JP3749800B2 - 下水道の雨水排水制御装置 - Google Patents
下水道の雨水排水制御装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3749800B2 JP3749800B2 JP04379699A JP4379699A JP3749800B2 JP 3749800 B2 JP3749800 B2 JP 3749800B2 JP 04379699 A JP04379699 A JP 04379699A JP 4379699 A JP4379699 A JP 4379699A JP 3749800 B2 JP3749800 B2 JP 3749800B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- water quality
- inflow
- rainwater
- unit
- drainage control
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、雨水が流入する下水道設備、例えば下水処理場、ポンプ場、雨水貯留管、雨水滞水池等において、水質センサを使用しなくても、河川、湖沼、海域等の公共水域での初期降雨汚濁（ファーストフラッシュ）を起こさないように常に良好な排水水質を維持できるような、下水道の雨水排水制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
雨水が流入する下水道設備として、下水処理場、ポンプ場、雨水貯留管、雨水滞水池等がある。下水処理場は、下水を浄化して公共水域に放流する役割を担い、ポンプ場は下水の運搬及び雨水排水の役割を担い、雨水貯留管や雨水滞水池は、主に浸水防止の役割を担っている。
【０００３】
近年、ポイント汚染源と言われている産業廃水処理設備においては、高度処理装置の整備が進み、それらの設備等から放流される水質は非常に良好になってきた。しかしながら、河川、湖沼、海域等の公共水域での水質は、以前と比べてほとんど改善されていない。この原因として、ポイント汚染源以外の汚染源であるノンポインド汚染源からの放流水質が改善されていない点が指摘されている。
【０００４】
ノンポインド汚染源としては、例えば、下水処理場における雨水流入排出時の簡易放流口及び直接放流口、ポンプ場における雨水排水時の放流口、その他、地下水や雨水排除水路等が挙げられる。
【０００５】
これらの汚染は、非雨天時に屋根、道路、雨水桝等に蓄積したゴミ、ヘドロ等の堆積物が、雨天時に洗い流されてこれらの設備に混入してくるために起こるものである。特に、降雨初期に多量の堆積物が流入して汚染を起こす現象は、初期降雨汚濁（ファーストフラッシュ）と呼ばれている。
【０００６】
また、雨水貯留管や雨水滞水池は、一時的に雨水流入水を貯留して放流、排水できる機能を有しており、貯留時に汚濁物を沈殿できるため、ノンポイント汚染源対策として期待されている設備である。しかしながら、その運用によっては、貯留時に汚濁物を除去できず、水質が悪い状態のまま放流を行う可能性もある。
【０００７】
このような下水道設備において、ファーストフラッシュを効果的に防止するため、下水道設備内に汚濁物の濃度を計測できる水質センサ、例えば濁度計を設置して、その濁度計の計測値を用いて汚濁物の公共水域への排水を制御する制御装置が提案されている。
【０００８】
従来の雨水排水制御装置の一例として、図１０に、下水処理場の雨水排水制御装置を示す。図１０において、５１は下水管、５２はスクリーン、５３は沈砂池、５４はポンプ井、５５は水位計、５６は濁度計、５７はポンプ、５８は制御弁、５９〜６１は管、６２は制御部、６３は河川、６４は最初沈殿池である。
【０００９】
図１０に示すように、下水管５１は、沈砂池５３の側壁部に接続されている。沈砂池５３は、下水管５１と対向する側でポンプ井５４に隣接している。スクリーン５２は、上方側がポンプ井５４側に倒れるような傾斜の形態で沈砂池５３内に立設されている。水位計５５及び濁度計５６は、それぞれポンプ井５４内に設置され、制御部６２に接続されている。管５９は、ポンプ井５４の底部近傍から延びており、ポンプ５７が設けられると共に、管６０及び管６１に分岐している。管６０は弁５８を介して河川６３に接続され、管６１は最初沈殿池６４に接続されている。ポンプ５７と弁５８は、それぞれ制御部６２に接続されている。
【００１０】
通常の非雨天時には、下水管５１内には下水のみが流れており、下水はスクリーン５２、沈砂池５３、ポンプ井５４を順次通過する。一方、水位計５５と濁度計５６の計測値に基づいて、制御部６２によりポンプ５７の運転と弁５８の開閉が制御される。
【００１１】
図１１に、ポンプ５７と弁５８の制御方法のフローチャートを示す。水位計５５の水位計測値Ｈと濁度計５６の計測値ＴＵとは、各々１分周期で計測される。また、Ｈ1 は設定下限水位、Ｈ2 は設定上限水位であり、ＴＵSVは濁度設定値である。濁度は非雨天時の濁度が約３００度で、ファーストフラッシュ時の濁度が約１０００度以上であるので、ＴＵSVは１０００度と設定されている。
【００１２】
水位Ｈが設定上限水位と設定下限水位との間にある時（例えば非雨天時もしくは小雨時）には、Ｈ1 ＜Ｈ＜Ｈ2 であるから、ＴＵの計測値がＴＵSVよりも小さい時（ＴＵ＜ＴＵSV）は、ポンプ５７をＯＮにすると共に弁５８を閉じて、下水を下水処理場内の最初沈殿池６４に排出する。
【００１３】
ＴＵ≧ＴＵSVの時は、ポンプ５７をＯＦＦにして弁８を閉じることにより、雨水中の汚濁物を沈殿分離することにする。さらに水位が上昇し、Ｈ≧Ｈ２となった時は、ポンプ５８をＯＮにして弁８を開き、最初沈殿池６４と河川６３との両方に下水を排出する。なお、Ｈ≦Ｈ１の時は、ＴＵの計測値に関係なく、ポンプ５７はＯＦＦであり弁５８は閉である。
【００１４】
また、図１１のアルゴリズムでは水位とＴＵの計測値とによってポンプのＯＮ−ＯＦＦを制御しているが、図１２のように、水位Ｈと流量Ｑとの関係式、いわゆるＱ−Ｈカーブに基づいて水位ＨからＱ値を算出し、このＱ値とポンプの揚水量との関係式を利用してポンプの流量を一定に制御する態様も実施されている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
図１０に示した従来の下水道の排水制御装置においては、次のような問題が発生している。
【００１６】
濁度計５６は、汚れの付着等により、真値はＴＵ＜ＴＵSVであるのに出力数値が常にＴＵ≧ＴＵSVになってしまう等、ＴＵ≧ＴＵSVの識別に誤動作が生じることがある。さらには、濁度計５６が故障して、数値を出力しなくなることもある。このような場合、弁５８の適切な開閉制御ができなくなり、汚濁物が沈殿分離していない状態で汚濁物を河川６３に排出したり、ポンプ５７や弁５８が適切に作動せず浸水を発生させるという問題が生じている。
【００１７】
濁度計５６を常に安定して動作させるためには、日常のメンテナンスが重要である。しかしながら、流入下水による悪臭ガスが存在し酸素不足である等、人間にとって非常に悪い環境に濁度計５６は設置されているので、メンテナンス作業が非常に困難であり、メンテナンスのコストも大であった。また、濁度計５６をサンプリング方式にして地上で測定する方法もあるが、この方式を採用する場合においても、サンプリングのための配管やポンプのメンテナンスが必要であり、同様の問題がある。
