JP2016173310A - ため池の漏水検知システム - Google Patents

Abstract

【課題】過去の観測データを不要とし、設備設置直後からの運用が可能なため池の漏水検知システムを提供する。【解決手段】監視対象とするため池３０の水位を計測する水位情報取得手段１２と、水位情報取得手段１２により計測された水位と、予め算出された基準水位との差分に基づいて、漏水の有無を判定する演算手段１６と、演算手段１６によって漏水有りの判定が成された場合に、その旨を出力する遠隔端末２４とを有することを特徴とする。ここで、基準水位は、検知開始日におけるため池３０の水位から、経過日数分に蒸発した水量、および経過日数分に地中へ浸透した水量の算出値を減算して得られる水位とすると良い。【選択図】図１

Description

本発明は、農業用水の確保等に用いられるため池の漏水を検知するのに好適なシステムに関する。

国内に存在するため池は、約２１万カ所と言われている。そして、そのうちの７０％が、江戸時代以前に作られた古いものとされている。このため、地盤や堰堤の老朽化が進んでいる事に加え、地震、集中豪雨など、様々な自然災害に起因して、決壊などの被害が生ずる虞が増加している。

このため、ため池の存在する自治体などでは、ため池の状態をチェックし、状態に応じた対応をとるための管理マニュアルなどが作成され、これに基づいてため池の管理、監視を行い、被害の発生を防ぐように努めている。

このようなため池の管理、監視に関連する技術として、特許文献１に開示されているようなものが知られている。特許文献１に開示されている技術は、水位や降水量、あるいはカメラで撮影した水位画像を時系列データとして取得し、このデータと過去のデータとを比較し、ため池の決壊や渇水の可能性を予測するというものである。

特開２０１３−１７４９８３号公報

確かに、特許文献１に開示されている技術は、ため池の管理、監視を行う上で役に立つものであると言える。しかし、特許文献１に開示されている技術は、基本的に過去の観測データが無ければ運用することができない。このため、新規のため池や、詳細な観測データが存在しないため池では、適正な運用を開始することができるまでに、多くの時間を要することとなってしまう。また、特許文献１に開示されている技術を用いて漏水検知を行うためには、漏水が生じた際の過去データが必要となり、管理上現実的ではないというのが実状である。

そこで本発明では、過去の観測データを不要とし、設備設置直後からの運用が可能なため池の漏水検知システム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に係るため池の漏水検知システムは、監視対象とするため池の水位を計測する水位情報取得手段と、前記水位情報取得手段により計測された水位と、予め算出された基準水位との差分に基づいて、前記漏水の有無を判定する演算手段と、前記演算手段によって漏水有りの判定が成された場合に、その旨を出力する遠隔端末とを有することを特徴とする。

また、上記のような特徴を有するため池の漏水検知システムにおいて前記基準水位は、検知開始日における前記ため池の水位から、経過日数分に蒸発した水量、および経過日数分に地中へ浸透した水量の算出値を減算して得られる水位とすることができる。

堰堤により貯水されているため池の水量は、常時一定では無く、蒸発や浸透など、様々な要因により変化する。このため、漏水検知の基準となる水位を可変値として設定することで、状況変化に応じた正確な漏水検知を行うことが可能となる。

また、上記のような特徴を有するため池の漏水検知システムにおいて前記演算手段は、漏水検知中に降雨が生じた場合、漏水検知を中止し、前記基準水位のリセットを行うようにする。

このような特徴を有することで、降雨が生じることで正確な基準水位が求められなくなった場合であっても、再度正確な基準水位を得ることが可能となる。

また、上記のような特徴を有するため池の漏水検知システムにおいて、前記ため池に排水のための取水口が複数存在する場合、開栓した取水口の情報を前記遠隔端末を介して入力することで、前記演算手段が、前記開栓した取水口の開口部の高さを基準として前記基準水位を算出すると良い。

