JP3625367B2 - 下水道システムの貯留設備運用支援装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水道幹線に併設された貯留設備とを備えた下水道システムにおいて、特に下水道幹線を流下する汚水または雨水を、下水道幹線に設置された可動式の堰の高さを制御して貯留設備に取り込み、初期雨水の汚濁削減と浸水防止を回避できるようにした貯留設備運用支援装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
流域下水道では、複数の市町村を貫いて広域的に効率の良い下水道運用が図られようとしている。
【０００３】
しかしながら、最近の急速な都市化に伴ない、降雨の地面浸透面積が減少し、不浸透分が下水道幹線に流出してくるようになり、管径が小さい既設幹線では、雨水流下能力が低く、浸水被害を引き起こしている。
【０００４】
また、各市町村の公共下水道から流域下水道幹線への送水量が増加し、幹線の流下能力が低下してきている。
【０００５】
そこで、この対策としては、例えば既設幹線を大口径の幹線に取り替えることが考えられるが、工事期間中のバイパスルートの確保が困難なことや、コストがかかりすぎる問題がある。
【０００６】
これに対し、比較的増設が容易な大口径貯留管を併設した設備や、一時貯留のための調整池等が設置されるようになった。
【０００７】
図２は、本発明の一適用対象となる一般的な貯留設備を併設した下水道幹線プロセスの構成例を示す概要図である。
【０００８】
図２において、２２は合流式下水道幹線であり、周辺の流域２０から雨水や汚水が流入、流下する。
【０００９】
また、２３は合流式下水道幹線２２の途中に設置された可動式の堰（以下、可動堰と称する）であり、開口部の高さは電動機で駆動する。
【００１０】
すなわち、可動堰２３の堰高を下げると、合流式下水道幹線２２から貯留設備２４へ越流する量Ｑ２ が増え、幹線流下量Ｑ１ は（Ｑ１ −Ｑ２ ）まで減少する。
【００１１】
さらに、２６は降雨後の晴天時に貯留された下水を合流式下水道幹線２２に返送する返送ポンプであり、腐敗防止のため２４時間以内に貯留水は元の幹線に排出される。
【００１２】
一方、合流式下水道幹線２２の可動堰２３よりも下流に位置するポンプ場では、ポンプ場入り口の分水人孔２７にある分流堰２８を越えて流入する雨水Ｑ３ をポンプ場排水ポンプ２９で排水する。
【００１３】
また、分流堰２８を越えない下水（Ｑ１−Ｑ２−Ｑ３ ）は下流の幹線に流れ、最下流端にある図示しない水処理場にて水処理される。
【００１４】
なお、図２中、２５は貯留設備２４の水位を観測する貯留水位計である。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、晴天時の汚水と降雨時の雨水が同一の管を流れる合流式の場合には、長く雨の降らない渇水期に管底に張り付いた汚泥に対して、ファーストフラッシュと呼ばれる初期雨水での洗浄効果が生じる。
【００１６】
このファーストフラッシュ分は、汚濁濃度が高く、流域の最下流にある処理場の水処理負荷を急速に高め、最悪、規定の水質水準を守れない場合を生じる。そして、この場合には、処理水の河川放流が行なえない。
【００１７】
また、貯留設備２４は、雨水排水の一時的なバッファとして運用するには、年間の大雨の降雨日数が１０日くらいしかなく設備の稼働率が低く、合流式特有の初期汚濁負荷削減のために貯留設備２４を有効に活用することが望まれている。
【００１８】
すなわち、大雨時の浸水対策と渇水期の初期雨水対策との両方を行なえる貯留設備２４の運用方法が強く望まれている。
【００１９】
この場合、可勤堰２３の高さを、大雨時の浸水対策と渇水期の初期雨水対策の両方に対して的確に制御する必要があるが、従来の運転員の経験と勘だけでは、安全で確実な運転を行なうことが困難であると考えられる。
【００２０】
本発明の目的は、下水道幹線幹線に設置される可勤堰の高さ制御の最適運用を図るための支援情報を運転員に提供して、渇水期には初期汚濁負荷削減を行ない、大雨時には浸水対策を行なうことが可能な下水道システムの貯留設備運用支援装置を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明では、下水道幹線の途中に設置された可動式の堰と、汚水や雨水を取り込むための貯留設備とを備えた下水道システムの貯留設備運用支援装置において、下水道幹線の周辺の流域に降る雨を観測するレーダ雨量計からのデータを入力処理する雨量計観測データ入力手段と、雨量計観測データ入力手段により入力処理されたデータを処理して将来の降雨状況を予測する降雨量予測手段と、降雨量予測手段により予測された将来降雨を入力として、流域に降る降雨が下水道幹線に流出する量を予測する流出量予測手段と、流出量予測手段により予測された流出量が下水道幹線を移送して当該下水道幹線下流に到達する量を予測する流下量予測手段と、流下量予測手段により予測された流下量の予測値に基づいて、下水道幹線の水位があらかじめ設定された複数の水位レベルに達した時点で堰を開けた場合に、満管水位を下回る堰開時刻を予測する堰開時刻演算手段と、堰開時刻演算手段により演算された堰開時刻に基づいて、貯留設備を運用するのに必要な支援情報を表示する支援情報表示手段とを備えている。
【００２２】
従って、請求項１の発明の下水道システムの貯留設備運用支援装置においては、下水道幹線周辺の流域の降雨予測に基づいて将来の下水道幹線への雨水の流入レベルを知ることができるため、初期汚濁雨水の取り込みのための堰高とすべきか、浸水対策のための雨水取り込みの堰高さとすべきかをあらかじめ決定することができる。
【００２３】
また、請求項２の発明は、請求項１記載の下水道システムの貯留設備運用支援装置において、流下量予測手段により予測された流下量の予測値に基づいて、あらかじめ設定された複数の堰高に対して、満管水位を下回るような堰高であり、貯留設備に流入する量を制御するための堰の高さをリアルタイムに演算する堰高演算手段をさらに具備し、支援情報表示手段は、堰開時刻演算手段により演算された堰開時刻と堰高演算手段により演算された堰高とに基づいて、貯留設備を運用するのに必要な支援情報を表示する下水道システムの貯留設備運用支援装置である。
【００２４】
従って、請求項２の発明の下水道システムの貯留設備運用支援装置においては、リアルタイムに堰高と下水道幹線水位との関係を予測シミュレーションを行なって、その時点で最適な堰高さを演算することができる。
【００２５】
請求項３の発明は、請求項１記載の下水道システムの貯留設備運用支援装置において、雨量計観測データ入力手段により入力処理されたデータに基づいて、現在の降雨強度と堰高との関係から堰の高さを直接演算する堰高演算手段をさらに具備し、支援情報表示手段は、堰開時刻演算手段により演算された堰開時刻と堰高演算手段により演算された堰高とに基づいて、貯留設備を運用するのに必要な支援情報を表示する下水道システムの貯留設備運用支援装置である。
【００２６】
従って、請求項３の発明の下水道システムの貯留設備運用支援装置においては、下水道幹線周辺の流域の降雨データから直接、堰高を演算することができるため、従来の経験に近い堰高運用を実現することができる。
【００２７】
請求項４の発明は、請求項１記載の下水道システムの貯留設備運用支援装置において、下水道幹線の水位を観測する幹線水位計からのデータを入力処理する水位計観測データ入力手段と、水位計観測データ入力手段により入力処理されたデータに基づいて、現在の幹線水位と堰高との関係から堰の高さを直接演算する堰高演算手段とをさらに具備し、支援情報表示手段は、堰開時刻演算手段により演算された堰開時刻と堰高演算手段により演算された堰高とに基づいて、貯留設備を運用するのに必要な支援情報を表示する下水道システムの貯留設備運用支援装置である。
【００２８】
従って、請求項４の発明の下水道システムの貯留設備運用支援装置においては、下水道幹線の水位データから直接、堰高を演算することができるため、従来の経験に近い堰高運用を実現することができる。
【００２９】
請求項５の発明は、請求項４記載の下水道システムの貯留設備運用支援装置において、堰高演算手段は、雨量計観測データ入力手段により入力処理されたデータと、水位計観測データ入力手段により入力処理されたデータに基づいて、現在の降雨強度と幹線水位から堰の高さを直接演算する下水道システムの貯留設備運用支援装置である。
【００３０】
従って、請求項５の発明の下水道システムの貯留設備運用支援装置においては、下水道幹線周辺の流域の降雨データと下水道幹線の水位データとを組み合わせて、堰高を演算することができるため、従来の経験に近い堰高運用を実現することができる。
【００３１】