【００１８】
一方、本件発明者は、各種シミュレーション実験を試行して鋭意検討を繰り返すことにより、以下の知見を見いだした。
【００１９】
（１）水質予測モデルを流入量モデルと組み合わせることにより、貯留水の将来の水質を、量的センサのみで高精度に予測できる。
【００２０】
（２）流入量予測モデルの改良が進み、流入量予測の精度が向上したことにより、降雨時の流入量予測モデルを流入量モデルとして水質予測による制御の入力値として使用できる。
【００２１】
（３）これらのシミュレーションは、計算機能力の向上により、降雨時の短いスパン（数秒）にも迅速に対応することができ、実際上の制御に十分利用できる。
【００２２】
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、水質予測モデルを流入量モデルと組み合わせ、メンテナンス等が困難な水質センサを設けることなく、安定した雨水排水制御を行うことができる雨水排水制御装置を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、雨水流入量を入力する雨水流入量入力部と、水質予測モデルを有し、雨水流入量入力部から入力される雨水流入量と水質予測モデルとから将来の流入水質を予測する流入水質予測部と、雨水排水装置に設けられ、流入水質予測部が予測した将来の流入水質に基づいて雨水排水装置を制御する排水制御部と、を備え、水質予測モデルは、雨水流入量をＱ、管内の堆積物量をＳ、流出付加量をＬF 、パラメータをｋ、ｍ、ｎとして、流入水質Ｃ1 を、ｄＳ／ｄｔ＝ＬF −（ｋ・Ｓm ・Ｑn ）、Ｃ1 ＝（ｋ・Ｓm ・Ｑn-1 ）としてモデル化したものであることを特徴とする雨水排水制御装置である。
【００２４】
また本発明は、雨水流入量を入力する雨水流入量入力部と、水質予測モデルを有し、雨水流入量入力部から入力される雨水流入量と水質予測モデルとから将来の流入水質を予測する流入水質予測部と、雨水排水装置に設けられ、流入水質予測部が予測した将来の流入水質に基づいて雨水排水装置を制御する排水制御部と、を備え、水質予測モデルは、雨水流入量をＱ、パラメータをｋ、ｎとして、流入水質Ｃ1 を、Ｃ1 ＝ｋ・Ｑn としてモデル化したものであることを特徴とする雨水排水制御装置である。
【００２５】
本発明によれば、雨水流入量情報を組み込んだ水質予測モデルを用いて、当該水質予測モデルと雨水流入量とから将来の流入水質を予測するため、メンテナンス等が困難な水質センサを設けなくても、安定した雨水排水制御を行うことが可能となる。
【００２６】
【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。
【００２７】
図１は、本発明の第１の実施の形態による雨水排水制御装置を示す概略図である。図１に示すように、本発明の第１の実施の形態の雨水排水制御装置４０は、下水管１が沈砂池３の側壁部に接続されている。沈砂池３は、下水管１と対向する側でポンプ井４に隣接している。スクリーン２が、その上方側がポンプ井４側に倒れるような傾斜の形態で沈砂池３内に立設されている。
【００２８】
ポンプ井４内には水位計５が設置されており、水位計５は制御部１２に接続されている。ポンプ井４の底部近傍から管９が延びており、ポンプ７が設けられると共に、管１０及び管１１に分岐している。管１０は制御弁８を介して河川１３に接続され、管１１は最初沈殿池１４に接続されている。ポンプ７と弁８は、それぞれ制御部１２に接続されている。さらに地上雨量計２１が制御部１２に接続されている。
【００２９】
制御部１２について、図２を用いて説明する。図２に示すように、本実施の形態の制御部１２は、流入量演算部２３と降雨量演算部２４とを有している。流入量演算部２３は、水位計５の水位値Ｈを、Ｑ−Ｈカーブ（図１２参照）等により流入量Ｑに変換演算する回路によって構成されている。一方、降雨量演算部２４は、地上雨量計２１の雨量値を降雨量に演算する回路によって構成されている。
【００３０】
降雨量演算部２４は、降雨量予測部２５に接続されている。降雨量予測部２５は、降雨量演算部２４が演算した降雨量を入力値として、モデル同定等によって決定された非線形予測モデルにより、将来の降雨量を予測演算するようになっている。
【００３１】
流入量演算部２３と降雨量予測部２５とは、流入量予測部２６に接続されている。流入量予測部２６は、非線形のＢ１ｏｃｋ−ｏｒｉｅｎｔｅｄモデル（線形の伝達関数と非線形要素を任意の個数かつ任意の配置で組み合わせたもの）等を用いて、降雨量予測部２５により予測された降雨量の予測値と流入量演算部２３により演算された流入量とを入力値として、流入量予測値を演算する。
【００３２】
これらの流入量演算部２３、降雨量演算部２４、降雨量予測部２５及び流入量予測部２６の構成や内部のアルゴリズム式等は、特願平１０−２２４７６６号「雨水流入量予測装置及び雨水流入量予測方法」に記述されているものと同様である。特願平１０−２２４７６６号に記載されている内容は、ここで引用されることによって、本明細書に組込まれる。
【００３３】
さて、本実施の形態の制御装置１２は、流入量予測部２６にさらに流入水質予測部２７が接続されている。流入水質予測部２７は、流入量予測部２６により出力される予測流入量Ｑを入力値として、以下の（１）式と（２）式を用いて流入水質予測演算が行われる。
【数２】
（１）式では、ゴミやヘドロ等の堆積量Ｓの微分値が、ＳとＱのベキ乗に比例するとするモデルであり、ＳはＱが大きいほど流出するようになっている。このモデル式は、１階の常微分方程式であるので、堆積量の初期値Ｓ0 を与えるとルンゲクッタ法で近似解Ｓを演算できる。一方、（２）式は、（Ｓ・Ｑn ）をＱで徐した値を流入水質予測値Ｃ1 とするモデル式である。
【００３４】
これら両式によるシミュレーション結果を、図３及び図４に示す。雨水流入量が増加し、流入予測値Ｑが増加するに従って、堆積量Ｓが減少することがわかる。一方、Ｓが減少している時間においては、流入水質予測値Ｃ1 が増大し、Ｓの減少が停止するとＣ1 も雨水流入前のレベルに戻る。
【００３５】
また、流入量予測部２６と流入水質予測部２７とは、管内水質変化予測部２８ａ（管内水質予測部）に接続されている。管内水質変化予測部２８ａでは、流入水質予測値Ｃ1 と予測雨水流入量Ｑを入力値として、以下の（３）式の初期水質予測モデルと、（４）式のストークスの単粒子沈殿モデルと、（５）式の粒子通過モデルと、（６）式の粒径分布水質変化モデルと、を用いて管内水質変化予測値Ｃ2 を演算する。
【数３】
（５）式のｔi をｘ軸に、（６）式のＣ2 をｙ軸にプロットした図が、図５である。このスポットデータを、スプライン補間式により補間処理した図が、図６である。
【００３６】
さらに、管内水質変化予測部２８ａには雨水排水制御部２８ｂが接続されており、これらが排水制御部２８を構成している。雨水排水制御部２９は、管内水質変化予測部２８での出力値Ｃ2 を入力値として、図７に示すアルゴリズムによりポンプ７と弁８のＯＮ−ＯＦＦ制御を実施するようになっている。
【００３７】
