JP3667944B2 - 雨水流入量予測支援装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、浸水災害の防除を図ること等に有用な雨水流入量予測支援装置に係り、とりわけ対象領域の雨水の流入量を精度良く予測することができる雨水流入量予測支援装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
下水処理施設は、汚水の処理だけでなく、雨水を効率良く処理して浸水等の災害を防止する役割をも担っている。従って当該施設を順調に運用することは、都市衛生の安全および環境の保持を期する観点からも不可欠である。近時、住宅地の密集化や舗装道路の普及に伴い、雨水が下水管へ流入する割合が多くなってきているため、雨水処理ポンプは一時に多量の雨水を河川に排水する必要がある
この場合、雨水の下水処理設備での処理、特に処理ポンプの運転台数を効率良く制御するためには、下水処理設備への雨水の流入量およびその源である雨水の下水管への流入量を正確に予測演算することが極めて有効である。
【０００３】
これまで処理ポンプの運転台数の制御はポンプ運転者の勘や経験に任されていたが、降雨量に基づきＲＲＬ法や修正ＲＲＬ法を利用してポンプ場への流入量を予測するポンプ場流入量予測支援装置（以下、「従来装置」という。）が開発されている（特開平８−１２３５３８号公報参照）。
【０００４】
このような従来装置における基本的な工程を以下に示す。まず対象領域をカバ−する管渠の長さ、直径、勾配等の水力学的特徴を記入した管渠図を作成する。次に対象領域をカバ−する管渠図において最下流点を流量算定点ｐとして選択し、主要しゃ集管路、開水路等における流量速度を算定して、地点ｐまでの雨水流達時間が流入量演算時間間隔ｉと等しくなるような等到達時間曲線を作成する。等到達時間曲線で区分される範囲（≦ｋｉかつ≧（ｋ−１）ｉの範囲：ｋは整数）の面積について時間域別面積Ａ（ｋ）［ｍ2 ］として算出し、時間面積図を作成する。さらに、各々の時間域別面積Ａ（ｋ）について、地面特性に関する地面特性係数Ｃ（ｋ）を求めておく。
【０００５】
次に対象領域で降雨が発生した場合、レ−ダ装置や地上雨量計による情報に基づいて、対象領域全体の流入量演算時間間隔ｉ毎の降雨量Ｉ（ｊ）［mm］（降雨開始後、≦ｊｉかつ≧（ｊ−１）ｉの時間範囲に対応：ｊは整数）を計算する。地点ｐの降雨開始時からの時刻ｔ＝ｎｉにおける雨水流入量Ｐ（ｎ）［ｍ3 ］は、下式（１）によって求めることができる。
【数１】
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来装置での地面特性に関する地面特性係数Ｃ（ｋ）は、土地利用形態などに基づいて割り当てられている。その値は一般に０から１の間の数値であって、例えばアスファルト道路では０．９程度、公園や緑地では０．１程度として算出されている。
【０００７】
一般に降雨開始後一定の期間は雨水を吸収するような土地でも、降雨積算量が多くなるとその土地の保水力が飽和して雨水を吸収しなくなる場合がある。しかしながら従来装置においては、上述のように地面特性係数Ｃ（ｋ）は時間に関して固定されており、地面特性が降雨状態によって変化する場合を反映できないため、雨水流入量を精度良く予測演算することができない。
【０００８】
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、降雨状態によって変化する地面特性を反映して、より精度の高い雨水流入量予測支援装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、対象領域の現在までの降雨状態情報に基づいて将来の降雨状態を予測する降雨状態予測演算手段と、対象領域の現在までの降雨状態情報に基づいて対象領域の地面特性係数を求める地面特性係数演算手段と、前記降雨状態予測演算手段からの将来の降雨状態情報と前記地面特性係数演算手段からの地面特性係数に基づいて、対象領域から下水管に流入する雨水の流入量を予測演算する雨水流入量予測演算手段と、を備え、地面特性係数演算手段において、地面特性係数は対象領域内における降雨開始時から現在までの降雨積算量に基づいて時々刻々算出されることを特徴とする雨水流入量予測支援装置である。
【００１０】
本発明によれば、地面特性係数演算手段によって地面特性係数を対象領域の降雨状態情報に基づいて変化させるため、降雨状態によって変化する地面特性、例えば降雨開始後一定の期間は雨水を吸収するが降雨積算量が多くなると保水力が飽和して雨水を吸収しなくなるような土地の地面特性を、雨水流入量の予測演算に反映させることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１２】
図１乃至図３は、本発明による雨水流入量予測支援装置の第１の実施の形態を示す図である。図１において、本発明による雨水流入量予測支援装置は、レーダ受信手段１および地上雨量計２と、レーダ受信手段１に順次接続されたデータ送信手段３Ａおよびデータ受信手段３Ｂと、地上雨量計２に順次接続された送信用テレメータ４Ａおよび受信用テレメータ４Ｂとを備えている。
【００１３】