以上により、降雨状況に応じて、最適な可動式堰の開時刻の設定、あるいは堰高の設定が、予測シミュレーションにて、または直接支援されるため、運転員にとって可動式堰制御による安全で確実な貯留設備の運用が可能となり、もって渇水期には初期汚濁負荷削減を行ない、大雨時には浸水対策を行なうことができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００３３】
（第１の実施の形態：請求項１に対応）
図１は、本実施の形態による合流式下水道システムの貯留設備運用支援装置の概略構成例を示すブロック図である。
【００３４】
すなわち、本実施の形態の貯留設備運用支援装置は、図１に示すように、雨量計観測データ入力装置１と、降雨量予測装置２と、幹線流出量予測装置３と、幹線流下量予測装置４と、可動堰開時刻演算装置５と、支援情報表示装置６とから構成している。
【００３５】
雨量計観測データ入力装置１は、前記合流式下水道幹線２２の周辺の流域２０に降る雨を観測するレーダ雨量計からのデータを入力処理する。
【００３６】
降雨量予測装置２は、雨量計観測データ入力装置１により入力処理されたデータを処理して将来の降雨状況を予測する。
【００３７】
幹線流出量予測装置３は、降雨量予測装置２により予測された将来降雨を入力として、流域に降る降雨が合流式下水道幹線２２に流出する量を予測する。
【００３８】
幹線流下量予測装置４は、幹線流出量予測装置３により予測された流出量が合流式下水道幹線２２を移送して当該合流式下水道幹線２２下流に到達する量を予測する。
【００３９】
可動堰開時刻演算装置５は、幹線流下量予測装置４により予測された流下量の予測値に基づいて、前記貯留設備２４に流入する量を制御するための可動堰２３の開時刻をあらかじめ演算しておく。
【００４０】
支援情報表示装置６は、可動堰開時刻演算装置５により演算された堰開時刻に基づいて、貯留設備２４を運用するのに必要な支援情報を表示する。
【００４１】
次に、以上のように構成した本実施の形態の貯留設備運用支援装置の作用について説明する。
【００４２】
図１において、雨量計観測データ入力装置１では、合流式下水道幹線２２の周辺の流域２０に降る雨をレーダ雨量計で観測したデータを入力処理する。
【００４３】
ここでいうレーダ雨量計は、気象庁が観測する数１００ｋｍレベルの広域のレーダ雨量計ではなく、大都市の自治体で水害防止の目的で設置する細密タイプのレーダである。
【００４４】
これは、観測範囲が半径５０ｋｍくらいで、地上５００ｍの高さで、５００ｍメッシュ単位に降雨強度を２．５分周期できめ細かく観測するものである。
【００４５】
次に、降雨量予測装置２では、雨量計観測データ入力装置１からのデータを処理して将来の降雨状況を予測する。
【００４６】
ここで、降雨の予測は、過去のトレンドに注目して、例えば現在時刻から３０分先までの降雨分布（位置と降雨強度）を推定する。
【００４７】
また、降雨分布の推定は、降雨の特性や地形因子、気象条件を取り込んで、移動方向と速度を推定し、さらに降雨強度分布の変化を考慮して将来降雨を算定する。
【００４８】
この最も単純な方法としては、過去何分間かの降雨移動方向と速度をトレンド外挿して、降雨強度分布は現在値から変化しないと仮定して降雨分布を予測することができる。
【００４９】
すなわち、例えば図３に示すように移動して、対象流域に雨域がかかった時には、図４に示すように、流域上空での平均降雨強度を算定することができる。
【００５０】
次に、幹線流出量予測装置３では、予測された将来降雨を入力として、流域２０に降る降雨が合流式下水道幹線２２に流出する量を予測する。
【００５１】
ここで、流出量を算定する手法で周知のものとしては、例えば都市部のように管渠が整備され、流下の経路が明確な場所での算定に有効なＲＲＬ法がある。
【００５２】
このＲＲＬ法による算定は、まず図５に示すような等到達時間曲線と呼ばれる、時間間隔Δｔ毎の流域流出点への到達時間面積Ａｉ （ｍ２ ）を算定しておき、これに図６に示すような降雨量曲線Ｉｉ （ｍｍ／ｈ）を次式のように掛け合わせる。
【００５３】
降雨開始からの雨水流出量Ｐｉ （ｍ３ ／ｓ）は、図７に示すように得られる。
【００５４】
ここで、Ｃ：換算係数＝１０−３／３６００
Ｅｉ ：不浸透係数（−）
次に、幹線流下量予測装置４では、合流式下水道幹線２２に流出した雨水が、合流式下水道幹線２２を移送して幹線下流に到達する量を予測する。
【００５５】
ここで、合流式下水道幹線２２の移送時間Ｔ（ｓ）は、移送距離、すなわち管延長Ｌ（ｍ）と流速Ｖ（ｍ／ｓ）とから、下記式により算定することができる。
【００５６】
Ｔ＝Ｌ／Ｖ ……（２）
流下計算では、時刻ｔの距離Ｌ下流での幹線流下量Ｑ（ｔ）は、下記式により算定することができる。
【００５７】
Ｑ（ｔ）＝Ｐｉ （ｔ−Ｔ） ……（３）
さらに、流下計算をより厳密に行なうためには、距離と時間とを細分割して差分解法する周知の不定流計算を行なって計算するようにしてもよい。
【００５８】
いずれにしても、流域２０の流出点から貯留設備２４の取り込み口である可動堰２３までの幹線移送計算を行なって、可動堰２３位置における幹線流量または水位を予測的に算出することができる。
【００５９】
次に、可動堰開時刻演算装置５では、合流式下水道幹線２２に併設された貯留設備２４に流入する量を制御するための可動堰２３の開時刻をあらかじめ演算しておく。
【００６０】
いま、例えば図８に示すような堰高Ｈ（ｍ）、堰幅Ｌ（ｍ）の堰構造に対して、堰低からの水位ｈ（ｍ）の時、合流式下水道幹線２２から可動堰２３を越流して貯留設備２４に流入する量ＱＥ （ｍ３ ／ｓ）は、下記の周知の越流公式で、図９に示すように算定することができる。
【００６１】
すなわち、
ＱＥ ＝Ｃｓ ・Ｌ・（ｈ−Ｈ）３／２ ……（４）
ここで、Ｃｓ ：堰構造で決まる係数（−）
運転員が可動堰２３の高さを決定するのに、一番知りたい情報は、今後の降雨に対して、幹線水位が何処まで上昇し、いつ可動堰２３を開けたらよいかを支援してくれる情報である。
【００６２】
これを、図１０を用いて説明する。
【００６３】
すなわち、現在時刻ｔ０ に居る運転員は、降雨強度Ｉによる流出量Ｐが幹線流下により、流入幹線が圧力管になって、マンホールから地表に水が噴き出して浸水しないような運転をしたい。
【００６４】
その一つの方法として、雨が降ったら、直ぐに可動堰２３を全開にして、雨水分を全て取り込む運用も考えられる。また、逆に、可動堰２３を開けるタイミングをできるだけ遅くして、幹線水位ｈｋ が満管水位ｈｕ になる直近時刻に可動堰２３を開けることも考えられる。
【００６５】
前者の問題点は、幹線途中のポンプ場での排水能力で十分対処できる場合には、不必要な貯留を発生させることになる。
【００６６】
後者の問題点は、急速な雨水流入で水位が急上昇すると、可動堰２３が動き始めた時には、手遅れで既に浸水が発生している恐れがあることである。
【００６７】
いずれにしても、合流式下水道幹線２２が満管水位に達しないように、可動堰２３の動作タイミング、すなわち堰開時刻ｔ１ を予測することが運転支援に必要である。
【００６８】
この場合、堰高Ｈは事前に決定しておき、降雨流入の間は固定とする。例えば、晴天時計画最大汚水量（１Ｑと称する）の３倍流量である３Ｑ相当の堰高とする。
【００６９】
合流式下水道幹線２２内の等流に対しては、流量Ｑ（ｍ３ ）と水位ｈ（ｍ）との関係は、周知のマニングの式から算定することができる。
【００７０】
すなわち、
Ｑ＝ｆ｛ｈ、ｒ、ｎ、Ｋ｝ ……（５）
ここで、ｆ：関数
ｒ：管半径（円管の場合）（ｍ）
ｎ：粗度係数（−）
Ｋ：管勾配（−）
これにより、上記１Ｑが与えられれば、３Ｑ相当の堰高Ｈ＝ｈとして求めることができる。
【００７１】
あらかじめ設定された複数の水位レベルに達した時に可動堰２３を開けた時に、満管水位を下回るような堰開時刻を予測する。すなわち、図１０に示す例では、水位レベル１で満管水位を大きく下回っているので、時刻ｔ１ で可動堰２３を開けばよい。
【００７２】
次に、支援情報表示装置６では、貯留設備２４を運用するのに必要な図１０に示すような支援情報を画面表示する。
【００７３】
すなわち、支援情報として、合流式下水道幹線２２の水位が何分後に満管水位ｈｕ に近づき、可動堰２３を開けた時に満管状態を回避できるかを画面にトレンド表示する。そして、運転員は、この画面を見て、いつ可動堰２３を開けたらよいかを判断し、手動で可動堰駆動装置を操作する。
【００７４】
上述したように、本実施の形態の貯留設備運用支援装置では、合流式下水道幹線２２の周辺の流域２０の降雨予測に基づいて将来の合流式下水道幹線２２への雨水の流入レベルを知ることができるため、初期汚濁雨水の取り込みのための堰高とすべきか、浸水対策のための雨水取り込みの堰高さとすべきかをあらかじめ決定することが可能となる。
【００７５】
これにより、降雨状況に応じて、最適な可動堰２３の開時刻の設定が、予測シミュレーションにて直接支援されるため、運転員にとって可動堰２３制御による安全で確実な貯留設備２４の運用が可能となり、もって渇水期には初期汚濁負荷削減を行ない、大雨時には浸水対策を行なうことができる。
