JP2021047687A - ため池決壊予測システム、ため池決壊予測方法、およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】ため池の決壊を予測するシステムを提供すること。【解決手段】ため池の決壊を予測するため池決壊予測システム１であって、ため池の予測水位を示す予測水位データを取得する予測水位取得部１２と、ため池の水位を示す計測水位データを取得する計測水位取得部１４と、予測水位データと計測水位データとの差を解析することによって、ため池の堤体への浸透に関する予測を行う解析部１６とを備えるため池決壊予測システム１。【選択図】図２

Description

本発明は、ため池の決壊を予測する方法に関する。

大雨などによってため池の堤体へ水が大量に浸透することにより、堤体が崩壊してため池が決壊する場合がある。このような場合、ため池の水位も平常時より上昇していることが多く、そのような状態でため池が決壊すると大量の水が一気に流れ出し、下流域に甚大な被害をもたらす恐れがある。よって、いち早くため池の堤体が崩壊する可能性を察知し、その前に、例えば近隣地域の住民に安全に避難させること等が重要である。

しかしながら、従来は、ため池の決壊を予測する有効なシステムが存在しなかった。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものである。

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、ため池の決壊を予測するため池決壊予測システムであって、ため池の予測水位を示す予測水位データを取得する予測水位取得部と、前記ため池の水位を示す計測水位データを取得する計測水位取得部と、前記予測水位データと前記計測水位データとの差を解析することによって、ため池の堤体への水の浸透に関する予測を行う解析部と、を備えるため池決壊予測システムである。

また、本発明の他の態様は、コンピュータシステムによって実行される方法であって、ため池の予測水位を示す予測水位データを取得するステップと、前記ため池の水位を示す計測水位データを取得するステップと、前記予測水位データと前記計測水位データとの差を解析することによって、ため池の堤体への浸透に関する予測を行うステップと、を備えるため池決壊予測方法である。

また、本発明の他の態様は、上記の方法をコンピュータシステムに実行させるためのプログラムである。

予測水位、計測水位、およびため池の堤体への水の時間浸透量の変化の一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係るため池決壊予測システムの構成例を示す図である。 本発明の一実施形態に係るため池決壊予測システムのハードウェア構成の一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係るため池決壊予測システムにおける処理の一例を示すフロー図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
（ため池決壊予測システムの構成）
本実施形態に係るため池決壊予測システムは、監視対象であるため池について、降水量などから予測される当該ため池の予測水位と、実際の水位（本明細書において「計測水位」という）との差および当該差の積算値を算出する。そして、当該積算値をため池の堤体への水の浸透量とみなして、当該ため池の決壊の可能性を予測する。ここで、「ため池」とは、主に農業用水を確保するために人工的に作られた池のことである。

図１は、ため池の各時刻における予測水位および計測水位、並びにため池の堤体への水の時間浸透量の変化の一例を示す図である。図１において１０：００頃までは予測水位と計測水位との差が非常に小さいが、それ以降は両者の差が徐々に開いている。このように予測水位と実際のため池の計測水位との間に平常時とは異なる差が生じる場合には、両者の差は予測誤差ではなく、ため池の堤体へ水が浸透したことによって生じた差であると考えることができる。図１の「時間浸透量」は、各予測時刻および測定時刻における予測水位と計測水位との差の積算値に基づいて算出された、１時間当たりのため池の堤体への水の浸透量である。このように、降水量などから算出されるため池の予測水位と、実際のため池の水位を示す計測水位との差または当該差の積算値を算出することにより、ため池の堤体への水の浸透量が増して決壊の危険性が増していることを判断することが可能となる。

以下、本実施形態に係るため池決壊予測システムの構成について説明する。図２は、本実施形態に係るため池決壊予測システムの構成例を示す図である。図２に示されるように、本実施形態に係るため池決壊予測システム１は、予測水位取得部１２と、計測水位取得部１４と、解析部１６とを含んで構成される。

予測水位取得部１２は、ため池の予測水位を示す予測水位データを取得する。予測水位は、予測時点およびその前における天候（例えば降水量）や、周囲からため池に流れ込む水量などを考慮して予測されうる。一例として、予測水位取得部１２は、例えば特許第５６５４１４７号の水位予測システムのような外部のコンピュータシステム（装置）から予測水位データを取得することが可能である。なお、予測水位は、堤体へ水が浸透していない状態を前提とした（堤体への浸透を考慮していない）予測水位であってもよいし、例えば過去のデータや経験値から導き出される平均的な水量の堤体への浸透が発生している状態を前提とした予測水位であってもよい。

また、予測水位データおよび後述の計測水位取得部１４において取得される計測水位データは、予め定められた時間間隔の各時刻における予測水位および計測水位を表すデータであり、このような予測水位データおよび計測水位データが、ほぼリアルタイムに近い状態で取得されうる（ただし若干の遅延は許容されうる）。なお、予測水位の予測時刻と計測水位の計測時刻とは、略同時刻であることが望ましい。略同時刻とは、完全に一致するまでの同一性は求めない趣旨である。

計測水位取得部１４は、ため池の現実の水位を示す計測水位データを取得する。本実施形態においては、一例として、監視対象であるため池に水位計測器を設置し、計測水位取得部１４は、当該水位計測器からネットワークまたは記録媒体等を介して計測水位データを取得する。

解析部１６は、予測水位データと計測水位データとの差を解析することによって、ため池の堤体への水の浸透に関する予測を行う。例えば、解析部１６は、予測水位データと計測水位データとの差の積算値に基づいて、ため池の堤体への水の浸透量を予測する。すなわち、時刻ｔにおけるため池の堤体への浸透量（時間あたりの浸透量）＝ＬＶ（ｔ）、予測水位＝ＬＶ（ｔ）ｐｒｅ、計測水位＝ＬＶ（ｔ）ｍｅａｓ、とすると、

と表される。よって、時刻Ｔ１から時刻Ｔｎの間におけるため池の堤体への水の浸透量は、

と表される。なお、図１の例においては浸透量を重さ（トン：ｔ）で表しているが、上記の式（１）および式（２）の単位は水位（メートル：ｍ、など）となる。上記式は一例であって、差および差の積算値は重さまたは容積として算出してもよい。ため池の形状は通常は既知であるので、底面積（平方メートル：ｍ^２）×水位（ｍ）により水量（立方メートル：ｍ^３）が算出される。例えば、上記の式（１）および式（２）は、以下のように、ため池の底面積をＢ（ｍ^２）とすると、時刻ｔにおける浸透量Ｘ（ｔ）および時刻Ｔ１から時刻Ｔｎの間における浸透量（総量）Ｘ（ｍ^３）の算出式としてそれぞれ記述できる。

また、これらの式は、水１ｍ^３＝１０００Ｌ（リットル）＝１ｔとして、水量を他の単位で表現してもよい。
また、解析部１６は、予測水位データと計測水位データとの差または当該差の積算値に基づいて、ため池の決壊の危険度を判定する。

例えば、解析部１６は、予測水位データと計測水位データとの差が予め定められた閾値Ｖｔｈ１を超えた場合に、ため池が決壊する（可能性が高い）と判断してもよい。図１に示されるように、大雨などによってため池の堤体へ浸透する水量が増加すると、予測水位と計測水位との差が開いていく。堤体への浸透が無い場合（または浸透量が少ない場合であっても）両者の間には予測誤差が存在するのが通常であるものの、ある程度両者の差が大きくなった場合には、ため池の堤体への水の浸透量が増えたことによって差が生じていると考えられる。また、当該差がどれぐらいになった場合（浸透量がどれぐらいになった場合）に決壊の危険度が高まっているかは、例えば経験則からも決定されうる。決壊の危険があると判断するための閾値をＶｔｈ１とすると、

となった時刻tにおいて決壊の危険があると判断されうる。
同様に、予測水位と計測水位との差の積算値がある程度大きくなった場合も決壊の危険度が高まっていると判断することができる。決壊の危険があると判断される閾値をＶｔｈ２とすると、

となった時刻Ｔｎにおいて決壊の危険があると判断されうる。なお、これらの算出式についても、式（３）および式（４）のように水量（ｍ^３）または他の単位で表されてもよい。閾値Ｖｔｈ１およびＶｔｈ２についても同様である。

閾値Ｖｔｈ１およびＶｔｈ２をどのように設定するかについては、例えば、平常時（ため池の堤体へ水が浸透していないと想定されうる状況、または浸透量が少ない場合（降水が無いまたは降水量が予め定められた範囲内である場合等））におけるため池の計測水位および予測水位をもとに両者の予測誤差の範囲（または当該予測誤差の積算値の範囲）を求め、当該誤差の範囲（または予測誤差の積算値の範囲）を逸脱する限界値を閾値として設定するようになっていてもよい。また、例えば、平常時の両者の誤差（または誤算の積算値）の平均値または最大値（またはこれらよりも大きい値）を当該閾値として設定するようになっていてもよい。そして、この閾値を超える差分が検出された場合にため池が決壊する（可能性が高い）と判定されてもよい。

また、予測水位データと計測水位データとの差または差の積算値について複数の閾値を設定して、段階的にため池決壊の危険度を判定するようになっていてもよい。例えば、予測水位データと計測水位データとの差または差の積算値が第１の閾値を超えた場合には、ため池が決壊する可能性が生じていると判断し（近隣住民に決壊の可能性を通知する等）、当該差または差の積算値が第１の閾値よりも大きな値である第２の閾値を超えた場合には、ため池が決壊する可能性が高まっていると判断し（近隣住民に避難準備を通知する等）、当該差または差の積算値がさらに大きい第３の閾値を超えた場合には、ため池が決壊する可能性が高いと判断する（近隣住民に避難指示を行う等）ようになっていてもよい。また、このような段階的な判断に基づいて、管理者や近隣住民への通知をメールやウェブページ等を介して行う等となっていてもよい。

また、解析部１６は、計測水位データに基づいて、ため池の決壊時の浸水被害の予測を行うようになっていてもよい。ため池の決壊時の浸水被害の予測は、ため池が決壊した時に流れ出る水量に基づくが、この水量として以下の２つが考えられる。
（ａ）決壊時のため池の湛水量
（ｂ）決壊時のため池の湛水量＋決壊時までにため池の堤体へ浸透した水の浸透量
ここで、（ａ）決壊時Ｔｎにおけるため池の湛水量Ｗは、計測水位ＬＶ（ｔ）ｍｅａｓおよびため池の底面積Ｂによって、以下の式によって表されうる。

また、（ｂ）決壊時Ｔｎにおけるため池の湛水量＋堤体への浸透量は、以下の式によって表されうる。

さらに説明すると、例えば、予め定められた時間間隔における予測時刻および計測時刻における予測水位データおよび計測水位データが予測水位取得部１２および計測水位取得部１４において取得され、取得された各データは、ため池決壊予測システム１のハードディスク等の記憶領域に順次記憶されていく。解析部１６は記憶されていくこれらのデータの差または差の積算値を、データが取得される都度計算して各閾値と比較し、ため池の決壊の危険度等を判断する。また、計測水位データ（および浸透量データ）を用いてシミュレータプログラム等を用いてため池決壊時の浸水被害の予測を行ってもよい。

なお、以上説明したため池決壊予測システム１の構成はあくまで一例であって、これに限定されるものではない。
（ハードウェア構成）
上記説明されたため池決壊予測システム１の構成は、一般的なコンピュータ装置と同様のハードウェア構成によって実現可能である。図３は、ため池決壊予測システム１のハードウェア構成の一例を示す図である。図３に示されるコンピュータ装置２０は、一例として、プロセッサ２１と、ＲＡＭ（Random Access Memory）２２と、ＲＯＭ（Read Only Memory）２３と、内蔵のハードディスク装置２４と、外付けハードディスク装置、ＣＤ、ＤＶＤ、ＵＳＢメモリ、メモリスティック、ＳＤカード等のリムーバブルメモリ２５と、ユーザがコンピュータ装置２０とデータのやり取りを行うための入出力ユーザインタフェース２６（キーボード、マウス、タッチパネル、スピーカ、マイク、ランプ等）と、他のコンピュータ装置と通信可能な有線／無線の通信インタフェース２７と、ディスプレイ２８と、を備える。本実施形態に係るため池決壊予測システム１の機能は、例えば、プロセッサ２１が、ハードディスク装置２４やＲＯＭ２３、リムーバブルメモリ２５等にあらかじめ格納されたプログラムをＲＡＭ２２等のメモリに読み出し、処理に必要な上述したデータを、ハードディスク装置２４やＲＯＭ２３、リムーバブルメモリ２５等から適宜読み出しながらプログラムを実行することで実現されうる。

なお、ため池決壊予測システム１は単一のコンピュータ装置として構成されていてもよいし、複数のコンピュータ装置によって構成されていてもよい。後者である場合には、上述したため池決壊予測システム１の各機能が複数のコンピュータ装置によって分散的に実現されており、それぞれのコンピュータ装置が図２に示されるコンピュータ装置２０の構成と同一又は類似の構成を備えていてもよい。

なお、図３に示されるハードウェア構成はあくまで一例であって、これに限定されるものではない。
（処理フロー）
図４は、本実施形態に係るため池決壊予測システムにおける処理の一例を示すフロー図である。

ステップＳ１０２において、予測水位取得部１２が予測水位データを取得する。また、ステップＳ１０４において、計測水位取得部１４が計測水位データを取得する。予測水位データと計測水位データについては以下が想定される。すなわち、予測水位と計測水位は予め定められた時間間隔の各時刻において予測および計測され、これらのデータの予測時刻と計測時刻は略同時刻であり、予測水位データと計測水位データとがほぼリアルタイムに近い状態で取得されること、が望ましい。ステップＳ１０２とステップＳ１０４の処理は並列的に処理されうる。また、取得された予測水位データおよび計測水位データは、ため池決壊予測システムのハードディスク等の記憶領域に保存されうる。

ステップＳ１０６において、解析部１６がステップＳ１０２およびＳ１０４において取得された予測水位データと計測水位データとの差または差の積算値を解析する。例えば解析部１６は、予測水位データと計測水位データとの差の積算値に基づいて、ため池の堤体への浸透量を予測する。また、例えば解析部１６は、予測水位データと計測水位データとの差または差の積算値が予め定められた閾値を超えた場合にはため池決壊の可能性が高いと判断する。本ステップは、例えば、ステップＳ１０２およびＳ１０４において予測水位データおよび計測水位データが取得される度に実行されてもよい。または、予め定められた数の予測水位データおよび計測水位データが取得されると、本ステップの処理が実行されるようになっていてもよい。

ステップＳ１０８において、解析部１６が予測水位データと計測水位データとの差の積算値に基づいてため池の決壊時の浸水被害の予測を行う。なお、本ステップについても、ステップＳ１０２およびＳ１０４において予測水位データおよび計測水位データが取得される度に実行されてもよいし、予め定められた数の予測水位データおよび計測水位データが取得されると、本ステップの処理が実行されるようになっていてもよい。

以上の処理は予測処理を終了するまで、複数回繰り返されうる。
ここまで、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。

また、本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらすすべての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、各請求項により画される発明の特徴の組み合わせに限定されるものではなく、すべての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。

１ ため池決壊予測システム
１２ 予測水位取得部
１４ 計測水位取得部
１６ 解析部
２０ コンピュータ装置
２１ プロセッサ
２２ ＲＡＭ
２３ ＲＯＭ
２４ ハードディスク装置
２５ リムーバブルメモリ
２６ 入出力ユーザインタフェース
２７ 通信インタフェース
２８ ディスプレイ

Claims (6)

1. ため池の決壊を予測するため池決壊予測システムであって、
   ため池の予測水位を示す予測水位データを取得する予測水位取得部と、
   前記ため池の水位を示す計測水位データを取得する計測水位取得部と、
   前記予測水位データと前記計測水位データとの差を解析することによって、ため池の堤体への水の浸透に関する予測を行う解析部と、
   を備えるため池決壊予測システム。
2. 前記解析部は、前記予測水位データと前記計測水位データとの差の積算値に基づいて、ため池の堤体への水の浸透量を予測する、請求項１に記載のため池決壊予測システム。
3. 前記解析部は、前記予測水位データと前記計測水位データとの差または当該差の積算値に基づいて、前記ため池の決壊の危険度を判定する、請求項１または２に記載のため池決壊予測システム。
4. 前記解析部は、前記計測水位データに基づいて、ため池の決壊時の浸水被害の予測を行う、請求項１から３のいずれか一項に記載のため池決壊予測システム。
5. コンピュータシステムによって実行される方法であって、
   ため池の予測水位を示す予測水位データを取得するステップと、
   前記ため池の水位を示す計測水位データを取得するステップと、
   前記予測水位データと前記計測水位データとの差を解析することによって、ため池の堤体への浸透に関する予測を行うステップと、
   を備えるため池決壊予測方法。
6. 請求項５に記載の方法をコンピュータシステムに実行させるためのプログラム。
   

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