JP5769266B2 - 都市型洪水緩和システム - Google Patents

Description

本発明は、都市型洪水緩和システムに関する。

近年、地球温暖化の影響によるゲリラ豪雨や局所的な大雨の発生回数が増加しており、文明の発展に伴なう都市化の影響も相俟って、日本国内では各地で都市型洪水が頻発するようになっている。

このような都市型洪水の効率的な防止を図るべく、特許文献１では雨水管理システムに関する発明が開示されている。この発明は、雨水の有効利用等を目的として各家庭や事業所に設置使用されている貯水槽を、本来の使用目的を変えないで全体で連携して作動するようにシステム化したものである。

特許文献１の発明によれば、河川の各排水経路に合わせて一定地域ごとに上記貯水槽を区域分けし、各河川を管理する監視センターから一般的である携帯電話等の通信回線を使い、各区域用に割り振られた専用信号を発信することで、その区域内に設置された各貯水槽の排水管に接続された家庭用電源などの動力で開閉する自動開閉バルブを一括して遠隔操作し、素早く何度でも各貯水槽の貯留水の放水や貯留を遠隔操作管理することにより、雨水による災害を防止することができる。

このような貯水槽（以下、「雨水タンク」という。）は、近年、水道代等の経費削減、水資源の確保およびＣＯ_２削減等を目的として、一般家庭、事業所および公共事業所等に雨水活用装置として普及してきているが、上記のような自動開閉バルブを用いた都市型洪水緩和に関するシミュレーションも報告されている（非特許文献１参照）。

非特許文献１に紹介されたシミュレーションは、本願実施例１で詳細に説明するが、実際の都市（福井市）内の町約５２０ヶ所に設置された雨水タンクに仮想的に自動開閉バルブを取り付け、これらの自動開閉バルブから、大雨警報発令時に予め排水した場合と排水しない場合とを比較し、都市型洪水緩和に対する自動開閉バルブの効果を検証している。なお、以下、雨水タンクに自動開閉バルブを取り付けた装置を「雨水活用装置」という。

このシミュレーションにおいては、雨水活用装置の自動開閉バルブは満水の雨水タンク（２０００Ｌ）から３０分かけて排水可能な設定とし、福井市内の町に関する人口・世帯数データ等として実際の詳細データを用い、また、シミュレーション時の雨水タンクの開閉タイミング設定には気象庁が過去に発令した警報を用いている。

雨水活用装置に取り付けた自動開閉バルブの効果を評価するため、自動開閉バルブ付き雨水タンク（雨水活用装置）と自動開閉バルブ無しの雨水タンクを用いて比較した結果、大雨警報発令時に予め排水して３０分後に自動開閉バルブを閉めた雨水活用装置では、一軒当たり平均約８００Ｌの雨水貯水量が増加した。自動開閉バルブ無しの雨水タンクでは、これだけの雨量を受け入れられなかったことになるが、福井市内全体での効果は、約１１１万ｍ^３に上った。

すなわち、上記シミュレーションによれば、福井市内一般家庭に２０００Ｌの雨水活用装置を設置する場合、自動開閉バルブを気象情報に応じて開閉することにより、平均的に約８００Ｌの雨水貯水量の増加が見込め、豪雨時のピーク流量カットに対する効果を、自動開閉バルブ無しの雨水タンク設置の場合と比較して約１．４倍に増加することができるという結果を得た。

特開２００６−２９０４５号公報 第２０回日本雨水資源化システム学会研究発表 前川翔太、笠井利浩 座間味村離島振興総合センター（２０１２／１１／３−４） 第２０回日本雨水資源化システム学会研究発表 笠井利浩、中城智之、青山隆司 座間味村離島振興総合センター（２０１２／１１／３−４）

しかし、現在の局所的なゲリラ豪雨の降水パターンから考えた場合、広域的な従来の気象情報やＡＭｅＤＡＳ降雨量データを用いた上記非特許文献１のシミュレーション結果は必ずしも現状に合わず、今日、雨水活用装置を町に配置して形成される雨水活用装置システムが豪雨時のピーク流量カットに対して発揮し得る潜在効果は、更に大幅に高いものであると期待される。

そして、町全体における上記雨水活用装置システムを更に効率的に稼働させるためには、詳細な局所降雨予想が不可欠となり、この局所降雨予想をどのように効率的に雨水活用装置システムに反映させるかが課題となる。

そこで本発明は、より高精度の局所降雨予想を行い、この局所降雨予想を利用して局所的に雨水活用装置システムを作動させ、現代の局所的ゲリラ豪雨による町の洪水被害を効果的に抑制するための都市型洪水緩和システムを提供することを目的とする。