このうち、レ−ダ受信手段１および地上雨量計２は、降雨状態情報である降雨量の素データを収集するようになっている。またデータ送信手段３Ａとデータ受信手段３Ｂには降雨量演算手段５が接続され、レーダ受信手段１により収集された素データを、データ送信手段３Ａおよびデータ受信手段３Ｂを介して降雨量演算手段５に送るようになっている。またテレメータ４Ａとテレメータ４Ｂは、地上雨量計２により収集された素データを降雨量演算手段５に送るようになっている。
【００１４】
降雨量演算手段５は、送られてきた素データに基づいて対象領域の流入量演算時間間隔ｉ毎の降雨量を算出するものであり、降雨量演算手段５で算出された降雨量は、降雨状態予測演算手段の一実施の形態である降雨量予測演算手段６及び地面特性係数演算手段５１に送られるようになっている。
【００１５】
地面特性係数演算手段５１は、対象領域の降雨状態情報である降雨量に基づいて、その時点における対象領域の地面特性係数を演算するものである。図２に、地面特性係数演算手段５１が関与する各演算手段６、７、９を図１の構成から抽出したモデルを示す。本実施の形態において地面特性係数演算手段５１は、領域Ａ（ｋ）毎に、降雨開始時からその時点までの降雨積算量Ｒを入力値とする下式（２）に基づいて地面特性係数Ｃ（ｋ、Ｒ）を演算するようになっている。
【数２】
ここで、Ｒは入力値である降雨積算量を表し、Ｒ0 、ａ、ｂ、ｃ、ｄは関数式のパラメータである。例えば、上記のパラメータについて［Ｒ0 、ａ、ｂ、ｃ、ｄ］＝［１０、１．０、０．９、０．１、５．０］とすることができる。
【００１６】
上記の関数式（２）において、、降雨積算量Ｒと地面特性係数Ｃ（ｋ、Ｒ）との関係を表したグラフを図３に示す。図３に示すように、この関数式は、降雨開始後一定の期間は雨水を吸収するが降雨積算量が多くなると保水力が飽和して雨水を吸収しなくなるような土地の地面特性係数をよりよく表している。
【００１７】
降雨積算量Ｒによる地面特性係数Ｃ（ｋ、Ｒ）の関数系は、上式（２）に限定されるものではなく、実際の雨水流入量データとの関係から適当と推定されるものを採用すればよい。簡易な予測演算のためには、関数式でなく以下に示すような地面特性係数テーブルによる対応関係を用いてもよい。
【表１】
【００１８】
尚、上記の関数式のパラメータまたは地面特性係数テーブルは、予め実際の雨水流入量データに基づいて最小２乗法等によって求めておくことにより、結果として高い予測精度を得ることができる。
【００１９】
また関数式のパラメータまたは地面特性係数テーブルは、土地利用形態から得られるその土地の情報に基づいて決定してもよい。このため、地面特性係数演算手段５１は、土地利用形態から得られるその土地に情報に基づいて地面特性係数演算手段５１の関数式のパラメータまたは地面特性係数テーブルを決定するパラメータ類決定手段５３を有する。
【００２０】
また図１において、降雨量予測演算手段６は、降雨量演算手段５から送られた対象領域の現在までの降雨量に基づいて、将来の、例えば３０分先までの降雨量を予測演算するようになっており、降雨量予測演算手段６には幹線流入量予測演算手段（雨水流入量予測演算手段）７が接続されている。この幹線流入量予測演算手段７は枝線管渠から幹線管渠内に流入する流量を演算するようになっている。この幹線流入量予測演算手段７には、枝線管渠についてのデータ（断面形、管幅、管径、長さ、勾配、材料、構造等のデータ）及びこれら枝線管渠がカバーする対象領域についての種々の流域パラメータ２１が予め入力設定されている。また幹線流入量予測演算手段７には、地面特性係数演算手段５１からは演算後の地面特性係数が送られ、降雨量予測演算手段６からは予測した降雨量が送られるようになっている。そして、これらの各データに基づいて、幹線流入量予測演算手段７においてＲＲＬ法又は修正ＲＲＬ法によって幹線管渠内への雨水の流入量が予測演算されるようになっている。
【００２１】
また、図１に示すように下水管に流入する汚水の量を予測演算する汚水量演算手段８が設けられ、幹線流入量予測演算手段７と汚水量演算手段８には幹線内流下量予測演算手段９が接続されている。この幹線内流下量予測演算手段９には、幹線管渠についての幹線パラメータ２２（断面の形、管径、管長、勾配、管の位置、高さ等）が予め入力設定されており、管渠流入量予測演算手段７及び汚水量演算手段８から各々の演算結果が送られるようになっている。そして、幹線パラメータ２２と管渠流入量予測演算手段７及び汚水量演算手段８の各々の演算結果とに基づいて、幹線内流下量予測演算手段９において幹線管渠内の予測点毎の流量、水位、流速及び流積等を予測演算するようになっている。
【００２２】
幹線内流下量予測演算手段９にはポンプ場流入量予測演算手段１０が接続されている。このポンプ場流入量予測演算手段１０には、ポンプ場に関するポンプパラメータ２３が予め入力設定されており、ポンプ場流入量予測演算手段１０に管渠内流下量予測演算手段９からその演算結果が送られるようになっている。そして、ポンプパラメータ２３と管渠内流下量予測演算手段９が予測演算した流量等とに基づいて、ポンプ場流入量予測演算手段１０において幹線からポンプ場への流入量を予測演算してポンプ運転台数を決定するようになっている。
【００２３】
さらにまた降雨量演算手段５、降雨量予測演算手段６、幹線流入量予測演算手段７、汚水量演算手段８、幹線内流下量予測演算手段９及びポンプ場流入量予測演算手段１０には表示手段１１が接続され、これら各演算手段５、６、７、８、９、１０からの演算結果は表示手段１１に、所定の観測周期毎に表示される。
【００２４】