このような特徴を有することで、ため池の放水が成された場合であっても、漏水検知を実施することが可能となる。

さらに、上記のような特徴を有するため池の漏水検知システムにおいて前記演算手段は、前記遠隔端末からの情報提供要請に応じて、蓄積した水位変化情報を前記情報提供要請を出力した遠隔端末に返信することができる。

このような特徴を有することで、遠隔端末は、演算手段から送信される漏水警報を得るだけでなく、必要に応じて演算手段にアクセスすることで、ため池の水位変化情報を得ることができる。

上記のような特徴を有するため池の漏水検知システムによれば、運用にあたり、過去の観測データを不要とすることができる。また、設備設置直後からの運用が可能となる。

実施形態に係るため池の漏水検知システムのシステム構成を示す図である。 ため池の構成例を示す図である。 取水口の開栓が無い場合における漏水検知システムによる漏水検知のためのフロー図である。 時間経過に基づく水位変化と漏水検知の手法を説明するための図である。 取水口の開栓が成された場合における漏水検知システムによる漏水検知のためのフロー図である。

以下、本発明のため池の漏水検知システムに係る実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
本実施形態に係るため池の漏水検知システム（以下、単に漏水検知システム１０と称す）は図１に示すように、水位情報取得手段１２と、演算手段１６、および遠隔端末２４を基本として構成されている。

水位情報取得手段１２は、監視対象とするため池３０に設置する水位センサである。水位情報取得手段１２としては、センサ部を水中に配置する接触式のものや、水面の高さを検出する非接触式のものなど種々選択することができる（図１に示す例は、超音波による非接触式のもの）。水位情報取得手段１２には、通信手段１４が付帯されている。通信手段１４には、記憶部としてのメモリ（不図示）が備えられ、水位情報取得手段１２によって取得された、ため池の水位情報が一次的に記録される。メモリに記録された水位情報は、逐次、あるいは予め定められた時間間隔毎に、演算手段１６へと送信される。なお、本実施形態における各機器間の通信には、無線通信によるネットワークを利用することができる。このため、水位情報取得手段１２と演算手段１６、および詳細を後述する遠隔端末２４は、それぞれ１対１の関係に限られない（図１に示す例では、説明を簡単化するために、１対１の関係であるように示している）。すなわち、いわゆる情報所在のクラウド化により、複数の水位情報取得手段１２からの水位情報（複数のため池３０の水位情報）を１カ所の演算手段１６に集約することもできる。

演算手段１６は、水位情報取得手段１２から送信された水位情報に基づいて、ため池３０に関する漏水の有無の判定を行うと共に、取得情報の提供等を行う役割を担う。演算手段１６は、例えば本実施形態の場合、記憶機能１８、演算機能２０、および通信機能２２を備えたものであると良い。

ここで、記憶機能１８は、各種演算・判定処理を行うためのプログラムや、通信機能２２を介して入力された情報、および演算結果等を記憶するための機能であり、演算手段１６を個別のコンピュータと仮定した場合には、例えばハードディスクドライブやソリッドステートドライブ、およびメモリ等の記録媒体とすることができる。

また、演算機能２０は、記憶機能１８により記憶されたプログラムを起動し、記憶機能１８により記憶された入力情報を引き出し、ため池３０の漏水の有無の判定等を行うための機能である。演算手段１６を個別のコンピュータとして演算機能２０を表現すると、ＣＰＵであれば良く、付帯されたメモリ領域を処理領域として各種演算を行うものであれば良い。

さらに通信機能２２は、水位情報取得手段１２からの水位情報の受信の他、外部からの情報提供要請に基づく記憶情報の出力や、漏水の虞の判定結果に基づく警報（漏水警報）の出力を行うための機能である。

このような機能を備えた演算手段１６では、例えば、取得情報に基づき、時系列毎の水位変化情報をまとめ、図４に示すようなグラフを作成する作業を行うことができる。また、単位時間あたりの標準的な水位変化量（基準水位）と、実測値の差分を求め、これを予め定めた閾値とを比較することにより、漏水の有無を判定することができる。そして、漏水が発生している可能性がある（漏水有りの判定）場合には、警告情報としてこれを記憶すると共に、通信機能２２により、遠隔端末２４に対して漏水警報を出力することができる。

