JP3655422B2 - 池の流水制御システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、流量が不特定である河川（用水路等も含む）から取水し、池（堀等も含む）を循環し再び河川に還元するシステムに関し、特に河川流量と池水位のデータから取水量の制御と、還元するポンプの台数制御とを自動的に行い池水位を安定させると共に池の水質向上を図る自動制御に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２０は従来の池の流水制御システムを示す構成図であり、流量が不特定である河川（用水路等を含む）３から取水し、池（堀等を含む）４を循環して再び河川３に還元するシステムである。ここで、河川３からの取水は取水路５０に設置された取水ゲート１を介して行われ、当該取水路５０には取水流量を計測する取水流量計２が設置されている。設定流量制御装置１０は、人の設定による目標取水流量ＴＱ1と取水流量計２により計測される計測流量ＲＱ1とを入力し、取水ゲート１に対してゲート開閉指令信号を発するものであり、取水流量が目標取水流量ＴＱ1に等しくなるように取水ゲート１を開閉制御する役割を果す。一方、池４には池の水位を計測する水位計５が設置され、池４から河川３への流水還元は複数台のポンプ６（Ｐ1），７（Ｐ2），８（Ｐ3），９（Ｐ4），…の台数制御により行われる。ポンプ運転台数制御回路１１は水位計５により計測された計測水位ＲＨ1に基づき起動するポンプの運転台数を決定し、起動該当ポンプ６，７，８，９，…に対して運転指令を発する。
【０００３】
次に、上記システムの流水制御動作について説明する。河川３からの取水は、まず人が予め設定流量制御装置１０に対し目標取水流量ＴＱ1を設定することにより行われ、設定流量制御装置１０は、上記設定した目標取水流量ＴＱ1と取水流量計２により計測された計測流量ＲＱ1とを比較し、取水流量が目標取水流量ＴＱ1に等しくなるように取水ゲート１を開閉制御する。すなわち、目標取水流量ＴＱ1に比べ計測流量ＲＱ1が一定幅以上大きい場合にはゲートの閉指令を一定時間出力し、逆の場合にはゲートの開指令を一定時間出力して制御する。
【０００４】
一方、池４から河川３への流水の還元は、池の水位レベルＲＨ1のデータに基づきポンプのＯＮ−ＯＦＦ制御により行われる。すなわち、ポンプ運転台数制御回路１１にて、各ポンプのＯＮおよびＯＦＦ条件を池水位のレベルで設定を行っておき、池の水位ＲＨ1の変化によりポンプの運転台数の制御を行う。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の流水制御方式では、河川流量の変化にかかわらず取水及び還元制御を行っていたので、河川流量が変化しても取水量は一定であり、必要以上の取水や余剰水の発生を余儀なくされていた。
【０００６】
また、取水及び還元制御を独立して行っていたので、取水量と還元量のバランスが取れず池水位が大きく変動すると共に、還元流量も脈動してしまう。
【０００７】
さらに、降雨などにより取水以上に流入があり池水位が上昇すると、河川の取水可能量以上に河川に還元してしまい、河川からの越流など二次災害が生じていた。
【０００８】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、例えば河川流量と池水位のデータに基づき、取水ゲートからの取水量制御と還元するポンプの台数制御とを一元的に管理することにより、池水位、及び取水・還元流量を安定させると共に、河川からの越流など二次災害を防止することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、河川から取水ゲートを介して池に貯水し、更に池から還元ポンプを介して河川に循環還元する流水制御システムにおいて、河川流量から取水可能量を求め、この取水可能量に基づき取水ゲートからの目標取水量と上記還元ポンプによる還元流量を算出し、取水ゲートの開閉及び還元ポンプの駆動を制御するものであり、池水位を安定させると共に池の水質向上を図る。