上記の各演算手段５、６、７、８、９、１０は、一般にコンピュータを含んだ制御回路によって構成され、表示手段１１は通常ＣＲＴなどの表示画面を有する機器が用いられる。表示手段１１としては、その他プリンタ等の印字装置や記録計なども使用可能である。
【００２５】
次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。対象領域において降雨が発生すると、図１を参照して、レ−ダ受信手段１および地上雨量計２が降雨量の素データを収集する。データ送信手段３Ａ、データ受信手段３Ｂは、レーダ受信手段１により収集された素データを降雨量演算手段５に送る。また、テレメータ４Ａ、テレメータ４Ｂは、地上雨量計２により収集された素データを降雨量演算手段５に送る。
【００２６】
降雨量演算手段５は、送られてきた素データに基づいて降雨量を算出する。降雨量演算手段５で算出された降雨量は、降雨量予測演算手段６及び地面特性係数演算手段５１に送られる。
【００２７】
地面特性係数演算手段５１は、対象領域の降雨量に基づいて、時々刻々変化する（ダイナミックな）対象領域の地面特性係数をその時点において演算する。本実施の形態では、降雨開始時からその時点までの降雨積算量Ｒを入力値とする上記の式（２）に基づいて地面特性係数Ｃ（ｋ、Ｒ）を時々刻々演算する。また、降雨が終了した場合は、入力値としての降雨積算量を逐次減算して地面特性係数Ｃ（ｋ、Ｒ）の値を調整し、降雨終了後所定の時間が経過した場合は、初期設定値戻し部５２により入力値としての降雨積算量を零に戻して地面特性係数Ｃ（ｋ、Ｒ）の値を初期化する。
【００２８】
次に降雨量予測演算手段６は、降雨量演算手段５から送られた降雨量に基づいて、将来の降雨量を予測演算する。
【００２９】
その後幹線流入量予測演算手段７は、枝線管渠についてのデータと、種々の流域パラメータ２１と、地面特性係数演算手段５１からの地面特性係数Ｃ（ｋ、Ｒ）と、降雨量予測演算手段６が予測した将来の降雨量とに基づいて、枝線管渠から幹線管渠内に流入する流量を演算する。具体的には、等到達時間曲線を用いて設定した時間域別面積Ａ（ｋ）について、流入量演算時間間隔毎の将来の降雨量Ｉ（ｊ）（降雨開始後、≦ｊｉかつ≧（ｊ−１）ｉの時間範囲に対応：ｊは整数）と地面特性係数Ｃ（ｋ、Ｒ）から式（１）に示した計算式によって対象領域からの雨水流入量を予測演算する。さらに、枝線に流入した雨水は一度枝線管渠内に貯えられてから幹線管渠内に流入することを考慮して、以上で求めた流入量に枝線の雨水貯留量との関係式を適用して幹線流入量とする。この場合その関係式は、下記の運動方程式（３）及び連続方程式（４）であり、ここでＳ［ｍ3 ］は貯留量、Ｐ［ｍ3 ／ｓ］は補正前の流入量、Ｑ［ｍ3 ／ｓ］は補正後の幹線流入量で、Ｋ、ｎはパラメータである。
【数３】
【００３０】
一方、汚水量演算手段８は、下水管に流入する汚水の量を予測演算する。次いで幹線内流下量予測演算手段９は、幹線パラメータ２２と幹線流入量予測演算手段７及び汚水量演算手段８の各演算結果とに基づいて、幹線管渠内の予測点毎の流量、水位、流速及び流積等を予測演算する。
【００３１】
最後にポンプ場流入量予測演算手段１０は、ポンプパラメータ２３と管渠内流下量予測演算手段９が予測演算した流量等とに基づいて、幹線からポンプ場への流入量を予測演算し、ポンプ運転台数を決定する。
【００３２】
表示手段１１は、上記の降雨量演算手段５、降雨量予測演算手段６、管渠内流入量予測演算手段７、汚水量演算手段８、管渠内流下量予測演算手段９及びポンプ場流入量予測演算手段１０の各演算結果を所定の観測周期毎に表示する。
【００３３】
以上のように本実施の形態によれば、地面特性係数Ｃ（ｋ、Ｒ）を降雨積算量Ｒを入力値とする関数として求めているため、降雨開始後一定の期間は雨水を吸収するが降雨積算量が多くなると保水力が飽和して雨水を吸収しなくなるような土地について、雨水の実際の流入状態に近いモデルを提供することができる。このため雨水流入量の予測演算の精度を向上させることができる。
【００３４】
図４は、本発明による雨水流入量予測支援装置の第２の実施の形態を示す図である。図４に示す第２の実施の形態は、実際の雨水流入量の測定結果を入力するための入力手段３１と、入力手段３１から入力された実際の雨水流入量と幹線流入量予測演算手段（雨水流入量予測演算手段）７によって予測演算されていた雨水流入量とを比較する比較手段３２と、比較手段３２による比較結果に基づいて地面特性係数演算手段５１を制御するパラメータ類制御手段３３とを設けたものである。図４において、図１乃至図３に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３５】
図４において地面特性係数演算手段５１は、対象領域の降雨状態情報である降雨量に基づいて対象領域の地面特性係数を時々刻々演算するようになっているが、図１乃至図３に示す第１の実施の形態ではその時点までの降雨積算量に基づいて地面特性係数を求めるのに対し、図４に示す本実施の形態では、その時点までの降雨積算量と降雨量予測演算手段６によって予測演算した将来の予測降雨量とに基づいて、将来の降雨積算量を、例えば、≦ｍｉかつ≧（ｍ−１）ｉなる時間（ｍは整数、ｉは流入量演算時間間隔）を規定するｍに対応する数列Ｒ（ｍ）として計算し、それらによって地面特性係数も将来の時間に対応する数列Ｃ（ｋ、Ｒ（ｍ））として時々刻々求めるようになっている。尚、降雨積算量による地面特性係数の関数系は、第１の実施の形態と同様としている。