遠隔端末２４は、演算手段１６に対して、ネットワークを介してアクセス可能な端末であり、例えばため池３０の管理事務所のパーソナルコンピュータや、ため池３０の周辺や下流の住民の携帯端末などであれば良い。遠隔端末２４は、検知対象とするため池３０ごとに少なくとも１つ設定されていれば良いが、図１に示すように、複数設定することもできる。

遠隔端末２４と演算手段１６との間の通信の種類としては、大別して、一斉送信と、個別送信とが存在する。一斉送信は、主に演算手段１６側からの緊急情報（漏水警報等）を出力する場合の送信方法である。一方、個別送信は、遠隔端末２４側からの情報提供要請に応じた情報を出力する場合の送信方法である。情報送信の手段としては、メーリングリストを利用した送信の他、災害情報共有システム等を利用した情報提供等、種々のものを挙げることができ、利用する設備や、適用する地域に対する各種手段の普及状況などに応じて設定することができる。

次に、図２を参照して、検知対象とするため池の構造について説明する。なお、図２は、堰堤３２を含むため池３０の断面構造を示す図である。図２に示す例のため池３０の堰堤３２内部には、斜樋３４と底樋３６が存在する。斜樋３４は堰堤３２の傾斜面に設けられ、底樋３６は堰堤３２の底部に設けられた樋（通水路）である。斜樋３４には、設置高さが異なる複数の取水口３８（３８ａ〜３８ｅ）が設けられており、解放された取水口３８から流入した水を底樋３６へと流し込む役割を担う。また、底樋３６は、斜樋３４を介して流し込まれた水を水路へと送り出す役割を担うと共に、泥吐ゲート４０が解放された場合には、ため池３０に貯留された水を完全に排出する役割を担う。なお、取水口３８や泥吐ゲート４０の開閉は、管理者による手動操作によれば良い。

次に、上記のような漏水検知システム１０の具体的な運用について説明する。
漏水検知システム１０の運用は、管理者による取水口３８の開閉が成されたか否かにより、その運用方法が異なる。まず、取水口３８の開栓が成されていない場合における運用方法について、図３を参照して説明する。

取水口３８の開栓操作が成されていない場合の漏水検知は、降雨が一定期間ゼロであることを前提に実行される。本実施形態に係る漏水検知は、ため池３０の水位情報に基づいて行われる。このため、降雨が生じた場合、雨が止んだ後であっても、降雨に起因した様々な要因により、ため池３０の水位上昇が生じ得ることが知られており、一定期間、水位変化の有無、あるいは水位変化がどの程度であるかということの判定ができなくなってしまうからである。漏水検知システム１０では、漏水検知が成されているか否かに関わらず、水位情報検出手段１２による水位情報の検出（水位計測）がなされている。時系列に従った水位変化情報を得るためである（ステップ１０）。

基準となる水位計測が行われた後、一定期間（例えば１日）、降雨が生じていないかの判定が成される。ここで、降雨が生じた場合には、ステップ１０に戻り、再び水位計測が行われる（ステップ２０）。なお、降雨の検知には、種々の方法を採ることができる。最も簡単な方法としては、ため池管理者が降雨を確認した時点で、遠隔端末から降雨有りとの情報を演算手段に送信するというものである。ため池管理者による目視情報に基づくものであるため、信頼性が高い。その他の手段として、検知対象とするため池周辺に、降雨を検知するためのセンサを設けておき、このセンサから演算手段へと降雨情報を出力するようにすることもできる。さらに、ため池周辺の気象情報を利用して、降雨の有無を判定するようにしても良い。

