JP7449788B2 - Sediment flow meter and water intake control device for hydroelectric power plants - Google Patents

Sediment flow meter and water intake control device for hydroelectric power plants Download PDF

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Description

本発明は、流砂量計測器及び水力発電所の取水制御装置に関する。 The present invention relates to a quicksand amount measuring device and a water intake control device for a hydroelectric power plant.

流込み式水力発電所では、河川の水が取水口制水門を介して沈砂池などを経て水圧鉄管に送られる。そして、水圧鉄管の中を落下した水は水車を回転させて発電機を駆動する。
河川中には、流砂が混じっており、この流砂が大量に取水口から流込み式水力発電所内に侵入すると、発電所の設備が損傷する虞がある。そこで、例えば、河川水位を計測して、その計測値が閾値以上の場合には、所定の流砂量があるものと推定し、前記取水口制水門を閉じて発電を停止するようにしている。
In a run-of-river hydroelectric power plant, river water is sent to a penstock through an intake sluice gate, a settling basin, etc. The water that falls through the penstock rotates a water wheel and drives a generator.
Rivers are mixed with quicksand, and if a large amount of this quicksand enters a run-of-river hydroelectric power plant through a water intake, there is a risk of damaging the power plant's equipment. Therefore, for example, when the river water level is measured and the measured value is above a threshold value, it is estimated that a predetermined amount of quicksand is present, and the water intake sluice gate is closed to stop power generation.

なお、特許文献1では、河川に圧電センサを配置して、この圧電センサが検出した出力信号に基づいて、河川の掃流砂の粒径を求める粒径判別装置が提案されている。この装置により、河川に流れる掃流砂の粒径及び所定時間に流れる掃流砂の分布の計測を可能としている。 Note that Patent Document 1 proposes a particle size determination device that arranges a piezoelectric sensor in a river and determines the particle size of river bedload based on an output signal detected by the piezoelectric sensor. This device makes it possible to measure the particle size of bed load flowing into a river and the distribution of bed load flowing at a given time.

また、特許文献2では、河川に加速度計を配置して、流砂が衝突したときの加速度計が検出した信号に基づいて、流砂の粒度(質量)の推測を行う粒径分布推定装置が提案されている。 Furthermore, Patent Document 2 proposes a particle size distribution estimation device that estimates the particle size (mass) of quicksand based on a signal detected by the accelerometer when quicksand collides with an accelerometer placed in a river. ing.

特許文献3では、河川にFBG(ファイバーブラッググレーティング)センサを配置し、前記センサが出力したブラッグ波長の光信号に基づいて、土粒子の衝突によって生じるひずみ量をFBGアナライザが検出し、前記ひずみ量に基づいて土粒子管理・監視装置が土粒子の粒径及び流砂量を決定するようにしている。 In Patent Document 3, an FBG (fiber Bragg grating) sensor is placed in a river, and an FBG analyzer detects the amount of strain caused by the collision of soil particles based on an optical signal of the Bragg wavelength outputted by the sensor, and the amount of strain is measured by an FBG analyzer. Based on this, the soil particle management and monitoring device determines the particle size of soil particles and the amount of sediment.

特許文献4では、河川に濁度計を配置し、取水口制水門が開放状態の場合に、濁度が濁度上限値以上になった場合、取水口制水門を閉鎖し、取水口制水門が閉鎖の場合に濁度が濁度下限値以下になった場合、取水口制水門を開放する流込み式水力発電所の取水制御装置で提案されている。 In Patent Document 4, a turbidity meter is placed in a river, and when the intake sluice gate is open and the turbidity exceeds the turbidity upper limit, the intake sluice gate is closed and the water intake sluice gate is closed. It has been proposed for a water intake control device for a run-of-river hydroelectric power plant that opens the intake sluice gate when the turbidity falls below the turbidity lower limit when the water is closed.