【００３６】
また図４において雨水流入量予測演算手段７は、幹線流入量予測演算手段７として構成され、枝線管渠から幹線管渠に流入する流量を演算するようになっている。第１の実施の形態と異なり、地面特性係数は地面特性係数演算手段５１から時間を規定するｍの数列Ｃ（ｋ、Ｒ（ｍ））として渡され、このデータと降雨量予測演算手段６が予測した降雨量Ｉ（ｊ）とを、時間軸を揃えて演算に利用するようになっている。この場合、第１の実施の形態で用いた式（１）の代わりに以下の式（５）が用いられる。
【数４】
【００３７】
また入力手段３１は、通常キーボード等で構成されるが、管渠内等に設けられる測定装置と直結されても良い。比較手段３２およびパラメータ類制御手段３３は、通常コンピュータを含んだ制御回路として構成される。
【００３８】
次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。図４において地面特性係数演算手段５１は、降雨量予測演算手段６によって予測演算した降雨量を利用して、将来の時間に合わせて降雨積算量を計算し、それらによって将来の各時間に対応する数列として地面特性係数を求める。次に幹線流入量予測演算手段７は、地面特性係数演算手段５１が求めた地面特性係数を演算に用いる。このため地面特性係数の時間変化をより細かく雨水流入量の予測演算に反映させることができる。
【００３９】
一方、比較手段３２は、入力手段３１から入力された実際の雨水流入量と幹線流入量予測演算手段７によって予測演算されていた雨水流入量とを比較し、パラメータ類制御手段３３は、比較手段３２による比較結果に基づいて地面特性係数演算手段５１における地面特性係数を求めるための関数式のパラメータまたは地面特性係数テーブルを調整する。この場合、パラメータ類制御手段３３は予測演算結果と実際の雨水流入量との差異が小さくなるように地面特性係数を求めるためのパラメータまたは地面特性係数テーブルを適宜変更する。これにより、さらに雨水流入量の予測演算の精度を上げることが可能で、また長期間に渡って徐々に起こる地面特性の変化にも対応することができる。
【００４０】
尚、上記各実施の形態において降雨状態情報として降雨量を利用しているが、この他に降雨開始時からの経過時間、前回降雨からの間隔時間、対象領域の気温や湿度、等を適宜採用することができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、地面特性係数を降雨状態情報に基づいて変化させることにより、降雨状態によって地面特性が変化するような土地、例えば降雨開始後一定の期間は雨水を吸収するが降雨積算量が多くなると保水力が飽和して雨水を吸収しなくなるような土地について、雨水の実際の流入状態に近いモデルを提供することができる。従って、地面特性係数が固定された従来のモデルと比較して、雨水流入量の予測演算の結果と実際の雨水流入量との差異を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による雨水流入量予測支援装置の第１の実施の形態を示す構成図。
【図２】図１から地面特性係数演算手段が関与する部分を抽出したモデル図。
【図３】式（２）による降雨積算量と地面特性係数との関係を表したグラフ。
【図４】本発明による雨水流入量予測支援装置の第２の実施の形態を示す構成図。
【符号の説明】
１ レーダ受信手段
２ 地上雨量計
３Ａ データ送信手段
３Ｂ データ受信手段
４Ａ テレメータ
４Ｂ テレメータ
５ 降雨量演算手段
６ 降雨量予測演算手段
７ 幹線流入量予測演算手段
８ 汚水量演算手段
９ 幹線内流下量予測演算手段
１０ ポンプ場流入量予測演算手段
１１ 表示手段
２１ 流域パラメータ
２２ 幹線パラメータ
２３ ポンプパラメータ
３１ 入力手段
３２ 比較手段
３３ パラメータ類制御手段
５１ 地面特性係数演算手段
５２ 初期設定値戻し部
５３ パラメータ類決定手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、浸水災害の防除を図ること等に有用な雨水流入量予測支援装置に係り、とりわけ対象領域の雨水の流入量を精度良く予測することができる雨水流入量予測支援装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
下水処理施設は、汚水の処理だけでなく、雨水を効率良く処理して浸水等の災害を防止する役割をも担っている。従って当該施設を順調に運用することは、都市衛生の安全および環境の保持を期する観点からも不可欠である。近時、住宅地の密集化や舗装道路の普及に伴い、雨水が下水管へ流入する割合が多くなってきているため、雨水処理ポンプは一時に多量の雨水を河川に排水する必要がある
この場合、雨水の下水処理設備での処理、特に処理ポンプの運転台数を効率良く制御するためには、下水処理設備への雨水の流入量およびその源である雨水の下水管への流入量を正確に予測演算することが極めて有効である。
【０００３】
これまで処理ポンプの運転台数の制御はポンプ運転者の勘や経験に任されていたが、降雨量に基づきＲＲＬ法や修正ＲＲＬ法を利用してポンプ場への流入量を予測するポンプ場流入量予測支援装置（以下、「従来装置」という。）が開発されている（特開平８−１２３５３８号公報参照）。
【０００４】
