JP4422446B2 - Water balance calculation device - Google Patents
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Description
本発明は、水収支算出装置に関する。 The present invention relates to a water balance calculation apparatus.
従来、ダムや貯水池等の貯水施設の検討には、タンクモデルに代表される集約型モデルによる降雨流出解析手法及び地下水の流動解析に主眼を置いた浸透流解析手法が用いられている(例えば、非特許文献1又は非特許文献2参照)。
一方、近年、貯水施設の建設においては、地形的・地質的にみて、必要となる貯水機能を確保するために技術的課題の多い地盤が増えつつあり、対象地盤の止水性評価や効果的な止水対策工法の選定を迅速かつ正確に行うことが求められている。そのためには、貯水施設へ流入する流入水量(地表水や地下水の涵養量等)と、対象地盤から貯水施設の下流側に流出する流出水量(浸透量等)の収支を定量的に把握して、その評価を行うという、対象地盤の貯水機能評価を行うことが重要である。 On the other hand, in recent years, in the construction of water storage facilities, there are an increasing number of grounds with many technical issues to ensure the necessary water storage function in terms of topography and geology. It is required to select the water stop countermeasure method quickly and accurately. For that purpose, the amount of inflow water flowing into the water storage facility (surface water and groundwater recharge amount, etc.) and the amount of outflow water flowing out from the target ground to the downstream side of the water storage facility (infiltration amount, etc.) must be quantitatively understood. It is important to evaluate the water storage function of the target ground, that is, to evaluate it.
しかし、前記手法では、三次元的な地質分布や貯水施設周辺の地形の影響を充分に考慮することはできず、過去に観測データ(河川流量や地下水位等の長期観測データ)が存在している、限られた地点に対してのみ適用できるに過ぎなかった。また、止水対策工法の実施や地表面の改変などによる施工条件の変化による貯水機能の変化を予測することができないため、定量的な指標に基づいて、貯水施設の止水対策工法の経済的評価を行う合理的な手法が確立していなかった。
さらに、降雨の貯水施設への直接流入や地形と地質による地下水涵養量の分布を同時かつ定量的に評価することができないことから、対象地盤における貯水機能評価を正確に行うことが難しかった。
However, with the above method, the three-dimensional geological distribution and the influence of the topography around the water storage facility cannot be fully considered, and observation data (long-term observation data such as river flow and groundwater level) exists in the past. It can only be applied to a limited number of locations. In addition, since it is not possible to predict changes in the water storage function due to changes in construction conditions due to implementation of the water stop measures method or modification of the ground surface, the economics of the water stop measures method for water storage facilities is based on quantitative indicators. A rational method for evaluation has not been established.
In addition, it is difficult to accurately evaluate the water storage function in the target ground because it is not possible to simultaneously and quantitatively evaluate the distribution of groundwater recharge due to topography and geology directly into the rainwater storage facility.
また、貯水機能評価を行うための各種データ(地形データ、地質データ、気象データ、水文データ等)が一元管理されていないため、データ収集及び解析用データの作成に時間がかかってしまうとともに、調査開始から着工までに長期間を要することが多く、その間に収集したデータが散逸してしまい、解析に支障が生じる場合があった。 In addition, since various data (topographic data, geological data, meteorological data, hydrological data, etc.) for evaluating the water storage function are not centrally managed, it takes time to collect data and create data for analysis. In many cases, it takes a long time from the start to the start of construction, and data collected during that time may be lost, which may hinder analysis.
本発明は、前記各問題点を解決することを目的とするものであり、水文域及び対象地盤の水の収支の算出を迅速かつ正確に行う水収支算出装置を提案することを課題とする。 The present invention has an object to solve the above respective problems, and aims to propose a hydrological area and water balance calculation apparatus for performing fast and accurate calculation of the balance of payments water target ground .
前記課題を解決するために、本発明の水収支算出装置は、有限要素法を用いて、貯水施設の水の収支を算出する装置であって、水系位置情報を含む3次元地形データと、地質分布データ、当該地質分布データに対応する地盤特性値データ及び地下水系位置データとを含み前記3次元地形データと関連づけられて記憶されている地盤性状データ群と、前記3次元地形データと関連づけられて記憶されている降雨量データを含む気象データ群と、を備えるデータベースと、各種条件の入力を要求する入力要求部と、前記データベースにおける前記3次元地形データから、前記貯水施設の上流流域を抽出して解析対象領域を決定する流域抽出手段と、前記抽出された解析対象領域の3次元地形データに、前記各種条件と、前記解析対象領域の地盤性状データ群とを組み込むことにより解析対象領域複合データ群を作成する解析対象領域複合データ群作成手段と、前記解析対象領域において、前記有限要素法により解析される複数の分割領域を作成する分割領域作成手段と、所定の初期条件及び境界条件の下で、前記解析対象領域複合データ群を用い前記有限要素法により、前記分割領域間において流入水量と流出水量から水収支の算出を行い、前記貯水施設における水の収支を算出する水収支算出手段と、を備え、前記各種条件には、評価対象領域を含む概略地域、前記貯水施設の概略位置、前記貯水施設の設計条件、止水対策工法の施工条件、解析条件が含まれており、前記流域抽出手段は、前記評価対象領域を小区域に分割し、前記小区域の傾斜方向を計算するとともに地表水の流下方向を計算し、下流側の小区域に流入する前記地表水の流下方向をさかのぼることで上流側の小区域を順次抽出することにより解析対象流域を抽出することを特徴とする。 In order to solve the above problems, a water balance calculation apparatus of the present invention is a device that calculates the water balance of a water storage facility using a finite element method, and includes three-dimensional landform data including water system position information, A ground property data group including distribution data, ground characteristic value data corresponding to the geological distribution data, and groundwater system position data, stored in association with the three-dimensional landform data, and associated with the three-dimensional landform data; A database comprising a meteorological data group including stored rainfall data, an input requesting unit for requesting input of various conditions, and extracting an upstream basin of the water storage facility from the three-dimensional terrain data in the database. determining the analysis target area Te and watershed extraction means, the three-dimensional topographical data of the extracted analysis target area, and the various conditions, soil properties of the analyzed area Analysis target region composite data group creation means for creating an analysis target region composite data group by incorporating a data group, and split region creation for creating a plurality of split regions analyzed by the finite element method in the analysis target region And a water balance is calculated from the inflow water amount and the outflow water amount between the divided regions by the finite element method using the analysis target region composite data group under predetermined initial conditions and boundary conditions, and the water storage facility and a water balance calculating means for calculating the balance of water in, the various conditions are schematic region, including the evaluation area, the approximate position of the water storage facilities, design conditions of the water storage facilities, construction of waterproofing measures method conditions, includes the analysis conditions, the basin extraction unit divides the evaluation object area into small sections, flows down the surface water with calculating the inclination direction of the subregion The direction was calculated, and extracts the analyzed basin by sequentially extracting subregions of the upstream side by going back the flow-down direction of the surface water flowing into subregions downstream.