【００１０】
請求項２の発明は、池水位の偏差によりポンプの還元流量を補正し、還元ポンプの駆動制御を行うものである。
【００１１】
請求項３の発明は、池水位の偏差により取水ゲートからの目標取水量を補正し、取水ゲートの開閉制御を行うものである。
【００１２】
請求項４の発明は、河川通水容量（能力）以上にポンプで河川へ還元される状態になった場合、ポンプの還元流量を補正して還元ポンプの駆動制御を行うことものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明に係る池の流水制御システムを示す全体施設平面図である。この流水制御システムは、流量が不特定である河川（用水路等を含む）３から取水し、池（堀等を含む）４を循環して再び河川（用水路等）３に還元するようになっている。河川３からの取水は取水路５０に設置された取水ゲート１を介して行われ、当該取水路５０には取水流量を計測する取水流量計２が設置されている。一方、池４には池の水位を計測する水位計５が設置され、池４から河川３への流水還元は複数台のポンプ６（Ｐ1），７（Ｐ2），８（Ｐ3），９（Ｐ4），…の台数制御により行われている。なお、本発明の流量表示において、Ｑ0は取水前の河川流量、Ｑ1は取水ゲートを介しての取水流量、Ｑ2は河川最低必要流量、Ｑ3は池から河川への還元流量、Ｑ5は河川最大通水流量を表わし、符号のＲ付きは計測値、Ｔ付きは目標値、Ｆ付きは固定値を示すこととする。
【００１４】
実施の形態１．
図２はこの発明の実施の形態１による池の流水制御システムを示す構成図であり、図３は実施の形態１による池の流水制御方法を示すフローチャート図である。
【００１５】
実施の形態１によるシステム（図２）は、設定流量制御回路１０と目標取水量およびポンプ運転台数制御回路１３を備えている。設定流量制御回路１０は、目標取水量およびポンプ運転台数制御回路１３から発せられる目標取水流量ＴＱ1の指令を受け、この目標取水流量ＴＱ1と取水流量計２からの計測流量ＲＱ1とを比較して取水ゲート１を開閉制御する回路である。目標取水量およびポンプ運転台数制御回路１３は、開渠式河川流量計１２等により計測された河川流量ＲＱ0と、河川最低必要流量ＦＱ2の値に基づき、河川から池に取水するための目標取水流量ＴＱ1と、池から河川へ還元するためのポンプ運転台数ｎとを算出し、該当ポンプｎ台に対して起動指令を発すると共に、設定流量制御回路１０へ目標取水流量ＴＱ1の指令を行う回路である。
【００１６】
次に、実施の形態１の動作を図３のフローチャート図について説明する。目標取水量およびポンプ運転台数制御回路１３は、まずＳ１０１において、河川流量ＲＱ0を開渠式河川流量計１２や水位信号からの流量換算などにより計測する。次にＳ１０２により、河川最低必要流量ＦＱ2の設定を行う。この河川最低必要流量ＦＱ2は当該河川の生態系等を考慮して設定される値である。次にＳ１０３により、取水可能量Ｑ1を、Ｑ1＝〔河川流量ＲＱ0−河川最低必要流量ＦＱ2〕の式により求める。次にＳ１０４により、上記取水可能量Ｑ1から取水可能量を越えない流量のポンプ運転台数ｎを求める。即ち、取水可能量Ｑ1をポンプ１台の揚水量ＱＰで割ってその小数点を切り捨てることにより算出する。次にＳ１０５により、取水流量＝ポンプ還元量となる目標取水流量ＴＱ1を求める。この場合、ＴＱ1＝〔ｎ×ポンプ１台の揚水量ＱＰ〕となる。そして、Ｓ１０６により、該当ポンプｎ台に対して起動指令を発すると共に、設定流量制御回路１０へ目標取水流量ＴＱ1の指令を行う。
【００１７】
設定流量制御回路１０は、目標取水流量ＴＱ1の指令を受け、取水流量計２からの計測流量ＲＱ1と目標取水流量ＴＱ1とを比較し、目標取水流量ＴＱ1に比べ計測流量ＲＱ1が一定幅以上大きい場合にはゲートの閉指令を出力して取水ゲート１を閉じ、逆の場合ゲートの開指令を出力して取水ゲート１を開かせる。