本発明に係る都市型洪水緩和システムは、受信装置および該受信装置から得た情報を解析する制御装置を備える自動開閉バルブが、一般家庭、事業所および公共事業所等に設置した雨水タンクに取り付けられて構成される雨水活用装置を、広域な町の各所に配置した雨水活用装置システムと、大気の状態を３次元局所大気情報Ａとして取得可能なプロファイラと、広域な気象情報Ｂを受信可能で、該気象情報Ｂ及び前記プロファイラから得た３次元局所大気情報Ａに基づいて局所降雨予想情報Ｃを計算可能なコンピュータ装置と、情報を発信する放送局と、を含む都市型洪水緩和システムである。ここで、受信装置とは、空中を往来する例えば電波や音波を捕捉して、例えば電気信号などの情報に変換する装置をいう。

本発明に係る都市型洪水緩和システムは、前記コンピュータ装置が、前記放送局から発信される情報に前記局所降雨予想情報Ｃに基づく制御信号Ｘを乗せて、前記雨水活用装置システム内の雨水活用装置に送信し、前記雨水活用装置が前記受信装置から受信した情報から、該制御信号Ｘを前記制御装置が解析して、前記自動開閉バルブを開閉可能である。

本発明に係る都市型洪水緩和システムは、前記広域な気象情報Ｂを検知して地上に該気象情報Ｂを発信する人工衛星と、前記人工衛星が発信した前記広域な気象情報Ｂを受信するアンテナと、を更に含み、前記コンピュータ装置は、前記アンテナから受信した広域な気象情報Ｂ及び前記プロファイラから得た３次元局所大気情報Ａに基づいて局所降雨予想情報Ｃを計算可能なシステムとしてもよい。

本発明に係る都市型洪水緩和システムにおいて、前記広域な町の各所に配置された前記雨水活用装置は、座標系により指定される該雨水活用装置の位置を認識情報Ｐとして前記制御装置に記憶するのが望ましい。

本発明に係る都市型洪水緩和システムにおいて、前記制御信号Ｘは、前記認識情報Ｐを含むのが望ましい。

前記雨水活用装置において、前記自動開閉バルブは、前記受信装置から得た前記制御信号Ｘを前記制御装置が解析してバルブを開閉するのが好適である。

本発明に係る都市型洪水緩和システムにおいて、前記コンピュータ装置は、前記アンテナから受信した広域な気象情報Ｂ及び上記プロファイラから得た３次元局所大気情報Ａに基づいて、局所降雨予想情報Ｃを計算するコンピュータと、該局所降雨予想情報Ｃに基づいて、該コンピュータの発する制御信号Ｘを発信する送信装置と、から構成される。

本発明に係る都市型洪水緩和システムにおいて、前記局所降雨予想情報Ｃは、前記座標系により特定される位置における所定の時間後の降雨強度を含むのが好適である。

本発明に係る都市型洪水緩和システムにおいて、前記局所降雨予想情報Ｃは、前記所定の時間後の降雨強度が所定の降雨強度ＤＧ以上と予想される、座標系により特定される局所降雨領域ＣＡを指定し得る。

本発明に係る都市型洪水緩和システムにおいて、前記所定の時間は３０分であり得る。

本発明に係る都市型洪水緩和システムにおいて、前記所定の降雨強度ＤＧは、５０ｍｍ／時であり得る。

本発明に係る都市型洪水緩和システムにおいて、前記放送局が発信する情報および前記局所降雨予想情報に基づく制御信号ＸはＦＭ変調方式で送られてもよい。

本発明に係る都市型洪水緩和システムにおいて、前記コンピュータ装置は、前記局所降雨領域ＣＡに含まれた前記雨水活用装置の受信装置に、該雨水活用装置の自動開閉バルブを開閉する旨の制御信号Ｘを送信し、該雨水活用装置の制御装置が、該制御信号Ｘに基づいて該雨水活用装置の自動開閉バルブを開閉する。

本発明に係る都市型洪水緩和システムにおいて、前記コンピュータ装置は、前記局所降雨領域に初めて含まれた前記雨水活用装置の受信装置に、該雨水活用装置の自動開閉バルブを開く旨の制御信号Ｘを送信し、該雨水活用装置の制御装置が、該雨水活用装置の自動開閉バルブを開くことができる。

本発明に係る都市型洪水緩和システムにおいて、前記コンピュータ装置は、前記雨水活用装置の自動開閉バルブを開いた前記雨水活用装置の受信装置に、一定の時間経過後、該雨水活用装置の自動開閉バルブを閉める旨の制御信号Ｘを送信し、該雨水活用装置の制御装置が、該雨水活用装置の自動開閉バルブを閉めることができる。

本発明に係る都市型洪水緩和システムにおいて、前記一定の時間は３０分であってよい。

本発明に係る都市型洪水緩和システムの概略図。 （ａ）本発明に係るコンピュータ装置の概略図、（ｂ）本発明に係る自動開閉バルブの概略図。 本発明に係る福井市内の町データの調製図。 本発明に係る警報および注意報データの調製図。 本発明に係る雨水活用装置に付けた自動開閉バルブの効果を表す比較図。 本発明に係る１０ｍパラボラアンテナで受信した衛星画像図。 本発明に係るウインドプロファイラで捉えた大気中の雨水滴粒子の動きを表す画像図。 本発明に係る都市型洪水緩和システムの前段階の都市型洪水緩和システムの概略図。

以下、図面を参照しながら本発明に係る都市型洪水緩和システムの実施形態について説明する。なお、以下各図面を通して同一の構成要素には同一の符号を使用するものとする。

図１に示すように、本発明に係る都市型洪水緩和システム１は、受信装置２２および受信装置２２から得た情報を解析する制御装置３０を備える自動開閉バルブ２０が、一般家庭、事業所および公共事業所等１１０に設置した雨水タンク１２に取り付けられて構成される雨水活用装置１０を、広域な町の各所に配置した雨水活用装置システム２と、大気の状態を３次元局所大気情報Ａとして取得可能なプロファイラ６０と、広域な気象情報Ｂを受信可能で、当該広域な気象情報Ｂ及び上記プロファイラ６０から得た３次元局所大気情報Ａに基づいて局所降雨予想情報Ｃを計算可能なコンピュータ装置７０と、情報を発信する放送局９０と、を含む都市型洪水緩和システム１である。

本発明の都市型洪水緩和システム１は、コンピュータ装置７０が、放送局９０から発信される情報に局所降雨予想情報Ｃに基づく制御信号Ｘを乗せて、雨水活用装置システム２内の雨水活用装置１０に送信し、雨水活用装置１０が受信装置２２から受信した当該制御信号Ｘを制御装置３０が解析して、自動開閉バルブ２０を開閉可能である。

あるいは、都市型洪水緩和システム１は、上記広域な気象情報Ｂを検知して地上に当該気象情報Ｂを発信する人工衛星１００と、当該人工衛星１００が発信した上記広域な気象情報Ｂを受信するアンテナ５０と、を含んで構成してもよい。この場合、上記コンピュータ装置７０は、上記アンテナ５０から受信した広域な気象情報Ｂ及び上記プロファイラ６０から得た３次元局所大気情報Ａに基づいて、局所降雨予想情報Ｃを計算することができる。

上記広域な町の各所に配置された雨水活用装置１０は、例えば緯度と経度などの座標系により指定される当該雨水活用装置１０の位置を認識情報Ｐとして上記制御装置３０に記憶している。ここで、広域な町とは、一つの県、市、町、村ないし複数の都道府県あるいは市町村を含む規模の範囲であってよい。また、上記のようにコンピュータ装置７０が局所降雨予想情報Ｃに基づいて発信する制御信号Ｘは、前記認識情報Ｐを含むものとする。

雨水活用装置１０は、図１のように、受信装置２２と、受信装置２２から得た上記認識情報Ｐを含む情報を解析する制御装置３０と、を備える自動開閉バルブ２０を、一般家庭、事業所および公共事業所等１１０に設置した雨水タンク１２に取り付けて構成される。そして、図２（ｂ）に示すように、自動開閉バルブ２０は、受信装置２２から受信した情報を、例えばＦＭチューナー２４を介した後、波形整形器（２６）により波形を整えて上記制御信号Ｘを含む受信信号に変換し、当該変換された受信信号を制御装置３０（例えばＰＩＣ（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ））が解析してバルブ（例えば電磁バルブ）２８を開閉する。この際、制御装置３０（ＰＩＣ）は、上述のように自己の認識情報Ｐを記憶しており、受信信号の制御信号Ｘに含まれる認識情報Ｐと自己の認識情報Ｐとを照合して、当該制御信号Ｘが自己の雨水活用装置１０に対する自動開閉バルブ２０の開閉命令であるか否かを判断する。

一方、コンピュータ装置７０は、図２（ａ）で示すように、アンテナ５０から受信した広域な気象情報Ｂ及びプロファイラ６０から得た３次元局所大気情報Ａに基づいて、局所降雨予想情報Ｃを計算するコンピュータ（パーソナルコンピュータＰＣを含む）７２と、当該局所降雨予想情報Ｃに基づいて、該コンピュータ７２の発する制御信号Ｘを含む情報を発信する送信装置７６とから構成される。より具体的には、コンピュータ装置７０は、コンピュータ７２と、当該コンピュータ７２の発する上記認識情報Ｐを含む制御信号Ｘに基づいて、例えばＦＭ変調信号を発信する発信器（例えばＤＤＳ（ダイレクト・デジタル・シンセサイザー））７４と、当該変調した制御信号Ｘを発信する送信装置７６と、から構成される。上記コンピュータ装置７０において、コンピュータ７２は、例えば上記人工衛星１００からアンテナ５０を介して受信した広域な気象情報Ｂ及び上記プロファイラ６０から得た３次元局所大気情報Ａに基づいて、局所降雨予想情報Ｃを計算することができる。

ここで、人工衛星１００としては、近年、大学や民間企業による質量５０Ｋｇ以下の低価格の超小型衛星の打ち上げが現実のものとなっており、国家が運用するような大型衛星を含めて、全国で多数の人工衛星１００を利用できる状況となっている。そして、衛星通信システムは衛星と地上局とで構成されるが、地上局の仕様で人工衛星１００のスペックが決まるといわれており、中でもアンテナ５０の性能が地上局の仕様に決定的な役割を果たす。より詳細で広域な気象情報Ｂを得るために、アンテナ５０は、現状では直径１０ｍ級のパラボラアンテナを使用するのが望ましく、このような大直径のパラボラアンテナを使用することにより、人工衛星１００との間で高速のデータ通信が可能となり、高精度の広域な気象情報Ｂを得ることができる。

また、プロファイラ６０は、大気の運動を観測して３次元局所大気情報Ａを取得可能な装置である。その一例として、現在、ウインドプロファイラ（Ｗｉｎｄ Ｐｒｏｆｉｌｅｒ）が用いられている。ウインドプロファイラは、一般的に表現すると上向きに設置されたドップラー・レーダーであり、観測地点上空の限られた範囲内の風向や高度方向の風速分布をリアルタイムに観測できる装置である。この装置には多数の小型アンテナが設置されており、このアンテナから天頂方向と東西南北方向に例えば７５〜８０度の仰角で約１．３ＧＨｚの電波が発射される。この散乱波のドップラー効果による周波数変化から、上空の空気や降雨水粒子の３次元速度が観測できる。従って、一般的な気象レーダーが現在の降雨状況を捉えるためのものであるのに対し、ウインドプロファイラは局所的な降雨予想が可能となる特徴を持つ。このような高性能のプロファイラ６０（ウインドプロファイラ）は、本発明が提案する都市型洪水緩和システム１の稼働時に必要となる局所降雨予想情報Ｃを得るための中心的な装置であり、上記アンテナ５０から得られる積乱雲発生状況に関する情報と共に、本発明の都市型洪水緩和システム１を効率的に稼働させる上で重要な役割を果たす。その他にも、プロファイラ６０として、レーザー光を用いたライダーなどがあり、プロファイラ６０の解析手段は特に限定されない。

すなわち、一般的に降雨予想情報を得る場合、大気の動力学および熱力学に関する時間発展的な方程式系を、ある与えられた初期条件と境界条件の下に解き、対象とする地域内の任意の場所および時刻における大気の状態を推定することにより、降雨の予測を行う。しかしこのとき、方程式系のカオス的な性質により、時間の経過にしたがって予測精度が低下する。この対策として、本発明に係る都市型洪水緩和システム１においては、プロファイラ６０（ウインドプロファイラ）および人工衛星１００、その他の気象測器によって得られる気象観測データを用いて予測計算の結果を順次修正していくことによって誤差の拡大を抑え、予測精度を向上させる。このように、プロファイラ６０（ウインドプロファイラ）等を用いて従来の一般的な降雨予想情報を高精度化し、局所的な予測精度を向上させた降雨予想情報を、本明細書において局所降雨予想情報Ｃといい、本発明の都市型洪水緩和システム１は、上記局所降雨予想情報Ｃを用いて局所的に雨水活用装置システムを作動させ、現代の局所的ゲリラ豪雨による町の洪水被害を効果的に抑制することができる。

局所降雨予想情報Ｃは、上記緯度と経度などの座標系により特定される位置における所定の時間後の降雨強度を含むことができる。したがって、局所降雨予想情報Ｃは、所定の時間後の降雨強度が所定の降雨強度ＤＧ以上と予想される、上記座標系により特定される局所降雨領域ＣＡを指定することができる。

ここで、所定の時間とは、満水の雨水タンク１２から全ての水を排水可能な時間、例えば３０分であるが、自由に設定することができ、特に限定されない。また、上記所定の降雨強度ＤＧは、例えば５０ｍｍ／時であるが、これも自由に設定可能で、特に限定されない。

また、上記放送局９０とは、情報を発信する送信器とアンテナとで構成される任意の装置をいい、個人的な装置であってもよく、その範囲は特に限定されない。放送局９０が発信する上記局所降雨予想情報Ｃに基づく制御信号Ｘを含む情報は、例えばＦＭ変調方式の電波として発信されるが、特に限定されず、他の変調方式の電波を用いてもよく、その周波数なども特に限定されない。

本発明に係る都市型洪水緩和システムにおいて、上記コンピュータ装置７０は、上記局所降雨領域ＣＡに含まれた雨水活用装置１０の受信装置２２に、雨水活用装置１０の自動開閉バルブ２０（バルブ２８）を開閉する旨の制御信号Ｘを送信し、当該雨水活用装置１０の制御装置３０が、当該制御信号Ｘに基づいて雨水活用装置１０の自動開閉バルブ２０（バルブ２８）を開閉する。

例えば、コンピュータ装置７０は、上記局所降雨領域ＣＡに初めて含まれた雨水活用装置１０の受信装置２２に、当該雨水活用装置１０の自動開閉バルブ２０（バルブ２８）を開く旨の制御信号Ｘを送信し、当該雨水活用装置１０の制御装置３０が、当該雨水活用装置１０の自動開閉バルブ２０（バルブ２８）を開くようにする。

そして、コンピュータ装置７０は、上記雨水活用装置１０の自動開閉バルブ２０（バルブ２８）を開いた当該雨水活用装置１０の受信装置２２に、一定の時間経過後、当該雨水活用装置１０の自動開閉バルブ２０（バルブ２８）を閉める旨の制御信号Ｘを送信し、当該雨水活用装置１０の制御装置３０が、当該雨水活用装置１０の自動開閉バルブ２０（バルブ２８）を閉めるようにする。ここで、上記一定の時間とは、上記所定の時間と同一にするのが望ましく、例えば３０分であるが、状況や環境に応じて自由に設定することができ、特に限定されるものではない。

上記、非特許文献１のシミュレーションを、以下に詳細に紹介する。このシミュレーションは、本発明に係る都市型洪水緩和システム１の基礎となるシステムに関するもので、図８を参照して、
「受信装置２２および受信装置２２から得た情報を解析する制御装置３０を備える自動開閉バルブ２０が、一般家庭、事業所および公共事業所等１１０に設置した雨水タンク１２に取り付けられて構成される雨水活用装置１０を、広域な町の各所に配置した雨水活用装置システム２と、
広域な気象情報Ｂおよび警報・注意報データを受信可能で、当該気象情報Ｂおよび警報・注意報データに基づいて局所降雨予想情報Ｃを計算可能なコンピュータ装置７０と、
情報を発信する放送局９０と、
を含む都市型洪水緩和システム１０００であって、
前記コンピュータ装置７０が、前記放送局９０から発信される情報に前記局所降雨予想情報Ｃに基づく制御信号Ｘを乗せて、前記雨水活用装置システム２内の雨水活用装置１０に送信し、
前記雨水活用装置１０が前記受信装置２２から受信した情報から、該制御信号Ｘを前記制御装置１０が解析して、前記自動開閉バルブ２０を開閉可能な都市型洪水緩和システム１０００。」
に関するシミュレーションである。

上記都市型洪水緩和システム１０００は、本願において新規性喪失の例外を受ける上述の非特許文献１におけるシミュレーションと略同一内容であるが、本発明に係る都市型洪水緩和システム１と比較して、「大気の状態を３次元局所大気情報Ａとして取得可能なプロファイラ」が構成要素として欠けており、本発明の前段階に関するシミュレーションである。しかし、プロファイラ等以外は本発明の都市型洪水緩和システム１と構成要素が略共通しており、本発明の前段階とはいえ、従来技術と比較して大きな効果を奏することが分かっているので、以下にそのシミュレーションの方法と結果を記載する。

１．シミュレーションの概要
本シミュレーションによる検証を行う都市型洪水緩和システム１０００では、図８に示すように、雨水タンク１２に自動開閉バルブ２０を設置し、ゲリラ豪雨などによる洪水が予定される場合には予め雨水タンク１２内の雨水を排水する。これにより、雨水タンク１２で貯水し、ゲリラ豪雨のピーク流量をカットできる量を増やし、その効果を増大させることを狙っている。本シミュレーションでは、実際の都市（福井市）の町面積、建築物面積、人口等のデータを用いて、都市型洪水緩和システム１０００のシミュレーションを行った。なお、本シミュレーションによる結果は、上述した非特許文献１の内容を更に更新したもので、結果の細部は非特許文献１の結果とは一部異なっている。

２．方法
本シミュレーションでは、福井市内の町約５２０ヶ所の地区別に個別の条件設定を行ってシミュレーションを行った。大雨警報発令時に雨水タンク１２の自動開閉バルブ２０から予め排水した場合と排水しない場合とを比較し、都市型洪水緩和に対する自動開閉バルブ２０の効果を検証した。以下に、シミュレーションに用いた雨水活用装置１０の仕様および各種データの調製方法を示す。

２．１ 雨水活用装置の仕様
シミュレーションに用いる雨水活用装置１０の設定は、以下のように行った。雨水タンク１２の形状については一般的な円筒型を想定し、タンク高とタンク直径が略等しくなるような形状に設定した（表１）。また、自動開閉バルブ２０の流出孔径は、満水の雨水タンク１２から排水した際に、３０分かけて排水される孔径に設定した。自動開閉バルブ２０は、雨水タンク１２底部に取り付けるものとし、シミュレーション時の各時間あたりの排水速度はトリチェリの定理を基に計算して求めた（数１）。
（表１）雨水活用装置の仕様
項目名（単位） 値
● 雨水タンク容量（Ｌ） ２０００
● 雨水タンク高（ｍ） １．３６
● 雨水タンク直径（ｍ） １．４６
● 流出孔直径（ｍ） ０．０３０

Ｑ：流量（ｍ^３） Ｃ：流量計数 Ｄ：流出孔直径（ｍ） ｇ：重力加速度（ｍ／ｓ^２）
ｈ：雨水タンク高（ｍ）

２．２ 福井市内の町データの調製
福井市内の町に関する詳細データには、地理情報システム「ＡｒｃＧＩＳ／ＡｒｃＭＡＰ」（ＥＳＲＩジャパン（株））を用いて、住宅地図データベース「Ｚｍａｐ−ＴＯＷＮ II」（（株）ゼンリン）から抽出したものを用いた。福井市内の町の人口・世帯数データは、福井市ＷＥＢサイトの「平成２３年度版福井市統計書」(福井市ＨＰ、２０１２)からダウンロードした。デ一タの表示形式を、図３に示す。

２．３ 警報および注意報データの調製
シミュレーション時の自動開閉バルブ２０の開閉タイミング設定には、気象庁が発表した警報および注意報データを用いた。気象庁が過去に発令した警報および注意報データは、福井地方気象台に紙媒体で保存されている。データの保存期間は１０年間であることから、今回は２００１年から２０１１年のデータの提供を受けた。紙媒体の記録情報は持ち出すことができないため、１ページずつデジタルカメラで撮影(約２５００枚)した。情報の電子データ化は、データを１件ずつＥｘｃｅｌファイルに手入力してまとめた（図４）。本シミュレーションでは、警報および注意報データのうち警報のデータのみを用い、福井市内を対象として行ったため、警報データは福井市のものを使用した。データの一部を、図４に示す。

２．４ ＡＭｅＤＡＳ降水量データ
近年の気象は以前と変化しており、古い気象情報を用いても、現在の気象にあったシミュレーションはできないと考える。したがって、年間のデータが揃っている２０１１年から１０年間を遡り、２００２年からのＡＭｅＤＡＳ降水量データを使用した。

３．結果および考察
シミュレーション結果を、以下に示す。雨水活用装置に付けた自動開閉バルブ２０の効果を評価するため、排水バルブ（自動開閉バルブ２０）付き雨水タンク（雨水活用装置１０）と排水バルブ無しの雨水タンクを用いた時のシミュレーションを行った。福井市内の町によって集水面積等の諸条件が異なるため、排水バルブの設置による雨水貯水量の増加量は異なるが、平均では家１軒あたり約１１００Ｌ増加した（図５）。排水バルブをつけていない雨水タンクでは、これだけの雨量を受け入れられなかったことになる。福井市内全体での効果で考えた場合、約１６万ｍ^３の効果があった。

４．まとめ
福井市内一般家庭に雨水タンクを設置する場合、排水バルブを設置して気象情報に応じて開閉することにより、平均的には約１１００Ｌの雨水貯水量の増加が見込める。したがって、豪雨時のピーク流量カットに対する効果を約１．４倍に増加させる効果があると考えられる。

本発明に係る都市型洪水緩和システム１で用いる、アンテナ５０の使用例を以下に示す。本実施例２において、アンテナ５０は、上記非特許文献２に記載の直径１０ｍのパラボラアンテナ（１０ｍパラボラアンテナ）である。

近年、人工衛星開発のコストが下がり、大学や民間企業の参入が始まっている。その中でも、東北大学が中心となって開発した超小型地球観測衛星である「ＲＩＳＩＮＧ−２」や「ＲＩＳＥＳＡＴ」は、５ｍ程度の高い分解能を持つ高解像度地球観測望遠鏡等を備え、局所的豪雨に関係する積乱雲の観測等に利用することを目的とした超小型衛星である。このように、近年様々な用途の超小型衛星の打ち上げが計画されている一方、これらの衛星から送信される微弱な電波を受信できる地上局（パラボラアンテナ）の整備が不十分な状況が問題となっている。現在、超小型衛星の継続的な受信局として使用できる局は、福井工業大学の１０ｍパラボラアンテナと和歌山大学の１２ｍパラボラアンテナの２局だけ（日本国内の１０ｍ級以上のパラボラアンテナは９機関計２５台）である。上記福井工業大学芦原キャンパス設置の１０ｍパラボラアンテナは、総工費４億円をかけて２０００年に竣工したアンテナである。また、このアンテナ５０は、衛星通信で使用される複数の周波数帯（Ｌ、Ｓ、Ｘ帯）の受信系が並列に存在する構成となっているため、周波数の異なる複数の衛星からの電波を同時受信することができるという特徴を持つ。現在は、これらの特徴を生かし大学宇宙工学コンソーシアム（ＵＮＩＳＥＣ）に加盟し大学等が開発した超小型衛星の受信局として稼働している。

上記１０ｍパラボラアンテナから得られた気象情報受信画像について考察する。福井工業大学設置の１０ｍパラボラアンテナで受信した衛星画像を、図６に示す。この画橡は、２０１２／４／２９ １０：４５に地球観測衛星Ｔｅｒｒａから送られてきた電波の受信画像であり、１ｐｉｘｅｌあたり５００ｍの解像度を持つ。この衛星は、米国ＮＡＳＡで開発された衛星であるが、この分解能ではゲリラ豪雨の原因となる空間スケールの小さい積乱雲を検出することは困難である。しかしながら、前述の近年開発の進んでいる超小型衛星（例えば、ＲＩＳＩＮＧ−２：東北大学、２０１３年度の運用開始予定）は５ｍ／ｐｉｘｅｌというさらに高い解像度を持つため、積乱雲の形成過程等を詳細に捉えられると期待されている。本実施例２では、このような衛星からの電波を受信しプロファイラ６０（ウインドプロファイラ）から得られる都市上空の詳細な空気の流れ等と合わせて局所降雨予想に利用する。

本発明に係る都市型洪水緩和システム１で用いる、プロファイラ６０の使用例を以下に示す。本実施例３において、プロファイラ６０は、上記非特許文献２に記載のウインドプロファイラ（Ｗｉｎｄ Ｐｒｏｆｉｌｅｒ）である。

ウインドプロファイラは、上述したように、上向きに設置されたドップラー・レーダーであり、観測地点上空の限られた範囲内の風向や高度方向の風速分布をリアルタイムに観測できる装置である。この装置には多数の小型アンテナが設置されており、このアンテナから天頂方向と東西南北方向に例えば７５〜８０度の仰角で約１．３ＧＨｚの電波が発射される。この散乱波のドップラー効果による周波数変化から、上空の空気や降雨水粒子の３次元速度が観測できるものである。従って、一般的な気象レーダーが現在の降雨状況を捉えるためのものであるのに対し、ウインドプロファイラは局所的な降雨予想が可能となる特徴を持つ。

日本国内における現在の設置状況は、気象庁が局地的気象監視システム（ＷＩＮＤＡＳ：Ｗｉｎｄ Ｐｒｏｆｉｌｅｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ ａｎｄ Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）として２００１年から全国に３３観測所（気象庁、２０１２／９／２４現在）設置している他、同様な施設が幾つかの大学にも設置されている。その中でも、福井工業大学と京都大学生存圏研究所信楽ＭＵレーダー観測所には、さらに高い分解能（時間分解能１ｍｉｎ、高度分解能〜３０ｍ、観測高度２００ｍ〜５ｋｍ）を持つ、３次元イメージング可能なレンジイメージングウインドプロファイラが設置されている。これは、今回提案する都市型洪水緩和システム稼働時に必要となる局所降雨予想情報Ｃを得るための中心的な装置であり、アンテナ５０（１０ｍパラボラアンテナ）から得られる積乱雲発生状況等に関する情報と共に本システムを効率的に稼働させる上で重要な役割を果たす。

ウインドプロファイラを用いた大気状態イメージングについて、得られた結果を考察する。レンジイメージングウインドプロファイラで捉えた大気中の雨水滴粒子の動きを、図７に示す。この画面では、天頂方向と仰角７５度で東西南北方向に電波を発射して得られた観測結果が計５画面表示されている。このように、ウインドプロファイラでは異なった角度方向に発射した電波の周渡数変化を計測し、風の流れや雨滴粒子の動きを最終的に３次元化して表すことができる。この図にも雨滴粒子が上空から風に流されつつ落下してくる様子が映し出されており、降雨の着地地点や時間を予測することができる。実際にこのデータが観測された２０１２／７／１３の１６時頃には、予測された地区で降水が観測されている。

本発明に係る都市型洪水緩和システム１で用いる、雨水活用装置１０の使用例を以下に示す。本実施例４において、雨水活用装置１０は、上記非特許文献２に記載の洪水緩和用電磁バルブ遠隔制御システム付雨水活用装置である。

洪水緩和用電磁バルブ遠隔制御システムの概略図を、図２（ｂ）に示す。このシステムは、前述の局所降雨予想に従って任意の地区に設置されている雨水活用装置１０の雨水受水、排水制御を行うためのものである。データ送信部では、ＰＣ等によって予め決められた信号をＤＤＳ（ダイレクト・デジタル・シンセサイザー）を制御して発生させ、ＦＭ波等の電波に乗せてラジオ放送局９０等から発信する。一方、データ受信部では、ＦＭ番組等の電波と共に送られてきた電磁バルブ遠隔制御信号をＰＩＣ（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ：制御ＩＣ）で解析し、信号に応じて電磁バルブ２８の開閉を行う。以上の動作により、降雨状況に応じて各地区別に洪水防止効果が最大となるように雨水活用装置１０の雨水をゲリラ豪雨前に予め排出させたり、逆に電磁バルブ２８を閉じて雨水を貯水して豪雨時のピーク流量をカットするように動作させることも可能である。

以上、本発明の都市型洪水緩和システムについて説明したが、本発明は上記実施形態や実施例に限定されるものではない。

その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。

本発明に係る都市型洪水緩和システムは、近年特に顕著に発生する局所的ゲリラ豪雨による都市の洪水被害を、効果的に抑制するために利用することができる。

１：都市型洪水緩和システム
２：雨水活用装置システム
１０：雨水活用装置
１２：雨水タンク
２０：自動開閉バルブ
２２：受信装置
２４：ＦＭチューナー
２６：波形整形器
２８：バルブ（電磁バルブ）
３０：制御装置
５０：アンテナ
６０：プロファイラ
７０：コンピュータ装置
７２：コンピュータ（ＰＣを含む）
７４：ＤＤＳ（ダイレクト・デジタル・シンセサイザー）
７６：送信装置
９０：放送局
１００：人工衛星
１１０：一般家庭、事業所および公共事業所等
１０００：都市型洪水緩和システム
Ａ：３次元局所大気情報
Ｂ：広域な気象情報
Ｃ：局所降雨予想情報
ＤＧ：降雨強度
ＣＡ：局所降雨領域

Claims (4)

1. 受信装置および該受信装置から得た情報を解析する制御装置を備える自動開閉バルブが、一般家庭、事業所および公共事業所等に設置した雨水タンクに取り付けられて構成される雨水活用装置を、広域な町の各所に配置した雨水活用装置システムと、
   大気の状態を３次元局所大気情報Ａとして取得可能なプロファイラと、
   広域な気象情報Ｂを受信可能で、該気象情報Ｂ及び前記プロファイラから得た３次元局所大気情報Ａに基づいて局所降雨予想情報Ｃを計算可能なコンピュータ装置と、
   情報を発信する放送局と、
   を含み、
   前記コンピュータ装置が、前記放送局から発信される情報に前記局所降雨予想情報Ｃに基づく制御信号Ｘを乗せて、前記雨水活用装置システム内の雨水活用装置に送信し、
   前記雨水活用装置が前記受信装置から受信した情報から、該制御信号Ｘを前記制御装置が解析して、前記自動開閉バルブを開閉可能な都市型洪水緩和システムであって、
   前記雨水活用装置は、
   座標系により指定される該雨水活用装置の位置を認識情報Ｐとして前記制御装置に記憶し、該制御装置が、前記受信装置から得た前記制御信号Ｘを解析して前記認識情報Ｐを含む場合に前記自動開閉バルブを開閉し、
   前記局所降雨予想情報Ｃは、
   前記座標系により特定される位置における所定の時間後の降雨強度を含み、該所定の時間後の降雨強度が所定の降雨強度ＤＧ以上と予想される、該座標系により特定される局所降雨領域ＣＡを指定し、
   前記コンピュータ装置は、
   前記局所降雨領域ＣＡに初めて含まれた前記雨水活用装置の受信装置に、該雨水活用装置の自動開閉バルブを開く旨の、前記認識情報Ｐを含む制御信号Ｘを送信し、該雨水活用装置の制御装置が、該雨水活用装置の自動開閉バルブを開き、
   前記雨水活用装置の自動開閉バルブを開いた該雨水活用装置の受信装置に、一定の時間経過後、該雨水活用装置の自動開閉バルブを閉める旨の、前記認識情報Ｐを含む制御信号Ｘを送信し、該雨水活用装置の制御装置が、該雨水活用装置の自動開閉バルブを閉めることができる、
   都市型洪水緩和システム。
2. 前記都市型洪水緩和システムは、
   前記広域な気象情報Ｂを検知して地上に該気象情報Ｂを発信する人工衛星と、
   前記人工衛星が発信した前記広域な気象情報Ｂを受信するアンテナと、
   を更に含み、
   前記コンピュータ装置は、
   前記アンテナから受信した広域な気象情報Ｂ及び前記プロファイラから得た３次元局所大気情報Ａに基づいて局所降雨予想情報Ｃを計算可能な、
   請求項１に記載の都市型洪水緩和システム。
3. 前記コンピュータ装置は、
   前記アンテナから受信した広域な気象情報Ｂ及び上記プロファイラから得た３次元局所大気情報Ａに基づいて、局所降雨予想情報Ｃを計算するコンピュータと、
   該局所降雨予想情報Ｃに基づいて、該コンピュータの発する制御信号Ｘを含む情報を発信する送信装置と、
   から構成される、請求項１又は２に記載の都市型洪水緩和システム。
4. 前記放送局が発信する情報および前記局所降雨予想情報に基づく制御信号ＸはＦＭ変調方式で送られる、請求項１に記載の都市型洪水緩和システム。