ここで、水文域とは、河川、湖沼、地下水流等の自然界に存在するあらゆる水域や、貯水施設(ダム、貯水池等)、水路、池等の人工的に構築される水関連施設等あらゆる水域に関する水系及びその周辺の地盤や各種施設等を示す。
本発明によれば、水収支算出手段により、有限要素法を用いて、評価対象領域内での流入水量と流出水量から水収支の算出を行い、正確かつ簡易に、水文域の水収支評価を行うことが可能となる。従って、水域に応じて、施設の構築の要否の判定や、適切な施設の構築を行うための計画作成を効率的に支援することが可能となる。
Here, hydrological areas are all water areas such as rivers, lakes, groundwater flows, etc. that exist in nature, and water-related facilities such as water storage facilities (dams, reservoirs, etc.), waterways, ponds, etc. It shows the water system and the surrounding ground and various facilities.
According to the present invention, the water balance is calculated by the water balance calculation means from the inflow water amount and the outflow water amount in the evaluation target area using the finite element method, and the water balance evaluation of the hydrological area can be performed accurately and easily. Can be done. Therefore, according to the water area, it is possible to efficiently support the determination of the necessity of facility construction and the creation of a plan for constructing an appropriate facility.
また、前記水収支算出装置において、前記水収支算出手段は、地表水流の運動方程式と、地下水流の運動方程式と、前記各分割領域間において、降雨量と、隣接する前記分割領域間における地表水の純増量及び周辺地下水の純増量とが保存されることを示す地表水の質量保存式と、前記各分割領域間において、地下水涵養量と、隣接する前記分割領域間における地下水の純増量と地表水の純増量とが保存されることを示す地下水の質量保存式と、から構成される支配方程式について、有限要素法による数値解析を用いて繰り返し計算を行い、前記各分割領域間の前記地表水量と前記地下水量が所定の平衡状態となった場合において、その値をもって前記各分割領域における地表水量及び地下水量として決定することを特徴とする。 Further, in the water balance calculation device, the water balance calculation means includes a surface water flow equation of motion, a ground water flow equation of motion, a rainfall amount between each of the divided regions, and a surface water between the adjacent divided regions. The mass conservation formula of surface water indicating that the net increase in water and the net increase in the surrounding groundwater are preserved, and between each of the divided areas, the amount of groundwater recharge, the net increase in groundwater between the adjacent divided areas and the surface For the governing equation consisting of the groundwater mass conservation equation indicating that the net increase in water is preserved, the surface water amount between each of the divided regions is repeatedly calculated using numerical analysis by a finite element method. When the amount of groundwater reaches a predetermined equilibrium state, the value is determined as the surface water amount and the amount of groundwater in each of the divided regions.
ここで、地下水流は、地下水位より上部の不飽和地下水と、当該地下水位より下部の飽和地下水にわけて、別々の運動方程式を設定することが好ましい。 Here, the groundwater flow is preferably divided into unsaturated groundwater above the groundwater level and saturated groundwater below the groundwater level, and separate equations of motion are set.
本発明によれば、地表水流と地下水流とを統合して解析することができるため、より正確に水収支を算出することができる。 According to the present invention, the surface water flow and the groundwater flow can be integrated and analyzed, so that the water balance can be calculated more accurately.
本発明によれば、水収支算出手段により、有限要素法を用いて、分割領域間で流入水量と流出水量から水収支の算出を行い、貯水施設における貯水量を算出することで、正確かつ簡易に、貯水施設を構築する対象地盤の貯水性機能評価を行うことが可能となる。従って、対象地盤に応じて、適切な貯水施設の構築を行うための計画作成を効率的に支援することが可能となる。 According to the present invention, the water balance calculation means calculates the water balance from the inflow water amount and the outflow water amount between the divided regions using the finite element method, and calculates the water storage amount in the water storage facility. In addition, it is possible to evaluate the water storage function of the target ground for constructing the water storage facility. Therefore, it is possible to efficiently support the creation of a plan for constructing an appropriate water storage facility according to the target ground.
また、前記水収支算出装置において、前記入力要求部は、前記貯水施設の周辺で施工させる止水対策工法の施工領域及び前記止水対策工法の施工領域における改良された地盤特性値データを含む止水対策工法条件データの入力要求手段を備えており、前記解析対象領域複合データ作成手段は、前記入力要求手段により入力された前記止水対策工法条件データを前記解析対象地盤に組み込むことにより前記解析対象領域複合データを作成可能となるように構成されているものであってもよい。 Further, in the water balance calculation apparatus, the input request unit includes a stop area including a water stoppage construction method construction area to be constructed around the water storage facility and an improved ground characteristic value data in the water stoppage countermeasure construction area. Water analysis method condition data input request means is provided, and the analysis target area composite data creation means incorporates the water stop countermeasure method condition data input by the input request means into the analysis target ground. It may be configured such that the target area composite data can be created.
本発明によれば、貯水施設の構築場所に止水対策工法を行った場合の貯水施設における貯水量を算出することができるため、容易に止水対策工法の評価を行うことが可能となる。 According to the present invention, it is possible to calculate the amount of water stored in the water storage facility when the water stoppage countermeasure method is performed at the construction site of the water storage facility, so that it is possible to easily evaluate the water stoppage countermeasure method.
また、前記水収支算出装置において、前記入力要求部は、前記貯水施設の施工費用及び前記止水対策工法の施工費用の入力が可能となるように構成されており、前記水収支算出手段により算出された前記貯水施設における貯水量と、前記入力要求部により入力された前記貯水施設の施工費用及び前記止水対策工法の施工費用の少なくとも一方とから投資対効果指標を算出する投資対効果指標算出手段を備えるものであってもよい。 Further, in the water balance calculation apparatus, the input request unit is configured to be able to input a construction cost of the water storage facility and a construction cost of the water stoppage countermeasure method, and is calculated by the water balance calculation unit. The return-on-investment index calculation that calculates the return-on-investment index from at least one of the stored water amount in the stored water storage facility and the construction cost of the storage facility and the construction cost of the water stoppage countermeasure method input by the input request unit Means may be provided.
本発明によれば、算出された貯水施設における貯水量と、当該貯水施設の施工費用及び止水対策工法の施工費用の少なくとも一方から投資対効果指標を算出することができるため、当該投資対効果指標を対比することにより、容易に代替案の比較評価を行うことが可能となる。 According to the present invention, the return on investment can be calculated from at least one of the calculated amount of water stored in the storage facility, the construction cost of the storage facility, and the construction cost of the water stoppage countermeasure method. By comparing the indicators, it is possible to easily compare and evaluate alternatives.
さらに、前記水収支算出装置において、前記水収支算出手段により算出された水収支の算出結果を表示する解析結果表示手段を備えるものであってもよい。 Furthermore, the said water balance calculation apparatus may be provided with the analysis result display means which displays the calculation result of the water balance calculated by the said water balance calculation means.
本発明は、解析結果表示手段を備えているため、水収支算出手段により算出された水収支の算出結果と解析結果を画面上で視認して、容易にその判断等を行うことが可能となる。 Since the present invention is provided with the analysis result display means, the calculation result of the water balance and the analysis result calculated by the water balance calculation means can be visually recognized on the screen, and the determination can be easily performed. .
本発明の水収支算出装置を利用すれば、水文域の水収支の算出を迅速かつ正確に行うことが可能となる。 If the water balance calculation apparatus of the present invention is used, it becomes possible to quickly and accurately calculate the water balance of the hydrological region.