図７に示すように、水位計５の水位計測値Ｈの計測と管内水質変化予測値Ｃ2 の演算とは、各々１分周期で計測される。また、Ｈ1 は設定下限水位、Ｈ2 は設定上限水位であり、ＣSVは設定基準値である。
【００３８】
水位Ｈが設定上限水位と設定下限水位との間にある時（例えば非雨天時もしくは小雨時）には、Ｈ1 ＜Ｈ＜Ｈ2 であるから、Ｃ2 の値がＣSVよりも小さい時（Ｃ2 ＜ＣSV）は、ポンプ７をＯＮにすると共に弁８を閉じて、下水を下水処理場内の最初沈殿池１４に排出する。
【００３９】
Ｃ2 ≧ＣSVの時は、ポンプ７をＯＦＦにして弁８を閉じることにより、雨水中の汚濁物を沈殿分離することにする。さらに水位が上昇し、Ｈ≧Ｈ２となった時は、ポンプ８をＯＮにして弁８を開き、最初沈殿池１４と河川１３との両方に下水を排出する。なお、Ｈ≦Ｈ１の時は、Ｃ2 の計測値に関係なく、ポンプ７はＯＦＦであり弁８は閉である。
【００４０】
このような構成からなる雨水排水制御装置は、以下のように作用する。
【００４１】
通常の非雨天時には、下水管１内には下水のみが流れており、下水はスクリーン２、沈砂池３、ポンプ井４を順次通過する。一方、水位計５の計測値及び地上雨量計２１の雨量値に基づいて、制御部１２によりポンプ７の運転と弁８の開閉が制御される。
【００４２】
制御部１２は、まず流入量演算部２３が水位計５の水位値Ｈから流入量Ｑを演算し、降雨量演算部２４が地上雨量計２１の雨量値から降雨量を演算する。次に降雨量予測部２５が、降雨量演算部２４により演算された降雨量から将来の降雨量を予測演算する。
【００４３】
続いて流入量予測部２６が、非線形のＢ１ｏｃｋ−ｏｒｉｅｎｔｅｄモデル等を用いて流入量予測値を演算する。さらに流入水質予測部２７が、流入量予測部２６により出力される予測流入量Ｑを入力値として流入水質予測演算を行い、流入水質予測値Ｃ1 を演算する
図３及び図４に示すように、雨水流入量Ｑが増加するに従って、堆積量Ｓが減少する。一方、Ｓが減少している時間においては、流入水質予測値Ｃ1 が増大し、Ｓの減少が停止するとＣ1 も雨水流入前のレベルに戻る。
【００４４】
さらに管内水質変化予測部２８ａが、流入水質予測値Ｃ1 と予測流入量Ｑを入力値として、管内水質変化予測値Ｃ2 を演算する。その後、雨水排水制御部２８ｂが、管内水質変化予測部２８ａでの出力値Ｃ2 を入力値として、図７のアルゴリズムによりポンプ７と弁８のＯＮ−ＯＦＦ制御を実施する。
【００４５】
なお、図７のアルゴリズムでは、水位とＣ2 の値によってポンプのＯＮ−ＯＦＦを制御しているが、水位Ｈと流量Ｑとの関係式、いわゆるＱ−Ｈカーブ（図１２参照）によりＱを算出し、このＱ値とポンプの揚水量との関係式によって、ポンプの流量を一定に制御したり、ポンプ井４の水位を一定に制御したり、駆動するポンプの台数や出力についての制御を行ってもよい。
【００４６】
以上のように本実施の形態によれば、流入水質予測部２７の水質モデルとして、（１）式及び（２）式のようにパラメータの少ない堆積量を加味したモデルを用いたので、パラメータフィッティングが容易でかつ精度の高い流入水質予測が可能である。従って、ポンプ場、下水処理場、雨水滞水池、雨水貯留管等、流入する雨水を貯留する管とその雨水を排出するポンプを有する下水道設備において、濁度計やＵＶ計等の水質センサを使用しなくても、河川、湖沼、海域等の公共用水で初期降雨汚濁（ファーストフラッシュ）を起こさず常に良好な排水水質を維持できる。
【００４７】
また本実施の形態によれば、流入水質モデルの（１）式の解法としてルンゲクッタ法を利用しているので、容易にＳを導出することができる。
【００４８】
また本実施の形態によれば、管内水質変化予測部２８ａの水質モデルとして、ストークスモデル及び粒径分布を考慮した（３）式〜（６）式のようなシンプルな沈殿モデルを使用したので、数時間から数日先までの水質変化を、迅速かつ高精度に予測可能である。
【００４９】
また本実施の形態によれば、雨水排水制御部２８ｂは図７に示すアルゴリズムに従って作動するため、ポンプ７と弁８とがシンブルに制御され、ファーストフラッシュと浸水とを極めて簡便に抑制することができる。
【００５０】
また本実施の形態によれば、流入量演算部２６によって、水位計５のＨ値に基づいて容易に流量を演算することができる。
【００５１】
また本実施の形態によれば、地上雨量計２１の雨量データを用いているため、対象流域にとって最適の地上雨量データを選択すること等により、高精度の降雨量の演算が可能である。
【００５２】
さらに本実施の形態によれば、非線形のＢ１ｏｃｋ−ｏｒｉｅｎｔｅｄモデル等を用いて流入量予測を行っているので、多種の降雨に対応して高精度の流入量予測が可能である。
【００５３】
なお、本実施の形態においては、水質予測値として濁度に相当する流入水質予測値Ｃ1 及び管内水質変化予測値Ｃ2 を演算しているが、濁度以外の指標を演算（シミュレーション）することも可能である。
【００５４】
また、ＵＶ計によるＵＶ値を指標とすることもできる。また以下の指標も演算することができる。この場合、各指標と堆積物との相関式（モデル式及び各種パラメータ）が必要となる。ＢＯＤ、ＣＯＤ（Ｍｎ）、ＣＯＤ（Ｃｒ）、ＮＨ4 、ＴＮ、ＰＯ4 、ＴＰ、環境ホルモンは、ＵＶ値および濁度と相関があり、大腸菌群、有害微生物は、濁度と相関がある。
【００５５】
また、流入水質予測部２７が流入水質予測値Ｃ1 を求めるモデルとして、以下の（７）式〜（１８）式の使用が可能である。
【数４】
【００５６】
以上のモデル式は、（７）式と（８）式はそれぞれ単独で用いられるが、その他は（９）式＋（１０）式、（１１）式＋（１２）式、（１３）式＋（１４）式、（１５）式＋（１６）式、（１７）式＋（１８）式という組み合わせで用いられる。
【００５７】
また、流入水質モデルの微分方程式の解法としては、ルンゲクッタ法以外の方法、例えばオイラー法や、差分法等を使用することができる。その他、一般解を算出する方法を用いてもよい。
【００５８】
また、管内水質変化予測部２８ａが管内水質変化予測値Ｃ2 を求めるモデルとして、以下の（１９）式〜（２３）式の使用が可能である。
【数５】
【００５９】
（２１）式は指数関数モデル、（２２）式は多粒子変換モデル、（２３）式は３次元の沈殿を示す偏微分方程式モデルである。（２３）式は、有限要素法、残差法等の解法により演算される。
【００６０】
その他 流入量演算部２３は、直接流量計で構成することも可能である。また、降雨量演算部２４は、地上雨量計２１のデータの他に、レーダ雨量計、レーダ雨量計と地上雨量計との組み合わせ、気象庁配信の降雨量データ等、種々の計測データを使用する態様が考えられる。さらに流入量予測部２６は、貯留関数法、ＲＲＬ法、メッシュ法等の既存の流出量予測モデルや、線形のＡＲＭＡＸ法等の使用が可能である。
【００６１】
次に、本発明の第２の実施の形態の雨水排水制御装置について図８及び図９を用いて説明する。図８は、第２の実施の形態の雨水排水制御装置の概略図である。
【００６２】
図８に示すように、本実施の形態の雨水排水制御装置４５は、スクリーン２、沈砂池３及びポンプ井４の代わりに雨水貯留管３０を有しており、下水管１は流入ゲート３１を介して管３３によって雨水貯留管３０に接続されている。制御部１２は、流入ゲート３１にも接続されている。制御部１２の流入水質予測部２７には、図９に示すように、ゲート開閉制御部３５が接続されている。