【００１８】
次にＳ１０７において、設定時間が経過したか否かを判断する。設定時間が経過していなければ、上記ポンプ、ゲート制御指令を継続し、ポンプｎ台の駆動による流水還元と取水ゲート１の制御を続行する。設定時間が経過すれば、上述のポンプ、ゲート制御指令を一旦終了してＳ１０８に進む。Ｓ１０８では、当該システムの自動制御を終了するか否かの判断を行い、自動制御を継続するならばＳ１０１に戻り、上記のフローを繰り返す。
【００１９】
以上のように実施の形態１によれば、河川流量ＲＱ0から河川最低必要流量ＦＱ2を考慮して取水可能量Ｑ1を算出し、取水ゲートの目標取水量ＴＱ1及び還元ポンプ６，７，８，９，…の運転台数を決定して取水流量及び還元流量を自動的に制御するようにしたので、池水位の安定が可能になると共に、取水・還元流量の安定化を図るこことができる。
【００２０】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２による池の流水制御システムを示す構成図、図５は実施の形態２による池の流水制御方法を示すフローチャート図、図６は池水位によるポンプ運転台数の補正動作を説明するための図である。
【００２１】
実施の形態２によるシステム（図４）は、図２のシステムに加え池水位によるポンプ運転台数補正回路１４を備えている。このポンプ運転台数補正回路１４は、池の水位計５により計測された計測水位ＲＨ0の信号を入力し、目標取水量およびポンプ運転台数制御回路１３により算出されたポンプ運転台数を補正する回路である。
【００２２】
次に、実施の形態２の動作を図５のフローチャートに基づいて説明する。まず、目標取水量およびポンプ運転台数制御回路１３は、実施の形態１のフローと同様に、Ｓ２０１により河川流量ＲＱ0を計測し、Ｓ２０２により河川最低必要流量ＦＱ2の設定を行う。そしてＳ２０３により取水可能量Ｑ1をＱ1＝〔河川流量ＲＱ0−河川最低必要流量ＦＱ2〕の式により求める。次にＳ２０４により取水可能量Ｑ1を越えない流量のポンプ運転台数ｎを求める。次にＳ２０５により、取水流量＝ポンプ還元量となる目標取水流量ＴＱ1を求め、該当ポンプｎ台の起動指令信号をポンプ運転台数補正回路１４に発する。
【００２３】
池水位によるポンプ運転台数補正回路１４は、Ｓ２０６により池水位計５を用いて池水位ＲＨ0を計測する。そして、Ｓ２０７において池水位ＲＨ0が連続して既定値（ΔＨ）以上上昇しているかを判断し、連続して上昇している場合には、Ｓ２２０へ進みポンプの運転台数を１台増加させる。また、Ｓ２０８により池水位ＲＨ0が連続して既定値（ΔＨ）以上下降しているかを判断し、連続して下降した場合には、Ｓ２３０に進みポンプの運転台数を１台減少させる。なお、池水位ＲＨ0が既定値ΔＨ上がり次に既定値ΔＨ下がるを繰り返している場合には、ポンプの運転台数の増減は行わないものとする。
【００２４】
次に、Ｓ２０９において、池水位によるポンプ運転台数補正回路１４から補正された該当ポンプに向けて起動指令信号が発せられると共に、目標取水量およびポンプ運転台数制御回路１３から設定流量制御回路１０へ目標取水流量ＴＱ1の指令が行われる。
【００２５】
図６は実施の形態２の池水位によるポンプ運転台数の補正の具体的な様子を示したものであり、いまポンプ運転台数がｎ台で現水位Ｈ00の状態（図５のｐの状態）を考える。池水位が現水位Ｈ00から連続して規定値ΔＨ、すなわち２ΔＨ上がった場合、ポンプ運転台数を１台増やしてｎ＋１台とする。ここで、池水位が規定値ΔＨ上がって次に規定値ΔＨ下がった場合はポンプ運転台数はｎ台のままである。逆に、池水位が現水位Ｈ00から連続して規定値ΔＨ、すなわち２ΔＨ下がってはじめて、ポンプ運転台数を１台減らしてｎ−１台とする。
【００２６】
以上のように実施の形態２によれば、池水位４の偏差によりポンプ６，７，８，９，…の運転台数を補正することにより、池における蒸発・漏水による水位低下や計測誤差の影響を除くことができる。