特開2018-119792号公報Japanese Patent Application Publication No. 2018-119792 特許第4514730号公報Patent No. 4514730 特開2010-276343号公報Japanese Patent Application Publication No. 2010-276343 特開2006-37354号公報Japanese Patent Application Publication No. 2006-37354

多くの流込み式水力発電所では、河川の水位を計測するダム水位計の水位や、特許文献4に開示されている濁度の値に基づいて発電の停止を行うようにしている。
しかし、例えば、河川の水位を基準にした場合、河川に流れる流砂量自体が不明のため、実際には、発電を停止しなくてもよい流砂の状態にあるにもかかわらず、河川の水位が停止すべき範囲内であるために、発電所を停止することがある。また、発電所を停止しなければならない流砂の状態であるにもかかわらず、河川の水位が再発電すべき範囲であるために、再発電してしまったという問題がある。ここで、流砂量が分かれば、発電停止・発電再開の時期の精度の向上が期待できる。
In many run-of-river hydroelectric power plants, power generation is stopped based on the water level of a dam water level gauge that measures the water level of a river, or the turbidity value disclosed in Patent Document 4.
However, for example, when using the river water level as a standard, the amount of quicksand flowing into the river itself is unknown, so even though the river water level is actually in a state of quicksand that does not require power generation to be stopped, the river water level is The power plant may be shut down because it is within the range where it should be shut down. Another problem is that even though the power plant is in a state of quicksand that would require it to be shut down, it has restarted power generation because the water level of the river is within the range where it should. If the amount of quicksand is known, it can be expected to improve the accuracy of when to stop and restart power generation.

特許文献1、及び特許文献2は、掃流砂または流砂の粒径及びその分布等を計測するものであり、流砂量を測定することは目的としておらず、また、流砂量の計測については開示されていない。 Patent Document 1 and Patent Document 2 measure the particle size of bed bed or quicksand, its distribution, etc., and do not aim at measuring the amount of quicksand, and do not disclose the measurement of the amount of quicksand. Not yet.

特許文献3の土粒子管理・監視装置においては、河川の流量、幅、勾配、及び粗度係数を含む基本流速の情報を予め設定するとともに、基本流速に従うFBGセンサに対する衝突角度、衝突位置、衝突速度の確率情報、及びSalution運動理論情報を記憶部に格納することにしている。このことから、特許文献3では、河川毎にその河川の流量、幅、勾配、及び粗度係数を含む基本流速の情報を設定して入力する必要があり、汎用性に欠ける。 In the soil particle management/monitoring device of Patent Document 3, information on the basic flow velocity including the flow rate, width, slope, and roughness coefficient of the river is set in advance, and information on the collision angle, collision position, and collision with the FBG sensor according to the basic flow velocity is set in advance. The velocity probability information and the Salutation kinetic theory information are stored in the storage unit. For this reason, in Patent Document 3, it is necessary to set and input basic flow velocity information including the flow rate, width, slope, and roughness coefficient of the river for each river, which lacks versatility.

本発明の目的は、上記課題を解決して、汎用性があって、いずれの河川においても、流砂量の検出を可能とした流砂量計測器及び水力発電所の取水制御装置を提供することにある。 The purpose of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a sediment flow meter and a water intake control device for a hydroelectric power plant that are versatile and capable of detecting the flow sand amount in any river. be.

上記問題点を解決するために、本発明の流砂量計測器は、河川に流れる流砂との衝撃の大きさを表す検出信号を出力する加速度計と、流砂の大きさの混合割合が異なる毎に、単位時間当たり加速度の積分値と、単位時間当たり流砂量とが関連付けされた組合せを、複数個有しているデータベースと、前記検出信号の波形を絶対値化してその波形を結ぶ包絡線を算出し、前記包絡線と所定時間枠とで囲まれた領域の時間積分値を演算する第1演算部と、前記時間積分値に基づいて単位時間当たりの加速度の積分値を演算する第2演算部と、入力された流砂の大きさ混合割合及び前記単位時間当たりの加速度の積分値に基づいて、前記データベースから、単位時間当たり流砂量を求める探索部を有するものである。 In order to solve the above problems, the quicksand amount measuring device of the present invention has an accelerometer that outputs a detection signal representing the magnitude of impact with quicksand flowing in a river, and an accelerometer that outputs a detection signal representing the magnitude of impact with quicksand flowing in a river, and , a database that has a plurality of combinations in which the integral value of acceleration per unit time and the amount of quicksand per unit time are associated, and the waveform of the detection signal is converted into an absolute value and an envelope connecting the waveforms is calculated. a first calculation unit that calculates a time integral value of a region surrounded by the envelope and a predetermined time frame; and a second calculation unit that calculates an integral value of acceleration per unit time based on the time integral value. The apparatus further includes a search unit that calculates the amount of quicksand per unit time from the database based on the input size mixing ratio of quicksand and the integral value of the acceleration per unit time.