【００６３】
その他の構成は、図１及び図２に示す第１の実施の形態と同様の構成である。第２の実施の形態において、図１及び図２に示す第１の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６４】
本実施の形態のゲート開閉制御部３５は、流入水質予測部２７によって演算される流入水質予測値Ｃ1 と設定基準値ＣSV’とを比較して、Ｃ1 の値がＣSV’よりも小さい時（Ｃ1 ＜ＣSV’）は、流入ゲート３１を閉じ、Ｃ1 ≧ＣSV’の時は、流入ゲート３１を開く。
【００６５】
本実施の形態によれば、流入ゲート３１の開閉制御を容易に行うことができる。
【００６６】
その他、流入ゲート３１の制御は、流入水質予測部２７によって演算される流入水質予測値Ｃ1 に基づいて開度を制御したり、先行してゲートの開閉を制御する態様も可能である。
【００６７】
なお、開閉制御のための指標として、流入水質予測値Ｃ1 の他に、ＱとＣ1 の積算値である予測汚濁物量、Ｃ1 の変化値、Ｃ1 の積算値などが使用可能である。
【００６８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、雨水流入量情報を組み込んだ流入水質モデルを用いて、当該流入水質モデルと雨水流入量とから将来の流入水質を予測するため、メンテナンス等が困難な水質センサを設けなくても、安定した雨水排水制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の雨水排水制御装置の第１の実施の形態を示す概略図。
【図２】図１の制御部の構成を示す概略ブロック図。
【図３】堆積量のシミュレーション結果の一例を示す図。
【図４】流入水質予測値のシミュレーション結果の一例を示す図。
【図５】管内水質変化予測値のシミュレーション結果の一例を示す図。
【図６】図５のデータをスプライン補間した図。
【図７】図１の雨水排水制御部の作用を示すフロー図。
【図８】本発明の雨水排水制御装置の第２の実施の形態を示す概略図。
【図９】図８の制御部の構成を示す概略ブロック図。
【図１０】従来の雨水排水制御装置を示す概略図。
【図１１】図１０の制御装置の作用を示すフロー図。
【図１２】雨水流入量と水位との関係の一例を示す図。
【符号の説明】
１ 下水管
２ スクリーン
３ 沈砂池
４ ポンプ井
５ 水位計
７ ポンプ
８ 制御弁
９、１０、１１ 管
１２ 制御部
１３ 河川
１４ 最初沈殿池
２１ 地上雨量計
２３ 流入量演算部
２４ 降雨量演算部
２５ 降雨量予測部
２６ 流入量予測部
２７ 流入水質予測部
２８ 排水制御部
２８ａ 管内水質変化予測部
２８ｂ 雨水排水制御部
３０ 雨水貯留管
３１ 流入ゲート
３３ 管
３５ ゲート開閉制御部
【発明の属する技術分野】
本発明は、雨水が流入する下水道設備、例えば下水処理場、ポンプ場、雨水貯留管、雨水滞水池等において、水質センサを使用しなくても、河川、湖沼、海域等の公共水域での初期降雨汚濁（ファーストフラッシュ）を起こさないように常に良好な排水水質を維持できるような、下水道の雨水排水制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
雨水が流入する下水道設備として、下水処理場、ポンプ場、雨水貯留管、雨水滞水池等がある。下水処理場は、下水を浄化して公共水域に放流する役割を担い、ポンプ場は下水の運搬及び雨水排水の役割を担い、雨水貯留管や雨水滞水池は、主に浸水防止の役割を担っている。
【０００３】
近年、ポイント汚染源と言われている産業廃水処理設備においては、高度処理装置の整備が進み、それらの設備等から放流される水質は非常に良好になってきた。しかしながら、河川、湖沼、海域等の公共水域での水質は、以前と比べてほとんど改善されていない。この原因として、ポイント汚染源以外の汚染源であるノンポインド汚染源からの放流水質が改善されていない点が指摘されている。
【０００４】
ノンポインド汚染源としては、例えば、下水処理場における雨水流入排出時の簡易放流口及び直接放流口、ポンプ場における雨水排水時の放流口、その他、地下水や雨水排除水路等が挙げられる。
【０００５】
これらの汚染は、非雨天時に屋根、道路、雨水桝等に蓄積したゴミ、ヘドロ等の堆積物が、雨天時に洗い流されてこれらの設備に混入してくるために起こるものである。特に、降雨初期に多量の堆積物が流入して汚染を起こす現象は、初期降雨汚濁（ファーストフラッシュ）と呼ばれている。
【０００６】
また、雨水貯留管や雨水滞水池は、一時的に雨水流入水を貯留して放流、排水できる機能を有しており、貯留時に汚濁物を沈殿できるため、ノンポイント汚染源対策として期待されている設備である。しかしながら、その運用によっては、貯留時に汚濁物を除去できず、水質が悪い状態のまま放流を行う可能性もある。
【０００７】
このような下水道設備において、ファーストフラッシュを効果的に防止するため、下水道設備内に汚濁物の濃度を計測できる水質センサ、例えば濁度計を設置して、その濁度計の計測値を用いて汚濁物の公共水域への排水を制御する制御装置が提案されている。
【０００８】
従来の雨水排水制御装置の一例として、図１０に、下水処理場の雨水排水制御装置を示す。図１０において、５１は下水管、５２はスクリーン、５３は沈砂池、５４はポンプ井、５５は水位計、５６は濁度計、５７はポンプ、５８は制御弁、５９〜６１は管、６２は制御部、６３は河川、６４は最初沈殿池である。
【０００９】
図１０に示すように、下水管５１は、沈砂池５３の側壁部に接続されている。沈砂池５３は、下水管５１と対向する側でポンプ井５４に隣接している。スクリーン５２は、上方側がポンプ井５４側に倒れるような傾斜の形態で沈砂池５３内に立設されている。水位計５５及び濁度計５６は、それぞれポンプ井５４内に設置され、制御部６２に接続されている。管５９は、ポンプ井５４の底部近傍から延びており、ポンプ５７が設けられると共に、管６０及び管６１に分岐している。管６０は弁５８を介して河川６３に接続され、管６１は最初沈殿池６４に接続されている。ポンプ５７と弁５８は、それぞれ制御部６２に接続されている。
【００１０】
通常の非雨天時には、下水管５１内には下水のみが流れており、下水はスクリーン５２、沈砂池５３、ポンプ井５４を順次通過する。一方、水位計５５と濁度計５６の計測値に基づいて、制御部６２によりポンプ５７の運転と弁５８の開閉が制御される。
【００１１】
図１１に、ポンプ５７と弁５８の制御方法のフローチャートを示す。水位計５５の水位計測値Ｈと濁度計５６の計測値ＴＵとは、各々１分周期で計測される。また、Ｈ1 は設定下限水位、Ｈ2 は設定上限水位であり、ＴＵSVは濁度設定値である。濁度は非雨天時の濁度が約３００度で、ファーストフラッシュ時の濁度が約１０００度以上であるので、ＴＵSVは１０００度と設定されている。
【００１２】
水位Ｈが設定上限水位と設定下限水位との間にある時（例えば非雨天時もしくは小雨時）には、Ｈ1 ＜Ｈ＜Ｈ2 であるから、ＴＵの計測値がＴＵSVよりも小さい時（ＴＵ＜ＴＵSV）は、ポンプ５７をＯＮにすると共に弁５８を閉じて、下水を下水処理場内の最初沈殿池６４に排出する。
【００１３】