【００２７】
実施の形態３．
図７はこの発明の実施の形態３による池の流水制御システムを示す構成図、図８，図９は実施の形態３による池の流水制御方法を示すフローチャート図、図１０は池水位による目標取水量の補正動作を説明するための図である。
【００２８】
実施の形態３によるシステム（図７）は、図４のシステムに加え池水位による目標取水量補正回路１５を備えている。この目標取水量補正回路１５は、池の水位計５により計測された計測水位ＲＨ0に基づいて、目標取水量およびポンプ運転台数制御回路１３により算出された目標取水量ＴＱ1を補正する回路であり、この補正値ＴＱ10の信号は設定流量制御回路１０に送られる。なお、図７において、Ｈ0は池の目標水位（通常水位）、ＨＷＬは上限水位（許容上限水位）、ＨＨＷＬは非常上限水位（危険水位）を表わしている。
【００２９】
次に、実施の形態３の動作を図８及び図９のフローチャートに基づいて説明する。まず、目標取水量およびポンプ運転台数制御回路１３は、図３のＳ１０１〜Ｓ１０５により説明したと同様に、Ｓ３０１〜Ｓ３０５の処理を行い、ポンプ運転台数ｎを求めるとともに、目標取水流量ＴＱ1を求める。次に、池水位によるポンプ運転台数補正回路１４は、実施の形態２で説明したように、Ｓ３０６により池水位ＲＨ0を計測して、Ｓ３０７において池水位ＲＨ0が連続して既定値（ΔＨ）以上上昇した場合には、Ｓ３２０でポンプの運転台数を１台増加させ、逆にＳ３０８により池水位ＲＨ0が連続して既定値（ΔＨ）以上下降した場合には、Ｓ３３０でポンプの運転台数を１台減少させる。
【００３０】
本実施の形態においては上述の制御に加え、池水位による目標取水量補正回路１５が以下のフローを実行する。ずなわち、Ｓ３０９により水位計５により計測した池水位ＲＨ0が許容上限水位（ＨＷＬ）以上か否か、ポンプの運転台数がＮ台（全運転台数）か否かを判断し、池水位ＲＨ0が許容上限水位（ＨＷＬ）以上でありかつポンプが全て運転している場合にはＳ３１０に進む。Ｓ３１０では、池水位ＲＨ0が連続して既定値（ΔＨ）以上上昇しているかを判断し、連続して上昇している場合には、Ｓ３４０へ進み目標取水流量ＴＱ1をポンプ１台の揚水量分ＱＰだけ減少させる。次に、Ｓ３１１により池水位ＲＨ0が連続して既定値（ΔＨ）以上下降しているかを判断し、連続して下降した場合には、Ｓ３５０に進み目標取水流量ＴＱ1をポンプ１台の揚水量分ＱＰだけ増加させる。なお、池水位ＲＨ0が既定値ΔＨ上がり次に既定値ΔＨ下がるを繰り返している場合には、目標取水流量の増減は行わないものとする。
【００３１】
その後、Ｓ３１２において、ポンプ運転台数補正回路１４から補正された該当ポンプに向けて起動指令信号が発せられると共に、目標取水量補正回路１５から設定流量制御回路１０へ補正された目標取水流量ＴＱ10の指令が行われる。
【００３２】
図１０は実施の形態３の池水位による目標取水流量の補正の具体的な様子を示したものであり、いまポンプ運転台数がＮ台（全運転台数）で池水位が許容上限水位（ＨＷＬ）を越えている場合に、池水位が連続して規定値ΔＨ、すなわち２ΔＨ上がった場合、目標取水流量をポンプ１台分の揚水量ＱＰだけ減らす。ここで、池水位が規定値ΔＨ上がって次に規定値ΔＨ下がった場合は目標取水流量は補正しない。逆に、池水位が連続して規定値ΔＨ、すなわち２ΔＨ下がった場合は、目標取水流量をポンプ１台分の揚水量ＱＰだけ増加する。このように、池の水位が危険水位（ＨＨＷＬ）を越えないように制御する。
【００３３】
以上のように実施の形態３によれば、池水位が許容上限水位ＨＷＬを越え、さらに還元ポンプが全て運転している場合に、池水位の偏差により取水ゲート１からの目標取水量を補正するようにしたので、降雨時の池からのオーバーフローを防ぐことができる。
【００３４】
実施の形態４．
