６８は、本川Ｒｍ及び支川Ｒａの水位Ｌｍ，Ｌａを予測するにあたり、予測された本川Ｒｍの水位Ｌｍに基づき得られる本川Ｒｍの水面標高Ｈｍが、予測された支川Ｒａの水位Ｌａに基づき得られる支川Ｌａの水面標高Ｈａよりも高い場合に、水門９０が閉鎖されるものとして演算を行う。また、予測水位演算部６８は、予測された本川Ｒｍの水位Ｌｍに基づき得られる本川Ｒｍの水面標高Ｈｍが、予測された支川Ｒａの水位Ｌａに基づき得られる支川Ｌａの水面標高Ｈａよりも低い場合に、水門９０が開放されるものとして演算を行う。

本実施形態では、予測水位演算部６８は、第１の雨量検出部１０Ａによって計測された雨量又は第２の雨量検出部１０Ｂによって計測された雨量のいずれかが、あらかじめ設定された閾値を超えた場合に、水位の予測を開始するように構成されている。また、予測水位演算部６８は、雨量予測サービス８０から呼び出された、本川Ｒｍ又は支川Ｒａを含む河川全体の流域の予測雨量又は支川Ｒａの流域の予測雨量が、あらかじめ設定された閾値を超えた場合においても、水位の予測を開始するように構成されている。ただし、常時、水位の予測が行われるようになっていてもよい。

予測水位演算部６８は、一例として、既知のタンクモデルを用いて河川全体及び支川Ｒａの河川流出量Ｑｍ，Ｑａを算出し、さらに、河川全体及び支川Ｒａの河川流出量Ｑｍ，Ｑａを用いて本川Ｒｍ及び支川Ｒａの水位Ｌｍ，Ｌａを求めるものとすることができる。本実施形態では、予測水位演算部６８は、図５に示される三段のタンクモデルを用いて本川Ｒｍ及び支川Ｒａの水位Ｌｍ，Ｌａを求めるように構成されている。得られた各水位Ｌｍ，Ｌａは、データベース７８に登録される。

ただし、本川Ｒｍ，Ｒａの水位Ｌｍ，Ｌａの演算方法は三段のタンクモデルを用いる方法に限定されるものではなく、その他の既知の方法を採用してもよい。例えば、合理式や単位図法、貯留関数法等の既知の流出モデルにより河川流出量を求めて、河川の水位を求めるように構成することもできる。

（１−４）補正処理部
補正処理部７０は、水門９０が閉鎖されていると仮定される場合において、水位予測の演算に用いる河川全体及び支川Ｒａの河川流出量Ｑｍ，Ｑａの補正処理を行う。本実施形態では、本川Ｒｍの水位Ｌｍ支川Ｒａの水位Ｌａ以上になると予測された予測対象の時間には水門９０が閉鎖されるものと仮定して、河川全体及び支川Ｒａの河川流出量Ｑｍ，Ｑａの補正処理を行う。すなわち、本川Ｒｍの水位Ｌｍが支川Ｒａの水位Ｌａ以上の状態では、本川Ｒｍから支川Ｒａに逆流が生じ、支川Ｒａの氾濫等が生じるおそれがあるために、水門９０が閉鎖されるものと仮定する。これにより、支川Ｒａから本川Ｒｍへの流入が無くなることから、補正処理部７０は、本川Ｒｍについては支川Ｒａの河川流出量Ｑａを減算し、また、支川Ｒａについては支川Ｒａの河川流出量Ｑａを加算する補正処理を行う。

また、本実施形態では、補正処理部７０は、水門９０が閉鎖されると仮定される場合において、排水ポンプ９５の稼働状態も考慮して、河川全体及び支川Ｒａの河川流出量Ｑｍ，Ｑａの補正処理を行う。排水ポンプ９５が稼働している状態では、支川Ｒａから本川Ｒｍへの排水があることから、補正処理部７０は、本川Ｒｍについては排水ポンプ９５の排水量Ｑｐを加算し、支川Ｒａについては排水ポンプ９５の排水量Ｑｐを減算する補正処理を行う。

（１−５）シミュレーション処理部
シミュレーション処理部７２は、現在から、あらかじめ設定した時間後まで、あらかじめ設定した時間間隔で、予測された各時点の本川Ｒｍ及び支川Ｒａの水位Ｌｍ，Ｌａにそれぞれの零点高標高Ｈｍ０，Ｈａ０を加えて得られる水面標高Ｈｍ，Ｈａを比較する。また、シミュレーション処理部７２は、比較の結果本川Ｒｍの水面標高Ｈｍが支川Ｒａの水面標高Ｈａを超える場合、排水ポンプ９５の稼働開始時期及び稼働停止時期を複数設定して、本川Ｒｍ及び支川Ｒａの水位Ｌｍ，Ｌａを予測水位演算部６８に複数予測させるシミュレーションを実行する。得られたシミュレーション結果は、データベース７８に登録される。

（１−６）河川モデル記憶部
河川モデル記憶部６２は、本川Ｒｍ及びすべての支川Ｒａ，Ｒｂを含む河川の流域全体の河川モデル及び支川Ｒａの河川モデルを記憶する。記憶される河川モデルは、水位を算出する際に用いる種々のパラメータを含む。それぞれの河川全体及び支川Ｒａの河川モデルは、過去の河川全体及び各支川Ｒａ，Ｒｂの流域の雨量データに基づいて求めることができる。河川モデル記憶部６２は、例えば、ＲＯＭ等により構成することができる。

本実施形態では、三段のタンクモデルを用いて河川全体及び支川Ｒａの河川流出量Ｑｍ，Ｑａを求め、当該河川全体及び支川Ｒａの河川流出量Ｑｍ，Ｑａに基づいて本川Ｒｍ及び支川Ｒａの水位Ｌｍ，Ｌａが求められる。したがって、本川Ｒｍ及び支川Ｒａそれぞれの河川モデルを表すパラメータとして、流域面積αｍ，αａ、一段目タンクの河川流出係数ｋｍ１１，ｋａ１１、一段目タンクの河川流出口の高さｈｍ１，ｈａ１、一段目タンクの二段目タンク流出係数ｋｍ１２，ｋａ１２、二段目タンクの河川流出係数ｋｍ２１，ｋａ２１、二段目タンクの河川流出口の高さｈｍ２，ｈａ２、二段目タンクの三段目タンク流出係数ｋｍ２２，ｋａ２２、三段目タンクの河川流出係数ｋｍ３１，ｋａ３１、三段目タンクの地中浸透係数ｋｍ３２，ｋａ３２、水位観測点の零点高標高Ｈｍ０，Ｈａ０、河川の水位と流量との関係を示す係数αｍ，αａ、河川の水位と流量との関係の補正係数βｍ，βａが、河川モデル記憶部６２に記憶されている。