ＴＵ≧ＴＵSVの時は、ポンプ５７をＯＦＦにして弁８を閉じることにより、雨水中の汚濁物を沈殿分離することにする。さらに水位が上昇し、Ｈ≧Ｈ２となった時は、ポンプ５８をＯＮにして弁８を開き、最初沈殿池６４と河川６３との両方に下水を排出する。なお、Ｈ≦Ｈ１の時は、ＴＵの計測値に関係なく、ポンプ５７はＯＦＦであり弁５８は閉である。
【００１４】
また、図１１のアルゴリズムでは水位とＴＵの計測値とによってポンプのＯＮ−ＯＦＦを制御しているが、図１２のように、水位Ｈと流量Ｑとの関係式、いわゆるＱ−Ｈカーブに基づいて水位ＨからＱ値を算出し、このＱ値とポンプの揚水量との関係式を利用してポンプの流量を一定に制御する態様も実施されている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
図１０に示した従来の下水道の排水制御装置においては、次のような問題が発生している。
【００１６】
濁度計５６は、汚れの付着等により、真値はＴＵ＜ＴＵSVであるのに出力数値が常にＴＵ≧ＴＵSVになってしまう等、ＴＵ≧ＴＵSVの識別に誤動作が生じることがある。さらには、濁度計５６が故障して、数値を出力しなくなることもある。このような場合、弁５８の適切な開閉制御ができなくなり、汚濁物が沈殿分離していない状態で汚濁物を河川６３に排出したり、ポンプ５７や弁５８が適切に作動せず浸水を発生させるという問題が生じている。
【００１７】
濁度計５６を常に安定して動作させるためには、日常のメンテナンスが重要である。しかしながら、流入下水による悪臭ガスが存在し酸素不足である等、人間にとって非常に悪い環境に濁度計５６は設置されているので、メンテナンス作業が非常に困難であり、メンテナンスのコストも大であった。また、濁度計５６をサンプリング方式にして地上で測定する方法もあるが、この方式を採用する場合においても、サンプリングのための配管やポンプのメンテナンスが必要であり、同様の問題がある。
【００１８】
一方、本件発明者は、各種シミュレーション実験を試行して鋭意検討を繰り返すことにより、以下の知見を見いだした。
【００１９】
（１）水質予測モデルを流入量モデルと組み合わせることにより、貯留水の将来の水質を、量的センサのみで高精度に予測できる。
【００２０】
（２）流入量予測モデルの改良が進み、流入量予測の精度が向上したことにより、降雨時の流入量予測モデルを流入量モデルとして水質予測による制御の入力値として使用できる。
【００２１】
（３）これらのシミュレーションは、計算機能力の向上により、降雨時の短いスパン（数秒）にも迅速に対応することができ、実際上の制御に十分利用できる。
【００２２】
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、水質予測モデルを流入量モデルと組み合わせ、メンテナンス等が困難な水質センサを設けることなく、安定した雨水排水制御を行うことができる雨水排水制御装置を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、雨水流入量を入力する雨水流入量入力部と、水質予測モデルを有し、雨水流入量入力部から入力される雨水流入量と水質予測モデルとから将来の流入水質を予測する流入水質予測部と、雨水排水装置に設けられ、流入水質予測部が予測した将来の流入水質に基づいて雨水排水装置を制御する排水制御部と、を備え、水質予測モデルは、雨水流入量をＱ、管内の堆積物量をＳ、流出付加量をＬF 、パラメータをｋ、ｍ、ｎとして、流入水質Ｃ1 を、ｄＳ／ｄｔ＝ＬF −（ｋ・Ｓm ・Ｑn ）、Ｃ1 ＝（ｋ・Ｓm ・Ｑn-1 ）としてモデル化したものであることを特徴とする雨水排水制御装置である。
【００２４】
また本発明は、雨水流入量を入力する雨水流入量入力部と、水質予測モデルを有し、雨水流入量入力部から入力される雨水流入量と水質予測モデルとから将来の流入水質を予測する流入水質予測部と、雨水排水装置に設けられ、流入水質予測部が予測した将来の流入水質に基づいて雨水排水装置を制御する排水制御部と、を備え、水質予測モデルは、雨水流入量をＱ、パラメータをｋ、ｎとして、流入水質Ｃ1 を、Ｃ1 ＝ｋ・Ｑn としてモデル化したものであることを特徴とする雨水排水制御装置である。
【００２５】
本発明によれば、雨水流入量情報を組み込んだ水質予測モデルを用いて、当該水質予測モデルと雨水流入量とから将来の流入水質を予測するため、メンテナンス等が困難な水質センサを設けなくても、安定した雨水排水制御を行うことが可能となる。
【００２６】
【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。
【００２７】
図１は、本発明の第１の実施の形態による雨水排水制御装置を示す概略図である。図１に示すように、本発明の第１の実施の形態の雨水排水制御装置４０は、下水管１が沈砂池３の側壁部に接続されている。沈砂池３は、下水管１と対向する側でポンプ井４に隣接している。スクリーン２が、その上方側がポンプ井４側に倒れるような傾斜の形態で沈砂池３内に立設されている。
【００２８】
ポンプ井４内には水位計５が設置されており、水位計５は制御部１２に接続されている。ポンプ井４の底部近傍から管９が延びており、ポンプ７が設けられると共に、管１０及び管１１に分岐している。管１０は制御弁８を介して河川１３に接続され、管１１は最初沈殿池１４に接続されている。ポンプ７と弁８は、それぞれ制御部１２に接続されている。さらに地上雨量計２１が制御部１２に接続されている。
【００２９】
制御部１２について、図２を用いて説明する。図２に示すように、本実施の形態の制御部１２は、流入量演算部２３と降雨量演算部２４とを有している。流入量演算部２３は、水位計５の水位値Ｈを、Ｑ−Ｈカーブ（図１２参照）等により流入量Ｑに変換演算する回路によって構成されている。一方、降雨量演算部２４は、地上雨量計２１の雨量値を降雨量に演算する回路によって構成されている。
【００３０】
降雨量演算部２４は、降雨量予測部２５に接続されている。降雨量予測部２５は、降雨量演算部２４が演算した降雨量を入力値として、モデル同定等によって決定された非線形予測モデルにより、将来の降雨量を予測演算するようになっている。
【００３１】
流入量演算部２３と降雨量予測部２５とは、流入量予測部２６に接続されている。流入量予測部２６は、非線形のＢ１ｏｃｋ−ｏｒｉｅｎｔｅｄモデル（線形の伝達関数と非線形要素を任意の個数かつ任意の配置で組み合わせたもの）等を用いて、降雨量予測部２５により予測された降雨量の予測値と流入量演算部２３により演算された流入量とを入力値として、流入量予測値を演算する。
【００３２】
これらの流入量演算部２３、降雨量演算部２４、降雨量予測部２５及び流入量予測部２６の構成や内部のアルゴリズム式等は、特願平１０−２２４７６６号「雨水流入量予測装置及び雨水流入量予測方法」に記述されているものと同様である。特願平１０−２２４７６６号に記載されている内容は、ここで引用されることによって、本明細書に組込まれる。
【００３３】
さて、本実施の形態の制御装置１２は、流入量予測部２６にさらに流入水質予測部２７が接続されている。流入水質予測部２７は、流入量予測部２６により出力される予測流入量Ｑを入力値として、以下の（１）式と（２）式を用いて流入水質予測演算が行われる。
【数２】
【００３４】