図１１はこの発明の実施の形態４による池の流水制御システムを示す構成図、図１２，図１３は実施の形態４による池の流水制御方法を示すフローチャート図である。
【００３５】
実施の形態４によるシステム（図１１）は、図４のシステムに加え河川通水容量に基づくポンプ運転台数補正回路１６を備えている。このポンプ運転台数補正回路１６は、目標取水量およびポンプ運転台数制御回路１３及び池水位によるポンプ運転台数補正回路１４により算出されたポンプ運転台数を、河川通水容量（河川最大通水流量）に基づいて補正する回路である。
【００３６】
次に、実施の形態４の動作を図１２及び図１３のフローチャートに基づいて説明する。まず、目標取水量およびポンプ運転台数制御回路１３は、図３のＳ１０１〜Ｓ１０５により説明したと同様に、Ｓ４０１〜Ｓ４０５の処理を行い、ポンプ運転台数ｎを求めるとともに、目標取水流量ＴＱ1を求める。次に、池水位によるポンプ運転台数補正回路１４は、Ｓ４０６〜Ｓ４０８、Ｓ４２０、Ｓ４３０により池水位ＲＨ0の変位に基づき、ポンプの運転台数ｎを補正する。
【００３７】
本実施の形態においては上述の制御に加え、河川通水容量に基づくポンプ運転台数補正回路１６が以下のフローを実行する。まず、Ｓ４０９により河川還元可能量Ｑ30を算出する。ここで、河川からの越流が生じない範囲で河川通水可能量ＦＱ5は予めシステム管理者等により設定され、かつ河川通水可能量ＦＱ5＝河川還元可能量Ｑ30−河川流量ＲＱ0＋取水流量Ｑ1となるので、河川還元可能量Ｑ30は、下記の式により求められる。
Ｑ30＝河川通水可能量ＦＱ5−河川流量ＲＱ0＋取水流量Ｑ1
次に、Ｓ４１０によりポンプ還元流量（ｎ×ＱＰ）が上述の河川還元可能量Ｑ30より大きいか否かを判断し、ポンプ還元流量が河川還元可能量を越える場合（ｎ×ＱＰ＞Ｑ30）はＳ４４０に進みポンプ運転台数を１台減らしてｎ−１台とする。Ｓ４１１では、逆にポンプを１台増加させた場合のポンプ還元流量〔（ｎ＋１）×ＱＰ〕と河川還元可能量Ｑ30とを比較し、ポンプを１台増加させても河川還元可能量を越えない場合にはＳ４５０に進みポンプ運転台数を１台増やしてｎ＋１台とする。
【００３８】
その後、Ｓ４１２において、ポンプ運転台数補正回路１６から補正された台数の該当ポンプに向けて起動指令信号が発せられると共に、目標取水量およびポンプ運転台数制御回路１３から設定流量制御回路１０へ目標取水流量ＴＱ1の指令が発信される。
【００３９】
以上のように実施の形態４によれば、河川通水容量（能力）以上にポンプで河川へ還元される状態になった場合に、ポンプ運転台数補正回路１６により補正することにより、河川からの越流を防止した流水制御が可能となる。
【００４０】
なお、河川通水容量に基づくポンプ運転台数補正回路１６を備えるシステムとして、以下の態様も存在する。図１４の池の流水制御システムは、図２のシステム（実施の形態１）に河川通水容量に基づくポンプ運転台数補正回路１６を加えたものであり、図１５及び図１６はこのシステムの動作フローチャートである。また、図１７のシステムは、図７のシステム（実施の形態３）に河川通水容量に基づくポンプ運転台数補正回路１６を加えたものであり、図１８及び図１９はこのシステムのフローチャートである。上記のシステムの構成及び動作は上述の実施の形態で説明したと同様である。
【００４１】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載するような効果を奏する。
【００４２】
請求項１の発明によれば、河川流量から取水ゲートの目標取水量と還元ポンプの運転台数とを算出し、自動的に制御を行うことにより、池水位を安定させると共に取水・還元流量を安定できる。
【００４３】
更に請求項２の発明によれば、池水位の偏差によりポンプの運転台数を補正することにより、蒸発・漏水による水位低下や計測誤差の影響を除くことができる。
【００４４】
また請求項３の発明によれば、池水位が上限許容水位ＨＷＬを越え、さらに還元ポンプが全て運転している場合に、池水位の偏差により取水ゲートからの目標取水量を補正することにより、降雨時に池からのオーバーフローを防ぐことができる。