このような従来装置における基本的な工程を以下に示す。まず対象領域をカバ−する管渠の長さ、直径、勾配等の水力学的特徴を記入した管渠図を作成する。次に対象領域をカバ−する管渠図において最下流点を流量算定点ｐとして選択し、主要しゃ集管路、開水路等における流量速度を算定して、地点ｐまでの雨水流達時間が流入量演算時間間隔ｉと等しくなるような等到達時間曲線を作成する。等到達時間曲線で区分される範囲（≦ｋｉかつ≧（ｋ−１）ｉの範囲：ｋは整数）の面積について時間域別面積Ａ（ｋ）［ｍ2 ］として算出し、時間面積図を作成する。さらに、各々の時間域別面積Ａ（ｋ）について、地面特性に関する地面特性係数Ｃ（ｋ）を求めておく。
【０００５】
次に対象領域で降雨が発生した場合、レ−ダ装置や地上雨量計による情報に基づいて、対象領域全体の流入量演算時間間隔ｉ毎の降雨量Ｉ（ｊ）［mm］（降雨開始後、≦ｊｉかつ≧（ｊ−１）ｉの時間範囲に対応：ｊは整数）を計算する。地点ｐの降雨開始時からの時刻ｔ＝ｎｉにおける雨水流入量Ｐ（ｎ）［ｍ3 ］は、下式（１）によって求めることができる。
【数１】
【発明が解決しようとする課題】
従来装置での地面特性に関する地面特性係数Ｃ（ｋ）は、土地利用形態などに基づいて割り当てられている。その値は一般に０から１の間の数値であって、例えばアスファルト道路では０．９程度、公園や緑地では０．１程度として算出されている。
【０００７】
一般に降雨開始後一定の期間は雨水を吸収するような土地でも、降雨積算量が多くなるとその土地の保水力が飽和して雨水を吸収しなくなる場合がある。しかしながら従来装置においては、上述のように地面特性係数Ｃ（ｋ）は時間に関して固定されており、地面特性が降雨状態によって変化する場合を反映できないため、雨水流入量を精度良く予測演算することができない。
【０００８】
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、降雨状態によって変化する地面特性を反映して、より精度の高い雨水流入量予測支援装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、対象領域の現在までの降雨状態情報に基づいて将来の降雨状態を予測する降雨状態予測演算手段と、対象領域の現在までの降雨状態情報に基づいて対象領域の地面特性係数を求める地面特性係数演算手段と、前記降雨状態予測演算手段からの将来の降雨状態情報と前記地面特性係数演算手段からの地面特性係数に基づいて、対象領域から下水管に流入する雨水の流入量を予測演算する雨水流入量予測演算手段と、を備え、地面特性係数演算手段において、地面特性係数は対象領域内における降雨開始時から現在までの降雨積算量に基づいて時々刻々算出されることを特徴とする雨水流入量予測支援装置である。
【００１０】
本発明によれば、地面特性係数演算手段によって地面特性係数を対象領域の降雨状態情報に基づいて変化させるため、降雨状態によって変化する地面特性、例えば降雨開始後一定の期間は雨水を吸収するが降雨積算量が多くなると保水力が飽和して雨水を吸収しなくなるような土地の地面特性を、雨水流入量の予測演算に反映させることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１２】
図１乃至図３は、本発明による雨水流入量予測支援装置の第１の実施の形態を示す図である。図１において、本発明による雨水流入量予測支援装置は、レーダ受信手段１および地上雨量計２と、レーダ受信手段１に順次接続されたデータ送信手段３Ａおよびデータ受信手段３Ｂと、地上雨量計２に順次接続された送信用テレメータ４Ａおよび受信用テレメータ４Ｂとを備えている。
【００１３】
このうち、レ−ダ受信手段１および地上雨量計２は、降雨状態情報である降雨量の素データを収集するようになっている。またデータ送信手段３Ａとデータ受信手段３Ｂには降雨量演算手段５が接続され、レーダ受信手段１により収集された素データを、データ送信手段３Ａおよびデータ受信手段３Ｂを介して降雨量演算手段５に送るようになっている。またテレメータ４Ａとテレメータ４Ｂは、地上雨量計２により収集された素データを降雨量演算手段５に送るようになっている。
【００１４】
降雨量演算手段５は、送られてきた素データに基づいて対象領域の流入量演算時間間隔ｉ毎の降雨量を算出するものであり、降雨量演算手段５で算出された降雨量は、降雨状態予測演算手段の一実施の形態である降雨量予測演算手段６及び地面特性係数演算手段５１に送られるようになっている。
【００１５】
地面特性係数演算手段５１は、対象領域の降雨状態情報である降雨量に基づいて、その時点における対象領域の地面特性係数を演算するものである。図２に、地面特性係数演算手段５１が関与する各演算手段６、７、９を図１の構成から抽出したモデルを示す。本実施の形態において地面特性係数演算手段５１は、領域Ａ（ｋ）毎に、降雨開始時からその時点までの降雨積算量Ｒを入力値とする下式（２）に基づいて地面特性係数Ｃ（ｋ、Ｒ）を演算するようになっている。
【数２】
【００１６】
上記の関数式（２）において、、降雨積算量Ｒと地面特性係数Ｃ（ｋ、Ｒ）との関係を表したグラフを図３に示す。図３に示すように、この関数式は、降雨開始後一定の期間は雨水を吸収するが降雨積算量が多くなると保水力が飽和して雨水を吸収しなくなるような土地の地面特性係数をよりよく表している。
【００１７】
