JP2864818B2 - 雨水排出施設の運用支援装置 - Google Patents

雨水排出施設の運用支援装置

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JP2864818B2 JP32351291A JP32351291A JP2864818B2 JP 2864818 B2 JP2864818 B2 JP 2864818B2 JP 32351291 A JP32351291 A JP 32351291A JP 32351291 A JP32351291 A JP 32351291A JP 2864818 B2 JP2864818 B2 JP 2864818B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、所定流域の雨水を雨
水管渠により集中させ、集めた雨水を河川に揚排水する
雨水排出施設を対象とし、同施設の運用支援処理を行う
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】下水道事業の主目的の一つには、速やか
な雨水排除を行うことによる洪水対策がある。雨水排除
は、降雨時の都市地域雨水を効率的に集中させ、河川な
どに揚排水する技術である。近年、急激な市街地化に伴
って次の点が課題となっている。
【0003】(1)雨水の地表への浸透率が低下する傾
向が著しく、このため雨が降り初めてから雨水排除施設
に雨水が流入するまでの時間が短くなり、しかも流入量
が増加している。
【0004】(2)浸水が発生した場合の予想被害が以
前とは比較にならないほど大きくなっており、より高度
の信頼性が社会的に要求されている。
【0005】このような状況に鑑み、貯留機能を持つ雨
水幹線の建設が各地で計画されている。この種の雨水幹
線は、合流式下水道における降雨初期の汚濁流出を減ら
す他、雨水排除機能が高まるので大降雨時の浸水対策と
もなる利点がある。このような雨水幹線を最適に運用す
るためには、貯留ゲートの開閉操作と雨水ポンプの運転
操作が重要になる。これらの操作は、降雨状況や雨水幹
線につながる枝管の流出特性、ポンプ井の水位等を考慮
して行われる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら雨水排除
施設の運用管理では、雨水ポンプの運転はポンプ井水位
に基づくポンプ運転台数制御が主流であり、貯留ゲート
の開閉やポンプ起動等の判断は操作員の勘と経験に頼っ
ているのが現状である。このため、大規模な雨水幹線が
建設されてもその能力を十分に発揮させるのは困難とな
っていた。
【0007】この発明は、このような事情に鑑み、雨水
排除施設の運用管理をコンピュータシステムにより支援
し、同施設の最適な運用管理を可能とすることを目的と
する。
【0008】
【課題を解決するための手段】図1,2は、この発明の
構成を示す。この発明は、上記の目的を達成するため
に、雨水貯留機能を有する雨水管渠1と、この雨水管渠
1から流出する雨水を河川2に揚排出する雨水ポンプ3
とを備えた雨水排出施設を対象とし、同施設の運用支援
処理を行う装置4において、以下の装置を提供するもの
である。
【0009】雨天時の運用支援処理について、図1に示
すように、流下予測およびポンプ運転計画を行う計画作
成手段を備える。この計画作成手段は、次の要素を有す
る。
【0010】(1)雨水管渠1における単位時間後の雨
水流下を予測する水理モデル5。
【0011】(2)この水理モデル5の予測に基づいて
ポンプ運転台数を決定する運転台数演算部6。
【0012】さらに、この計画作成手段は、水理モデル
5および運転台数演算部6を所定回数繰り返して動作さ
せ、単位時間刻みでポンプ運転台数を決定することによ
りポンプ運転計画を作成するものであって、さらに一連
の処理を繰り返し実行して定期的にポンプ運転計画を作
成・更新するものとする。
【0013】さらに水理モデル5は、次の要素を有す
る。
【0014】(1)管渠水位やポンプ運転台数などの実
データを用いて演算開始時から単位時間経過時の予測を
行う第1のモデル5−1。
【0015】(2)前回の予測結果、前回のポンプ運転
台数および予測降雨量を用いて前記単位時間経過時以降
の予測を行う第2のモデル5−2。
【0016】また、晴天時の運用支援処理について、図
2に示すように、次の手段を備える。
【0017】(1)管渠水位やポンプ運転台数などの実
データおよび入力放流時間から平均放流量を演算する平
均放流量演算部7。
【0018】(2)この平均放流量から所定時間後の水
位を予測する水位予測部8。
【0019】(3)平均放流量および予測水位から貯留
ゲートの目標開度を求める目標開度演算部9。
【0020】(4)平均放流量からポンプ運転台数を求
めるポンプ運転台数演算部10。
【0021】
【作用】この発明によれば、雨天時の制御についてポン
プ運転計画を作成する手段を付加し、より適切な運用管
理を可能とするものである。ポンプ運転計画を作成する
にあたって、雨水管渠の水理モデルにより単位時間(た
とえば5分間)後の雨水流下を予測し、さらにこの予測
結果からポンプ運転台数を決定する。この処理を所定回
数繰り返すことで、単位時間刻みで設定予測時間(たと
えば30分間)にわたるポンプ運転計画を作成する。こ
のとき設定予測時間の初期については、初期データ(演
算開始時の実データ)から雨水流下を予測できるが、そ
れ以降については雨水管渠への雨水流入量を用いなけれ
ば予測ができない。
【0022】そこでこの発明では、最初の単位時間経過
時までは実データを用いて雨水流下を予測し、それ以降
については降雨予測による予測降雨量を用いて雨水流下
を予測することとしている。これにより適切なポンプ運
転計画の作成が可能となる。
【0023】また、晴天時の制御について、貯留ゲート
の開度およびポンプ運転計画を求める手段を付加する。
この発明では、管渠水位やポンプ運転台数などの実デー
タおよび入力放流時間に基づいて平均放流量や所定時間
後の水位を演算し、これらの演算結果から貯留ゲートの
目標開度やポンプ運転台数を求める手法をとる。
【0024】
【実施例】以下、図面に基づいて、この発明の実施例を
説明する。この実施例では、図3に示すソフトウエアの
基本構成を持つコンピュータシステムを構築し、雨水排
除施設の運用支援処理を行わせる。オンラインデータ入
力部11は、管渠水位やポンプ井水位等、オンラインで
送られるプロセスデータの入力処理を行うものである。
支援システム演算部12は、実データに基づいて現状を
解析し、30分後の流下予測を行い、さらにポンプ運転
のガイダンスを出力するものである。シミュレータ13
は、あらかじめ想定した降雨データをデータファイル1
4から読み出し、任意のポンプ運転情報を操作卓(図示
せず)から入力して管渠水位やポンプ井水位の変化等を
出力するものであり、オフラインで使用される。データ
設定部15は、RRL法のパラメータ修正やRRL法の
貯留曲線(S−Q曲線)作成、不定流計算のための条件
設定、シミュレーションのための降雨データのメンテナ
ンス等を行うものである。
【0025】このシステムのより詳細な機能ブロックを
図4に示す。図中、実線矢印はオンラインモードにおけ
るデータの流れ、破線矢印はシミュレーションモードに
おけるデータの流れを示す。入力処理部16は、各種の
プロセスデータの入力処理を行い、プロセスデータファ
イル17に格納するものである。幹線流下量予測部18
は、幹線モデルに基づいて幹線流下量を予測するもので
ある。幹線モデルを構築するためのパラメータは、幹線
モデルパラメータファイル19に格納されている。ポン
プ運転操作支援部20は、雨水ポンプの運転操作計画を
作成するものである。ポンプ・ゲートパラメータファイ
ル21は、雨水ポンプや貯留ゲートなどに関するパラメ
ータを格納するファイルである。シミュレーション条件
データ入力処理部22は、シミュレーションモードにお
いて、プロセスデータや幹線流下量予測の演算結果等を
シミュレーションの条件データ(雨水流入状況や機器動
作状態の条件データ)として使用するために入力処理を
行うものである。シミュレータ23は、与えられた降雨
データ(過去の降雨や想定された降雨のデータ)に対す
るポンプ運転計画の是非をシミュレートするものであ
る。このシミュレータ23は、基本的にはオフラインで
動作し、任意の時に任意のデータに基づいて演算を行え
る。出力処理部24〜26は、幹線流下量予測部18や
ポンプ運転操作支援部20、シミュレータ23の演算結
果をマンマシン部27に出力するものである。マンマシ
ン部27は、CRT表示処理部27−1や設定変更処理
部27−2、出力処理部27−3を有する。CRT出力