本実施形態の水位予測システムにおいて使用する河川全体及び支川Ｒａそれぞれの河川モデルのパラメータの一例を図６に一覧で示す。本川Ｒｍ及び支川Ｒａの水位観測点の零点高標高Ｈｍ０，Ｈａ０は、それぞれ第１及び第２の水位検出部２０Ａ，２０Ｂの水位センサ２１の設置点の基準高である。

また、河川の水位と流量との関係を示す係数ａは、河川毎に、図７に例示した河川の水位Ｌと流量Ｑとの関係から求められる値である。図７に示した例では、河川の水位Ｌが高くなるにしたがって河川の流量Ｑは上昇し、また、河川の流量Ｑの上昇率も水位Ｌが高いほど大きくなるなっている。河川の水位と流量との関係は、各河川ごとにあらかじめ求めておくことができる。

（１−７）表示処理部
表示処理部７４は、あらかじめ設定した時間範囲について、あらかじめ設定した時間間隔で、第１及び第２の雨量検出部１０Ａ，１０Ｂにより計測された雨量データの実測値、雨量予測サービス８０から呼び出した雨量予測情報、第１及び第２の水位検出部２０Ａ，２０Ｂにより計測された水位データの実測値、予測水位演算部６８により算出された予測水位Ｌｍ，Ｌａ、現在の水門９０の状態及び現在の排水ポンプ９５の状態を、データベース７８から取得し、図示しないディスプレイ等に表示する。表示処理部７４は、定期的にデータベース７８に登録された情報を取得してもよく、あるいは、データベース７８の情報が変更された場合に、変更された情報又はすべての情報を取得してもよい。

（１−８）通信ユニット
通信ユニット７６は、通信ネットワーク５０を介して、各検出部１０Ａ，１０Ｂ，２０Ａ，２０Ｂ，３０，４０によって検出される各種データを受信したり、雨量予測サービス８０に対して雨量予測を依頼し、雨量予測情報を受信したりする。通信ユニット７６は、既知の通信ユニットを用いて構成することができる。

（１−９）データベース
データベース７８には、種々のデータが登録される。データベース７８は、既知のものを使用することができる。

（２）動作
以上、本実施形態による水位予測装置６０の構成について説明した。次に、本実施形態による水位予測装置６０の動作について説明する。図８〜図１５は、本実施形態による水位予測装置６０の動作を示したフローチャートである。

（２−１）データ受信処理及びサービス呼出処理の起動
予測水位の演算処理を実行するにあたり、水位予測装置６０は、各検出部１０Ａ，１０Ｂ，２０Ａ，２０Ｂ，３０，４０から各種データを受信するデータ受信処理及び雨量予測サービスから雨量予測情報を呼び出すサービス呼出処理をあらかじめ開始する。

図８は、データ受信処理及びサービス呼出処理を起動する動作を示したフローチャートである。水位予測装置６０は、まず、データ受信処理を起動する（Ｓ１０２）。これにより、後述するデータ受信処理（Ｓ２００）の実行が開始される。次いで、水位予測装置６０は、サービス呼出処理を起動する（Ｓ１０４）。これにより、後述するサービス呼出処理（Ｓ３００）の実行が開始される。

その後、水位予測装置６０は、待ち状態（Ｓ１０６）と致命的なエラーの有無の判別（Ｓ１０８）とを繰り返し、致命的なエラーが発生した場合（Ｓ１０８：Ｙｅｓ）には、データ受信処理及びサービス呼出処理を終了する。

（２−２）データ呼出処理
図９は、データ受信処理（Ｓ２００）の動作を示したフローチャートである。図９に示したように、データ受信処理部６４は、まず、各検出部１０Ａ，１０Ｂ，２０Ａ，２０Ｂ，３０，４０からの各種データの待ち状態となる（Ｓ２０２）。本実施形態では、各種データは１０分毎に送信されるように構成されており、次回、データが送信されてくるまでの期間、データ受信処理部６４は待ち状態となる。

次いで、データ受信処理部６４は、通信ユニット７６及び通信ネットワーク５０を介して、各検出部１０Ａ，１０Ｂ，２０Ａ，２０Ｂ，３０，４０から各種データを受信すると、受信したデータをデータベース７８に登録する（Ｓ２０４Ｒ，Ｓ２０４Ｗ，Ｓ２０４Ｇ，Ｓ２０４Ｐ）。水位データ、水門データ、ポンプデータに関しては、データベース７８に登録した後（Ｓ２０１Ｗ，Ｓ２０１Ｇ，Ｓ２０１Ｐ）、次回、各データが送信されるまで、データ受信処理部６４は待ち状態となる（Ｓ２０２に戻る）。

一方、雨量データをデータベース７８に登録した後（Ｓ２０４Ｒ）、データ受信処理部６４は、受信した雨量データの対象日時があらかじめ設定した条件に合致する場合、データベース７８に登録されている雨量データから、あらかじめ設定した時間間隔の雨量（以下「単位時間雨量」と称する。）ｒＹを算出する（Ｓ２０６）。本実施形態では、受信する雨量データは１０分間雨量ｒＸのデータとなっており、データ受信処理部６４は、受信した雨量データが毎正時を含む期間のデータである場合に、データベース７８に登録されている前回の正時の雨量データとの差分を「１時間雨量ｒＹ」として算出する。

次いで、データ受信処理部６４は、データベース７８に登録した、受信された雨量データの雨量ｒＸ又は算出した単位時間雨量ｒＹを累積加算し、降り始めからの累加雨量ｒＺを算出する（Ｓ２０８）。累加雨量ｒＺは、例えば、国道交通省の川の防災情報においてテレメータ雨量として提供される、毎正時の累加雨量及び１０分毎の累加雨量を参考にして、算出することができる。