ステップ２０において、一定期間降雨が確認されなかった場合、漏水検知が開始される（ステップ３０）。

上述したように、実施形態に係る漏水検知システム１０では、降雨が生じた場合、一定期間、水位変化等の正確な判定ができなくなってしまう。このため、漏水検知開始後であっても、降雨があった場合には、漏水検知を終了する。（ステップ４０）。なお、漏水検知を終了した後には、基準水位のリセットを行って、再び漏水検知を行うこととなる。このため、図４に、漏水が生じた場合と漏水が生じていない場合との水位情報の変化を示すように、降雨後の基準水位は、降雨前におけるため池３０の水位状況によって変化することとなる。

降雨が生じていない場合（演算手段１６に対する降雨情報の入力が無い場合）には、水位情報取得手段１２によって検知された水位情報に基づいて、基準水位−実測値＝水位差と、予め定めた閾値（漏水閾値）との比較を行い、水位差が閾値よりも大きい場合には、漏水有りと判定する。一方で、水位差が閾値よりも小さい場合には、漏水無しと判定する（ステップ５０）。

漏水有りと判定された場合、演算手段１６は、演算結果を記録すると共に、通信機能を起動させ、遠隔端末２４に対する漏水警報の送信を行う（ステップ６０）。なお、漏水無しと判定された場合には、ステップ４０へと戻り、降水の有無の判定、および漏水の有無の判定を行う。

ここで、基準水位とは、漏水が無い場合におけるため池３０の水位変化情報である。一例として、基準水位は、漏水検知開始前の水位情報を初期水位とした場合、この初期水位から所定時間あたりに蒸発する水量と、所定時間あたりに地中に浸透する水量を水位に変換して得られる減少水位予測値を減算して得られる水位とすることができる。

なお、蒸発する水量や、地中に浸透する水量の算出方法は多岐に亙るものがある。例えば蒸発する水量の求め方としては、その月の平均気温と湿度、ため池３０の表面積に基づいて算出する方法や、ため池３０の周辺に、温度と湿度を測定するセンサを設けておき、このセンサによる取得情報を利用する方法、およびため池３０周辺の気象情報を利用する方法などがある。そして、平均気温と湿度を利用する場合には、これらの情報に基づいて、ため池３０の管理者が、予め算出した値を記憶機能１８に入力しておくことができる。また、センサによる取得情報や気象情報を利用する場合には、演算機能２０により算出し、これを記憶機能１８に記録すれば良い。

また、地中に浸透する水量は、ため池毎に許容量が異なるため、予め、ため池３０の管理者が、記憶機能１８に入力しておくようにすれば良い。

例えば、単位時間を「１日（２４時間）」とした場合、漏水検知開始前の水位情報（初期水位）を０日目の水位とすることができる。そして、この０日目の水位から減算する減少水位予測値は、（１日に蒸発する水量＋１日に地中に浸透する水量）×経過日数（Ｎ日）として得られる値に、ため池毎に定めることができる水位係数を乗じることにより得ることができる。ここで、水位係数とは、減少水量をため池の水面からの深さに換算するために得られる係数であり、ため池の大きさや形状、計測時の水位等によっても変化する。

次に、ため池管理者が取水口３８の操作を行った場合における漏水検知システム１０の運用について、図５を参照して説明する。まず、ため池管理者は、直接操作、または遠隔操作にて、ため池３０の取水口３８の開栓操作を行う（ステップ１１０）。

操作終了後、ため池管理者は、操作を行った取水口３８の高さ（例えば取水口３８ａ〜取水口３８ｅのうちのいずれかに定められた番号）を、取水口３８の操作情報として、遠隔端末２４より入力し、演算手段１６に送信する。この操作により、演算手段１６では、初期水位の変更が成される（ステップ１２０）。

水位情報取得手段１２からの水位検知情報が、初期水位（＝開栓された取水口３８の高さ）となっているか否かの判定が繰り返し行われる。「実測値＝取水口３８の高さ」となる前は、水位が減って行くことが前提であるため、水位変化に基づく漏水検知が困難であるからである（ステップ１３０）。