【００７６】
（第２の実施の形態：請求項２に対応）
図１１は、本実施の形態による合流式下水道システムの貯留設備運用支援装置の概略構成例を示すブロック図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００７７】
すなわち、本実施の形態の貯留設備運用支援装置は、図１１に示すように、図１における可動堰開時刻演算装置５を省略し、これに代えて、運用モード判定装置９と、可動堰高演算装置７とを備えた構成としている。
【００７８】
運用モード判定装置９は、前降雨日からの経過日数に基づいて、初期雨水対策用の堰高さとするか、浸水対策用の堰高さとするかを決定する。
【００７９】
可動堰高演算装置７は、前記幹線流下量予測装置４により予測された流下量の予測値と、運用モード判定装置９により決定された堰高さとに基づいて、合流式下水道幹線２２に併設された貯留設備２４に流入する量を制御するための可動堰２３の高さをリアルタイムに演算する。
【００８０】
次に、以上のように構成した本実施の形態の貯留設備運用支援装置の作用について説明する。
【００８１】
なお、図１と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【００８２】
図１１において、運用モード判定装置９では、前降雨日からの経過日数を基に、初期雨水対策用の堰高さとするか、浸水対策用の堰高さとするかを決定する。
【００８３】
次に、可動堰高演算装置７では、幹線流下量予測装置４からの流下量の予測値と、運用モード判定装置９からの堰高さとを基に、合流式下水道幹線２２に併設された貯留設備２４に流入する量を制御するための可動堰２３の高さをリアルタイムに演算する。
【００８４】
運転員が可動堰２３の高さを決定するのに、一番知りたい情報は、今後の降雨に対して、幹線水位が何処まで上昇し、どれだけ可動堰２３を開けたらよいかを支援してくれる情報である。
【００８５】
これを、図１２を用いて説明する。
【００８６】
すなわち、現在時刻ｔ０ に居る運転員は、流入幹線が圧力管になって、マンホールから地表に水が噴き出して浸水しないような運転をしたい。
【００８７】
その一つの方法として、合流式下水道幹線２２の水位が堰開水位レベルに達したら、できるだけ可動堰２３を下げて（開口部を大きくして）、雨水分をできるだけ多く貯留設備２４に取り込む運用が考えられる。また、逆に、可動堰２３をあまり開けないで貯留設備２４に取り込む雨水分を抑える運用も考えられる。
【００８８】
前者の問題点は、幹線途中のポンプ場での排水能力で十分対処できる場合には、不必要な貯留を発生させることになる。
【００８９】
後者の問題点は、急速な雨水流入で水位が急上昇すると、可動堰２３の高さが高いので浸水が発生する恐れがあることである。
【００９０】
いずれにしても、合流式下水道幹線２２が満管水位に達しないように、可動堰２３の最適な高さを予測することが運転支援に必要である。
【００９１】
この場合、堰開の水位レベルは事前に決定しておき、降雨流入の間は固定とする。例えば、満管水位ｈ０ の９０％レベルになれば、堰開を行なう。
【００９２】
あらかじめ設定された複数の堰高に対して、満管水位を下回るような堰高を予測する。図１２の例では、高さ（ｃ）で満管水位を大きく下回っているので、堰開時刻ｔ１ に堰を下げる。
【００９３】
次に、支援情報表示装置６では、貯留設備２４を運用するのに必要な支援情報を画面表示する。
【００９４】
すなわち、支援情報として、合流式下水道幹線２２の水位が何分後に満管水位ｈｕ に近づき、可動堰２３をいくら開けた時に満管状態を回避できるかを画面にトレンド表示する。そして、運転員は、この画面を見て、可動堰２３の高さをいくらにすればよいかを判断し、手動で可動堰駆動装置を操作する。
【００９５】
一方、初期雨水の汚濁負荷増大は、長期間降雨が無い場合（渇水期）の最初の降雨で発生する。貯留設備２４の運用は、初期雨水対策モードと浸水対策モードとでは、可動堰２３の高さを切り替える必要がある。すなわち、ファーストフラッシュに対しては、できるだけ可動堰２３を下げて、汚水を貯留設備２４に取り込むことを行なう。
【００９６】
また、大雨時には、河川放流してもよい希釈十分な３Ｑレベル程度の可動堰２３の高さで雨水を貯留設備２４に取り込むことを行なう。従って、降雨初期には、運用モードを判定して行なう。
【００９７】
すなわち、まず前降雨日からの日数で短いものは、ファーストフラッシュである心配がないので、通常の浸水対策モードで運用する。
【００９８】
一方、渇水期の初期雨水に対しては、３Ｑレベル以上の雨水流入が期待できない場合には、初期雨水対策モードで運用する。また、３Ｑレベル以上の雨水流入が期待される場合には、浸水対策モードで運用する。
【００９９】
上述したように、本実施の形態の貯留設備運用支援装置では、リアルタイムに可動堰２３の高さと合流式下水道幹線２２の水位との関係を予測シミュレーションを行なって、その時点で最適な可動堰２３の高さを演算することが可能となる。
【０１００】
これにより、降雨状況に応じて、最適な可動堰２３の高さの設定が、予測シミュレーションにて支援されるため、運転員にとって可動堰２３制御による安全で確実な貯留設備２４の運用が可能となり、もって渇水期には初期汚濁負荷削減を行ない、大雨時には浸水対策を行なうことができる。
【０１０１】
（第３の実施の形態：請求項３に対応）
図１３は、本実施の形態による合流式下水道システムの貯留設備運用支援装置の概略構成例を示すブロック図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１０２】
すなわち、本実施の形態の貯留設備運用支援装置は、図１３に示すように、図１における降雨量予測装置２、幹線流出量予測装置３、幹線流下量予測装置４、可動堰開時刻演算装置５を省略し、これに代えて、可動堰高演算装置７を備えた構成としている。
【０１０３】
可動堰高演算装置７は、前記雨量計観測データ入力装置１により入力処理されたデータに基づいて、現在の降雨強度と堰高との関係から可動堰２３の高さを直接演算する。
【０１０４】
次に、以上のように構成した本実施の形態の貯留設備運用支援装置の作用について説明する。
【０１０５】
なお、図１と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０１０６】
図１３において、可動堰高演算装置７では、雨量計観測データ入力装置１からのデータを基に、予測シミュレーションを行なうことなく、経験的に求められた例えば図１４に示すようなテーブルを用いて、現在の降雨強度と堰高との関係から、可動堰２３の高さを演算する。
【０１０７】
そして、降雨強度の条件を満たせば、その時点で可動堰２３を、テーブルで指定された高さまで下げておく。
【０１０８】
次に、支援情報表示装置６では、貯留設備２４を運用するのに必要な支援情報を画面表示する。
【０１０９】
すなわち、支援情報として、合流式下水道幹線２２の水位が何分後に満管水位ｈｕ に近づき、可動堰２３を開けた時に満管状態を回避できるかを画面にトレンド表示する。
【０１１０】
上述したように、本実施の形態の貯留設備運用支援装置では、合流式下水道幹線２２の周辺の流域２０の降雨データから直接、可動堰２３の高さを演算することができるため、従来の経験に近い堰高運用を実現することが可能となる。
【０１１１】
これにより、降雨状況に応じて、最適な可動堰２３の高さの設定が、直接支援されるため、運転員にとって可動堰２３制御による安全で確実な貯留設備２４の運用が可能となり、もって渇水期には初期汚濁負荷削減を行ない、大雨時には浸水対策を行なうことができる。
【０１１２】
（第４の実施の形態：請求項４に対応）
図１５は、本実施の形態による合流式下水道システムの貯留設備運用支援装置の概略構成例を示すブロック図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１１３】
すなわち、本実施の形態の貯留設備運用支援装置は、図１５に示すように、図１における雨量計観測データ入力装置１、降雨量予測装置２、幹線流出量予測装置３、幹線流下量予測装置４、可動堰開時刻演算装置５を省略し、これに代えて、水位計観測データ入力装置８と、可動堰高演算装置７とを備えた構成としている。
【０１１４】
水位計観測データ入力装置８は、前記合流式下水道幹線２２の水位を観測する幹線水位計２１からのデータを入力処理する。
【０１１５】
可動堰高演算装置７は、水位計観測データ入力装置８により入力処理されたデータに基づいて、現在の幹線水位と堰高との関係から可動堰２３の高さを直接演算する。
【０１１６】
次に、以上のように構成した本実施の形態の貯留設備運用支援装置の作用について説明する。
【０１１７】
なお、図１と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０１１８】