次いで、データ受信処理部６４は、算出した単位時間雨量ｒＹ及び累加雨量ｒＺをデータベース７８に登録する（Ｓ２１０）。

次いで、データ受信処理部６４は、第１の雨量検出部１０Ａからの雨量データ、第２の雨量検出部１０Ｂからの雨量データ又は算出した単位時間雨量ｒＹのデータ又は累加雨量ｒＺのデータが所定の閾値以上か否かを判別する（Ｓ２１２）。例えば、データ受信処理部６４は、第１及び第２の雨量検出部１０Ａ，１０Ｂから送信される１０分間雨量ｒＸのいずれかが５ｍｍ以上であるか否か、算出した１時間雨量ｒＹが２０ｍｍ以上であるか否か、又は算出した累加雨量ｒＺが５０ｍｍ以上であるか否かを判別する。

いずれかの雨量データが閾値以上となっていた場合（Ｓ２１２：Ｙｅｓ）、データ受信処理部６４は、水位予測処理を起動する（Ｓ２１４）。これにより、水位予測処理（Ｓ４００）が開始される。一方、すべての雨量データが閾値未満となっていた場合（Ｓ２１２：Ｎｏ）、次回の各種データが送信されるまで、データ受信処理部６４は待ち状態となる（Ｓ２０２に戻る）。

なお、致命的なエラーが発生した場合には、データ受信処理部６４はデータ受信処理を終了する（Ｓ２１６：Ｙｅｓ）。

（２−３）サービス呼出処理
図１０は、サービス呼出処理の動作を示したフローチャートである。図１０に示したように、サービス呼出処理部６６は、あらかじめ設定した時間間隔で、通信ユニット７６及び通信ネットワーク５０を介して、雨量予測サービス８０に対して雨量予測の依頼を送信し、雨量予測情報を受信する（Ｓ３０２〜Ｓ３０６）。本実施形態では、サービス呼出処理部６６は、１０分間隔で雨量予測サービス８０に対して、河川全体及び支川Ｒａの流域の雨量予測を依頼し、受信する。

雨量予測サービス８０は、水位予測装置６０からの雨量予測の依頼を受信し、水位予測装置６０に対して雨量予測情報を送信する。

例えば、水位予測装置６０は、ある日の１２：３０に雨量予測を依頼した場合に、「１０分間雨量予測値ｒｅＸ；１２：４０＝４ｍｍ、１２：５０＝２ｍｍ、…、１時間雨量値ｒｅＹ予測；１３：００＝１０ｍｍ、１４：００＝２０ｍｍ、１５：００＝５ｍｍ」という内容の情報を受信する。

次いで、サービス呼出処理部６６は、受信した河川全体及び支川Ｒａの流域の雨量予測情報を雨量予測データとしてデータベース７８に登録する（Ｓ３０８）。

次いで、サービス呼出処理部６６は、河川全体及び支川Ｒａの流域に関する雨量予測データに、あらかじめ設定した閾値以上の降雨予測値があるか否かを判別する（Ｓ３１０）。例えば、サービス呼出処理部６６は、雨量予測データに含まれる１０分間雨量予測値ｒｅＸのいずれかが５ｍｍ以上であるか否か、１時間雨量予測値ｒｅＹのいずれかが２０ｍｍ以上であるか否か、又は累加雨量予測値ｒｅＺが５０ｍｍ以上であるか否かを判別する。

いずれかの雨量予測値ｒｅが閾値以上となっていた場合（Ｓ３１０：Ｙｅｓ）、サービス呼出処理部６６は、水位予測処理を起動する（Ｓ３１２）。これにより、水位予測処理（Ｓ４００）が開始される。一方、すべての雨量予測データが閾値未満となっていた場合（Ｓ３１０：Ｎｏ）、次回、雨量予測情報を呼び出すまで、サービス呼出処理部６６は待ち状態となる（Ｓ３０２に戻る）。

なお、図示していないが、サービス呼出処理についても、致命的なエラーが発生した場合には、予測水位演算部６８は処理を終了する。

（２−４）水位予測処理
図１１は、図４に示したタンクモデルを用いた水位予測処理の動作を示すフローチャートである。以下の説明において、雨の降り始めの時間をｔ＝ＴＳ、以降のデータ登録時間を順にｔ＝ＴＳ＋１，ＴＳ＋２，・・・、現在の時間、具体的には、最新のデータ登録時間をｔ＝Ｔ０、以降のデータ登録時間を順にｔ＝Ｔ１，Ｔ２，・・・と表記する。また、時間に依存する変数は、例えば、水位Ｌ（Ｔ０），Ｌ（ＴＳ），流出量Ｑ（Ｔ０），Ｑ（ＴＳ）のように表記する。

図１１に示したように、まず、予測水位演算部６８は、連続した降雨が発生している場合において、データベース７８から、あらかじめ設定した時間間隔（本実施形態の例では１０分）で登録された各種データのうち、連続した降雨の降り始めの時間（ＴＳ）の一回前の時間（ＴＳ−１）から現在（Ｔ０）までに登録された雨量データ、水位データ、水門データ、ポンプデータを取得する（Ｓ４０２）。「連続した降雨」とは、例えば、あらかじめ設定した期間中、継続してに１ｍｍ以上の降雨が観測され、それが継続している場合の降雨とすることができる。この場合の期間は、例えば、３００分とすることができる。

また、予測水位演算部６８は、データベース７８から、現在（Ｔ０）からあらかじめ設定した時間後の時点の雨量予測データを取得する（Ｓ４０２）。

次いで、予測水位演算部６８は、本川Ｒｍ及び支川Ｒａ，Ｒｂを含む河川全体と支川Ｒａとについて、河川モデル記憶部６２に記憶されたパラメータを取得し、タンクモデルの変数を算出する（Ｓ４０４）。

次いで、予測水位演算部６８は、降り始めの時間（ＴＳ）の一回前の時間（ＴＳ−１）について、１段目タンク及び２段目タンクの貯留高Ｓ１，Ｓ２を０とし、時間ｔ＝ＴＳ−１の水位データから、以下の手順に沿って３段目タンクの貯留高Ｓ３の算出を行う（Ｓ４０６〜Ｓ４１２）。この３段目タンクの貯留高Ｓ３の算出は、河川全体及び支川Ｒａそれぞれについて行われる。