これら両式によるシミュレーション結果を、図３及び図４に示す。雨水流入量が増加し、流入予測値Ｑが増加するに従って、堆積量Ｓが減少することがわかる。一方、Ｓが減少している時間においては、流入水質予測値Ｃ1 が増大し、Ｓの減少が停止するとＣ1 も雨水流入前のレベルに戻る。
【００３５】
また、流入量予測部２６と流入水質予測部２７とは、管内水質変化予測部２８ａ（管内水質予測部）に接続されている。管内水質変化予測部２８ａでは、流入水質予測値Ｃ1 と予測雨水流入量Ｑを入力値として、以下の（３）式の初期水質予測モデルと、（４）式のストークスの単粒子沈殿モデルと、（５）式の粒子通過モデルと、（６）式の粒径分布水質変化モデルと、を用いて管内水質変化予測値Ｃ2 を演算する。
【数３】
【００３６】
さらに、管内水質変化予測部２８ａには雨水排水制御部２８ｂが接続されており、これらが排水制御部２８を構成している。雨水排水制御部２９は、管内水質変化予測部２８での出力値Ｃ2 を入力値として、図７に示すアルゴリズムによりポンプ７と弁８のＯＮ−ＯＦＦ制御を実施するようになっている。
【００３７】
図７に示すように、水位計５の水位計測値Ｈの計測と管内水質変化予測値Ｃ2 の演算とは、各々１分周期で計測される。また、Ｈ1 は設定下限水位、Ｈ2 は設定上限水位であり、ＣSVは設定基準値である。
【００３８】
水位Ｈが設定上限水位と設定下限水位との間にある時（例えば非雨天時もしくは小雨時）には、Ｈ1 ＜Ｈ＜Ｈ2 であるから、Ｃ2 の値がＣSVよりも小さい時（Ｃ2 ＜ＣSV）は、ポンプ７をＯＮにすると共に弁８を閉じて、下水を下水処理場内の最初沈殿池１４に排出する。
【００３９】
Ｃ2 ≧ＣSVの時は、ポンプ７をＯＦＦにして弁８を閉じることにより、雨水中の汚濁物を沈殿分離することにする。さらに水位が上昇し、Ｈ≧Ｈ２となった時は、ポンプ８をＯＮにして弁８を開き、最初沈殿池１４と河川１３との両方に下水を排出する。なお、Ｈ≦Ｈ１の時は、Ｃ2 の計測値に関係なく、ポンプ７はＯＦＦであり弁８は閉である。
【００４０】
このような構成からなる雨水排水制御装置は、以下のように作用する。
【００４１】
通常の非雨天時には、下水管１内には下水のみが流れており、下水はスクリーン２、沈砂池３、ポンプ井４を順次通過する。一方、水位計５の計測値及び地上雨量計２１の雨量値に基づいて、制御部１２によりポンプ７の運転と弁８の開閉が制御される。
【００４２】
制御部１２は、まず流入量演算部２３が水位計５の水位値Ｈから流入量Ｑを演算し、降雨量演算部２４が地上雨量計２１の雨量値から降雨量を演算する。次に降雨量予測部２５が、降雨量演算部２４により演算された降雨量から将来の降雨量を予測演算する。
【００４３】
続いて流入量予測部２６が、非線形のＢ１ｏｃｋ−ｏｒｉｅｎｔｅｄモデル等を用いて流入量予測値を演算する。さらに流入水質予測部２７が、流入量予測部２６により出力される予測流入量Ｑを入力値として流入水質予測演算を行い、流入水質予測値Ｃ1 を演算する
図３及び図４に示すように、雨水流入量Ｑが増加するに従って、堆積量Ｓが減少する。一方、Ｓが減少している時間においては、流入水質予測値Ｃ1 が増大し、Ｓの減少が停止するとＣ1 も雨水流入前のレベルに戻る。
【００４４】
さらに管内水質変化予測部２８ａが、流入水質予測値Ｃ1 と予測流入量Ｑを入力値として、管内水質変化予測値Ｃ2 を演算する。その後、雨水排水制御部２８ｂが、管内水質変化予測部２８ａでの出力値Ｃ2 を入力値として、図７のアルゴリズムによりポンプ７と弁８のＯＮ−ＯＦＦ制御を実施する。
【００４５】
なお、図７のアルゴリズムでは、水位とＣ2 の値によってポンプのＯＮ−ＯＦＦを制御しているが、水位Ｈと流量Ｑとの関係式、いわゆるＱ−Ｈカーブ（図１２参照）によりＱを算出し、このＱ値とポンプの揚水量との関係式によって、ポンプの流量を一定に制御したり、ポンプ井４の水位を一定に制御したり、駆動するポンプの台数や出力についての制御を行ってもよい。
【００４６】
以上のように本実施の形態によれば、流入水質予測部２７の水質モデルとして、（１）式及び（２）式のようにパラメータの少ない堆積量を加味したモデルを用いたので、パラメータフィッティングが容易でかつ精度の高い流入水質予測が可能である。従って、ポンプ場、下水処理場、雨水滞水池、雨水貯留管等、流入する雨水を貯留する管とその雨水を排出するポンプを有する下水道設備において、濁度計やＵＶ計等の水質センサを使用しなくても、河川、湖沼、海域等の公共用水で初期降雨汚濁（ファーストフラッシュ）を起こさず常に良好な排水水質を維持できる。
【００４７】
また本実施の形態によれば、流入水質モデルの（１）式の解法としてルンゲクッタ法を利用しているので、容易にＳを導出することができる。
【００４８】
また本実施の形態によれば、管内水質変化予測部２８ａの水質モデルとして、ストークスモデル及び粒径分布を考慮した（３）式〜（６）式のようなシンプルな沈殿モデルを使用したので、数時間から数日先までの水質変化を、迅速かつ高精度に予測可能である。
【００４９】
また本実施の形態によれば、雨水排水制御部２８ｂは図７に示すアルゴリズムに従って作動するため、ポンプ７と弁８とがシンブルに制御され、ファーストフラッシュと浸水とを極めて簡便に抑制することができる。
【００５０】
また本実施の形態によれば、流入量演算部２６によって、水位計５のＨ値に基づいて容易に流量を演算することができる。
【００５１】
また本実施の形態によれば、地上雨量計２１の雨量データを用いているため、対象流域にとって最適の地上雨量データを選択すること等により、高精度の降雨量の演算が可能である。
【００５２】
さらに本実施の形態によれば、非線形のＢ１ｏｃｋ−ｏｒｉｅｎｔｅｄモデル等を用いて流入量予測を行っているので、多種の降雨に対応して高精度の流入量予測が可能である。
【００５３】
なお、本実施の形態においては、水質予測値として濁度に相当する流入水質予測値Ｃ1 及び管内水質変化予測値Ｃ2 を演算しているが、濁度以外の指標を演算（シミュレーション）することも可能である。
【００５４】
また、ＵＶ計によるＵＶ値を指標とすることもできる。また以下の指標も演算することができる。この場合、各指標と堆積物との相関式（モデル式及び各種パラメータ）が必要となる。ＢＯＤ、ＣＯＤ（Ｍｎ）、ＣＯＤ（Ｃｒ）、ＮＨ4 、ＴＮ、ＰＯ4 、ＴＰ、環境ホルモンは、ＵＶ値および濁度と相関があり、大腸菌群、有害微生物は、濁度と相関がある。
【００５５】
また、流入水質予測部２７が流入水質予測値Ｃ1 を求めるモデルとして、以下の（７）式〜（１８）式の使用が可能である。
【数４】
以上のモデル式は、（７）式と（８）式はそれぞれ単独で用いられるが、その他は（９）式＋（１０）式、（１１）式＋（１２）式、（１３）式＋（１４）式、（１５）式＋（１６）式、（１７）式＋（１８）式という組み合わせで用いられる。
【００５７】
また、流入水質モデルの微分方程式の解法としては、ルンゲクッタ法以外の方法、例えばオイラー法や、差分法等を使用することができる。その他、一般解を算出する方法を用いてもよい。
【００５８】
また、管内水質変化予測部２８ａが管内水質変化予測値Ｃ2 を求めるモデルとして、以下の（１９）式〜（２３）式の使用が可能である。
【数５】
（２１）式は指数関数モデル、（２２）式は多粒子変換モデル、（２３）式は３次元の沈殿を示す偏微分方程式モデルである。（２３）式は、有限要素法、残差法等の解法により演算される。