降雨積算量Ｒによる地面特性係数Ｃ（ｋ、Ｒ）の関数系は、上式（２）に限定されるものではなく、実際の雨水流入量データとの関係から適当と推定されるものを採用すればよい。簡易な予測演算のためには、関数式でなく以下に示すような地面特性係数テーブルによる対応関係を用いてもよい。
【表１】
尚、上記の関数式のパラメータまたは地面特性係数テーブルは、予め実際の雨水流入量データに基づいて最小２乗法等によって求めておくことにより、結果として高い予測精度を得ることができる。
【００１９】
また関数式のパラメータまたは地面特性係数テーブルは、土地利用形態から得られるその土地の情報に基づいて決定してもよい。このため、地面特性係数演算手段５１は、土地利用形態から得られるその土地に情報に基づいて地面特性係数演算手段５１の関数式のパラメータまたは地面特性係数テーブルを決定するパラメータ類決定手段５３を有する。
【００２０】
また図１において、降雨量予測演算手段６は、降雨量演算手段５から送られた対象領域の現在までの降雨量に基づいて、将来の、例えば３０分先までの降雨量を予測演算するようになっており、降雨量予測演算手段６には幹線流入量予測演算手段（雨水流入量予測演算手段）７が接続されている。この幹線流入量予測演算手段７は枝線管渠から幹線管渠内に流入する流量を演算するようになっている。この幹線流入量予測演算手段７には、枝線管渠についてのデータ（断面形、管幅、管径、長さ、勾配、材料、構造等のデータ）及びこれら枝線管渠がカバーする対象領域についての種々の流域パラメータ２１が予め入力設定されている。また幹線流入量予測演算手段７には、地面特性係数演算手段５１からは演算後の地面特性係数が送られ、降雨量予測演算手段６からは予測した降雨量が送られるようになっている。そして、これらの各データに基づいて、幹線流入量予測演算手段７においてＲＲＬ法又は修正ＲＲＬ法によって幹線管渠内への雨水の流入量が予測演算されるようになっている。
【００２１】
また、図１に示すように下水管に流入する汚水の量を予測演算する汚水量演算手段８が設けられ、幹線流入量予測演算手段７と汚水量演算手段８には幹線内流下量予測演算手段９が接続されている。この幹線内流下量予測演算手段９には、幹線管渠についての幹線パラメータ２２（断面の形、管径、管長、勾配、管の位置、高さ等）が予め入力設定されており、管渠流入量予測演算手段７及び汚水量演算手段８から各々の演算結果が送られるようになっている。そして、幹線パラメータ２２と管渠流入量予測演算手段７及び汚水量演算手段８の各々の演算結果とに基づいて、幹線内流下量予測演算手段９において幹線管渠内の予測点毎の流量、水位、流速及び流積等を予測演算するようになっている。
【００２２】
幹線内流下量予測演算手段９にはポンプ場流入量予測演算手段１０が接続されている。このポンプ場流入量予測演算手段１０には、ポンプ場に関するポンプパラメータ２３が予め入力設定されており、ポンプ場流入量予測演算手段１０に管渠内流下量予測演算手段９からその演算結果が送られるようになっている。そして、ポンプパラメータ２３と管渠内流下量予測演算手段９が予測演算した流量等とに基づいて、ポンプ場流入量予測演算手段１０において幹線からポンプ場への流入量を予測演算してポンプ運転台数を決定するようになっている。
【００２３】
さらにまた降雨量演算手段５、降雨量予測演算手段６、幹線流入量予測演算手段７、汚水量演算手段８、幹線内流下量予測演算手段９及びポンプ場流入量予測演算手段１０には表示手段１１が接続され、これら各演算手段５、６、７、８、９、１０からの演算結果は表示手段１１に、所定の観測周期毎に表示される。
【００２４】
上記の各演算手段５、６、７、８、９、１０は、一般にコンピュータを含んだ制御回路によって構成され、表示手段１１は通常ＣＲＴなどの表示画面を有する機器が用いられる。表示手段１１としては、その他プリンタ等の印字装置や記録計なども使用可能である。
【００２５】
次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。対象領域において降雨が発生すると、図１を参照して、レ−ダ受信手段１および地上雨量計２が降雨量の素データを収集する。データ送信手段３Ａ、データ受信手段３Ｂは、レーダ受信手段１により収集された素データを降雨量演算手段５に送る。また、テレメータ４Ａ、テレメータ４Ｂは、地上雨量計２により収集された素データを降雨量演算手段５に送る。
【００２６】
降雨量演算手段５は、送られてきた素データに基づいて降雨量を算出する。降雨量演算手段５で算出された降雨量は、降雨量予測演算手段６及び地面特性係数演算手段５１に送られる。
【００２７】
地面特性係数演算手段５１は、対象領域の降雨量に基づいて、時々刻々変化する（ダイナミックな）対象領域の地面特性係数をその時点において演算する。本実施の形態では、降雨開始時からその時点までの降雨積算量Ｒを入力値とする上記の式（２）に基づいて地面特性係数Ｃ（ｋ、Ｒ）を時々刻々演算する。また、降雨が終了した場合は、入力値としての降雨積算量を逐次減算して地面特性係数Ｃ（ｋ、Ｒ）の値を調整し、降雨終了後所定の時間が経過した場合は、初期設定値戻し部５２により入力値としての降雨積算量を零に戻して地面特性係数Ｃ（ｋ、Ｒ）の値を初期化する。
【００２８】
次に降雨量予測演算手段６は、降雨量演算手段５から送られた降雨量に基づいて、将来の降雨量を予測演算する。
【００２９】