具体的に、３段目タンクの貯留高Ｓ３の算出は以下のように行われる。まず、予測水位演算部６８は、時間ｔを降り始めの一回前の時間ＴＳ−１にセットする（Ｓ４０６）。次いで、予測水位演算部６８は、１段目タンクの貯留高Ｓ１を０にし（Ｓ４０８）、さらに２段目タンクの貯留高Ｓ２を０にする（Ｓ４１０）。

次いで、予測水位演算部６８は、水位Ｌ（ＴＳ−１）、水位と流量との関係を示す係数ａ、補正係数ｂから、流量Ｑ０（ＴＳ−１）を算出する。次いで、流量Ｑ０（ＴＳ−１）と、３段目ダンクの河川流出係数ｋ３１に基づいて、３段目タンクの貯留高Ｓ３（ＴＳ−１）を算出する（Ｓ４１２）。

例えば、雨の降り始め時間（ＴＳ）をある日の１２：００とし、本川Ｒｍに設置された第１の水位検出部２０Ａにより１１：５０に検出された水位Ｌｍ（ＴＳ−１）を０．１５ｍとすると、河川全体のタンクモデルの３段目タンクの貯留高Ｓｍ３（ＴＳ−１）は既知の計算式により以下のように求められる。

流量Ｑｍ０（ＴＳ−１）
＝ａ×（Ｌｍ（ＴＳ−１）＋ｂ）^２
＝８０×（０．１５＋０．００）^２
＝１．８０（ｍ^３／ｓ）

貯留高Ｓｍ３（ＴＳ−１）
＝Ｑｍ（ＴＳ−１）／αｍ×３．６／ｋｍ３１
＝１．８／２７×３．６／０．００５
＝４８．０（ｍｍ）

次いで、予測水位演算部６８は、降り始めの時間（ＴＳ）から現在まで、及び、あらかじめ設定した時間後まで、あらかじめ設定した時間間隔（本実施形態の例では１０分）で、順次、以下の手順に沿って１段目タンクの流出量Ｑ１と貯留量Ｖ１、２段目タンクの流出量Ｑ２と貯留量Ｖ２、３段目タンクの流出量Ｑ３と貯留量Ｖ３、河川流出量Ｑをそれぞれ算出する（Ｓ４１４〜Ｓ４２０）。これらの各タンクの流出量、貯留量及び河川流出量の算出は、河川全体及び支川Ｒａそれぞれについて行われる。

具体的に、ある時間（ｔ）での各タンクの流出量、貯留量及び河川流出量の算出は、以下のように行われる。まず、予測水位演算部６８は、時間ｔを降り始めの時間ＴＳにセットする（Ｓ４１４）。

次いで、予測水位演算部６８は、１０分間雨量予測値ｒｅＸ（ｔ）と、１段目タンクの一回前の時間（ｔ−１）の貯留高Ｓ１（ｔ−１）、河川流出係数ｋ１１、河川流出口の高さｈ１、２段目タンクへの流出係数ｋ１２とに基づいて、１段目タンクからの河川流出量Ｑ１（ｔ）、２段目タンクへの流出量Ｑ１２（ｔ）、１段目タンクの貯留高Ｓ１（ｔ）を算出する（Ｓ４１６）。

次いで、予測水位演算部６８は、１段目タンクから２段目タンクへの流出量Ｑ１２（ｔ）と、２段目タンクの一回前の時間の貯留高Ｓ２（ｔ−１）、河川流出係数ｋ２１、河川流出口の高さｈ２、３段目タンクへの流出係数ｋ２２とに基づいて、２段目タンクからの河川流出量Ｑ２（ｔ）及び２段目タンクの貯留高Ｓ２（ｔ）を算出する（Ｓ４１８）。

次いで、予測水位演算部６８は、２段目タンクの３段目タンクへの流出量Ｑ２２（ｔ）と、３段目タンクの一回前の時間の貯留高Ｓ３（ｔ−１）、河川流出係数ｋ３１、地中浸透係数ｋ３２とに基づいて、３段目タンクからの河川流出量Ｑ３（ｔ）及び３段目タンクの貯留高Ｓ３（ｔ）を算出する（Ｓ４２０）。

次いで、予測水位演算部６８は、１段目タンク、２段目タンク、３段目タンクからの河川流出量Ｑ１（ｔ），Ｑ２（ｔ），Ｑ３（ｔ）を加算し、河川流出量Ｑ（ｔ）を算出する（Ｓ４２２）。

例えば、ある日の降り始めの１２：００（ｔ＝ＴＳ）の河川全体のタンクモデルにおける１段目タンクの流出量Ｑｍ１（ＴＳ）と貯留高Ｓｍ１（ＴＳ）、２段目タンクの流出量Ｑｍ２（ＴＳ）と貯留高Ｓｍ２（ＴＳ）、３段目タンクの流出量Ｑｍ３（ＴＳ）と貯留高Ｓｍ３（ＴＳ）、河川流出量Ｑｍ（ＴＳ）は、既知の計算式を用いて、以下のように求められる。

第１の雨量検出部１０Ａにより検出された１２：００の雨量ｒｍＸ（ＴＳ）を４ｍｍとすると、河川全体のタンクモデルの１段目タンクの貯留高Ｓｍ１（ＴＳ）は以下のように求められる。

１段目タンクの貯留高Ｓｍ１（ＴＳ）
＝（算出対象時間の１回前の時間の貯留高＋算出対象時間の雨量）／（１＋１段目タンクの流出係数／６）
＝（Ｓｍ１（ＴＳ−１）＋ｒｍＸ（ＴＳ））／（１＋ｋｍ１２／６）
＝（０＋４）／（１＋０．３／６）
＝３．８１（ｍｍ）

求められた１段目タンクの貯留高Ｓｍ１（ＴＳ）＝３．８１ｍｍは、１段目タンクの河川流出口の高さｈｍ１＝５．００よりも小さいことから、１段目タンクからの河川流出量Ｑｍ１（ＴＳ）＝０（ｍ^３／ｓ）となる。

また、このときの河川全体のタンクモデルの１段目タンクから２段目タンクへの流出量Ｑｍ１２（ＴＳ）は以下のように求められる。

流出量Ｑｍ１２（ＴＳ）
＝ｋｍ１２×Ｓｍ１（ＴＳ）×α／３．６
＝０．３×３．８１×２７／３．６
＝８．５７（ｍ^３／ｓ）

２段目タンク及び３段目タンクについても同様の手順で計算すると、以下の結果が求められる。このとき、算出対象時間の雨量ｒｍＸ（ＴＳ）は、算出対象時間の上段タンクからの流入量に置き換えられる。