【００６０】
その他 流入量演算部２３は、直接流量計で構成することも可能である。また、降雨量演算部２４は、地上雨量計２１のデータの他に、レーダ雨量計、レーダ雨量計と地上雨量計との組み合わせ、気象庁配信の降雨量データ等、種々の計測データを使用する態様が考えられる。さらに流入量予測部２６は、貯留関数法、ＲＲＬ法、メッシュ法等の既存の流出量予測モデルや、線形のＡＲＭＡＸ法等の使用が可能である。
【００６１】
次に、本発明の第２の実施の形態の雨水排水制御装置について図８及び図９を用いて説明する。図８は、第２の実施の形態の雨水排水制御装置の概略図である。
【００６２】
図８に示すように、本実施の形態の雨水排水制御装置４５は、スクリーン２、沈砂池３及びポンプ井４の代わりに雨水貯留管３０を有しており、下水管１は流入ゲート３１を介して管３３によって雨水貯留管３０に接続されている。制御部１２は、流入ゲート３１にも接続されている。制御部１２の流入水質予測部２７には、図９に示すように、ゲート開閉制御部３５が接続されている。
【００６３】
その他の構成は、図１及び図２に示す第１の実施の形態と同様の構成である。第２の実施の形態において、図１及び図２に示す第１の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６４】
本実施の形態のゲート開閉制御部３５は、流入水質予測部２７によって演算される流入水質予測値Ｃ1 と設定基準値ＣSV’とを比較して、Ｃ1 の値がＣSV’よりも小さい時（Ｃ1 ＜ＣSV’）は、流入ゲート３１を閉じ、Ｃ1 ≧ＣSV’の時は、流入ゲート３１を開く。
【００６５】
本実施の形態によれば、流入ゲート３１の開閉制御を容易に行うことができる。
【００６６】
その他、流入ゲート３１の制御は、流入水質予測部２７によって演算される流入水質予測値Ｃ1 に基づいて開度を制御したり、先行してゲートの開閉を制御する態様も可能である。
【００６７】
なお、開閉制御のための指標として、流入水質予測値Ｃ1 の他に、ＱとＣ1 の積算値である予測汚濁物量、Ｃ1 の変化値、Ｃ1 の積算値などが使用可能である。
【００６８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、雨水流入量情報を組み込んだ流入水質モデルを用いて、当該流入水質モデルと雨水流入量とから将来の流入水質を予測するため、メンテナンス等が困難な水質センサを設けなくても、安定した雨水排水制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の雨水排水制御装置の第１の実施の形態を示す概略図。
【図２】図１の制御部の構成を示す概略ブロック図。
【図３】堆積量のシミュレーション結果の一例を示す図。
【図４】流入水質予測値のシミュレーション結果の一例を示す図。
【図５】管内水質変化予測値のシミュレーション結果の一例を示す図。
【図６】図５のデータをスプライン補間した図。
【図７】図１の雨水排水制御部の作用を示すフロー図。
【図８】本発明の雨水排水制御装置の第２の実施の形態を示す概略図。
【図９】図８の制御部の構成を示す概略ブロック図。
【図１０】従来の雨水排水制御装置を示す概略図。
【図１１】図１０の制御装置の作用を示すフロー図。
【図１２】雨水流入量と水位との関係の一例を示す図。
【符号の説明】
１ 下水管
２ スクリーン
３ 沈砂池
４ ポンプ井
５ 水位計
７ ポンプ
８ 制御弁
９、１０、１１ 管
１２ 制御部
１３ 河川
１４ 最初沈殿池
２１ 地上雨量計
２３ 流入量演算部
２４ 降雨量演算部
２５ 降雨量予測部
２６ 流入量予測部
２７ 流入水質予測部
２８ 排水制御部
２８ａ 管内水質変化予測部
２８ｂ 雨水排水制御部
３０ 雨水貯留管
３１ 流入ゲート
３３ 管
３５ ゲート開閉制御部
Claims (6)
- 雨水流入量を入力する雨水流入量入力部と、
水質予測モデルを有し、雨水流入量入力部から入力される雨水流入量と水質予測モデルとから将来の流入水質を予測する流入水質予測演算部と、
雨水排水装置に設けられ、流入水質予測部が予測した将来の流入水質に基づいて雨水排水装置を制御する排水制御部と、
を備え、
水質予測モデルは、雨水流入量をＱ、管内の堆積物量をＳ、晴天時流出負荷量をＬF 、パラメータをｋ、ｍ、ｎとして、流入水質Ｃ1 を、
ｄＳ／ｄｔ＝ＬF −（ｋ・Ｓm ・Ｑn ）
Ｃ1 ＝（ｋ・Ｓm ・Ｑn-1 ）
としてモデル化したものであることを特徴とする雨水排水制御装置。 - 雨水流入量を入力する雨水流入量入力部と、
水質予測モデルを有し、雨水流入量入力部から入力される雨水流入量と水質予測モデルとから将来の流入水質を予測する流入水質予測部と、
雨水排水装置に設けられ、流入水質予測部が予測した将来の流入水質に基づいて雨水排水装置を制御する排水制御部と、
を備え、
水質予測モデルは、雨水流入量をＱ、パラメータをｋ、ｎとして、流入水質Ｃ1 を、
Ｃ1 ＝ｋ・Ｑn
としてモデル化したものであることを特徴とする雨水排水制御装置。 - 流入水質予測部は、ルンゲクッタ法、オイラー法及び差分法のうちのいずれかを用いてｄＳ／ｄｔ＝ＬF −（ｋ・Ｓm ・Ｑn ）からＳを導出するようになっていることを特徴とする請求項１に記載の雨水排水制御装置。
- 排水制御部は、
水質変化モデルを有し、流入水質予測部が予測した将来の流入水質と水質変化モデルとから将来の管内水質を予測する管内水質予測部を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の雨水排水制御装置。 - 水質変化モデルは、初期水質をＣ0 、雨水流入量をＱ、流入水質をＣ1 、変化後の管内水質をＣ2 、初期水容積をＶ、各粒子の沈降速度をｖi 、重力加速度をｇ、各粒子の密度をρi 、水の密度をρ0 、各粒子の粒子径をｄi 、水の粘性定数をμ、各粒子が沈降する時間をｔi 、水位からの距離をｚj 、各粒子の水質分布率をＲi 、ｉ＝１、２、３…は粒径の大きい順として、管内水質Ｃ2 を、
- 雨水流入量入力部は、雨水流入量予測装置に接続されており、予測された雨水流入量が入力されるようになっていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の雨水排水制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04379699A JP3749800B2 (ja) | 1999-02-22 | 1999-02-22 | 下水道の雨水排水制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04379699A JP3749800B2 (ja) | 1999-02-22 | 1999-02-22 | 下水道の雨水排水制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000240576A JP2000240576A (ja) | 2000-09-05 |
| JP3749800B2 true JP3749800B2 (ja) | 2006-03-01 |
Family
ID=12673721