図１５において、可勤堰高演算装置５では、水位計観測データ入力装置８からのデータを基に、予測シミュレーションを行なうことなく、経験的に求められた例えば図１６に示すようなテーブルを用いて、現在の幹線水位と堰高との関係から、可動堰２３の高さを演算する。
【０１１９】
そして、幹線水位の条件を満たせば、その時点で可動堰２３を、テーブルで指定された高さまで下げておく。
【０１２０】
次に、支援情報表示装置６では、貯留設備２４を運用するのに必要な支援情報を画面表示する。
【０１２１】
すなわち、支援情報として、合流式下水道幹線２２の水位が何分後に満管水位ｈｕ に近づき、可動堰２３を開けた時に満管状態を回避できるかを画面にトレンド表示する。
【０１２２】
上述したように、本実施の形態の貯留設備運用支援装置では、合流式下水道幹線２２の水位データから直接、可動堰２３の高さを演算することができるため、従来の経験に近い堰高運用を実現することが可能となる。
【０１２３】
これにより、降雨状況に応じて、最適な可動堰２３の高さの設定が、直接支援されるため、運転員にとって可動堰２３制御による安全で確実な貯留設備２４の運用が可能となり、もって渇水期には初期汚濁負荷削減を行ない、大雨時には浸水対策を行なうことができる。
【０１２４】
（第５の実施の形態：請求項５に対応）
図１７は、本実施の形態による合流式下水道システムの貯留設備運用支援装置の概略構成例を示すブロック図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１２５】
すなわち、本実施の形態の貯留設備運用支援装置は、図１７に示すように、図１における降雨量予測装置２、幹線流出量予測装置３、幹線流下量予測装置４、可動堰開時刻演算装置５を省略し、これに代えて、水位計観測データ入力装置８と、可動堰高演算装置７とを備えた構成としている。
【０１２６】
水位計観測データ入力装置８は、前記合流式下水道幹線２２の水位を観測する幹線水位計２１からのデータを入力処理する。
【０１２７】
可動堰高演算装置７は、前記雨量計観測データ入力装置１により入力処理されたデータと、水位計観測データ入力装置８により入力処理されたデータとに基づいて、現在の降雨強度と幹線水位とから可動堰２３の高さを直接演算する。
【０１２８】
次に、以上のように構成した本実施の形態の貯留設備運用支援装置の作用について説明する。
【０１２９】
なお、図１と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０１３０】
図１７において、水位計観測データ入力装置８では、合流式下水道幹線２２の水位を幹線水位計２１で観測したデータを入力処理する。
【０１３１】
可動堰高演算装置７では、雨量計観測データ入力装置１からのデータと、水位計観測データ入力装置８からのデータとを基に、予測シミュレーションを行なうことなく、経験的に求められた例えば第１８図に示すようなテーブルを用いて、現在の降雨強度と幹線水位との２つの指標から、可動堰２３の高さを演算する。
【０１３２】
そして、降雨強度と幹線水位の条件を満たせば、その時点で可動堰２３を、テーブルで指定された高さまで下げておく。
【０１３３】
次に、支援情報表示装置６では、貯留設備２４を運用するのに必要な支援情報を画面表示する。
【０１３４】
すなわち、支援情報として、合流式下水道幹線２２の水位が何分後に満管水位ｈｕ に近づき、可動堰２３を開けた時に満管状態を回避できるかを画面にトレンド表示する。
【０１３５】
上述したように、本実施の形態の貯留設備運用支援装置では、合流式下水道幹線２２の周辺の流域２０の降雨データと、合流式下水道幹線２２の水位データとを組み合わせて、可動堰２３の高さを演算することができるため、従来の経験に近い堰高運用を実現することが可能となる。
【０１３６】
これにより、降雨状況に応じて、最適な可動堰２３の高さの設定が、直接支援されるため、運転員にとって可動堰２３制御による安全で確実な貯留設備２４の運用が可能となり、もって渇水期には初期汚濁負荷削減を行ない、大雨時には浸水対策を行なうことができる。
【０１３７】
（他の実施の形態）
（ａ）前記各実施の形態では、本発明を合流式の下水道システムに適用する場合について説明したが、これに限らず、分流式の下水道システム（分流式の雨水幹線）についても、本発明を適用することが可能である。
【０１３８】
この場合には、初期雨水対策のための堰高設定は不要となる、すなわち前述した運用モード判定装置９を省略することができる。
【０１３９】
（ｂ）前記各実施の形態において、雨量計としては、レーダ雨量計でなくても、地上雨量計でも代用することが可能である。
【０１４０】
この場合には、降雨量予測は行なわず、降雨強度の現状値を用いる。
【０１４１】
また、本発明は運用支援装置としてではなく、その設定を、直接、可動堰２３を駆動するための可動堰駆動装置を制御する自動設定装置として用いるようにしてもよい。
【０１４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の下水道システムの貯留設備運用支援装置によれば、降雨状況に応じて、最適な可動式堰の開時刻の設定、あるいは堰高の設定が、予測シミュレーションにて、または直接支援されるため、運転員にとって可動式堰制御による安全で確実な貯留設備の運用が可能となり、もって渇水期には初期汚濁負荷削減を行ない、大雨時には浸水対策を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による合流式下水道システムの貯留設備運用支援装置の第１の実施の形態を示すブロック図。
【図２】本発明の一適用対象となる一般的な貯留設備を併設した下水道幹線プロセスの構成例を示す概要図。
【図３】降雨域の移動の状態の一例を示す概念図。
【図４】降雨強度の予測の一例を示す図。
【図５】等到達時間曲線の一例を示す図。
【図６】ＲＲＬ法の降雨量曲線の一例を示す図。
【図７】雨水流出量の一例を示す図。
【図８】堰構造の一例を示す図。
【図９】堰越流量の一例を示す図。
【図１０】運転支援画面の一例を示す図。
【図１１】本発明による合流式下水道システムの貯留設備運用支援装置の第２の実施の形態を示すブロック図。
【図１２】堰高決定の一例を示す図。
【図１３】本発明による合流式下水道システムの貯留設備運用支援装置の第３の実施の形態を示すブロック図。
【図１４】降雨強度による堰高設定テーブルの一例を示す図。
【図１５】本発明による合流式下水道システムの貯留設備運用支援装置の第４の実施の形態を示すブロック図。
【図１６】幹線水位による堰高設定テーブルの一例を示す図。
【図１７】本発明による合流式下水道システムの貯留設備運用支援装置の第５の実施の形態を示すブロック図。
【図１８】降雨強度と幹線水位による堰高設定テーブルの一例を示す図。
【符号の説明】
１…雨量計観測データ入力装置、
２…降雨量予測装置、
３…幹線流出量予測装置、
４…幹線流下量予測装置、
５…可動堰開時刻演算装置、
６…支援情報表示装置、
７…可動堰高演算装置、
８…水位計観測データ入力装置、
９…運用モード判定装置、
２０…流域、
２１…幹線水位計、
２２…合流式下水道幹線、
２３…可動堰、
２４…貯留設備、
２５…貯留水位計、
２６…返送ポンプ、
２７…分水人孔、
２８…分流堰、
２９…ポンプ場排水ポンプ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水道幹線に併設された貯留設備とを備えた下水道システムにおいて、特に下水道幹線を流下する汚水または雨水を、下水道幹線に設置された可動式の堰の高さを制御して貯留設備に取り込み、初期雨水の汚濁削減と浸水防止を回避できるようにした貯留設備運用支援装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
流域下水道では、複数の市町村を貫いて広域的に効率の良い下水道運用が図られようとしている。
【０００３】
しかしながら、最近の急速な都市化に伴ない、降雨の地面浸透面積が減少し、不浸透分が下水道幹線に流出してくるようになり、管径が小さい既設幹線では、雨水流下能力が低く、浸水被害を引き起こしている。
【０００４】
また、各市町村の公共下水道から流域下水道幹線への送水量が増加し、幹線の流下能力が低下してきている。
【０００５】
そこで、この対策としては、例えば既設幹線を大口径の幹線に取り替えることが考えられるが、工事期間中のバイパスルートの確保が困難なことや、コストがかかりすぎる問題がある。
【０００６】
これに対し、比較的増設が容易な大口径貯留管を併設した設備や、一時貯留のための調整池等が設置されるようになった。
【０００７】
図２は、本発明の一適用対象となる一般的な貯留設備を併設した下水道幹線プロセスの構成例を示す概要図である。
【０００８】
図２において、２２は合流式下水道幹線であり、周辺の流域２０から雨水や汚水が流入、流下する。
【０００９】
また、２３は合流式下水道幹線２２の途中に設置された可動式の堰（以下、可動堰と称する）であり、開口部の高さは電動機で駆動する。
【００１０】
すなわち、可動堰２３の堰高を下げると、合流式下水道幹線２２から貯留設備２４へ越流する量Ｑ２ が増え、幹線流下量Ｑ１ は（Ｑ１ −Ｑ２ ）まで減少する。
【００１１】
さらに、２６は降雨後の晴天時に貯留された下水を合流式下水道幹線２２に返送する返送ポンプであり、腐敗防止のため２４時間以内に貯留水は元の幹線に排出される。
【００１２】
一方、合流式下水道幹線２２の可動堰２３よりも下流に位置するポンプ場では、ポンプ場入り口の分水人孔２７にある分流堰２８を越えて流入する雨水Ｑ３ をポンプ場排水ポンプ２９で排水する。
【００１３】
また、分流堰２８を越えない下水（Ｑ１−Ｑ２−Ｑ３ ）は下流の幹線に流れ、最下流端にある図示しない水処理場にて水処理される。
【００１４】
なお、図２中、２５は貯留設備２４の水位を観測する貯留水位計である。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、晴天時の汚水と降雨時の雨水が同一の管を流れる合流式の場合には、長く雨の降らない渇水期に管底に張り付いた汚泥に対して、ファーストフラッシュと呼ばれる初期雨水での洗浄効果が生じる。
【００１６】
このファーストフラッシュ分は、汚濁濃度が高く、流域の最下流にある処理場の水処理負荷を急速に高め、最悪、規定の水質水準を守れない場合を生じる。そして、この場合には、処理水の河川放流が行なえない。
【００１７】
また、貯留設備２４は、雨水排水の一時的なバッファとして運用するには、年間の大雨の降雨日数が１０日くらいしかなく設備の稼働率が低く、合流式特有の初期汚濁負荷削減のために貯留設備２４を有効に活用することが望まれている。
【００１８】
すなわち、大雨時の浸水対策と渇水期の初期雨水対策との両方を行なえる貯留設備２４の運用方法が強く望まれている。
【００１９】
この場合、可勤堰２３の高さを、大雨時の浸水対策と渇水期の初期雨水対策の両方に対して的確に制御する必要があるが、従来の運転員の経験と勘だけでは、安全で確実な運転を行なうことが困難であると考えられる。
【００２０】
本発明の目的は、下水道幹線幹線に設置される可勤堰の高さ制御の最適運用を図るための支援情報を運転員に提供して、渇水期には初期汚濁負荷削減を行ない、大雨時には浸水対策を行なうことが可能な下水道システムの貯留設備運用支援装置を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明では、下水道幹線の途中に設置された可動式の堰と、汚水や雨水を取り込むための貯留設備とを備えた下水道システムの貯留設備運用支援装置において、下水道幹線の周辺の流域に降る雨を観測するレーダ雨量計からのデータを入力処理する雨量計観測データ入力手段と、雨量計観測データ入力手段により入力処理されたデータを処理して将来の降雨状況を予測する降雨量予測手段と、降雨量予測手段により予測された将来降雨を入力として、流域に降る降雨が下水道幹線に流出する量を予測する流出量予測手段と、流出量予測手段により予測された流出量が下水道幹線を移送して当該下水道幹線下流に到達する量を予測する流下量予測手段と、流下量予測手段により予測された流下量の予測値に基づいて、下水道幹線の水位があらかじめ設定された複数の水位レベルに達した時点で堰を開けた場合に、満管水位を下回る堰開時刻を予測する堰開時刻演算手段と、堰開時刻演算手段により演算された堰開時刻に基づいて、貯留設備を運用するのに必要な支援情報を表示する支援情報表示手段とを備えている。
【００２２】
従って、請求項１の発明の下水道システムの貯留設備運用支援装置においては、下水道幹線周辺の流域の降雨予測に基づいて将来の下水道幹線への雨水の流入レベルを知ることができるため、初期汚濁雨水の取り込みのための堰高とすべきか、浸水対策のための雨水取り込みの堰高さとすべきかをあらかじめ決定することができる。
【００２３】
また、請求項２の発明は、請求項１記載の下水道システムの貯留設備運用支援装置において、流下量予測手段により予測された流下量の予測値に基づいて、あらかじめ設定された複数の堰高に対して、満管水位を下回るような堰高であり、貯留設備に流入する量を制御するための堰の高さをリアルタイムに演算する堰高演算手段をさらに具備し、支援情報表示手段は、堰開時刻演算手段により演算された堰開時刻と堰高演算手段により演算された堰高とに基づいて、貯留設備を運用するのに必要な支援情報を表示する下水道システムの貯留設備運用支援装置である。
【００２４】
従って、請求項２の発明の下水道システムの貯留設備運用支援装置においては、リアルタイムに堰高と下水道幹線水位との関係を予測シミュレーションを行なって、その時点で最適な堰高さを演算することができる。
【００２５】
請求項３の発明は、請求項１記載の下水道システムの貯留設備運用支援装置において、雨量計観測データ入力手段により入力処理されたデータに基づいて、現在の降雨強度と堰高との関係から堰の高さを直接演算する堰高演算手段をさらに具備し、支援情報表示手段は、堰開時刻演算手段により演算された堰開時刻と堰高演算手段により演算された堰高とに基づいて、貯留設備を運用するのに必要な支援情報を表示する下水道システムの貯留設備運用支援装置である。
【００２６】
従って、請求項３の発明の下水道システムの貯留設備運用支援装置においては、下水道幹線周辺の流域の降雨データから直接、堰高を演算することができるため、従来の経験に近い堰高運用を実現することができる。
【００２７】
請求項４の発明は、請求項１記載の下水道システムの貯留設備運用支援装置において、下水道幹線の水位を観測する幹線水位計からのデータを入力処理する水位計観測データ入力手段と、水位計観測データ入力手段により入力処理されたデータに基づいて、現在の幹線水位と堰高との関係から堰の高さを直接演算する堰高演算手段とをさらに具備し、支援情報表示手段は、堰開時刻演算手段により演算された堰開時刻と堰高演算手段により演算された堰高とに基づいて、貯留設備を運用するのに必要な支援情報を表示する下水道システムの貯留設備運用支援装置である。
【００２８】
従って、請求項４の発明の下水道システムの貯留設備運用支援装置においては、下水道幹線の水位データから直接、堰高を演算することができるため、従来の経験に近い堰高運用を実現することができる。
【００２９】
請求項５の発明は、請求項４記載の下水道システムの貯留設備運用支援装置において、堰高演算手段は、雨量計観測データ入力手段により入力処理されたデータと、水位計観測データ入力手段により入力処理されたデータに基づいて、現在の降雨強度と幹線水位から堰の高さを直接演算する下水道システムの貯留設備運用支援装置である。
【００３０】
従って、請求項５の発明の下水道システムの貯留設備運用支援装置においては、下水道幹線周辺の流域の降雨データと下水道幹線の水位データとを組み合わせて、堰高を演算することができるため、従来の経験に近い堰高運用を実現することができる。
【００３１】
以上により、降雨状況に応じて、最適な可動式堰の開時刻の設定、あるいは堰高の設定が、予測シミュレーションにて、または直接支援されるため、運転員にとって可動式堰制御による安全で確実な貯留設備の運用が可能となり、もって渇水期には初期汚濁負荷削減を行ない、大雨時には浸水対策を行なうことができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００３３】
（第１の実施の形態：請求項１に対応）
図１は、本実施の形態による合流式下水道システムの貯留設備運用支援装置の概略構成例を示すブロック図である。
【００３４】
すなわち、本実施の形態の貯留設備運用支援装置は、図１に示すように、雨量計観測データ入力装置１と、降雨量予測装置２と、幹線流出量予測装置３と、幹線流下量予測装置４と、可動堰開時刻演算装置５と、支援情報表示装置６とから構成している。
【００３５】
雨量計観測データ入力装置１は、前記合流式下水道幹線２２の周辺の流域２０に降る雨を観測するレーダ雨量計からのデータを入力処理する。
【００３６】
降雨量予測装置２は、雨量計観測データ入力装置１により入力処理されたデータを処理して将来の降雨状況を予測する。
【００３７】
幹線流出量予測装置３は、降雨量予測装置２により予測された将来降雨を入力として、流域に降る降雨が合流式下水道幹線２２に流出する量を予測する。
【００３８】
幹線流下量予測装置４は、幹線流出量予測装置３により予測された流出量が合流式下水道幹線２２を移送して当該合流式下水道幹線２２下流に到達する量を予測する。
【００３９】
可動堰開時刻演算装置５は、幹線流下量予測装置４により予測された流下量の予測値に基づいて、前記貯留設備２４に流入する量を制御するための可動堰２３の開時刻をあらかじめ演算しておく。
【００４０】
支援情報表示装置６は、可動堰開時刻演算装置５により演算された堰開時刻に基づいて、貯留設備２４を運用するのに必要な支援情報を表示する。