２段目タンクの貯留高Ｓｍ２（ＴＳ）＝０．１９（ｍｍ）
２段目タンクからの河川流出量Ｑｍ２（ＴＳ）＝０（ｍ^３／ｓ）
２段目タンクから３段目タンクへの流出量Ｑｍ２２（ＴＳ）＝０．２１（ｍ^３／ｓ）
３段目タンクの貯留高Ｓｍ３（ＴＳ）＝４７．９３（ｍｍ）
３段目タンクからの河川流出量Ｑｍ３（ＴＳ）＝１．８（ｍ^３／ｓ）

その結果、求められた各タンクからの河川流出量を加算することで、以下のように、降り始めの時間ＴＳの河川全体の河川流出量Ｑｍ（ＴＳ）が求められる。

河川流出量Ｑｍ（ＴＳ）
＝Ｑｍ１（ＴＳ）＋Ｑｍ２（ＴＳ）＋Ｑｍ３（ＴＳ）
＝０＋０＋１．８
＝１．８（ｍｍ^３／ｓ）

次いで、補正処理部７０は、水門９０及び排水ポンプ９５の状態に応じた流出量補正処理を行う（Ｓ５００）。流出量補正処理の動作は後述する。

流出量補正処置が行われた後、予測水位演算部６８は、流出量補正処理の結果に基づき、河川の水位Ｌ（ｔ）を算出する（Ｓ４２４）。この河川の水位Ｌ（ｔ）の予測は、本川Ｒｍの水位Ｌｍ（ｔ）及び支川Ｒａの水位Ｌａ（ｔ）それぞれについて行われる。

例えば、上述した例において、水門９０が開放されており、排水ポンプ９５が停止している場合、ある日の降り始めの１２：００の本川Ｒｍの水位Ｌｍ（ＴＳ）は、既知の計算式を用いて以下のように予測される。

この後、本実施形態では、予測水位演算部６８は、算出された本川Ｒｍ及び支川Ｒａの水位Ｌｍ（ｔ），Ｌａ（ｔ）が降り始めから現在までの値である場合には、算出された水位Ｌｍ（ｔ），Ｌａ（ｔ）を、第１又は第２の水位検出部２０Ａ，２０Ｂにより計測された水位データと比較する。予測水位演算部６８は、誤差が所定値又は所定範囲以上になっているときには、誤差が当該所定値又は所定範囲内となるようにパラメータを補正する（Ｓ４２６）。誤差は適宜設定することができるが、例えば、５％あるいは０．０５ｍｍとすることができる。

次いで、予測水位演算部６８は、算出された本川Ｒｍ及び支川Ｒａの水位Ｌｍ（ｔ），Ｌａ（ｔ）をデータベース７８に登録する（Ｓ４２８）。

次いで、予測水位演算部６８は、時間（ｔ）を一回後の時間（ｔ＋１）にセットし（Ｓ４１４）、あらかじめ設定した時間後まで、各時点の水位予測の演算が終了したか否かを判別する（Ｓ４３２）。あらかじめ設定した時間後まで演算が完了していない場合には（Ｓ４３２：Ｎｏ）、予測水位演算部６８は、あらかじめ設定した時間の水位予測が完了するまで、時間（ｔ＋１）についての水位予測を繰り返す（Ｓ４０７〜Ｓ４３２）。一方、あらかじめ設定した時間後まで水位予測の演算が終了した場合には（Ｓ４３２：Ｙｅｓ）、水位予測処理の動作を終了する。

（２−５）流出量補正処理
図１２は、流出量補正処理の動作を示すフローチャートである。この流出量補正処理は、水門９０が閉鎖されている場合においては支川Ｒａから本川Ｒｍに対しての流入がなくなることを考慮して、水門９０が閉鎖していると仮定される場合に河川流出量Ｑｍ，Ｑａを補正するために実行される。また、この流出量補正処理は、水門９０が閉鎖していると仮定される場合に河川流出量Ｑｍ，Ｑａを補正するにあたり、排水ポンプ９５による支川Ｒａから本川Ｒｍへの排出量をも考慮するようになっている。

まず、補正処理部７０は、今回水位Ｌｍ、Ｌａを予測する予測対象の時間以前に予測された本川Ｒｍの水位Ｌｍが支川Ｒｍの水位Ｌａを下回っているか否かを判別する（Ｓ５０２）。例えば、一回前の演算によって予測された本川Ｒｍの水位Ｌｍが支川Ｒａの水位Ｌａを下回っているか否かが判別される。予測された本川Ｒｍの水位Ｌｍが支川Ｒｍの水位Ｌａを下回っているか否かは、水門９０が開放されているか否かと同義である。したがって、後述するシミュレーション処理の実行時においては、補正処理部７０は、予測された本川Ｒｍの水位Ｌｍが支川Ｒｍの水位Ｌａを下回っているか否かの代わりに、水門９０が開放と仮定されているかを判別することになる。

予測された本川Ｒｍの水位Ｌｍが支川Ｒａの水位Ｌａを下回っている場合、すなわち、水門９０が開放されていると仮定される場合には（Ｓ５０２：Ｙｅｓ）、算出された河川流出量Ｑｍ，Ｑａを補正する必要がないため、補正処理部７０は流出量補正処理を終了する。なお、水門９０の開放時には、排水ポンプ９５は停止した状態である。

一方、予測された本川Ｒｍの水位Ｌｍが支川Ｒａの水位Ｌａ以上である場合、すなわち、水門９０が閉鎖されていると仮定される場合には（Ｓ５０２：Ｎｏ）、補正処理部７０は、排水ポンプ９５が停止していると仮定されているか否かを判別する（Ｓ５０４）。排水ポンプ９５が停止していると仮定される場合には（Ｓ５０４：Ｙｅｓ）、補正処理部７０は、水位を求める対象が支川Ｒａの水位Ｌａ（ｔ）か否かを判別する（Ｓ５０６）。

水位を求める対象が本川Ｒｍの水位Ｌｍ（ｔ）である場合（Ｓ５０６：Ｎｏ）、補正処理部７０は、河川全体の河川流出量Ｑｍ（ｔ）から支川Ｒａの河川流出量Ｑａ（ｔ）を減算することにより河川流出量Ｑｍ（ｔ）を補正する（Ｓ５０８）。