本発明の実施の一形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施の形態は、図3に示すように、複数の沢が合流してなる水域に貯水施設Dを構築する場合において、その貯水施設Dと貯水施設Dを構築する対象地盤の貯水機能評価に、本発明による水収支算出装置を使用した態様である。 An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the present embodiment, as shown in FIG. 3, in the case where the water storage facility D is constructed in a water area where a plurality of streams join, the water storage function of the target ground for constructing the water storage facility D and the water storage facility D It is the aspect which used the water balance calculation apparatus by this invention for evaluation.
<水収支算出装置の構成>
図1に示すように、本発明の水収支算出装置Tは、コンピュータから構成される装置本体1と、入力手段2と、出力手段3とを主要部として構成されている。
<Configuration of water balance calculation device>
As shown in FIG. 1, the water balance calculation apparatus T of the present invention is configured with an apparatus main body 1 constituted by a computer, an input means 2 and an output means 3 as main parts.
入力手段2は、装置本体1における入力要求部20から要求される各種操作に対する指示情報を入力する役割を果たし、キーボード2a、マウス2b及び記録媒体読込装置2c等を備えている。
また、出力手段3は、各種演算結果やデータ等を出力させるための役割を果たし、ディスプレイ3a、プリンタ3b及び記録媒体書込装置3c等を備えている。
The
The output means 3 serves to output various calculation results, data, and the like, and includes a
[装置本体]
装置本体1は、データベース10と、入力要求部20と、分析データ作成部30と、演算部40と、解析結果表示部50と、制御部60と、記憶部70と、を主要部としている。
[Device main unit]
The apparatus main body 1 includes a
(1)データベース
データベース10は、解析対象領域複合データを作成するための各種データ等を記憶する役割を果たすものであり、3次元地形情報データベース11と、地盤性状情報データベース12と、気象情報データベース13と、水文情報データベース14と、解析モデル情報データベース15と、を備えており、当該各データベースに記憶されているデータは、図示しないデータ管理手段を介して所望のデータを抽出可能となっている。
(1) Database The
[3次元地形情報データベース]
3次元地形情報データベース11は、広域(例えば、日本全土)における平面位置及び標高の情報(以下、「3次元地形情報」という場合がある)を有する電子地図データが記憶されている手段であり、河川、沢、湖沼、貯水施設等の水系の位置情報、道路網及び鉄道網等の位置情報、土地利用状況データ等も含まれている。
[3D terrain information database]
The three-dimensional
[地盤性状情報データベース]
地盤性状情報データベース12は、地質データ(各地点における地層厚データ(各地質に対応した各種地盤物性値データ(例えば、水理物性値である透水係数、貯留係数、空隙率、粗度係数、水浸透率等)を含む))、植生データ、並びに、所定の調査地点におけるボーリングデータ等の各種地盤性状に関するデータが3次元地形情報と関連づけられた状態で記憶されている手段である。
[Ground property information database]
The geological
なお、地質データは、3次元地形情報に関連づけて、表層部の地質構造(例えば、火山性堆積層、花崗岩層等)及び断層位置を表示した地質分布図が電子データ化(以下、「表層部地質データ」という)されているとともに、各地質構造の種別毎に地盤物性値データが関連づけられて格納されているものである。
また、植生データは、植生の種別(例えば、単純人工林、混交人工林、落葉広葉樹等)を表示した植生図が、3次元地形情報に関連づけられて電子データ化されているものである。
The geological data is related to the three-dimensional topographic information, and the geological distribution map that displays the geological structure of the surface layer (for example, volcanic sedimentary layer, granite layer, etc.) and fault location is converted into electronic data (hereinafter referred to as “surface layer” Geological data ”), and physical property value data is stored in association with each type of geological structure.
The vegetation data is a vegetation map that displays the type of vegetation (for example, a simple artificial forest, a mixed artificial forest, a deciduous broad-leaved tree, etc.) and is converted into electronic data in association with three-dimensional terrain information.
さらに、ボーリングデータは、所定の調査地点でボーリング調査を行った結果を電子データ化したものであり、3次元地形データの平面座標に関連づけられ、調査地点の深さ方向の地質構造のデータ((地層厚、地下水位、各種地盤物性値データ等)以下、「深さ方向地質データ」という)として格納されている。 Further, the boring data is obtained by converting the results of the boring survey at a predetermined survey point into electronic data. The borehole data is associated with the plane coordinates of the three-dimensional terrain data, and the geological structure data (( The stratum thickness, groundwater level, various physical property data, etc.) are hereinafter stored as “depth direction geological data”).
[気象情報データベース]
気象情報データベース13は、所定領域で区分された各地域の降雨量、気温、蒸発水量等の各種気象に関するデータ(以下「気象データ」という)が3次元地形情報と関連づけられた状態で記憶されている手段である。
[Meteorological information database]
The
[水文情報データベース]
水文情報データベース14は、各河川及び湖沼等に関する河川流量及び貯水量等の各種水文に関するデータが3次元地形情報と関連づけられて記憶されている手段である。
[Hydrologic Information Database]
The
[解析モデル情報データベース]
解析モデル情報データベース15は、後記水収支算出手段41で使用されるモデル式及び当該モデル式で使用される各種パラメータが記憶されている手段である。
[Analysis model information database]
The analysis
(2)入力要求部
入力要求部20は、操作者に対して各種の入力作業を要求する役割を果たすものであり、概略地域入力要求手段21と、貯水施設条件入力要求手段22と、止水対策工法条件入力要求手段23と、解析条件入力要求手段24と、操作入力要求手段25とを備えている。
(2) Input request unit The
[概略地域入力要求手段]
概略地域入力要求手段21は、評価対象領域を含む概略地域を広域の3次元地形情報から選択するための手段である。
この概略地域入力要求手段21は、図2に示すように、所定の縮尺で広域の3次元地形情報が表示されているディスプレイ3a上において、貯水施設Dの概略位置(例えば、都道府県の所定エリア)の入力を要求することになり、作業者が入力手段2を用いて画面上の位置を指示することによって、概略地域Maが決定され、当該画面上に表示されるように構成されている。
[Outline area input request means]
The approximate area input request means 21 is a means for selecting an approximate area including the evaluation target area from a wide range of three-dimensional terrain information.