【００４５】
また請求項４の発明によれば、河川通水容量（能力）以上にポンプで河川へ還元される状態になった場合に、ポンプの運転台数制御を補正することにより、河川からの越流を防止した制御ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明に係る池の流水制御システムを示す全体施設平面図である。
【図２】 実施の形態１による池の流水制御システムを示す構成図である。
【図３】 実施の形態１による池の流水制御方法を示すフローチャート図である。
【図４】 実施の形態２による池の流水制御システムを示す構成図である。
【図５】 実施の形態２による池の流水制御方法を示すフローチャート図である。
【図６】 実施の形態２によるポンプ運転台数の補正動作を説明するための図である。
【図７】 実施の形態３による池の流水制御システムを示す構成図である。
【図８】 実施の形態３による池の流水制御方法を示すフローチャート図である。
【図９】 実施の形態３による池の流水制御方法を示すフローチャート図である。
【図１０】 実施の形態３による目標取水量の補正動作を説明するための図である。
【図１１】 実施の形態４による池の流水制御システムを示す構成図である。
【図１２】 実施の形態４による池の流水制御方法を示すフローチャート図である。
【図１３】 実施の形態４による池の流水制御方法を示すフローチャート図である。
【図１４】 実施の形態４による池の流水制御システムを示す構成図である。
【図１５】 実施の形態４による池の流水制御方法を示すフローチャート図である。
【図１６】 実施の形態４による池の流水制御方法を示すフローチャート図である。
【図１７】 実施の形態４による池の流水制御システムを示す構成図である。
【図１８】 実施の形態４による池の流水制御方法を示すフローチャート図である。
【図１９】 実施の形態４による池の流水制御方法を示すフローチャート図である。
【図２０】 従来の池の流水制御システムを示す構成図である。
【符号の説明】
１ 取水ゲート、２ 取水流量計、３ 河川、４ 池、５ 池水位計、６，７，８，９ ポンプ、１０ 設定流量制御装置、１１ ポンプ運転台数制御回路、１２ 河川流量計、１３ 目標取水量およびポンプ運転台数制御回路、１４ 池水位によるポンプ運転台数補正回路、１５ 池水位による目標取水量補正回路、１６ 河川通水容量からのポンプ運転台数補正回路、Ｑ0 河川流量、Ｑ1 取水流量、Ｑ2 河川最低必要流量、Ｑ3 還元流量、Ｑ5 河川最大通水流量、Ｈ0 池水位、ｎ ポンプ運転台数、ＱＰ ポンプ１台の揚水量、Ｒ付き 計測値、Ｔ付き 目標値、Ｆ付き 固定値。

Claims (4)

1. 河川から取水ゲートを介して池に貯水し、更に池から還元ポンプを介して河川に循環還元する流水制御システムにおいて、河川流量から取水可能量を求め、この取水可能量に基づき取水ゲートからの目標取水量と上記還元ポンプによる還元流量を算出し、取水ゲートの開閉及び還元ポンプの駆動を制御することを特徴とする池の流水制御システム。
2. 池水位の偏差によりポンプの還元流量を補正し、還元ポンプの駆動制御を行うことを特徴とする請求項１記載の池の流水制御システム。
3. 池水位の偏差により取水ゲートからの目標取水量を補正し、取水ゲートの開閉制御を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の池の流水制御システム。
4. 河川通水容量に基づきポンプの還元流量を補正し、還元ポンプの駆動制御を行うことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の池の流水制御システム。

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