例えば、河川全体の河川流出量Ｑｍ（ｔ）が１．８ｍ^３／ｓ、支川Ｒａの河川流出量Ｑａ（ｔ）が０．５ｍ^３／ｓの場合、本川Ｒｍの水位Ｌｍ（ｔ）は以下のように求められる。

一方、水位を求める対象が支川Ｒａの水位Ｌａ（ｔ）である場合（Ｓ５０６：Ｙｅｓ）、補正処理部７０は、一回前の時間（ｔ−１）の支川Ｒａの河川流出量Ｑａ（ｔ−１）に現在の河川流出量Ｑａ（ｔ）を加算して河川流出量Ｑａ（ｔ）を補正する（Ｓ５１０）。

例えば、一回前の時間の支川Ｒａの河川流出量Ｑａ（ｔ−１）が０．５０ｍ^３／ｓ、現在の河川流出量Ｑａ（ｔ）が０．５５ｍ^３／ｓの場合、支川Ｒａの水位Ｌａ（ｔ）は以下のように求められる。

一方、排水ポンプ９５が稼働している場合（Ｓ５０４：Ｎｏ）、補正処理部７０は、水位を求める対象が支川Ｒａの水位Ｌａ（ｔ）か否かを判別する（Ｓ５１２）。

水位を求める対象が本川Ｒｍの水位Ｌｍ（ｔ）である場合（Ｓ５１２：Ｎｏ）、補正処理部７０は、河川全体の河川流出量Ｑｍ（ｔ）から支川Ｒａの河川流出量Ｑａ（ｔ）を減算し、さらに、排水ポンプ９５の排出量Ｑｐ（ｔ）を加算して、河川流出量Ｑｍ（ｔ）を補正する（Ｓ５１４）。

例えば、Ｓ５０８で例示した場合と同じ条件下で、さらに排水ポンプ９５が稼働しており、排水ポンプ９５の排出量Ｑｐ（ｔ）が０．７５ｍ^３／ｓの場合、本川Ｒｍの水位Ｌｍ（ｔ）は以下のように求められる。

一方、水位を求める対象が支川Ｒａの水位Ｌａ（ｔ）である場合（Ｓ５１２：Ｙｅｓ）、補正処理部７０は、一回前の時間の支川Ｒａの河川流出量Ｑａ（ｔ−１）に現在の支川Ｒａの河川流出量Ｑａ（ｔ）を加算し、さらに、排水ポンプ９５の排出量Ｑｐ（ｔ）を減算して、河川流出量Ｑａ（ｔ）を補正する。

例えば、Ｓ５１０で例示した場合と同じ条件下で、さらに排水ポンプ９５が稼働しており、排水ポンプ９５の排出量Ｑｐ（ｔ）が０．７５ｍ^３／ｓの場合、支川Ｒａの水位Ｌａ（ｔ）は以下のように求められる。

流出量補正を伴って、あるいは、伴わずに、予測された水位Ｌｍ，Ｌａは、各検出部１０Ａ，１０Ｂ，２０Ａ，２０Ｂ，３０，４０による計測データや、外部サービスからの予測雨量データ等とともに、定期的に又は任意の時期に、あるいはデータベース７８のデータが変更された場合に、表示処理部７４によってディスプレイ等に表示される。

図１３は、ディスプレイ表示の一例を示している。図１３に示したように、ディスプレイ表示画面は、雨量データ及び水位データのグラフ表示部６０１、水門９０の開閉状態及び排水ポンプ９５の稼働状態の表示部６０２、ＧＩＳ（Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）上に予測水位Ｌｍ，Ｌａや水門９０、排水ポンプ９５の状態を示した表示部６０３、注意報や警報等の表示部６０４、及び河川のカメラ映像の表示部６０５を含む構成とすることができる。

（２−６）シミュレーション処理
図１４は、シミュレーション処理の動作を示すフローチャートである。このシミュレーション処理は、本川Ｒｍの水面標高Ｈｍが支川Ｒａの水面標高Ｈａを超え、水門９０が閉鎖される場合において、排水ポンプ９５の稼働開始時期及び稼働停止時期を複数設定して、本川Ｒｍ及び支川Ｒａの水位Ｌｍ，Ｌａを予測水位演算部６８に複数予測させるシミュレーションを実行する

まず、シミュレーション処理部７２は、予測された本川Ｒｍの水位Ｌｍ（ｔ）に本川Ｒｍの零点高標高Ｈｍ０を加えた本川Ｒｍの水面標高Ｈｍ（ｔ）が、予測された支川Ｒａの水位Ｌａ（ｔ）に支川Ｒａの零点高標高Ｈａ０を加えた支川Ｒａの水面標高Ｈａ（ｔ）よりも高いか否かを判別する（Ｓ６０２）。

本川Ｒｍの水面標高Ｈｍ（ｔ）が支川Ｒａの水面標高Ｈａ（ｔ）以下の場合（Ｓ６０２：Ｎｏ）、シミュレーション処理部７２は、そのままシミュレーション処理を終了する。

一方、本川Ｒｍの水面標高Ｈｍ（ｔ）が支川Ｒａの水面標高Ｈａ（ｔ）よりも高い場合（Ｓ６０２：Ｙｅｓ）、シミュレーション処理部７２は、本川Ｒｍの水面標高Ｈｍ（ｔ）が支川Ｒａの水面標高Ｈａ（ｔ）を最初に超えた時間（ｔ＝ＴＧ）に水門９０が閉鎖されると仮定する（Ｓ６０４）。

次いで、シミュレーション処理部７２は、排水ポンプ９５の稼働開始を意味する時間ＴＰを、水門９０が閉鎖された時間ＴＧにセットし（Ｓ６０６）、時間ＴＰに排水ポンプ９５の稼働が開始したと仮定する（Ｓ６０８）。なお、シミュレーション処理において、排水ポンプ９５の稼働開始の時間ＴＰは、あらかじめ設定された時間間隔おきに順次設定される（例えば、ＴＰ＝ＴＧ，ＴＧ＋１，ＴＧ＋２，…）。ただし、設定される時間ＴＰのうちのある時間においては排水ポンプ９５が稼働されない、という設定も可能である。