As shown in FIG. 2, the approximate area
[貯水施設条件入力要求手段]
貯水施設条件入力要求手段22は、対象とする貯水施設Dの構築位置、構造条件及び施工費用等の貯水施設Dに関する各種設計条件等の入力を要求する手段である。
例えば、この貯水施設条件入力要求手段22は、図3に示すように、ディスプレイ3aに表示された概略地域Ma上において、貯水施設Dの構築位置の入力を要求することになり、作業者が入力手段2を用いて画面上の位置を指示することによってその構築位置が決定され、後記貯水施設条件設定手段33を介して、その3次元位置が貯水施設位置データとして認識されることになる。
[Water storage facility condition input request means]
The water storage facility condition
For example, the water storage facility condition input requesting means 22 requests the input of the construction location of the water storage facility D on the approximate area Ma displayed on the
また、この貯水施設条件入力要求手段22は、ディスプレイ3aに表示された操作画面上において、貯水施設Dの構造条件及び施工費用の入力を要求することになり、作業者が入力手段2を用いて、所定の情報を指示することによって、貯水施設条件設定手段33を介して記憶部70にデータが格納されることになる。
Further, the water storage facility condition input requesting means 22 requests the input of the structural condition and construction cost of the water storage facility D on the operation screen displayed on the
[止水対策工法条件入力要求手段]
止水対策工法条件入力要求手段23は、止水対策工法の施工領域及び当該止水対策工法の施工領域における改良された地質データ、施工費用等を含む、各種止水対策工法の施工条件等の入力を要求する手段である。
例えば、この止水対策工法条件入力要求手段23は、ディスプレイ3aに表示された解析対象地域Mb上において、止水対策工法の施工領域を要求することになり、作業者は、入力手段2を用いて画面上の位置を指示することによってその施工位置が決定され、後記止水対策工法条件設定手段34を介して、その3次元位置が認識されることになる。
[Water stop countermeasures construction condition input request means]
The water stop countermeasure method condition
For example, the water stoppage countermeasure method condition input requesting means 23 requests a construction area of the waterstop countermeasure method on the analysis target area Mb displayed on the
また、この止水対策工法条件入力要求手段23は、ディスプレイ3aに表示された操作画面上において、止水対策工法の施工領域における改良後の地盤特性値データ、施工費用等の入力を要求することになり、作業者は、入力手段2を用いて、所定の情報を指示することによって、後記止水対策工法条件設定手段34を介して記憶部70にデータが格納されることになる。
In addition, the water stop countermeasure method condition input requesting means 23 requests input of improved ground characteristic value data, construction cost, etc. in the construction area of the water stop countermeasure method on the operation screen displayed on the
[解析条件入力要求手段]
解析条件入力要求手段24は、有限要素法(以下、「FEM」という)により水収支の算出を行うために必要となる各種の解析条件の入力を要求する手段である。
この解析条件入力要求手段24は、ディスプレイ3aに表示された操作画面上において、分割領域のメッシュ総数、FEMを実施する際の初期条件、境界条件及び分割領域数など解析に必要な各種条件の入力を要求することになり、作業者は、入力手段2を用いて、所定の情報を指示することによって、後記解析条件設定手段37を介して記憶部70にデータが格納されることになる。
[Analysis condition input request means]
The analysis condition input request means 24 is a means for requesting input of various analysis conditions necessary for calculating a water balance by a finite element method (hereinafter referred to as “FEM”).
This analysis condition input request means 24 inputs various conditions necessary for the analysis such as the total number of meshes of the divided areas, the initial conditions when performing FEM, the boundary conditions, and the number of divided areas on the operation screen displayed on the
また、操作入力要求手段25は、作業者に、装置全体の各種操作を要求する役割を果たすための要素である。
The operation
(3)分析データ作成部
分析データ作成部30は、流域抽出手段31と、地質分布作成手段32と、貯水施設条件設定手段33と、止水対策工法条件設定手段34と、解析対象領域複合データ群作成手段35と、分割領域作成手段36と、解析条件設定手段37と、を備えている。
(3) Analysis data creation unit The analysis
[流域抽出手段]
流域抽出手段31は、3次元地形情報データベース11に記憶されている広域の3次元地形情報から、貯水施設Dの上流流域を抽出して解析対象領域Mbを決定する手段である。この流域抽出手段31は、以下の作業を行うことができるように構成されている。すなわち、評価対象領域を小区域(例えば50m角、以下「セル」という)に分ける。次に、3次元地形情報データベース11に格納している標高データから各セルの傾斜方向を計算し、地表水の流下方向を計算する。下流側の流出セル(作業者が任意に選択)から上流側のセルを順次抽出することにより上流側の流域である解析対象流域Mbを抽出する。また、各セルの上流側にあるセルの累積数がある閾値以上の値のものを抽出することにより水系図を得ることができるように構成されている(図4参照)。
[Watershed extraction means]
The basin extraction means 31 is a means for extracting the upstream basin of the water storage facility D from the wide-area three-dimensional terrain information stored in the three-dimensional
なお、貯水施設Dの3次元位置座標は、後記貯水施設条件設定手段33により解析可能なデータに変換されて認識されることになる。また、分水境界で囲まれた領域は、標高データを主な指標として、貯水施設Dよりも標高が高い領域を抽出することにより、解析対象領域Mbを決定するものである。 The three-dimensional position coordinates of the water storage facility D are recognized by being converted into data that can be analyzed by the water storage facility condition setting means 33 described later. In addition, the region surrounded by the water diversion boundary is to determine the analysis target region Mb by extracting a region having an elevation higher than that of the water storage facility D using elevation data as a main index.
[地質分布作成手段]
地質分布作成手段32は、必要に応じて、地盤性状情報データベース12に格納されている地質データとボーリングデータとを用いて、解析対象領域Mbにおける深さ方向の3次元地層分布データを修正して、より正確な3次元地層分布データを作成する手段である。
[Geological distribution creation means]
The geological distribution creation means 32 modifies the three-dimensional geological distribution data in the depth direction in the analysis target region Mb using the geological data and the boring data stored in the ground
この地質分布作成手段32は、地盤性状情報データベース12に記憶されている地質データにおける各点の地層厚データと、所定の各調査地点におけるボーリングデータである深さ方向の地質データから、地質統計手法などを用いて、任意の地点における地層厚を推定することができるように構成されている。地質統計手法は、種々の公知の方法を用いることができるが、例えば、隣接する各ボーリング調査の調査点における地層厚から任意の点の地層厚を内挿補間する方法であるクリッキング法を用いることができる。また、近傍にボーリング調査等による地質データがない場合は、格子状の仮想のボーリングを配置し、想定される地層深度を入力することにより、地質境界を3次元的に構成することもできる。
このようにして推定された各地点における地層厚データは、3次元の電子地図データとして、記憶部70に記憶されることになる。
This geological distribution creation means 32 is a geological statistical method based on the geological thickness data of each point in the geological data stored in the ground
The formation thickness data estimated at each point in this way is stored in the
[貯水施設条件設定手段]
貯水施設条件設定手段33は、貯水施設Dの各種設計条件等を設定するための手段であり、貯水施設条件入力要求手段22の要求により、入力手段2を介してディスプレイ3a上で入力された貯水施設Dの3次元位置を3次元地形情報に対応するデータとして認識させるとともに、貯水施設Dの構造条件と、施工費用を関連づけて、記憶部70に記憶させることができるように構成されている。
[Water storage facility condition setting means]
The water storage facility condition setting means 33 is a means for setting various design conditions and the like of the water storage facility D. The water storage facility input on the
[止水対策工法条件設定手段]
止水対策工法条件設定手段34は、止水対策工法の各種施工条件等を設定するための手段であり、止水対策工法条件入力要求手段23の要求により、入力手段2を介してディスプレイ3a上で入力された止水対策工法を行う領域を3次元地形情報に対応するデータとして認識させるとともに、止水対策工法の施工領域における改良後の地質データ及び施工費用等を関連づけて、記憶部70に記憶させることができるように構成されている。
[Construction method setting method for water stop measures]
The water stop countermeasure method condition setting means 34 is a means for setting various construction conditions and the like of the water stop countermeasure method, and on the
[解析対象領域複合データ群作成手段]
解析対象領域複合データ群作成手段35は、抽出された解析対象領域Mbの3次元地形情報のデータに、当該3次元地形情報に合致するように、解析対象領域Mbの各地点における地質データと、貯水施設位置データ群と、気象データ群とを結合させることにより、解析対象領域複合データ群を作成し、記憶部70に記憶させるための手段である。
[Analysis target area composite data group creation means]
The analysis target region composite data group creation means 35 adds the geological data at each point of the analysis target region Mb to the data of the extracted three-dimensional landform information of the analysis target region Mb so as to match the three-dimensional landform information. This is a means for creating an analysis target region composite data group by combining the water storage facility position data group and the meteorological data group and storing them in the
[分割領域作成手段]
分割領域作成手段36は、解析対象領域Mbにおいて、FEMの解析対象である分割領域を作成する手段である。
この分割領域作成手段36は、予め定められている分割領域寸法(若しくは、総分割数)となるように、解析対象領域Mbを、平面方向及び高さ方向について、同寸法の網目状微小領域である3次元の分割領域(メッシュ)に分割し、各分割領域の3次元位置座標の境界値が設定されて、記憶部70に記憶させることができるように構成されている。(図5参照)
[Division area creation means]
The divided area creating means 36 is a means for creating a divided area that is an FEM analysis target in the analysis target area Mb.