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04379699A Expired - Fee Related JP3749800B2 (ja) | 1999-02-22 | 1999-02-22 | 下水道の雨水排水制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3749800B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4728988B2 (ja) * | 2007-03-19 | 2011-07-20 | 株式会社東芝 | ポンプ制御装置 |
| JP5992738B2 (ja) * | 2012-06-28 | 2016-09-14 | タキロン株式会社 | 雨水貯溜配管構造 |
| KR101269806B1 (ko) * | 2012-11-08 | 2013-05-30 | 송성석 | 유량 및 시간경과에 따른 펌프 자동제어 시스템 |
| JP2021055373A (ja) * | 2019-09-30 | 2021-04-08 | 株式会社東芝 | 雨水ポンプ制御装置、雨水ポンプ制御方法、コンピュータプログラム、及び雨水排水処理システム |
| CN113917103B (zh) * | 2021-10-15 | 2023-05-19 | 贵州师范学院 | 可自动调节深度的多水质参数检测装置 |
-
1999
- 1999-02-22 JP JP04379699A patent/JP3749800B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000240576A (ja) | 2000-09-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Temprano et al. | Stormwater quality calibration by SWMM: A case study in Northern Spain | |
| JP4481920B2 (ja) | 雨水排水支援システム、雨水排水支援方法、および雨水排水制御システム | |
| Hoppe et al. | A real-time control strategy for separation of highly polluted storm water based on UV–Vis online measurements–from theory to operation | |
| KR101360154B1 (ko) | 기상정보 및 모의 산출 기반의 저류형 비점오염 저감 시스템 및 저류형 비점오염 저감 방법 | |
| Loucks et al. | Urban water systems | |
| JP3749800B2 (ja) | 下水道の雨水排水制御装置 | |
| JP4488970B2 (ja) | 合流式下水設備の運転管理システム | |
| Geerse et al. | Assessing the performance of urban drainage systems:general approach'applied to the city of Rotterdam | |
| JP4358101B2 (ja) | 下水流入水の水質予測方法及び雨水排水支援システム | |
| Carstensen et al. | Software sensors based on the grey-box modelling approach | |
| Ly | Water quality-based real time control of combined sewer systems | |
| Freni et al. | Urban water quality modelling: a parsimonious holistic approach for a complex real case study | |
| TWI310428B (en) | Rainwater draining support system, and rainwater draining support method | |
| Schlütter | Numerical modelling of sediment transport in combined sewer systems | |
| KR102080066B1 (ko) | 무단방류 감시 시스템 | |
| Field | EPA research in urban stormwater pollution control | |
| Bolognesi et al. | Can surface overflow rate predict particulate matter load capture for common urban drainage appurtenances? | |
| Marsalek et al. | Upgrading the North Toronto combined sewer overflow (CSO) storage and treatment facility | |
| JP2001042903A (ja) | 雨水排水制御装置 | |
| Saiyudthong | Effect of changes in pipe direction across surcharged manholes on dispersion and head loss. | |
| Qian et al. | Closed Drainage Systems | |
| Jörg et al. | Remotely controlled sewers | |
| Kaufman et al. | Conventional and Advanced Sewer Design Concepts for Dual Purpose Flood and Pollution Control: A Preliminary Case Study, Elizabeth, New Jersey | |
| Masse et al. | Long term pollution simulation in combined sewer networks | |
| Klepiszewski et al. | Removal efficiency of a combined sewer overflow tank with an added vortex separator in a combined sewer system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20051125 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20051205 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091209 Year of fee payment: 4 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |