JP4489010B2

JP4489010B2 - 取水システム

Info

Publication number: JP4489010B2
Application number: JP2005340018A
Authority: JP
Inventors: 君永内藤; 祥司内田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2005-11-25
Filing date: 2005-11-25
Publication date: 2010-06-23
Anticipated expiration: 2025-11-25
Also published as: JP2007146422A

Description

本発明は、河川から上水用の原水を取水するための取水システムに関する。

一般に、上水用の原水は河川などから取水し、これを浄水場などの浄水システムで浄水した後、利用者に配水している。このように河川などから取水する場合、天候の影響などにより水質が変動する。そこで、取水上流側の水中へ、原水の濁度などを測定する水質センサーを設け、原水の適否を識別して取水することが考えられている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、河川などの水質を精度よく検知するためには、多くのセンサーを広範囲に設けなければならない。また、これら多くのセンサーの出力を処理しなければならないことから、設備コストが上昇すると共に、精度的にも満足できるものではなかった。このため、現状では、浄水場は原水濁度の値の変化に関係なく、一定流量での取水をおこなうことが多い。

しかし、取水された原水濁度が、凝集沈殿工程等における薬品投入量や発生汚泥量に影響を与える。一定流量取水では、原水濁度が高い場合にも取水することから、凝集剤の薬品投入量も比例して多くなり、それに伴い汚泥量も増加する。
特開平９−１７０２４８号公報

このように取水される原水の濁度を計測して取水制御を行うことは、多くのセンサーを広範囲に設けなければならないなど問題点が多く、実際には原水濁度にかかわらず一定流量での取水が行われており、薬品投入量が多くなるなどの課題があった。

本発明の目的は、細密気象情報を用いて、降雨に基く原水濁度の変化を予測することにより、低濁度での原水取水を可能とした取水システムを提供することにある。

本発明にかかる取水システムは、取水対象の河川の、取水地点より上流に降水が流れ込む可能性のある地域をメッシュ状に区分し、これらメッシュ毎の降水時刻及び降水量からなる細密気象情報を予測し提供する気象情報システムから前記細密気象情報を入手して前記河川からの取水を行う取水システムであって、前記メッシュ毎に、そのメッシュへの降水量に対応し、この降水が河川に流れ込むことにより汚染される予め定められたメッシュ固有の河川汚濁量及びこの降水により河川に発生した汚濁水が取水地点に到達するまでに要する時間からなる汚濁情報が設定されている汚濁情報テーブルと、前記気象情報システムから提供されるメッシュ毎の細密気象情報及びこの細密気象情報により降水が予測されるメッシュの汚濁情報を用い、降水に伴う各メッシュでの前記河川汚濁量及び前記汚濁水が取水位置に到達するまでに要する時間に基づいて予測される取水地点への汚濁水の到達時刻である汚濁時刻及び前記河川汚濁量に基づく取水地点での濁度を予測する水質予測手段と、この水質予測手段で予測される取水地点の汚濁時刻及び濁度に基いて取水状態を制御する取水制御手段とを備えたことを特徴とする。

また、本発明では、取水制御手段は、取水された原水を貯留する施設の水量または水位に応じて取水量を制御する機能をさらに有するとよい。

本発明によれば、取水対象の河川の上流地域をメッシュに区分して、メッシュ毎に降水に関する細密気象情報を得、この細密気象情報により上流地域の降雨状況を的確に予測することにより、降雨に基く河川の濁度状況を捕えて取水を制御するので、低濁度の原水を確実に取水することができ、浄水設備の負荷を低減することができる。

以下、本発明にかかる取水システムの一実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。

始に、本取水システムの適用対象となる地域と、その気象情報入手方法とを、図２を用いて説明する。

図２は、本取水システムの適用対象となる地域を地図で表しており、上水用原水の取水源である河川２１と、この河川から原水を取水する取水場２２とが示されている。気象観測に当っては、このような地域を、数ｋｍ平方（例えば、５ｋｍ平方とする）の複数のメッシュ（図の例では、Ａａ乃至Ｆｉ）に区分し、これらメッシュＡａ乃至Ｆｉ毎に気象情報を観測する。このような細分化された気象観測は、例えば、公知のレーダによる気象観測で可能となる。すなわち、レーダにより雲の大きさや動き、降雨の有無などを観測し、その観測結果をメッシュ状に区分することにより、図２で示したメッシュＡａ乃至Ｆｉの何処に、何時どれだけの降水があるかを予測する細密気象情報を得ることができる。なお、メッシュの数及びその大きさは任意に設定することができる。

図１はこのようにして求められる細密気象情報を用いて、取水場２２における河川２１からの取水を制御する取水システムを表している。

図１において、１１は気象情報システムで、図２で説明したように、取水対象の河川２１の上流地域を、数ｋｍ平方のメッシュＡａ乃至Ｆｉに区分し、これらメッシュＡａ乃至Ｆｉ毎の降水時刻及び降水量からなる細密気象情報を予測し提供する。このメッシュＡａ乃至Ｆｉ毎の細密気象情報は、前述のように、公知のレーダによる気象観測データに基づき得られる。この気象情報システム１１は、所謂ピンポイントの気象情報を提供する民間の気象会社などのシステムを用いてもよく、この場合、インターネットなどを介して細密気象情報を入手することができる。

１２は中央監視制御システムで、図２で示した取水場２２に設けけられ、水質予測取水制御システム１３を有する。取水場２２には取水源である河川２１から取水した原水を浄水する浄水プロセス１４が設けられている。この浄水プロセス１４は、図示しないが取水弁や沈砂池及び凝集沈殿池などを有する。また、取水された原水に対しては、薬品注入設備１５から浄水工程に必要な薬品が所定量注入される。また、この浄水プロセス１４の入口側には原水濁度計１６が設けられており、その計測値は、浄水プロセス１６における沈砂池の水位などのプロセスデータと共に中央監視制御システム１２に入力される。

中央監視制御システム１２は、気象情報システム１１から提供される細密気象情報、原水濁度計１６からの計測値及び浄水プロセス１４からのプロセスデータを入手し、浄水プロセス１４に対し、取水制御情報を与える。また、薬品注入設備１５に対しては薬品注入量制御情報を出力する。

なお、浄水プロセス１４で浄化された処理水は、図示しない配水池を介して送配水され、使用者に上水として供給される。また、浄水過程で生じた汚泥は汚泥処理設備１７を経て外部に搬送される。

水質予測取水制御システム１３は、図３で示すように汚濁情報テーブル１３１、水質予測手段１３２、取水制御手段１３３を有する。汚濁情報テーブル１３１は、図２で示したメッシュＡａ乃至Ｆｉ毎に、そのメッシュＡａ乃至Ｆｉへの降水量に対応した河川汚濁量及びこの汚濁水が取水地点に到達するまでの時間からなる汚濁情報がそれぞれ設定されている。この汚濁情報は、予め実験により求めたり、或いは、メッシュ部分の地形、河川２１との位置関係、取水場２２の取水地点との距離及び標高差などから、メッシュＡａ乃至Ｆｉ毎に推定演算して求めてもよい。

水質予測手段１３２は、気象情報システム１１から提供されるメッシュＡａ乃至Ｆｉ毎の細密気象情報と、汚濁情報テーブル１３１に設定された降水が予測されるメッシュ毎の汚濁情報とを用い、降水に伴う取水地点の汚濁時刻及びその濁度を予測する。

取水制御手段１３３は、水質予測手段１３２で予測される取水地点の汚濁時刻及び濁度に基いて取水状態を制御する。すなわち、水質予測手段１３２によって、降水の有るメッシュから、降水に伴って生じる汚濁水が取水点に到達する時刻が得られるので、この時刻以前に必要量の原水を取水するように取水制御情報を出力し、浄水プロセス１４に設けられた取水弁を制御する。この取水制御手段１３３は、取水された原水を貯留する施設（例えば、沈砂池の水量または水位に応じて取水量を制御する機能を有する。

上記構成において、取水場２２の中央監視制御システム１２は、気象情報システム１１からの細密気象情報を、水質予測取水制御システム１３に取り込み、河川２１の上流地域での降雨が予測されているかを判断する。また、沈澱池の水量及び送水量等の水運用データ、又は過去の取水データから原水濁度を予測する。そして、その予測から取水する上で良好な原水水質及び水量、取水タイミングを計算する。また、取水タイミングを算出し、取水スケジュールを組む。

一般に、河川２１の上流地域で降水がない場合は、取水される原水が大きく汚濁されることはないので、上述した水運用データや過去の取水データから原水濁度を予測し、適切なタイミングで原水を取水する。

これに対し、河川２１の上流地域にある程度以上の降雨があると、河川２１の上流地点（降雨のあった地点）には汚濁が生じ、この汚濁は所定時間後下流に位置する取水場の取水点に到達する。そこで、気象情報システム１１から提供される細密気象情報を用いて河川２１の上流地域における降水状況を予測する。

細密気象情報は、図２で説明したように、数ｋｍ平方（図の例では５ｋｍ平方）単位のメッシュ毎に降水量を予測するものであり、河川２１の上流地域での降水量を細密に予測することができる。

例えば、図４（ａ）は、メッシュＣｃ及びＤｃでの降雨状況が示されているものとする。このメッシュＣｃ及びＤｃでは、時刻７時から８時までに５ｍｍの降水が予測され、８時から９時までは１０ｍｍの降水が予測され９時から１０時までは５ｍｍの降水が予測されているものとする。すなわち、メッシュＣｃ及びＤｃでは、総雨量が２０ｍｍで、最大時間降雨は１０ｍｍである。

また、図４（ｂ）は、メッシュＣｄでの降雨状況が示されているものとする。このメッシュＣｄでは、時刻７時から８時までに５ｍｍの降水が予測され、８時から１０時までは２０ｍｍの降水が予測され１０時から１１時までは５ｍｍの降水が予測されているものとする。すなわち、メッシュＣｄでは、総雨量が５０ｍｍで、最大時間降雨は２０ｍｍである。

さらに、図４（ｃ）は、メッシュＤｄでの降雨状況が示されているものとする。このメッシュＤｄでは、時刻７時から８時までに５ｍｍの降水が予測され、８時から９時までは１５ｍｍの降水が予測され、９時から１０時までは２０ｍｍの降水が予測され、１０時から１２時までは２．５ｍｍの降水が予測されているものとする。すなわち、メッシュＤｄでは、総雨量が４５ｍｍで、最大時間降雨は２０ｍｍである。

この細密気象情報は水質予測取水制御システム１３に入力されるので、水質予測取水制御システム１３は、河川２１の上流地域の、どのメッシュ部分で何時どれだけの降水があるかを細密に予測することができる。この水質予測取水制御システム１３では、メッシュへの降水量に対応した河川汚濁量及びこの汚濁水が取水地点に到達するまでの時間が、メッシュ毎に汚濁情報として汚濁情報テーブル１３１にそれぞれ設定されている。したがって、降水が予測されたメッシュの汚濁情報を汚濁情報テーブル１３１から取り出し、図４で示したメッシュ毎の降水に関する情報とから、水質予測手段１３２により、降水に伴う取水地点の汚濁時刻及びその濁度を予測する。

この予測の結果、水質予測取水制御システム１３では取水制御手段１３３により、水質予測手段１３２で予測された、取水地点の汚濁時刻及び濁度に基いて取水状態を制御する。すなわち、水質予測手段１３２によって、降水の有るメッシュから、降水に伴って生じる汚濁水が取水点に到達する時刻が得られるので、この時刻以前に必要量の原水を取水するように取水制御情報を出力し、浄水プロセス１４に設けられた取水弁を制御する。このとき、取水制御手段１３３は、取水された原水が貯留される、例えば、沈砂池の水量または水位に応じて取水量を制御するとよい。

このように、取水すべきタイミング及び取水量を計算することができるので、良好な原水水質の取水を考慮した、取水スケジュールが組むことができる。すなわち、気象情報システム１１からの細密情報を用いて中央監視制御システム１２に組み込まれた水質予測取水制御システム１３により取水地点での原水濁度を予測する。中央監視制御システム１２では、沈砂池等のプラントの水量及び水位データを考慮して、取水制御をおこなう。このように、原水濁度の予測による良好な原水水質の取水制御を行うので、薬品注入設備１５による薬品注入量を低減し、結果として汚泥量も低減できるといった環境負荷の低減を図ることができる。また、これら設備への処理負荷の低減によりその処理にかかる電力量の削減を図ることができる。

また、この取水システムは降雨から濁度を予想し、濁度が上昇する前に取水を多くすることにより低濁度の原水を効果的に取水できる。すなわち、降雨量から濁度の値を予測して取水量の制限を図っている。取水制御することは、取水量が変動するが、気象情報をリアルタイムにシステムに取り込んで原水濁度が低いときに、原水濁度が高くなることを予測して予め取水しておくことができるので、水需要に対し供給不足を生じることなく、充分に対応することができる。

本発明にかかる取水システムの一実施の形態を示すシステムブロック図である。同上一実施の形態におけるメッシュ部分を説明する模式図である。同上一実施の形態における水質予測取水制御システムの機能を説明するブロック図である。同上一実施の形態におけるメッシュ単位の予測雨量を説明するグラフである。

符号の説明

１１気象情報システム
１３１汚濁情報テーブル
１３２水質予測手段
１３３取水制御手段
２１河川
２２取水場

Claims

取水対象の河川の、取水地点より上流に降水が流れ込む可能性のある地域をメッシュ状に区分し、これらメッシュ毎の降水時刻及び降水量からなる細密気象情報を予測し提供する気象情報システムから前記細密気象情報を入手して前記河川からの取水を行う取水システムであって、
前記メッシュ毎に、そのメッシュへの降水量に対応し、この降水が河川に流れ込むことにより汚染される予め定められたメッシュ固有の河川汚濁量及びこの降水により河川に発生した汚濁水が取水地点に到達するまでに要する時間からなる汚濁情報が設定されている汚濁情報テーブルと、
前記気象情報システムから提供されるメッシュ毎の細密気象情報及びこの細密気象情報により降水が予測されるメッシュの汚濁情報を用い、降水に伴う各メッシュでの前記河川汚濁量及び前記汚濁水が取水位置に到達するまでに要する時間に基づいて予測される取水地点への汚濁水の到達時刻である汚濁時刻及び前記河川汚濁量に基づく取水地点での濁度を予測する水質予測手段と、
この水質予測手段で予測される取水地点の汚濁時刻及び濁度に基いて取水状態を制御する取水制御手段と
を備えたことを特徴とする取水システム。
取水制御手段は、取水された原水を貯留する施設の水量または水位に応じて取水量を制御する機能をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の取水システム。