The divided region creating means 36 is configured to make the analysis target region Mb a mesh-like minute region having the same size in the plane direction and the height direction so as to have a predetermined divided region size (or total number of divisions). It is configured so that it can be divided into certain three-dimensional divided areas (mesh), and boundary values of the three-dimensional position coordinates of each divided area can be set and stored in the
[解析条件設定手段]
解析条件設定手段37は、FEMによる水収支の解析を行う解析条件(初期条件、境界条件等)を設定するための手段であり、解析条件入力要求手段24の要求により、入力手段2を介してディスプレイ3a上で入力された解析条件を解析可能なデータに変換させて認識させ、記憶部70に記憶させることができるように構成されている。
入力される境界条件、初期条件は、各分割領域における経時的な降雨量分布、境界水位、流量境界(不透水境界含む)、初期地表水位、初期地下水位、である。
[Analysis condition setting means]
The analysis condition setting means 37 is a means for setting analysis conditions (initial conditions, boundary conditions, etc.) for analyzing the water balance by FEM, and through the input means 2 at the request of the analysis condition input request means 24. The analysis condition input on the
The input boundary conditions and initial conditions are the rainfall distribution over time, the boundary water level, the flow boundary (including the impervious boundary), the initial surface water level, and the initial groundwater level in each divided area.
(4)演算部
演算部40は、水収支算出手段41と、投資対効果指標算出手段42とを備えている。
(4) Calculation Unit The
[水収支算出手段]
水収支算出手段41は、FEMを用い、各分割領域間の相互の地表水及び地下水の流入量と流出量を求め、貯水施設Dの貯水量及び漏水量を算出する手段である。
[Water balance calculation means]
The water balance calculation means 41 is means for calculating the amount of stored water and the amount of water leakage of the water storage facility D by obtaining the inflow and outflow amounts of surface water and groundwater between the divided areas using FEM.
図6は支配方程式の考え方をモデル化した概念図であり、分割領域における代表点を模式的に示したものであり、地表面GLを流れる地表水と、地表面GL以下を流れる地下水と、降雨R等との関係を示している。
当該モデルでは、降雨Rが、地表に到達して地表面を流れる地表水の流れ(以下「地表水流」という)Wと、地中に浸透して地中を流れる地下水の流れ(以下「地下水流」という)GWとに分割されるものとした。さらに、地下水流GWは、地下水位GWLより上部では、パイプ要素Pを介して地表水から地下水への流入と地下水から地表水への流出をする2次元的な流れ(不飽和地下水流)GW1とし、地下水位GWLより下部では、ソリッド要素Sの地層全般に地下水が浸透する3次元的な流れ(飽和地下水流)GW2としてモデル化した。
前記水収支算出手段41は、地表水流Wと、地下水流GWを統合して、その水収支を算出することができるようになっており、地表水流Wの運動方程式と、地下水流GWの運動方程式と、地表水と地下水相互間の水のやりとりを考慮した質量保存式から構成される支配方程式について、各分割領域間で有限要素法による数値解析を用いて繰り返し計算を行うことができるように構成されている(図6参照)。
FIG. 6 is a conceptual diagram that models the concept of the governing equation, schematically showing representative points in the divided areas, surface water flowing on the ground surface GL, ground water flowing below the ground surface GL, and rainfall. The relationship with R etc. is shown.
In this model, the rainfall R reaches the ground surface and flows over the ground surface (hereinafter referred to as “surface water flow”) W, and the groundwater flow that penetrates the ground and flows through the ground (hereinafter referred to as “groundwater flow”). ”) And GW. Furthermore, the groundwater flow GW is a two-dimensional flow (unsaturated groundwater flow) GW1 that flows from the surface water to the groundwater through the pipe element P and flows from the groundwater to the surface water above the groundwater level GWL. Below the groundwater level GWL, it was modeled as a three-dimensional flow (saturated groundwater flow) GW2 in which groundwater penetrates the entire formation of the solid element S.
The water balance calculating means 41 can calculate the water balance by integrating the surface water flow W and the ground water flow GW, and the equation of motion of the surface water flow W and the equation of motion of the ground water flow GW. And a governing equation consisting of a mass conservation equation that considers the exchange of water between surface water and groundwater, so that it can be repeatedly calculated between each divided region using numerical analysis by the finite element method (See FIG. 6).
地表水流Wとしては、地表面、河川、沢等の水流を考え、その運動方程式は、開水路流れに対するマニングの式、Chezy公式、或いは、Darcy−Weiswach式等を用いることができ、本実施形態ではマニングの式(a)を用いている。 As the surface water flow W, a water flow such as a ground surface, a river, and a swamp is considered, and the equation of motion can be Manning's formula for an open channel flow, Chezy formula, or Darcy-Weissach formula, and the like. Then, Manning's equation (a) is used.
一方、地下水流GWは、地下水位GWLより上部の不飽和地下水と、当該地下水位GWLより下部の飽和地下水に分けて、別々の運動方程式を設定している。
本実施形態では、飽和部および不飽和部の地下流の運動方程式として、浸透量が透水係数とポテンシャル勾配に比例するというダルシーの式(b)を用いている。なお、不飽和部の透水係数は、地盤の飽和度(体積含水率)の関数と考える。
On the other hand, the groundwater flow GW is divided into unsaturated groundwater above the groundwater level GWL and saturated groundwater below the groundwater level GWL, and sets separate equations of motion.
In this embodiment, Darcy's equation (b) that the infiltration amount is proportional to the hydraulic conductivity and the potential gradient is used as the ground-downstream motion equation of the saturated portion and the unsaturated portion. Note that the hydraulic conductivity of the unsaturated part is considered as a function of the degree of soil saturation (volumetric water content).
そして、質量保存式(c)、(d)は、基本的には、サンブナン方程式を用い、降雨量R、地表水流W及び地下水流GWのやりとりを考慮して定式化されている。
地表水の質量保存式
降雨量+[地表面における地表水の流入量−地表面における地表水の流出量](地表水の純増量)+[地表水から地下水への流入量−地下水から地表水への流出量](地下水の純増量)=一定 (c)
The mass conservation equations (c) and (d) are basically formulated using the Saint-Bennan equation and taking into account the exchange of rainfall R, surface water flow W and groundwater flow GW.