処理部27−1は、系統図表示やトレンドグラフ表示、
プロセスデータ一覧表示、パラメータ表示、予測結果表
示、ガイダンス表示(ポンプ運転計画表示その他)等を
行うものである。設定変更処理部27−2は、パラメー
タやシミュレーション条件、運用モードを入力指示に基
づいて設定変更するものである。出力処理部27−3
は、CRT画面ハードコピー出力やプリンタ出力を行う
ものである。
【0026】この実施例の支援システム機能は、雨天時
の制御と、晴天時における貯留ゲートからの放流時の制
御とに分けられる。雨天時の制御フローを図5,6に示
す。図に示すようにこの実施例では、5分単位で30分
間の降雨流下状況を予測することとし、最初の予測は実
データに基づいて演算し、以降の予測は降雨量予測を用
いて演算する手法をとっている。すなわち、まず初期デ
ータ(管渠水位やポンプ運転台数、ポンプ井水位)を入
力し(S1)、この初期データを用いて初期流下予測処
理および降雨予測処理を開始する(S2,3)。初期流
下予測処理は、管渠の各部における5分後の水位や流量
等を求めるものであり、図7に示すように、分水・越流
量を演算し(S1)、貯留量を演算し(S2)、貯留ぜ
き流出量を演算し(S3)、不定流計算を行う(S
4)。一方、降雨予測処理は、30分後までの降雨量を
予測するものである。図5,6に戻って説明すると、両
処理を開始した後、両処理が終了するのを待機する(S
4,8)。降雨予測が終了すると、その予測結果をCR
Tに表示し(S5)、修正の要否を確認する。運転員か
ら修正指示の入力があると(S6:Yes)、その指示
に基づいて降雨予測を修正する(S7)。両処理が終了
すると(S8:Yes)、5分後流下予測処理を行う
(S9)。
【0027】この処理は、勘案時刻の流下予測および降
雨予測から勘案時刻の5分後の流下予測を行うものであ
る。図8に示すように、まずRRL法(Road Research
Laboratory Method)により流域内の流出解析を行い
(S1)、この解析結果に基づいて水理計算を行って貯
留ぜき流出量を求める(S2〜4)。そして求めた貯留
ぜき流出量から適切なポンプ運転台数を求める(S
5)。さらにこれらの演算結果に基づいて不定流計算を
行う(S6)。この不定流計算の結果、つまり管渠内の
水位等からポンプ運転台数の適否を判断し、問題がなけ
れば今回の予測処理を終了する。
【0028】図5,6に戻って説明すると、この後、不
定流計算の結果および降雨予測を用いて次の5分後流下
予測処理に進み(S10:No)、この処理を5回繰り
返した時点、つまり25分後までの予測を行った時点
で、流下予測およびポンプ運転計画(各時刻のポンプ運
転台数)をマンマシン部に出力する(S11)。以上の
一連の処理は、5分以内に終了することとし、5分間の
演算サイクルをもって同様の処理を繰り返す(S1
3)。
【0029】一方、晴天時の放流制御では図9に示すよ
うに、初期データ(ポンプ台数・ポンプ井水位・貯留水
位の実データ)を読み込み(S1)、マンマシン部から
入力される放流時間Tを取り込み(S2)、これらのデ
ータに基づいて平均放流量QGavを演算する(S3)。
そして1時間後の水位H1を予測し(S4)、この平均
放流量QGav、水位H1に見合った目標開度を求める(S
5)。この演算は、たとえば現在の水位をH0とする
と、水位(H0+H1)/2のとき、放流量QがQGav
なる開度を求めることで行う。この後、ポンプ運転台数
を演算し(S6)、不定流計算を行ったうえで(S
7)、それらの演算結果をマンマシン部に出力する(S
8)。この一連の処理においても単位時間Δtごとの予
測を繰り返し、T時間後までの予測が完了した時点で終
了する手法をとる(S9)。
【0030】また、この装置では前述のように、過去の
降雨データや想定される降雨データに基づいてポンプ運
転計画の是非をシミュレートする機能を有する。この場
合、図10に示すように、入力される条件データに基づ
いて(S1,2)、図5,6と同様の手順により水理計
算を行い(S3〜6)、入力されるポンプ運転計画を用
いて不定流計算を行い(S7,8)、その結果を出力す
る(S9)。オペレータは、マンマシン部から出力され
る管渠の水位等に基づいてポンプ運転計画の是非を検討
し、必要であればポンプ運転計画を変更して再度演算を
行わせることもできる(S10)。
【0031】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
雨天時の制御において、最初の単位時間経過時までは実
データを用いて雨水流下を予測し、それ以降については
降雨予測による予測降雨量を用いて雨水流下を予測する
こととし、適切なポンプ運転計画の作成を可能する。ま
た、晴天時の制御について、管渠水位やポンプ運転台数
などの実データおよび入力放流時間に基づいて平均放流
量や所定時間後の水位を演算し、これらの演算結果から
貯留ゲートの目標開度やポンプ運転台数を求めることと
し、適切なゲート目標開度やポンプ運転計画の作成を可
能とする。作成されたポンプ運転計画等は、たとえば実
際の運転のガイダンスとして使用することができ、適切
な運用管理を容易に行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】請求項1に係る発明の構成を示す機能ブロック
図。
【図2】請求項2に係る発明の構成を示す機能ブロック
図。
【図3】この発明の一実施例に係るコンピュータシステ
ムのソフトウエアの基本構成を示すブロック図。
【図4】図3のコンピュータシステムの機能ブロック
図。
【図5】雨天時の制御を示すフローチャート。
【図6】雨天時の制御を示すフローチャート。
【図7】初期流下予測処理を示すフローチャート。
【図8】5分後流下予測処理を示すフローチャート。
【図9】晴天時における放流制御を示すフローチャー
ト。
【図10】シミュレーション時の制御を示すフローチャ
ート。
【符号の説明】
1…雨水管渠 2…河川 3…雨水ポンプ 4…雨水排出施設の運用支援装置 5…水理モデル 5−1…第1のモデル 5−2…第2のモデル 6…運転台数演算部

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 雨水貯留機能を有する雨水管渠と、この
    雨水管渠から流出する雨水を河川に揚排出する雨水ポン
    プとを備えた雨水排出施設を対象とし、同施設の雨天時
    の運用支援処理を行う装置において、 雨水管渠における単位時間後の雨水流下を予測する水理
    モデルと、この予測に基づいてポンプ運転台数を決定す
    る運転台数演算部とを有する計画作成手段を備え、 この計画作成手段は、前記水理モデルおよび運転台数演
    算部を所定回数繰り返して動作させ、単位時間刻みでポ
    ンプ運転台数を決定することによりポンプ運転計画を作
    成するものであって、さらに一連の処理を繰り返し実行
    して定期的にポンプ運転計画を作成・更新するものであ
    り、 前記水理モデルは、管渠水位やポンプ運転台数などの実
    データを用いて演算開始時から単位時間経過時の予測を
    行う第1のモデルと、前回の予測結果、前回のポンプ運
    転台数および予測降雨量を用いて前記単位時間経過時以
    降の予測を行う第2のモデルとを有するものであること
    を特徴とする雨水排出施設の運用支援装置。
  2. 【請求項2】 雨水貯留ゲートを有する雨水管渠と、こ
    の雨水管渠から流出する雨水を河川に揚排出する雨水ポ
    ンプとを備えた雨水排出施設を対象とし、同施設の晴天
    時の運用支援処理を行う装置において、 管渠水位やポンプ運転台数などの実データおよび入力放
    流時間から平均放流量を演算する平均放流量演算部と、
    この平均放流量から所定時間後の水位を予測する水位予
    測部と、平均放流量および予測水位から貯留ゲートの目
    標開度を求める目標開度演算部と、平均放流量からポン
    プ運転台数を求めるポンプ運転台数演算部とを備えたこ
    とを特徴とする雨水排出施設の運用支援装置。
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CN102590894A (zh) * 2012-01-10 2012-07-18 清华大学 一种径流试验站的自动观测系统

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102590894A (zh) * 2012-01-10 2012-07-18 清华大学 一种径流试验站的自动观测系统
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