また、前記流砂の直径及び流砂の大きさの割合を入力する入力部を備えることが望ましい。
また、本発明の流砂量計測器は、河川に流れる流砂との衝撃の大きさを表す検出信号を出力する加速度計と、流砂の大きさが異なる毎に、単位時間当たり加速度の積分値と単位時間当たり流砂量とが関連付けされた組合せを、複数個有しているデータベースと、前記検出信号の波形を絶対値化してその波形を結ぶ包絡線を算出し、前記包絡線と所定時間枠とで囲まれた領域の時間積分値を演算する第1演算部と、前記時間積分値に基づいて単位時間当たりの加速度の積分値を演算する第2演算部と、入力された流砂の大きさ及び前記単位時間当たりの加速度の積分値に基づいて、前記データベースから、単位時間当たり流砂量を求める探索部を有するものである。
Further, it is desirable to include an input section for inputting the diameter of the quicksand and the ratio of the size of the quicksand.
In addition, the quicksand amount measuring device of the present invention includes an accelerometer that outputs a detection signal representing the magnitude of impact with quicksand flowing in a river, and an integral value of acceleration per unit time and unit for each different size of quicksand. A database that has a plurality of combinations associated with the amount of quicksand per hour, and an envelope that connects the waveform by converting the waveform of the detection signal into an absolute value, and the envelope and a predetermined time frame. a first calculation unit that calculates a time integral value of the enclosed area; a second calculation unit that calculates an integral value of acceleration per unit time based on the time integral value; The apparatus includes a search section that calculates the amount of quicksand per unit time from the database based on the integral value of acceleration per unit time.

また、前記流砂の大きさを入力する入力部を備えることが好ましい。
また、前記加速度計は、密閉された管内に固定された加速度センサを含んでいてもよい。
Moreover, it is preferable to include an input section for inputting the size of the quicksand.
The accelerometer may also include an acceleration sensor fixed within a sealed tube.

また、本発明は、上記の流砂量計測器が、さらに、前記単位時間当たり流砂量と取水制限閾値を比較判定する判定部を含むとともに、前記判定部の判定結果に応じてゲート駆動部を制御して取水口ゲートを開閉駆動する水力発電所の取水制御装置として構成されていて、前記判定部は、前記単位時間当たり流砂量が、取水制限閾値を越えている場合は、取水口ゲートを閉じる取水制限信号を前記ゲート駆動部に出力するものである。 Further, in the present invention, the quicksand amount measuring device further includes a determination section that compares and determines the amount of quicksand per unit time and a water intake restriction threshold, and controls a gate drive section according to the determination result of the determination section. The determination unit closes the water intake gate when the amount of quicksand per unit time exceeds a water intake limit threshold. A water intake restriction signal is output to the gate driving section.

また、本発明は、上記の流砂量計測器が、さらに、前記単位時間当たり流砂量と取水許容閾値とを比較判定する判定部とを含むとともに、前記判定部の判定結果に応じてゲート駆動部を制御して取水口ゲートを開閉駆動する水力発電所の取水制御装置として構成されていて、前記判定部は、前記単位時間当たり流砂量が、取水許容閾値未満となった場合は、取水口ゲートを開ける取水許容信号を前記ゲート駆動部に出力するものである。 Further, in the present invention, the quicksand amount measuring device further includes a determination section that compares and determines the amount of quicksand per unit time and a water intake permissible threshold, and a gate drive section that determines the amount of quicksand according to the determination result of the determination section. is configured as a water intake control device for a hydroelectric power plant that controls and drives the water intake gate to open and close, and the determination unit is configured to control the water intake gate when the amount of quicksand per unit time is less than the water intake permissible threshold. A water intake permission signal for opening the gate is output to the gate driving section.