Preservation of mass of surface water Rainfall + [Inflow of surface water on the ground surface-Outflow of surface water on the ground surface] (Net increase of surface water) + [Inflow of surface water into groundwater-Groundwater to surface water Outflow] (net increase in groundwater) = constant (c)
不飽和地下水(飽和地下水)の質量保存式
地下水涵養量+[地表水から地下水への流入量−地下水から地表水の流出量](地表水の純増量)+[地中における地下水の流入量−地中における地下水の流出量](地下水の純増量)=一定 (d)
Mass conservation formula of unsaturated groundwater (saturated groundwater) Groundwater recharge + [Inflow from surface water to groundwater-Outflow from surface water to groundwater] (Net increase in surface water) + [Inflow of groundwater in the ground- Groundwater runoff in the ground] (net increase in groundwater) = constant (d)
なお、地表水から地下水への流入量WI又は地下水から地表水の流出量WOは、地表水と地下水のポテンシャル差と流入・流出係数の積として式(e)により定式化される。 The inflow amount WI from the surface water to the groundwater or the outflow amount WO from the groundwater to the surface water is formulated by the equation (e) as the product of the potential difference between the surface water and the groundwater and the inflow / outflow coefficient.
そして、水収支算出手段41は、前記境界条件、初期条件を満足するように、公知のFEM(例えば、重み付き残差法の一つであるガラーキン法によるFEM等)を用いて数値解析を行い、前記各分割領域間の前記地表水量と前記地下水量が所定の平衡状態となった場合において、その値をもって前記各分割領域における地表水量W及び地下水量GWとして決定することができるように構成されている。 Then, the water balance calculating means 41 performs numerical analysis using a known FEM (for example, FEM by the Galerkin method which is one of the weighted residual methods) so as to satisfy the boundary condition and the initial condition. When the surface water amount and the groundwater amount between the divided regions are in a predetermined equilibrium state, the values can be determined as the surface water amount W and the groundwater amount GW in the divided regions. ing.
そして、貯水施設Dに対応する総ての分割領域について、地表水量Wの総和及び地下水の流出量の総和(漏水量に対応)を算出することができるようになっている。
なお、その他の演算結果として得られるのは、地表水位、地表水の流速ベクトル、河川水位、河川流量、地下水涵養量、飽和度等である。
Then, for all the divided areas corresponding to the water storage facility D, the sum of the surface water amount W and the sum of the groundwater outflow amounts (corresponding to the amount of water leakage) can be calculated.
Other calculation results include surface water level, surface water velocity vector, river water level, river flow, groundwater recharge, saturation, and the like.
[投資対効果指標算出手段]
投資対効果指標算出手段42は、水収支算出手段41により算出された複数ケースの貯水量等の算出結果と、貯水施設Dの施工費用又は貯水施設Dの周辺地盤に止水対策工法を行った場合にはその施工費用から投資対効果指標を算出する手段である。
投資対効果指標としては、種々の指標を算出することができるが、例えば、下式(f)及び(g)に示すように、基準となる標準的な貯水施設Dを構築(又は、止水対策工施工)した場合(以下、「基準ケース」という場合がある)の貯水施設Dからの漏水量と、比較対照を行う際の貯水施設Dを構築(又は、止水対策工施工)した場合(以下、「比較ケース」という場合がある)の貯水施設Dからの漏水量を、各種の施工費用で除した指標等を用いることができ、投資対効果指標算出手段42は、これらの各種指標を算出することができるように構成されている。
[Investment effect index calculation means]
The return-on-investment index calculation means 42 performed the water stoppage countermeasure method on the calculation result of the water storage amount of the plurality of cases calculated by the water balance calculation means 41 and the construction cost of the water storage facility D or the surrounding ground of the water storage facility D. In some cases, it is a means for calculating an investment return index from the construction cost.
Various indicators can be calculated as the return-on-investment indicators. For example, as shown in the following formulas (f) and (g), a standard water storage facility D as a reference is constructed (or stopped) In the case of construction (or water stoppage construction) of the amount of water leakage from the water storage facility D in the case of countermeasure construction (hereinafter sometimes referred to as “reference case”) and the water storage facility D for comparison and comparison An index obtained by dividing the amount of water leakage from the water storage facility D (hereinafter sometimes referred to as a “comparison case”) by various construction costs can be used. It is comprised so that can be calculated.
貯水施設投資対効果指標
=(比較ケース漏水量−基準ケース漏水量)×基準貯水施設施工費用
/(基準ケース漏水量×対象貯水施設施工費用)×100(%) (f)
止水工法投資対効果指標
=(比較ケース漏水量−基準ケース漏水量)×基準ケース止水工法施工費用
/(基準ケース漏水量×対象ケース止水工法施工費用)×100(%) (g)
Investment index for investment in water storage facilities = (Comparison case water leakage-Reference case water leakage) x Reference water storage facility construction cost / (Standard case water leakage x Target storage facility construction cost) x 100 (%) (f)
Water stoppage method investment return index = (Comparison case water leakage-Reference case water leakage amount) x Reference case water stoppage construction cost / (Reference case water leakage x Target case water stoppage construction cost) x 100 (%) (g)
(5)解析結果表示部
解析結果表示部50は、水収支算出手段41により算出された水収支の算出結果(例えば、算出された地表水や地下水の流れ等)、記憶部70に記憶されている各種データ、解析対象領域複合データ群における3次元地形情報の所定項目のデータ(地形図、鳥瞰図、地層厚分布等)及び分割領域の分布、を出力手段3に表示させる手段である。
この解析結果表示部50は、解析対象領域を示す出力原図上にその位置関係に対応づけて、各種データを表示させることができるように構成されている。
(5) Analysis result display unit The analysis
The analysis
(6)その他
装置本体1は、各手段(入力手段2及び出力手段3も含む)を制御するための制御部60と、解析対象領域複合データ及び演算結果等を記憶するための記憶部70とを備えている。
(6) Others The apparatus main body 1 includes a
<水収支算出装置の使用方法>
本発明の水収支算出装置Tの動作について、図7を参照して説明する。
<How to use the water balance calculation device>
The operation of the water balance calculation apparatus T of the present invention will be described with reference to FIG.
[概略地域入力S1]
水収支算出装置Tを起動させると、図2に示すような広域の3次元地形情報Mがディスプレイ3aに表示されるとともに、操作者に対して、概略地域入力要求手段21が解析を行う概略地域Maの入力を要求する。操作者は、ディスプレイ3a上において、入力手段2により所望の位置を指示する作業を行うと、入力信号が受信されることで概略地域Maが決定されて、図3のように当該ディスプレイ3a上に表示される。
[Outline area input S1]
When the water balance calculation device T is activated, a wide area three-dimensional landform information M as shown in FIG. 2 is displayed on the
[貯水施設位置入力S2]
続いて、貯水施設条件入力要求手段22が、貯水施設Dの位置の入力を要求するため、操作者は、ディスプレイ3aに表示された概略地域Ma上において、入力手段2により所望の位置を指示する。すると、入力信号が受信されて貯水施設条件設定手段33により、入力された貯水施設Dの3次元位置が地図データ上の位置として認識されるともに、その位置が概略地域Ma上に表示される(図4参照)。
[Water storage facility position input S2]
Subsequently, since the water storage facility condition input requesting means 22 requests the input of the position of the water storage facility D, the operator instructs the desired position by the input means 2 on the approximate area Ma displayed on the
[貯水施設等の構造入力S3]
また、貯水施設条件入力要求手段22が貯水施設Dの構造条件及び施工費用の入力を要求するため、操作者は、入力手段2により各データを入力する。すると、入力信号が受信されて貯水施設条件設定手段33により、入力された貯水施設Dの構造が解析対象領域Mb内のデータとして認識されるともに、その構造物が概略地域Ma上に表示される(図4参照)。
[Structure input S3 for water storage facilities, etc.]