【００４１】
次に、以上のように構成した本実施の形態の貯留設備運用支援装置の作用について説明する。
【００４２】
図１において、雨量計観測データ入力装置１では、合流式下水道幹線２２の周辺の流域２０に降る雨をレーダ雨量計で観測したデータを入力処理する。
【００４３】
ここでいうレーダ雨量計は、気象庁が観測する数１００ｋｍレベルの広域のレーダ雨量計ではなく、大都市の自治体で水害防止の目的で設置する細密タイプのレーダである。
【００４４】
これは、観測範囲が半径５０ｋｍくらいで、地上５００ｍの高さで、５００ｍメッシュ単位に降雨強度を２．５分周期できめ細かく観測するものである。
【００４５】
次に、降雨量予測装置２では、雨量計観測データ入力装置１からのデータを処理して将来の降雨状況を予測する。
【００４６】
ここで、降雨の予測は、過去のトレンドに注目して、例えば現在時刻から３０分先までの降雨分布（位置と降雨強度）を推定する。
【００４７】
また、降雨分布の推定は、降雨の特性や地形因子、気象条件を取り込んで、移動方向と速度を推定し、さらに降雨強度分布の変化を考慮して将来降雨を算定する。
【００４８】
この最も単純な方法としては、過去何分間かの降雨移動方向と速度をトレンド外挿して、降雨強度分布は現在値から変化しないと仮定して降雨分布を予測することができる。
【００４９】
すなわち、例えば図３に示すように移動して、対象流域に雨域がかかった時には、図４に示すように、流域上空での平均降雨強度を算定することができる。
【００５０】
次に、幹線流出量予測装置３では、予測された将来降雨を入力として、流域２０に降る降雨が合流式下水道幹線２２に流出する量を予測する。
【００５１】
ここで、流出量を算定する手法で周知のものとしては、例えば都市部のように管渠が整備され、流下の経路が明確な場所での算定に有効なＲＲＬ法がある。
【００５２】
このＲＲＬ法による算定は、まず図５に示すような等到達時間曲線と呼ばれる、時間間隔Δｔ毎の流域流出点への到達時間面積Ａｉ （ｍ２ ）を算定しておき、これに図６に示すような降雨量曲線Ｉｉ （ｍｍ／ｈ）を次式のように掛け合わせる。
【００５３】
降雨開始からの雨水流出量Ｐｉ （ｍ３ ／ｓ）は、図７に示すように得られる。
【００５４】
Ｅｉ ：不浸透係数（−）
次に、幹線流下量予測装置４では、合流式下水道幹線２２に流出した雨水が、合流式下水道幹線２２を移送して幹線下流に到達する量を予測する。
【００５５】
ここで、合流式下水道幹線２２の移送時間Ｔ（ｓ）は、移送距離、すなわち管延長Ｌ（ｍ）と流速Ｖ（ｍ／ｓ）とから、下記式により算定することができる。
【００５６】
Ｔ＝Ｌ／Ｖ ……（２）
流下計算では、時刻ｔの距離Ｌ下流での幹線流下量Ｑ（ｔ）は、下記式により算定することができる。
【００５７】
Ｑ（ｔ）＝Ｐｉ （ｔ−Ｔ） ……（３）
さらに、流下計算をより厳密に行なうためには、距離と時間とを細分割して差分解法する周知の不定流計算を行なって計算するようにしてもよい。
【００５８】
いずれにしても、流域２０の流出点から貯留設備２４の取り込み口である可動堰２３までの幹線移送計算を行なって、可動堰２３位置における幹線流量または水位を予測的に算出することができる。
【００５９】
次に、可動堰開時刻演算装置５では、合流式下水道幹線２２に併設された貯留設備２４に流入する量を制御するための可動堰２３の開時刻をあらかじめ演算しておく。
【００６０】
いま、例えば図８に示すような堰高Ｈ（ｍ）、堰幅Ｌ（ｍ）の堰構造に対して、堰低からの水位ｈ（ｍ）の時、合流式下水道幹線２２から可動堰２３を越流して貯留設備２４に流入する量ＱＥ （ｍ３ ／ｓ）は、下記の周知の越流公式で、図９に示すように算定することができる。
【００６１】
すなわち、
ＱＥ ＝Ｃｓ ・Ｌ・（ｈ−Ｈ）３／２ ……（４）
ここで、Ｃｓ ：堰構造で決まる係数（−）
運転員が可動堰２３の高さを決定するのに、一番知りたい情報は、今後の降雨に対して、幹線水位が何処まで上昇し、いつ可動堰２３を開けたらよいかを支援してくれる情報である。
【００６２】
これを、図１０を用いて説明する。
【００６３】
すなわち、現在時刻ｔ０ に居る運転員は、降雨強度Ｉによる流出量Ｐが幹線流下により、流入幹線が圧力管になって、マンホールから地表に水が噴き出して浸水しないような運転をしたい。
【００６４】
その一つの方法として、雨が降ったら、直ぐに可動堰２３を全開にして、雨水分を全て取り込む運用も考えられる。また、逆に、可動堰２３を開けるタイミングをできるだけ遅くして、幹線水位ｈｋ が満管水位ｈｕ になる直近時刻に可動堰２３を開けることも考えられる。
【００６５】
前者の問題点は、幹線途中のポンプ場での排水能力で十分対処できる場合には、不必要な貯留を発生させることになる。
【００６６】
後者の問題点は、急速な雨水流入で水位が急上昇すると、可動堰２３が動き始めた時には、手遅れで既に浸水が発生している恐れがあることである。
【００６７】
いずれにしても、合流式下水道幹線２２が満管水位に達しないように、可動堰２３の動作タイミング、すなわち堰開時刻ｔ１ を予測することが運転支援に必要である。
【００６８】
この場合、堰高Ｈは事前に決定しておき、降雨流入の間は固定とする。例えば、晴天時計画最大汚水量（１Ｑと称する）の３倍流量である３Ｑ相当の堰高とする。
【００６９】
合流式下水道幹線２２内の等流に対しては、流量Ｑ（ｍ３ ）と水位ｈ（ｍ）との関係は、周知のマニングの式から算定することができる。
【００７０】
すなわち、
Ｑ＝ｆ｛ｈ、ｒ、ｎ、Ｋ｝ ……（５）
ここで、ｆ：関数
ｒ：管半径（円管の場合）（ｍ）
ｎ：粗度係数（−）
Ｋ：管勾配（−）
これにより、上記１Ｑが与えられれば、３Ｑ相当の堰高Ｈ＝ｈとして求めることができる。
【００７１】
あらかじめ設定された複数の水位レベルに達した時に可動堰２３を開けた時に、満管水位を下回るような堰開時刻を予測する。すなわち、図１０に示す例では、水位レベル１で満管水位を大きく下回っているので、時刻ｔ１ で可動堰２３を開けばよい。
【００７２】
次に、支援情報表示装置６では、貯留設備２４を運用するのに必要な図１０に示すような支援情報を画面表示する。
【００７３】
すなわち、支援情報として、合流式下水道幹線２２の水位が何分後に満管水位ｈｕ に近づき、可動堰２３を開けた時に満管状態を回避できるかを画面にトレンド表示する。そして、運転員は、この画面を見て、いつ可動堰２３を開けたらよいかを判断し、手動で可動堰駆動装置を操作する。
【００７４】
上述したように、本実施の形態の貯留設備運用支援装置では、合流式下水道幹線２２の周辺の流域２０の降雨予測に基づいて将来の合流式下水道幹線２２への雨水の流入レベルを知ることができるため、初期汚濁雨水の取り込みのための堰高とすべきか、浸水対策のための雨水取り込みの堰高さとすべきかをあらかじめ決定することが可能となる。
【００７５】
これにより、降雨状況に応じて、最適な可動堰２３の開時刻の設定が、予測シミュレーションにて直接支援されるため、運転員にとって可動堰２３制御による安全で確実な貯留設備２４の運用が可能となり、もって渇水期には初期汚濁負荷削減を行ない、大雨時には浸水対策を行なうことができる。
【００７６】
（第２の実施の形態：請求項２に対応）
図１１は、本実施の形態による合流式下水道システムの貯留設備運用支援装置の概略構成例を示すブロック図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００７７】
すなわち、本実施の形態の貯留設備運用支援装置は、図１１に示すように、図１における可動堰開時刻演算装置５を省略し、これに代えて、運用モード判定装置９と、可動堰高演算装置７とを備えた構成としている。
【００７８】
運用モード判定装置９は、前降雨日からの経過日数に基づいて、初期雨水対策用の堰高さとするか、浸水対策用の堰高さとするかを決定する。
【００７９】
可動堰高演算装置７は、前記幹線流下量予測装置４により予測された流下量の予測値と、運用モード判定装置９により決定された堰高さとに基づいて、合流式下水道幹線２２に併設された貯留設備２４に流入する量を制御するための可動堰２３の高さをリアルタイムに演算する。
【００８０】
次に、以上のように構成した本実施の形態の貯留設備運用支援装置の作用について説明する。
【００８１】
なお、図１と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【００８２】
図１１において、運用モード判定装置９では、前降雨日からの経過日数を基に、初期雨水対策用の堰高さとするか、浸水対策用の堰高さとするかを決定する。
【００８３】
次に、可動堰高演算装置７では、幹線流下量予測装置４からの流下量の予測値と、運用モード判定装置９からの堰高さとを基に、合流式下水道幹線２２に併設された貯留設備２４に流入する量を制御するための可動堰２３の高さをリアルタイムに演算する。
【００８４】