次いで、シミュレーション処理部７２は、排水ポンプ９５が停止を意味する時間ＴＰＮを、排水ポンプ９５を稼働開始させたと仮定した時間ＴＰ以降、あらかじめ設定された時間間隔（本実施形態では１０分）で最初に訪れる時間（ＴＰ＋１）にセットし（Ｓ６１０）、時間ＴＰＮに排水ポンプ９５が停止したと仮定する（Ｓ６１２）。なお、シミュレーション処理において、排水ポンプ９５の停止時間ＴＰＮは、あらかじめ設定された時間間隔おきに順次設定される（例えば、ＴＰＮ＝ＴＰ＋１，ＴＰ＋２，ＴＰ＋３，…）。ただし、設定される時間ＴＰＮのうちのある時間においては排水ポンプ９５が停止されない、という設定も可能である。

次いで、シミュレーション処理部７２は、時間ＴＰに排水ポンプ９５が稼働開始し、時間ＴＰ＋１に排水ポンプ９５が停止したと仮定して、予測水位演算部６８及び補正処理部７０により、あらかじめ設定した時間間隔おきの時間の本川Ｒｍ及び支川Ｒａの水位Ｌｍ，Ｌａの予測を実行させる（Ｓ６１４）。本川Ｒｍ及び支川Ｒａの水位Ｌｍ，Ｌａの予測は、上述した水位予測処理及び流出量補正処理に従って行われ、算出された予測水位Ｌｍ，Ｌａはデータベース７８に登録される。

次いで、シミュレーション処理部７２は、排水ポンプ９５を停止したと仮定する時間ＴＰＮを一回後の時間（ＴＰＮ＋１）にセットする（Ｓ６１６）。

次いで、シミュレーション処理部７２は、新たにセットされた時間（ＴＰＮ＋１）が、あらかじめ設定された予測時間範囲を超えているか否かを判別する（Ｓ６１８）。新たにセットされた時間（ＴＰＮ＋１）が設定された予測範囲を超えていない場合（Ｓ６１８：Ｎｏ）、シミュレーション処理部７２は、セットされる時間ＴＰＮが予測時間範囲を超えるまで、予測水位演算部６８及び補正処理部７０により、新たにセットされた時間（ＴＰＮ＋１）で排水ポンプ９５が停止したと仮定して本川Ｒｍ及び支川Ｒａの水位Ｌｍ，Ｌａの予測を繰り返し実行させる（Ｓ６１２〜Ｓ６１８）。

あらかじめ設定された予測時間範囲の本川Ｒｍ及び支川Ｒａの水位Ｌｍ，Ｌａの予測が終了した場合（Ｓ６１８：Ｙｅｓ）、今度は、シミュレーション処理部７２は、排水ポンプ９５の稼働が開始したと仮定する時間ＴＰを一回後の時間（ＴＰ＋１）にセットする（Ｓ６２０）。

次いで、シミュレーション処理部７２は、新たにセットされた時間（ＴＰ＋１）が、あらかじめ設定された設定範囲を超えているか否かを判別する（Ｓ６２２）。新たにセットされた時間（ＴＰ＋１）が設定範囲を超えていない場合（Ｓ６２２：Ｎｏ）、シミュレーション処理部７２は、セットされる時間ＴＰが設定範囲を超えるまで、新たにセットされた時間（ＴＰ＋１）で排水ポンプ９５が稼働開始したと仮定して、本川Ｒｍ及び支川Ｒａの水位Ｌｍ，Ｌａの予測を、予測水位演算部６８及び補正処理部７０により、繰り返し実行させる（Ｓ６０８〜Ｓ６２２）。

このようにして、シミュレーション処理部７２は、排水ポンプ９５の稼働及び停止のすべての組み合わせについて、予測水位演算部６８及び補正処理部７０により、水門９０を閉鎖したと仮定した時間ＴＰ以降の本川Ｒｍ及び支川Ｒａの水位Ｌｍ，Ｌａの予測を、予測水位演算部６８及び補正処理部７０により実行させる。予測された本川Ｒｍ及び支川Ｒａの水位Ｌｍ，Ｌａは、データベース７８に登録される。

例えば、本実施形態の河川の例において、ある日の１２：３０に、１３：３０の本川Ｒｍの水位Ｌｍが１．４ｍ、支川Ｒａの水位Ｌａが１．２５ｍと予測された場合、各水位Ｌｍ，Ｌａに本川Ｒｍ又は支川Ｒａの零点高標高Ｈｍ０，Ｈａ０を加算すると、本川Ｒｍの水面標高Ｈｍは３０１．４、支川Ｒａの水面標高Ｒａは３０１．３５となる。この本川Ｒｍの水面標高Ｈｍは支川Ｒａの水面標高Ｈａよりも高いため、シミュレーション処理部７２はシミュレーション処理を開始する。

例えば、シミュレーション実行時の排水ポンプ９５の稼働開始時間ＴＰ及び停止時間ＴＰＮの組み合わせは、図１５に示されるように設定される。図１５に示したシミュレーションは、支川Ｒａの水門９０が１３：３０に閉鎖したと仮定し、排水ポンプ９５が０分後，１０分後，２０分後，…、すなわち、１３：３０，１３：４０，１３：５０，…に稼働開始したと仮定し、さらに、排水ポンプ９５のそれぞれの稼働開始時刻の１０分後，２０分後，３０分後，…に排水ポンプ９５が停止したと仮定して、水位予測処理を実行させる。

シミュレーション結果は、例えば、現在から、あらかじめ設定した時間後（例えば、３時間後）までの、予測された本川Ｒｍ及び支川Ｒａの水位Ｌｍ，Ｒａの最大値をそれぞれの組み合わせについて選択し、昇順にソートしたときの最上位の一つ、又は既定した水位以下となる組み合わせについて、上述した表示処理と同様に、ディスプレイ等に表示される。シミュレーション結果を表示する場合には、仮定した水門９０の閉鎖時間ＴＧや、排水ポンプ９５の稼働時間ＴＰ、排水ポンプ９５の停止時間ＴＰＮ、水門９０の開放時間も表示されるようにするとよい。