Further, since the water storage facility condition input requesting means 22 requests the input of the structural condition and construction cost of the water storage facility D, the operator inputs each data by the input means 2. Then, the input signal is received, and the structure of the input water storage facility D is recognized as data in the analysis target area Mb by the water storage facility condition setting means 33, and the structure is displayed on the approximate area Ma. (See FIG. 4).
続いて、止水対策工法条件入力要求手段23が、止水対策工法の有無、施工領域及び当該止水対策工法の施工領域における改良された地質データ、施工費用等を含む、各種止水対策工法の施工条件等の入力を要求するため、入力手段2により各データを入力する。すると、入力信号が受信されて止水対策工法条件設定手段34により、入力された貯水施設Dの構造が解析対象領域Mb内のデータとして認識されるともに、その構造が概略地域Ma上に表示される。
Subsequently, the water stop countermeasure method condition
[解析対象領域決定S4]
そして、流域抽出手段31が、3次元地形情報データベース11に記憶されている3次元地形情報Mから、位置が特定された前記貯水施設Dに流入する総ての河川を抽出し、当該貯水施設Dの上流であり、前記各河川に流れ込む分水境界で囲まれた領域を抽出することにより、解析対象領域Mbが決定される。
[Analysis Target Area Determination S4]
Then, the basin extraction means 31 extracts all the rivers flowing into the water storage facility D whose position is specified from the three-dimensional landform information M stored in the three-dimensional
続いて、解析対象領域複合データ群作成手段35が作動して抽出された解析対象領域Mbの3次元地形情報のデータについて、地質データ、貯水施設条件データ、気象データ等を結合し、解析対象領域複合データ群を作成し、記憶部70に記憶させる。
Subsequently, the geological data, the water storage facility condition data, the meteorological data, etc. are combined with the three-dimensional topographic information data of the analysis target region Mb extracted by the analysis target region composite data group creation means 35 operating, A composite data group is created and stored in the
[解析条件入力S5]
続いて、分割領域作成手段36が、予め定められているメッシュ寸法及び分割領域総数となるように、解析対象領域Mbを、平面方向及び高さ方向について、3次元の分割領域に分割する。(図5参照)
[Analysis condition input S5]
Subsequently, the divided
そして、解析条件入力要求手段24の要求により、入力手段2を介してディスプレイ3a上で所定の初期条件及び境界条件(各分割領域における系時的な降雨量分布R、初期地表水位WL及び初期地下水位GWL、初期地表水量及び初期地中水量)を入力すると、解析条件設定手段37によりその値が認識され、水収支算出部41に受け渡される。
Then, in response to a request from the analysis condition
[FEM解析S6及び解析結果表示S8]
そして、水収支算出手段41が、FEMによって、前記各分割領域間の相互の地表水流W及び地下水流GW、地表水から地下水への流入量WI及び地下水から地表水への流出量WOを求め、貯水施設Dの貯水量及び漏水量を算出するとともに、解析結果表示部50の動作により、ディスプレイ3aにその結果が表示される。
[FEM analysis S6 and analysis result display S8]
Then, the water balance calculation means 41 obtains the mutual surface water flow W and groundwater flow GW, the inflow amount WI from the surface water to the groundwater and the outflow amount WO from the groundwater to the surface water by the FEM, While calculating the amount of water storage and the amount of water leakage of the water storage facility D, the operation result of the analysis
[貯水施設投資対効果指標等算出S7及び解析結果表示S8]
さらに、投資対効果指標算出手段42が、水収支算出手段41により算出された貯水量及び漏水量と、貯水施設Dの施工費用等から貯水施設投資対効果指標を算出して、解析結果表示部50の動作により、ディスプレイ3aにその結果が表示されることになる。
また、止水対策工法を行った場合には、投資対効果指標算出手段42が、水収支算出手段41により算出された貯水量と、止水対策工法の施工費用から止水工法投資対効果指標を算出して、解析結果表示部50の動作により、ディスプレイ3aにその結果が表示されることになる。
[Calculation S7 for water storage facility investment effect indicators and analysis result display S8]
Further, the return-on-investment index calculation means 42 calculates the return-on-investment return on investment index from the water storage amount and leakage amount calculated by the water balance calculation means 41 and the construction cost of the water storage facility D, and the analysis result display unit The result of 50 is displayed on the
In addition, when the water stoppage countermeasure construction method is performed, the investment return effect index calculation means 42 calculates the water stoppage construction method investment return effect index from the water storage amount calculated by the water balance calculation means 41 and the construction cost of the water stoppage countermeasure construction method. And the result is displayed on the
このとき、貯水施設Dの構築位置や、貯水施設Dの構造を選択して、前記と同様の一連の処理を行い、投資対効果指標を算出することにより、容易に代替案の比較評価を行うことが可能となる。 At this time, the construction position of the water storage facility D and the structure of the water storage facility D are selected, a series of processes similar to those described above are performed, and the return-on-investment index is calculated, so that the alternatives can be easily compared and evaluated. It becomes possible.
このように、本発明によれば、水収支算出手段41により、貯水施設Dへの地表水の流入量及び地下水の涵養量と、前記貯水施設Dの下流側に浸透する浸透量の水収支をFEMを使用して算出することで、正確かつ簡易に、貯水施設Dを構築する対象地盤の貯水性機能評価を行うことが可能となる。従って、解析対象領域の地質に応じて、適切な貯水施設Dの構築を行うことが可能となる。 Thus, according to the present invention, the water balance calculation means 41 calculates the amount of surface water flowing into the water storage facility D and the amount of groundwater recharge, and the water balance of the infiltration amount penetrating downstream of the water storage facility D. By calculating using FEM, it becomes possible to evaluate the water storage function of the target ground for constructing the water storage facility D accurately and easily. Therefore, it is possible to construct an appropriate water storage facility D according to the geology of the analysis target region.
また、水収支算出装置Tは、解析結果表示部50を備えているため、解析結果を画面上で視認して、容易にその判断等を行うことが可能となる。
Moreover, since the water balance calculation apparatus T includes the analysis
また、貯水施設Dの概略計画を策定する際において、同一の貯水施設Dを他の場所に配置する場合や、仕様を変更した場合において、貯水機能や経済性の評価を容易に比較することができることから、当該貯水施設Dの適否を簡易かつ迅速に判断することができる。 Moreover, when formulating a rough plan for the water storage facility D, it is possible to easily compare the evaluation of the water storage function and economic efficiency when the same water storage facility D is located in another place or when the specifications are changed. As a result, the suitability of the water storage facility D can be easily and quickly determined.