運転員が可動堰２３の高さを決定するのに、一番知りたい情報は、今後の降雨に対して、幹線水位が何処まで上昇し、どれだけ可動堰２３を開けたらよいかを支援してくれる情報である。
【００８５】
これを、図１２を用いて説明する。
【００８６】
すなわち、現在時刻ｔ０ に居る運転員は、流入幹線が圧力管になって、マンホールから地表に水が噴き出して浸水しないような運転をしたい。
【００８７】
その一つの方法として、合流式下水道幹線２２の水位が堰開水位レベルに達したら、できるだけ可動堰２３を下げて（開口部を大きくして）、雨水分をできるだけ多く貯留設備２４に取り込む運用が考えられる。また、逆に、可動堰２３をあまり開けないで貯留設備２４に取り込む雨水分を抑える運用も考えられる。
【００８８】
前者の問題点は、幹線途中のポンプ場での排水能力で十分対処できる場合には、不必要な貯留を発生させることになる。
【００８９】
後者の問題点は、急速な雨水流入で水位が急上昇すると、可動堰２３の高さが高いので浸水が発生する恐れがあることである。
【００９０】
いずれにしても、合流式下水道幹線２２が満管水位に達しないように、可動堰２３の最適な高さを予測することが運転支援に必要である。
【００９１】
この場合、堰開の水位レベルは事前に決定しておき、降雨流入の間は固定とする。例えば、満管水位ｈ０ の９０％レベルになれば、堰開を行なう。
【００９２】
あらかじめ設定された複数の堰高に対して、満管水位を下回るような堰高を予測する。図１２の例では、高さ（ｃ）で満管水位を大きく下回っているので、堰開時刻ｔ１ に堰を下げる。
【００９３】
次に、支援情報表示装置６では、貯留設備２４を運用するのに必要な支援情報を画面表示する。
【００９４】
すなわち、支援情報として、合流式下水道幹線２２の水位が何分後に満管水位ｈｕ に近づき、可動堰２３をいくら開けた時に満管状態を回避できるかを画面にトレンド表示する。そして、運転員は、この画面を見て、可動堰２３の高さをいくらにすればよいかを判断し、手動で可動堰駆動装置を操作する。
【００９５】
一方、初期雨水の汚濁負荷増大は、長期間降雨が無い場合（渇水期）の最初の降雨で発生する。貯留設備２４の運用は、初期雨水対策モードと浸水対策モードとでは、可動堰２３の高さを切り替える必要がある。すなわち、ファーストフラッシュに対しては、できるだけ可動堰２３を下げて、汚水を貯留設備２４に取り込むことを行なう。
【００９６】
また、大雨時には、河川放流してもよい希釈十分な３Ｑレベル程度の可動堰２３の高さで雨水を貯留設備２４に取り込むことを行なう。従って、降雨初期には、運用モードを判定して行なう。
【００９７】
すなわち、まず前降雨日からの日数で短いものは、ファーストフラッシュである心配がないので、通常の浸水対策モードで運用する。
【００９８】
一方、渇水期の初期雨水に対しては、３Ｑレベル以上の雨水流入が期待できない場合には、初期雨水対策モードで運用する。また、３Ｑレベル以上の雨水流入が期待される場合には、浸水対策モードで運用する。
【００９９】
上述したように、本実施の形態の貯留設備運用支援装置では、リアルタイムに可動堰２３の高さと合流式下水道幹線２２の水位との関係を予測シミュレーションを行なって、その時点で最適な可動堰２３の高さを演算することが可能となる。
【０１００】
これにより、降雨状況に応じて、最適な可動堰２３の高さの設定が、予測シミュレーションにて支援されるため、運転員にとって可動堰２３制御による安全で確実な貯留設備２４の運用が可能となり、もって渇水期には初期汚濁負荷削減を行ない、大雨時には浸水対策を行なうことができる。
【０１０１】
（第３の実施の形態：請求項３に対応）
図１３は、本実施の形態による合流式下水道システムの貯留設備運用支援装置の概略構成例を示すブロック図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１０２】
すなわち、本実施の形態の貯留設備運用支援装置は、図１３に示すように、図１における降雨量予測装置２、幹線流出量予測装置３、幹線流下量予測装置４、可動堰開時刻演算装置５を省略し、これに代えて、可動堰高演算装置７を備えた構成としている。
【０１０３】
可動堰高演算装置７は、前記雨量計観測データ入力装置１により入力処理されたデータに基づいて、現在の降雨強度と堰高との関係から可動堰２３の高さを直接演算する。
【０１０４】
次に、以上のように構成した本実施の形態の貯留設備運用支援装置の作用について説明する。
【０１０５】
なお、図１と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０１０６】
図１３において、可動堰高演算装置７では、雨量計観測データ入力装置１からのデータを基に、予測シミュレーションを行なうことなく、経験的に求められた例えば図１４に示すようなテーブルを用いて、現在の降雨強度と堰高との関係から、可動堰２３の高さを演算する。
【０１０７】
そして、降雨強度の条件を満たせば、その時点で可動堰２３を、テーブルで指定された高さまで下げておく。
【０１０８】
次に、支援情報表示装置６では、貯留設備２４を運用するのに必要な支援情報を画面表示する。
【０１０９】
すなわち、支援情報として、合流式下水道幹線２２の水位が何分後に満管水位ｈｕ に近づき、可動堰２３を開けた時に満管状態を回避できるかを画面にトレンド表示する。
【０１１０】
上述したように、本実施の形態の貯留設備運用支援装置では、合流式下水道幹線２２の周辺の流域２０の降雨データから直接、可動堰２３の高さを演算することができるため、従来の経験に近い堰高運用を実現することが可能となる。
【０１１１】
これにより、降雨状況に応じて、最適な可動堰２３の高さの設定が、直接支援されるため、運転員にとって可動堰２３制御による安全で確実な貯留設備２４の運用が可能となり、もって渇水期には初期汚濁負荷削減を行ない、大雨時には浸水対策を行なうことができる。
【０１１２】
（第４の実施の形態：請求項４に対応）
図１５は、本実施の形態による合流式下水道システムの貯留設備運用支援装置の概略構成例を示すブロック図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１１３】
すなわち、本実施の形態の貯留設備運用支援装置は、図１５に示すように、図１における雨量計観測データ入力装置１、降雨量予測装置２、幹線流出量予測装置３、幹線流下量予測装置４、可動堰開時刻演算装置５を省略し、これに代えて、水位計観測データ入力装置８と、可動堰高演算装置７とを備えた構成としている。
【０１１４】
水位計観測データ入力装置８は、前記合流式下水道幹線２２の水位を観測する幹線水位計２１からのデータを入力処理する。
【０１１５】
可動堰高演算装置７は、水位計観測データ入力装置８により入力処理されたデータに基づいて、現在の幹線水位と堰高との関係から可動堰２３の高さを直接演算する。
【０１１６】
次に、以上のように構成した本実施の形態の貯留設備運用支援装置の作用について説明する。
【０１１７】
なお、図１と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０１１８】
図１５において、可勤堰高演算装置５では、水位計観測データ入力装置８からのデータを基に、予測シミュレーションを行なうことなく、経験的に求められた例えば図１６に示すようなテーブルを用いて、現在の幹線水位と堰高との関係から、可動堰２３の高さを演算する。
【０１１９】
そして、幹線水位の条件を満たせば、その時点で可動堰２３を、テーブルで指定された高さまで下げておく。
【０１２０】
次に、支援情報表示装置６では、貯留設備２４を運用するのに必要な支援情報を画面表示する。
【０１２１】
すなわち、支援情報として、合流式下水道幹線２２の水位が何分後に満管水位ｈｕ に近づき、可動堰２３を開けた時に満管状態を回避できるかを画面にトレンド表示する。
【０１２２】
上述したように、本実施の形態の貯留設備運用支援装置では、合流式下水道幹線２２の水位データから直接、可動堰２３の高さを演算することができるため、従来の経験に近い堰高運用を実現することが可能となる。
【０１２３】
これにより、降雨状況に応じて、最適な可動堰２３の高さの設定が、直接支援されるため、運転員にとって可動堰２３制御による安全で確実な貯留設備２４の運用が可能となり、もって渇水期には初期汚濁負荷削減を行ない、大雨時には浸水対策を行なうことができる。
【０１２４】
（第５の実施の形態：請求項５に対応）
図１７は、本実施の形態による合流式下水道システムの貯留設備運用支援装置の概略構成例を示すブロック図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１２５】
すなわち、本実施の形態の貯留設備運用支援装置は、図１７に示すように、図１における降雨量予測装置２、幹線流出量予測装置３、幹線流下量予測装置４、可動堰開時刻演算装置５を省略し、これに代えて、水位計観測データ入力装置８と、可動堰高演算装置７とを備えた構成としている。