その後幹線流入量予測演算手段７は、枝線管渠についてのデータと、種々の流域パラメータ２１と、地面特性係数演算手段５１からの地面特性係数Ｃ（ｋ、Ｒ）と、降雨量予測演算手段６が予測した将来の降雨量とに基づいて、枝線管渠から幹線管渠内に流入する流量を演算する。具体的には、等到達時間曲線を用いて設定した時間域別面積Ａ（ｋ）について、流入量演算時間間隔毎の将来の降雨量Ｉ（ｊ）（降雨開始後、≦ｊｉかつ≧（ｊ−１）ｉの時間範囲に対応：ｊは整数）と地面特性係数Ｃ（ｋ、Ｒ）から式（１）に示した計算式によって対象領域からの雨水流入量を予測演算する。さらに、枝線に流入した雨水は一度枝線管渠内に貯えられてから幹線管渠内に流入することを考慮して、以上で求めた流入量に枝線の雨水貯留量との関係式を適用して幹線流入量とする。この場合その関係式は、下記の運動方程式（３）及び連続方程式（４）であり、ここでＳ［ｍ3 ］は貯留量、Ｐ［ｍ3 ／ｓ］は補正前の流入量、Ｑ［ｍ3 ／ｓ］は補正後の幹線流入量で、Ｋ、ｎはパラメータである。
【数３】
一方、汚水量演算手段８は、下水管に流入する汚水の量を予測演算する。次いで幹線内流下量予測演算手段９は、幹線パラメータ２２と幹線流入量予測演算手段７及び汚水量演算手段８の各演算結果とに基づいて、幹線管渠内の予測点毎の流量、水位、流速及び流積等を予測演算する。
【００３１】
最後にポンプ場流入量予測演算手段１０は、ポンプパラメータ２３と管渠内流下量予測演算手段９が予測演算した流量等とに基づいて、幹線からポンプ場への流入量を予測演算し、ポンプ運転台数を決定する。
【００３２】
表示手段１１は、上記の降雨量演算手段５、降雨量予測演算手段６、管渠内流入量予測演算手段７、汚水量演算手段８、管渠内流下量予測演算手段９及びポンプ場流入量予測演算手段１０の各演算結果を所定の観測周期毎に表示する。
【００３３】
以上のように本実施の形態によれば、地面特性係数Ｃ（ｋ、Ｒ）を降雨積算量Ｒを入力値とする関数として求めているため、降雨開始後一定の期間は雨水を吸収するが降雨積算量が多くなると保水力が飽和して雨水を吸収しなくなるような土地について、雨水の実際の流入状態に近いモデルを提供することができる。このため雨水流入量の予測演算の精度を向上させることができる。
【００３４】
図４は、本発明による雨水流入量予測支援装置の第２の実施の形態を示す図である。図４に示す第２の実施の形態は、実際の雨水流入量の測定結果を入力するための入力手段３１と、入力手段３１から入力された実際の雨水流入量と幹線流入量予測演算手段（雨水流入量予測演算手段）７によって予測演算されていた雨水流入量とを比較する比較手段３２と、比較手段３２による比較結果に基づいて地面特性係数演算手段５１を制御するパラメータ類制御手段３３とを設けたものである。図４において、図１乃至図３に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３５】
図４において地面特性係数演算手段５１は、対象領域の降雨状態情報である降雨量に基づいて対象領域の地面特性係数を時々刻々演算するようになっているが、図１乃至図３に示す第１の実施の形態ではその時点までの降雨積算量に基づいて地面特性係数を求めるのに対し、図４に示す本実施の形態では、その時点までの降雨積算量と降雨量予測演算手段６によって予測演算した将来の予測降雨量とに基づいて、将来の降雨積算量を、例えば、≦ｍｉかつ≧（ｍ−１）ｉなる時間（ｍは整数、ｉは流入量演算時間間隔）を規定するｍに対応する数列Ｒ（ｍ）として計算し、それらによって地面特性係数も将来の時間に対応する数列Ｃ（ｋ、Ｒ（ｍ））として時々刻々求めるようになっている。尚、降雨積算量による地面特性係数の関数系は、第１の実施の形態と同様としている。
【００３６】
また図４において雨水流入量予測演算手段７は、幹線流入量予測演算手段７として構成され、枝線管渠から幹線管渠に流入する流量を演算するようになっている。第１の実施の形態と異なり、地面特性係数は地面特性係数演算手段５１から時間を規定するｍの数列Ｃ（ｋ、Ｒ（ｍ））として渡され、このデータと降雨量予測演算手段６が予測した降雨量Ｉ（ｊ）とを、時間軸を揃えて演算に利用するようになっている。この場合、第１の実施の形態で用いた式（１）の代わりに以下の式（５）が用いられる。
【数４】
また入力手段３１は、通常キーボード等で構成されるが、管渠内等に設けられる測定装置と直結されても良い。比較手段３２およびパラメータ類制御手段３３は、通常コンピュータを含んだ制御回路として構成される。
【００３８】
次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。図４において地面特性係数演算手段５１は、降雨量予測演算手段６によって予測演算した降雨量を利用して、将来の時間に合わせて降雨積算量を計算し、それらによって将来の各時間に対応する数列として地面特性係数を求める。次に幹線流入量予測演算手段７は、地面特性係数演算手段５１が求めた地面特性係数を演算に用いる。このため地面特性係数の時間変化をより細かく雨水流入量の予測演算に反映させることができる。
【００３９】
一方、比較手段３２は、入力手段３１から入力された実際の雨水流入量と幹線流入量予測演算手段７によって予測演算されていた雨水流入量とを比較し、パラメータ類制御手段３３は、比較手段３２による比較結果に基づいて地面特性係数演算手段５１における地面特性係数を求めるための関数式のパラメータまたは地面特性係数テーブルを調整する。この場合、パラメータ類制御手段３３は予測演算結果と実際の雨水流入量との差異が小さくなるように地面特性係数を求めるためのパラメータまたは地面特性係数テーブルを適宜変更する。これにより、さらに雨水流入量の予測演算の精度を上げることが可能で、また長期間に渡って徐々に起こる地面特性の変化にも対応することができる。