以上、本発明について、好適な実施形態についての一例を説明したが、本発明は当該実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。
特に、本発明による水収支算出装置を貯水施設に使用するものとしたが、これに限られるものではなく、雨水浸透施設の配置検討、地下水の最適揚水計画検討、集中豪雨による河川の流量予測、地下水・湧水保全対策検討、トンネル施工による地表水や地下水への影響評価などの、水文全般に用いることができる。
また、貯水施設は、ダムに限られるものではなく、雨水調整池等の各種施設に用いることができる。
As mentioned above, although an example about a suitable embodiment was explained about the present invention, the present invention is not restricted to the embodiment concerned, and a design change is possible suitably in the range which does not deviate from the meaning of the present invention.
In particular, the water balance calculation device according to the present invention was used for a water storage facility, but is not limited to this, the layout study of rainwater infiltration facilities, the optimal pumping plan study of groundwater, the prediction of river flow due to heavy rain, It can be used for hydrology in general, such as examining groundwater and spring conservation measures, and evaluating the effects of surface tunneling and groundwater on tunnel construction.
Further, the water storage facility is not limited to a dam, and can be used for various facilities such as a rainwater adjustment pond.
1 装置本体
2 入力手段
3 出力手段
10 データベース
20 入力要求部
30 分析データ作成部
40 演算部
50 解析結果表示部
T 水収支算出装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Apparatus
Claims (5)
水系位置情報を含む3次元地形データと、
地質分布データ、当該地質分布データに対応する地盤特性値データ及び地下水系位置データとを含み前記3次元地形データと関連づけられて記憶されている地盤性状データ群と、
前記3次元地形データと関連づけられて記憶されている降雨量データを含む気象データ群と、を備えるデータベースと、
各種条件の入力を要求する入力要求部と、
前記データベースにおける前記3次元地形データから、前記貯水施設の上流流域を抽出して解析対象領域を決定する流域抽出手段と、
前記抽出された解析対象領域の3次元地形データに、前記各種条件と、前記解析対象領域の地盤性状データ群とを組み込むことにより解析対象領域複合データ群を作成する解析対象領域複合データ群作成手段と、
前記解析対象領域において、前記有限要素法により解析される複数の分割領域を作成する分割領域作成手段と、
所定の初期条件及び境界条件の下で、前記解析対象領域複合データ群を用い前記有限要素法により、前記分割領域間において流入水量と流出水量から水収支の算出を行い、前記貯水施設における水の収支を算出する水収支算出手段と、を備え、
前記各種条件には、評価対象領域を含む概略地域、前記貯水施設の概略位置、前記貯水施設の設計条件、止水対策工法の施工条件、解析条件が含まれており、
前記流域抽出手段は、前記評価対象領域を小区域に分割し、前記小区域の傾斜方向を計算するとともに地表水の流下方向を計算し、下流側の小区域に流入する前記地表水の流下方向をさかのぼることで上流側の小区域を順次抽出することにより解析対象流域を抽出することを特徴とする水収支算出装置。 An apparatus for calculating the water balance of a water storage facility using a finite element method,
3D terrain data including water system location information;
A ground property data group including geological distribution data, ground characteristic value data corresponding to the geological distribution data, and groundwater system position data, and stored in association with the three-dimensional landform data;
A weather data group including rainfall data stored in association with the three-dimensional terrain data, and a database comprising:
An input request unit that requests input of various conditions ;
Basin extraction means for extracting an upstream basin of the water storage facility and determining an analysis target region from the three-dimensional terrain data in the database;
Analysis target region composite data group creation means for creating an analysis target region composite data group by incorporating the various conditions and a ground property data group of the analysis target region into the extracted three-dimensional topographic data of the analysis target region When,
In the analysis target region, a divided region creating means for creating a plurality of divided regions analyzed by the finite element method,
Under a predetermined initial condition and boundary condition, a water balance is calculated from the inflow water amount and the outflow water amount between the divided regions by the finite element method using the analysis target region composite data group, and the water in the water storage facility is calculated. A water balance calculating means for calculating a balance,
The various conditions include a general area including an evaluation target area, a rough position of the water storage facility, a design condition of the water storage facility, a construction condition of a water stoppage countermeasure method, and an analysis condition.
The basin extraction means divides the evaluation target area into small areas, calculates the inclination direction of the small area and calculates the flow direction of surface water, and the flow direction of the surface water flowing into the small area on the downstream side A water balance calculation apparatus characterized by extracting an analysis target basin by sequentially extracting upstream sub-regions by going back .
地表水流の運動方程式と、地下水流の運動方程式と、
前記各分割領域間において、降雨量と、隣接する前記分割領域間における地表水の純増量及び周辺地下水の純増量とが保存されることを示す地表水の質量保存式と、
前記各分割領域間において、地下水涵養量と、隣接する前記分割領域間における地下水の純増量と地表水の純増量とが保存されることを示す地下水の質量保存式と、
から構成される支配方程式について、有限要素法による数値解析を用いて繰り返し計算を行い、
前記各分割領域間の前記地表水量と前記地下水量が所定の平衡状態となった場合において、その値をもって前記各分割領域における地表水量及び地下水量として決定すること、を特徴とする請求項1に記載の水収支算出装置。 The water balance calculating means is:
Equation of motion of surface water flow, equation of motion of groundwater flow,
Between each of the divided areas, the amount of rainfall, and the surface water mass conservation formula indicating that the net increase in surface water and the net increase in surrounding ground water between the adjacent divided areas are stored,
Between each of the divided areas, groundwater recharge amount, and a groundwater mass conservation formula indicating that a net increase in groundwater and a net increase in surface water between the adjacent divided areas are stored,
For the governing equation consisting of
The surface water amount and the groundwater amount between the respective divided regions are determined as surface water amount and groundwater amount in each of the divided regions when the surface water amount and the groundwater amount are in a predetermined equilibrium state. The water balance calculation device described.
前記解析対象領域複合データ作成手段は、前記入力要求手段により入力された前記止水対策工法条件データを前記解析対象地盤に組み込むことにより前記解析対象領域複合データを作成可能となるように構成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の水収支算出装置。 The input request unit is an input request for water stoppage countermeasure method condition data including a construction area of the waterstop countermeasure method constructed in the vicinity of the water storage facility and an improved ground characteristic value data in the construction area of the waterstop countermeasure method. Means,
The analysis target area composite data creation means is configured to be able to create the analysis target area composite data by incorporating the water stop countermeasure method condition data input by the input request means into the analysis target ground. The water balance calculation apparatus according to claim 1 or 2 , wherein
前記水収支算出手段により算出された前記貯水施設における貯水量と、前記入力要求部により入力された前記貯水施設の施工費用及び前記止水対策工法の施工費用の少なくとも一方とから投資対効果指標を算出する投資対効果指標算出手段を備えることを特徴とする請求項3に記載の水収支算出装置。 The input request unit is configured to be able to input the construction cost of the water storage facility and the construction cost of the water stoppage construction method,
A return-on-investment index is calculated from the amount of water stored in the water storage facility calculated by the water balance calculation means and at least one of the construction cost of the water storage facility and the construction cost of the water stoppage countermeasure method input by the input request unit. The water balance calculation apparatus according to claim 3 , further comprising a return-on-investment index calculation unit.
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