＜本実施形態による効果＞
以上説明したように、本実施形態による水位予測装置６０は、予測された本川Ｒｍの水位に基づき得られる本川Ｒｍの水面標高Ｈｍが、予測された支川Ｒａの水位Ｌａに基づき得られる支川Ｒａの水面標高Ｈａよりも高い場合に、支川Ｒａの水門９０が閉鎖されるものとして本川Ｒｍ及び支川Ｒａの水位Ｌｍ，Ｌａの予測を行う。一方、水位予測装置６０は、予測された本川Ｒｍの水位に基づき得られる本川Ｒｍの水面標高Ｈｍが、予測された支川Ｒａの水位Ｌａに基づき得られる支川Ｒａの水面標高Ｈａよりも低い場合に、支川Ｒａの水門９０が開放されるものとして本川Ｒｍ及び支川Ｒａの水位Ｌｍ，Ｌａの予測を行う。したがって、水門９０の開閉状態を考慮して、本川Ｒｍ及び支川Ｒａの水位Ｌｍ，Ｌａを精度よく算出することができる。

また、本実施形態による水位予測装置６０は、水門９０が閉鎖している場合において、排水ポンプ９５の稼働状態をさらに考慮して本川Ｒｍ及び支川Ｒａの水位Ｌｍ，Ｌａの予測を行う。したがって、排水ポンプ９５の稼働状態をもさらに考慮して、本川Ｒｍ及び支川Ｒａの水位Ｌｍ，Ｌａを精度よく算出することができる。

＜変形例＞
なお、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記の説明では、河川が二つの支川Ｒａ，Ｒｂを含み、支川Ｒａのみに水門９０及び排水ポンプ９５が設けられた例を説明したが、支川の数がさらに多い場合、又は少ない場合にも本発明を適用可能である。さらには、複数の支川に水門、又は、水門及び排水ポンプが設けられている場合であっても本発明を適用可能である。

１０Ａ 第１の雨量検出部
１０Ｂ 第２の雨量検出部
２０Ａ 第１の水位検出部
２０Ｂ 第２の水位検出部
３０ 水門検出部
４０ ポンプ検出部
５０ 通信ネットワーク
６０ 水位予測装置
６２ 河川モデル記憶部
６４ データ受信処理部
６６ サービス呼出処理部
６８ 予測水位演算部
７０ 補正処理部
７２ シミュレーション処理部
７４ 表示処理部
７６ 通信ユニット
７８ データベース
８０ 雨量予測サービス
９０ 水門
９５ 排水ポンプ
Ｒｍ 本川
Ｒａ，Ｒｂ 支川

Claims (13)

1. 本川及び前記本川に合流する支川を含む河川であって、前記支川における前記本川との合流地点に水門が設けられた河川の水位を予測する水位予測装置において、
   演算により前記本川及び前記支川の水位を事前に予測する水位予測部を備え、
   前記水位予測部は、予測された前記本川の水位に基づき得られる前記本川の水面標高が予測された前記支川の水位に基づき得られる前記支川の水面標高よりも高い場合に前記水門が閉鎖される一方、前記本川の水面標高が前記支川の水面標高よりも低い場合に前記水門が開放されるものとして、前記水位の予測を行うことを特徴とする、水位予測装置。
2. 前記水位予測部は、予測時点までの前記河川全体の流域の雨量に基づいて前記合流地点より下流の前記本川の水位を予測することを特徴とする、請求項１に記載の水位予測装置。
3. 前記水位予測部は、前記水門が閉鎖される場合においては、さらに予測時点までの前記支川の流域の雨量に基づいて、前記合流地点より下流の前記本川の水位を予測することを特徴とする、請求項１又は２に記載の水位予測装置。
4. 前記水位予測部は、前記水門が閉鎖される場合においては、予測時点までの前記支川の流域の雨量に基づいて前記合流地点より上流の前記支川の水位を予測することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の水位予測装置。
5. 前記水位予測部は、前記支川に、前記支川から前記本川に対して排水を行う排水ポンプが設けられている場合においては、前記排水ポンプの稼働状態をさらに考慮して前記水位を予測することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の水位予測装置。
6. 前記水位予測部は、前記水門が閉鎖される場合においては、前記排水ポンプの稼働開始時期及び稼働停止時期の条件を複数設定して、前記水位を複数予測することを特徴とする、請求項５に記載の水位予測装置。
7. 前記水位予測部は、前記河川全体又は前記支川の流域の雨量に基づきタンクモデルを用いて得られる前記河川全体又は前記支川の河川流出量に基づいて前記本川又は前記支川の水位を予測することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の水位予測装置。
8. 前記水位予測部は、前記水門が閉鎖される場合においては、前記河川全体の河川流出量から前記支川の河川流出量を減算した値に基づいて前記本川の水位を予測することを特徴とする、請求項７に記載の水位予測装置。
9. 前記水位予測部は、前記排水ポンプの稼働時においては前記排水ポンプによる排水量を加算して前記本川の水位を予測することを特徴とする、請求項８に記載の水位予測装置。
10. 前記水位予測部は、前記水門が閉鎖される場合においては、前記支川の河川流出量を加算した値に基づいて前記支川の水位を予測することを特徴とする、請求項７又は８に記載の水位予測装置。
11. 前記水位予測部は、前記排水ポンプの稼働時においては前記排水ポンプによる排水量を減算して前記支川の水位を予測することを特徴とする、請求項１０に記載の水位予測装置。
12. 本川及び前記本川に合流する支川を含む河川であって、前記支川における前記本川との合流地点に水門が設けられた河川の水位を予測する水位予測方法において、
    演算により前記本川及び支川の水位を事前に予測するにあたり、
    予測された前記本川の水位に基づき得られる前記本川の水面標高が予測された前記支川の水位に基づき得られる前記支川の水面標高よりも高い場合に前記水門が閉鎖される一方、予測された前記本川の水位が前記支川の水位よりも低い場合に前記水門が開放されるものとして、前記水位の予測を行うことを特徴とする、水位予測方法。
13. 本川及び前記本川に合流する支川を含む河川全体の流域の雨量を検知するための第１の雨量検出部と、
    前記支川の流域の雨量を検知するための第２の雨量検出部と、
    前記河川全体及び前記支川の流域の雨量予測情報を取得する雨量予測情報取得部と、
    前記支川における前記本川との合流地点に設けられた水門の開閉状態を検知するための水門検出部と、
    請求項１〜１１のいずれか一項に記載の水位予測装置と、
    を備えた水位予測システム。
    

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