水位情報取得手段１２によって得られるため池３０の水位が開栓された取水口３８の高さと一致した後、漏水検知が開始される（ステップ１４０）。ここで、上記実施例と同様に、漏水検知実施中は、繰り返し降雨の有無の判定が成されている（ステップ１５０）。

漏水検知開始後の基準水位は、上述した取水口３８の操作を行わない場合の漏水検知と同様で、初期水位から減少水位予測値を減算して得られる値である。演算手段１６では、この基準水位と、水位情報取得手段１２による実測値との差分を求め、この差分と、予め定められた閾値との比較を行う。比較の結果、差分が閾値よりも大きい場合には、漏水有りと判定し、差分が閾値よりも小さい場合には、漏水無しと判定する（ステップ１６０）。

漏水有りと判定された場合には、通信機能により、遠隔端末２４に対する漏水警報の出力が行われる（ステップ１７０）。また、漏水無しと判定された場合には、ステップ１５０に戻り、降雨の有無の判定、および漏水の有無の判定を繰り返す。

このような判定を行う漏水検知システム１０によれば、ため池３０の漏水検知を行うにあたり、過去の観測データを不要とすることができる。このため、設備設置直後からの運用が可能となる。

なお、上記実施形態では、水位情報取得手段１２、演算手段１６、及び遠隔端末２４間の情報伝達は、無線通信で行われる事を前提としているが、当然に有線であっても良い。

また、上記実施形態では、取水口３８の開栓操作に関し、開栓した取水口３８に定められた番号等を遠隔端末２４により入力し、演算手段１６に送信する旨記載した。しかしながら、例えば、取水口３８ａ〜３８ｅそれぞれに、開閉状態を感知するセンサを取り付けることで、取水口３８の開栓が成された場合に、その旨の信号を演算手段１６に自動で送信する構成とすることもできる。

漏水検知システム１０の運用にあたっては、太陽光発電システムとの協働による自立電源の確保の他、供給情報の拡充のためのデータ取得設備（例えば監視カメラや気象観測設備など）の増設も行うことができる。さらに、各自治体の防災関連システムとの協働により、提供情報を防災情報の一部として、自治体に登録されている遠隔端末へも、漏水発生情報を提供することが可能となる。また、提供する情報の範囲を広げた場合、大雨時におけるため池３０の水位上昇情報なども提供することが可能となる。

１０………漏水検知システム、１２………水位情報検出手段、１４………通信手段、１６………演算手段、１８………記憶機能、２０………演算機能、２２………通信機能、２４………遠隔端末、３０………ため池、３２………堰堤、３４………斜樋、３６………底樋、３８（３８ａ〜３８ｅ）………取水口、４０………泥吐ゲート。

Claims (5)

1. 監視対象とするため池の水位を計測する水位情報取得手段と、
   前記水位情報取得手段により計測された水位と、予め算出された基準水位との差分に基づいて、前記漏水の有無を判定する演算手段と、
   前記演算手段によって漏水有りの判定が成された場合に、その旨を出力する遠隔端末とを有することを特徴とするため池の漏水検知システム。
2. 前記基準水位は、検知開始日における前記ため池の水位から、経過日数分に蒸発した水量、および経過日数分に地中へ浸透した水量の算出値を減算して得られる水位であることを特徴とする請求項１に記載のため池の漏水検知システム。
3. 前記演算手段は、漏水検知中に降雨が生じた場合、漏水検知を中止し、前記基準水位のリセットを行うことを特徴とする請求項１または２に記載のため池の漏水検知システム。
4. 前記ため池に排水のための取水口が複数存在する場合、
   開栓した取水口の情報を前記遠隔端末を介して入力することで、
   前記演算手段が、前記開栓した取水口の開口部の高さを基準として前記基準水位を算出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のため池の漏水検知システム。
5. 前記演算手段は、前記遠隔端末からの情報提供要請に応じて、蓄積した水位変化情報を前記情報提供要請を出力した遠隔端末に返信することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のため池の漏水検知システム。

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