【０１２６】
水位計観測データ入力装置８は、前記合流式下水道幹線２２の水位を観測する幹線水位計２１からのデータを入力処理する。
【０１２７】
可動堰高演算装置７は、前記雨量計観測データ入力装置１により入力処理されたデータと、水位計観測データ入力装置８により入力処理されたデータとに基づいて、現在の降雨強度と幹線水位とから可動堰２３の高さを直接演算する。
【０１２８】
次に、以上のように構成した本実施の形態の貯留設備運用支援装置の作用について説明する。
【０１２９】
なお、図１と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０１３０】
図１７において、水位計観測データ入力装置８では、合流式下水道幹線２２の水位を幹線水位計２１で観測したデータを入力処理する。
【０１３１】
可動堰高演算装置７では、雨量計観測データ入力装置１からのデータと、水位計観測データ入力装置８からのデータとを基に、予測シミュレーションを行なうことなく、経験的に求められた例えば第１８図に示すようなテーブルを用いて、現在の降雨強度と幹線水位との２つの指標から、可動堰２３の高さを演算する。
【０１３２】
そして、降雨強度と幹線水位の条件を満たせば、その時点で可動堰２３を、テーブルで指定された高さまで下げておく。
【０１３３】
次に、支援情報表示装置６では、貯留設備２４を運用するのに必要な支援情報を画面表示する。
【０１３４】
すなわち、支援情報として、合流式下水道幹線２２の水位が何分後に満管水位ｈｕ に近づき、可動堰２３を開けた時に満管状態を回避できるかを画面にトレンド表示する。
【０１３５】
上述したように、本実施の形態の貯留設備運用支援装置では、合流式下水道幹線２２の周辺の流域２０の降雨データと、合流式下水道幹線２２の水位データとを組み合わせて、可動堰２３の高さを演算することができるため、従来の経験に近い堰高運用を実現することが可能となる。
【０１３６】
これにより、降雨状況に応じて、最適な可動堰２３の高さの設定が、直接支援されるため、運転員にとって可動堰２３制御による安全で確実な貯留設備２４の運用が可能となり、もって渇水期には初期汚濁負荷削減を行ない、大雨時には浸水対策を行なうことができる。
【０１３７】
（他の実施の形態）
（ａ）前記各実施の形態では、本発明を合流式の下水道システムに適用する場合について説明したが、これに限らず、分流式の下水道システム（分流式の雨水幹線）についても、本発明を適用することが可能である。
【０１３８】
この場合には、初期雨水対策のための堰高設定は不要となる、すなわち前述した運用モード判定装置９を省略することができる。
【０１３９】
（ｂ）前記各実施の形態において、雨量計としては、レーダ雨量計でなくても、地上雨量計でも代用することが可能である。
【０１４０】
この場合には、降雨量予測は行なわず、降雨強度の現状値を用いる。
【０１４１】
また、本発明は運用支援装置としてではなく、その設定を、直接、可動堰２３を駆動するための可動堰駆動装置を制御する自動設定装置として用いるようにしてもよい。
【０１４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の下水道システムの貯留設備運用支援装置によれば、降雨状況に応じて、最適な可動式堰の開時刻の設定、あるいは堰高の設定が、予測シミュレーションにて、または直接支援されるため、運転員にとって可動式堰制御による安全で確実な貯留設備の運用が可能となり、もって渇水期には初期汚濁負荷削減を行ない、大雨時には浸水対策を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による合流式下水道システムの貯留設備運用支援装置の第１の実施の形態を示すブロック図。
【図２】本発明の一適用対象となる一般的な貯留設備を併設した下水道幹線プロセスの構成例を示す概要図。
【図３】降雨域の移動の状態の一例を示す概念図。
【図４】降雨強度の予測の一例を示す図。
【図５】等到達時間曲線の一例を示す図。
【図６】ＲＲＬ法の降雨量曲線の一例を示す図。
【図７】雨水流出量の一例を示す図。
【図８】堰構造の一例を示す図。
【図９】堰越流量の一例を示す図。
【図１０】運転支援画面の一例を示す図。
【図１１】本発明による合流式下水道システムの貯留設備運用支援装置の第２の実施の形態を示すブロック図。
【図１２】堰高決定の一例を示す図。
【図１３】本発明による合流式下水道システムの貯留設備運用支援装置の第３の実施の形態を示すブロック図。
【図１４】降雨強度による堰高設定テーブルの一例を示す図。
【図１５】本発明による合流式下水道システムの貯留設備運用支援装置の第４の実施の形態を示すブロック図。
【図１６】幹線水位による堰高設定テーブルの一例を示す図。
【図１７】本発明による合流式下水道システムの貯留設備運用支援装置の第５の実施の形態を示すブロック図。
【図１８】降雨強度と幹線水位による堰高設定テーブルの一例を示す図。
【符号の説明】
１…雨量計観測データ入力装置、
２…降雨量予測装置、
３…幹線流出量予測装置、
４…幹線流下量予測装置、
５…可動堰開時刻演算装置、
６…支援情報表示装置、
７…可動堰高演算装置、
８…水位計観測データ入力装置、
９…運用モード判定装置、
２０…流域、
２１…幹線水位計、
２２…合流式下水道幹線、
２３…可動堰、
２４…貯留設備、
２５…貯留水位計、
２６…返送ポンプ、
２７…分水人孔、
２８…分流堰、
２９…ポンプ場排水ポンプ。
Claims (5)
- 下水道幹線の途中に設置された可動式の堰と、汚水や雨水を取り込むための貯留設備とを備えた下水道システムの貯留設備運用支援装置において、
前記下水道幹線の周辺の流域に降る雨を観測するレーダ雨量計からのデータを入力処理する雨量計観測データ入力手段と、
前記雨量計観測データ入力手段により入力処理されたデータを処理して将来の降雨状況を予測する降雨量予測手段と、
前記降雨量予測手段により予測された将来降雨を入力として、前記流域に降る降雨が前記下水道幹線に流出する量を予測する流出量予測手段と、
前記流出量予測手段により予測された流出量が前記下水道幹線を移送して当該下水道幹線下流に到達する量を予測する流下量予測手段と、
前記流下量予測手段により予測された流下量の予測値に基づいて、前記下水道幹線の水位があらかじめ設定された複数の水位レベルに達した時点で前記堰を開けた場合に、前記満管水位を下回る堰開時刻を予測する堰開時刻演算手段と、
前記堰開時刻演算手段により演算された堰開時刻に基づいて、前記貯留設備を運用するのに必要な支援情報を表示する支援情報表示手段と
を具備する下水道システムの貯留設備運用支援装置。 - 請求項１記載の下水道システムの貯留設備運用支援装置において、
前記流下量予測手段により予測された流下量の予測値に基づいて、あらかじめ設定された複数の堰高に対して、前記満管水位を下回るような堰高であり、前記貯留設備に流入する量を制御するための堰の高さをリアルタイムに演算する堰高演算手段をさらに具備し、
前記支援情報表示手段は、前記堰開時刻演算手段により演算された堰開時刻と前記堰高演算手段により演算された堰高とに基づいて、前記貯留設備を運用するのに必要な支援情報を表示する
ことを特徴とする下水道システムの貯留設備運用支援装置。 - 請求項１記載の下水道システムの貯留設備運用支援装置において、
前記雨量計観測データ入力手段により入力処理されたデータに基づいて、現在の降雨強度と堰高との関係から堰の高さを直接演算する堰高演算手段をさらに具備し、
前記支援情報表示手段は、前記堰開時刻演算手段により演算された堰開時刻と前記堰高演算手段により演算された堰高とに基づいて、前記貯留設備を運用するのに必要な支援情報を表示する
ことを特徴とする下水道システムの貯留設備運用支援装置。 - 請求項１記載の下水道システムの貯留設備運用支援装置において、
前記下水道幹線の水位を観測する幹線水位計からのデータを入力処理する水位計観測データ入力手段と、
前記水位計観測データ入力手段により入力処理されたデータに基づいて、現在の幹線水位と堰高との関係から堰の高さを直接演算する堰高演算手段と
をさらに具備し、
前記支援情報表示手段は、前記堰開時刻演算手段により演算された堰開時刻と前記堰高演算手段により演算された堰高とに基づいて、前記貯留設備を運用するのに必要な支援情報を表示する
ことを特徴とする下水道システムの貯留設備運用支援装置。 - 請求項４記載の下水道システムの貯留設備運用支援装置において、
前記堰高演算手段は、前記雨量計観測データ入力手段により入力処理されたデータと、前記水位計観測データ入力手段により入力処理されたデータに基づいて、現在の降雨強度と幹線水位から堰の高さを直接演算する
ことを特徴とする下水道システムの貯留設備運用支援装置。
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