【００４０】
尚、上記各実施の形態において降雨状態情報として降雨量を利用しているが、この他に降雨開始時からの経過時間、前回降雨からの間隔時間、対象領域の気温や湿度、等を適宜採用することができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、地面特性係数を降雨状態情報に基づいて変化させることにより、降雨状態によって地面特性が変化するような土地、例えば降雨開始後一定の期間は雨水を吸収するが降雨積算量が多くなると保水力が飽和して雨水を吸収しなくなるような土地について、雨水の実際の流入状態に近いモデルを提供することができる。従って、地面特性係数が固定された従来のモデルと比較して、雨水流入量の予測演算の結果と実際の雨水流入量との差異を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による雨水流入量予測支援装置の第１の実施の形態を示す構成図。
【図２】図１から地面特性係数演算手段が関与する部分を抽出したモデル図。
【図３】式（２）による降雨積算量と地面特性係数との関係を表したグラフ。
【図４】本発明による雨水流入量予測支援装置の第２の実施の形態を示す構成図。
【符号の説明】
１ レーダ受信手段
２ 地上雨量計
３Ａ データ送信手段
３Ｂ データ受信手段
４Ａ テレメータ
４Ｂ テレメータ
５ 降雨量演算手段
６ 降雨量予測演算手段
７ 幹線流入量予測演算手段
８ 汚水量演算手段
９ 幹線内流下量予測演算手段
１０ ポンプ場流入量予測演算手段
１１ 表示手段
２１ 流域パラメータ
２２ 幹線パラメータ
２３ ポンプパラメータ
３１ 入力手段
３２ 比較手段
３３ パラメータ類制御手段
５１ 地面特性係数演算手段
５２ 初期設定値戻し部
５３ パラメータ類決定手段
Claims (8)
- 対象領域の現在までの降雨状態情報に基づいて将来の降雨状態を予測する降雨状態予測演算手段と、
対象領域の現在までの降雨状態情報に基づいて対象領域の地面特性係数を求める地面特性係数演算手段と、
前記降雨状態予測演算手段からの将来の降雨状態情報と前記地面特性係数演算手段からの地面特性係数に基づいて、対象領域から下水管に流入する雨水の流入量を予測演算する雨水流入量予測演算手段と、を備え、
地面特性係数演算手段において、地面特性係数は対象領域内における降雨開始時から現在までの降雨積算量に基づいて時々刻々算出されることを特徴とする雨水流入量予測支援装置。 - 地面特性係数演算手段において、地面特性係数は降雨開始時からの降雨積算量が大きくなるにつれて増加し、降雨積算量が所定の値よりも大きくなると地面特性係数は一定値に収束することを特徴とする請求項１記載の雨水流入量予測支援装置。
- 地面特性係数演算手段は、所望のパラメータを含む関数式を用いて対象領域の地面特性係数を求めるようになっていることを特徴とする請求項１または２に記載の雨水流入量予測支援装置。
- 地面特性係数演算手段において、降雨開始時からの降雨積算量がＲであるときの対象領域の地面特性係数Ｃ（Ｒ）は下記の関係式により算出されることを特徴とする請求項３記載の雨水流入量予測装置。
Ｃ（Ｒ）＝ｂ／（１＋ａ×ｅ （Ｒｏ−Ｒ）／ｄ ）＋ｃ
（Ｒｏ、ａ、ｂ、ｃ、ｄは、地面特性係数演算手段に設定された関数式のパラメータである。） - 地面特性係数演算手段は、地面特性係数テーブルを用いて対象領域の地面特性係数を求めるようになっていることを特徴とする請求項１または２に記載の雨水流入量予測支援装置。
- 実際の雨水流入量の測定結果を入力するための入力手段と、
前記入力手段から入力された実際の雨水流入量と前記雨水流入量予測演算手段によって予測演算されていた雨水流入量とを比較する比較手段と、
前記比較手段による比較結果に基づいて前記地面特性係数演算手段の関数式のパラメータまたは地面特性係数テーブルを調整するパラメータ類制御手段と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項３から５のいずれかに記載の雨水流入量予測支援装置。 - 地面特性係数演算手段は、前記対象領域の降雨が終了してから所定の時間が経過した場合に、地面特性係数を初期設定値に戻す初期設定値戻し部を有することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の雨水流入量予測支援装置。
- 対象領域の現在までの降雨状態情報に基づいて将来の降雨状態を予測する降雨状態予測演算手段と、
対象領域の現在までの降雨状態情報に基づいて対象領域の地面特性係数を求める地面特性係数演算手段と、
前記降雨状態予測演算手段からの将来の降雨状態情報と前記地面特性係数演算手段からの地面特性係数に基づいて、対象領域から下水管に流入する雨水の流入量を予測演算する 雨水流入量予測演算手段と、を備え、
地面特性係数演算手段において、地面特性係数は対象領域内における降雨開始時から現在までの降雨積算量と、降雨状態予測演算手段により予測された将来の予測降雨量とに基づいて時々刻々算出されることを特徴とする雨水流入量予測支援装置。
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