また、本発明は、上記の流砂量計測器が、さらに、前記単位時間当たり流砂量と取水制限閾値及び取水許容閾値を比較判定する判定部とを含むとともに、前記判定部の判定結果に応じてゲート駆動部を制御して取水口ゲートを開閉駆動する水力発電所の取水制御装置として構成されていて、前記判定部は、前記単位時間当たり流砂量が、取水制限閾値を越えている場合は、取水口ゲートを閉じる取水制限信号を前記ゲート駆動部に出力し、前記単位時間当たり流砂量が、前記取水許容閾値未満となった場合は、取水口ゲートを開ける取水許容信号を前記ゲート駆動部に出力するものである。 Further, in the present invention, the above-mentioned quicksand amount measuring device further includes a determination section that compares and determines the amount of quicksand per unit time, a water intake restriction threshold value, and a water intake permissible threshold value, and according to the determination result of the determination section. The system is configured as a water intake control device for a hydroelectric power plant that controls a gate drive unit to open and close a water intake gate, and the determination unit determines that if the amount of quicksand per unit time exceeds a water intake restriction threshold, A water intake restriction signal that closes the water intake gate is output to the gate drive unit, and when the amount of quicksand per unit time becomes less than the water intake permissible threshold, a water intake permission signal that opens the water intake gate is output to the gate drive unit. This is what is output.

本発明によれば、汎用性があって、いずれの河川においても、流砂量の検出ができる。 According to the present invention, there is versatility and the amount of quicksand can be detected in any river.

第1実施形態の流砂量計測器の電気ブロック図。FIG. 3 is an electrical block diagram of the quicksand amount measuring device according to the first embodiment. 試験装置の略体説明図。A schematic explanatory diagram of a test device. 流砂をマイクロフォンで計測した出力値の波形図。A waveform diagram of the output value of quicksand measured with a microphone. 流砂を加速度計で計測した出力値の波形図。A waveform diagram of the output value of quicksand measured with an accelerometer. (a)は流砂量の時間変化を示すグラフ、(b)は前記流砂量に対する加速度計の出力波形のグラフ。(a) is a graph showing the time change of the amount of quicksand, and (b) is a graph of the output waveform of the accelerometer with respect to the amount of quicksand. (a)は図4における流砂量の説明図、(b)は図4の流砂量に対応する加速度の積分値の説明図。(a) is an explanatory diagram of the amount of quicksand in FIG. 4, and (b) is an explanatory diagram of the integral value of acceleration corresponding to the amount of quicksand in FIG. 4. (a)は径4mmのガラスビーズが当たったときの加速度計の出力信号の波形図、(b)は径2mmのガラスビーズが当たったときの加速度計の出力信号の波形図。(a) is a waveform diagram of the output signal of the accelerometer when it is hit by a glass bead with a diameter of 4 mm, and (b) is a waveform diagram of the output signal of the accelerometer when it is hit by a glass bead with a diameter of 2 mm. (a)は径1mmのガラスビーズが当たったときの加速度計の出力信号の波形図、(b)は径0.6mmのガラスビーズが当たったときの加速度計の出力信号の波形図。(a) is a waveform diagram of the output signal of the accelerometer when it is hit by a glass bead with a diameter of 1 mm, and (b) is a waveform diagram of the output signal of the accelerometer when it is hit by a glass bead with a diameter of 0.6 mm. (a)は珪砂1号が当たったときの加速度計の出力信号の波形図、(b)は珪砂3号が当たったときの加速度計の出力信号の波形図。(a) is a waveform diagram of the output signal of the accelerometer when silica sand No. 1 hits, and (b) is a waveform diagram of the output signal of the accelerometer when silica sand No. 3 hits. 珪砂5号が当たったときの加速度計の出力信号の波形図。A waveform diagram of the output signal of the accelerometer when silica sand No. 5 hits. 単粒径を別々に投入した場合の単位時間当たりの加速度計の出力値の積分値と、単位時間当たり流砂量の関係を示す特性図。The characteristic diagram which shows the relationship between the integrated value of the output value of the accelerometer per unit time and the amount of quicksand per unit time when single grain sizes are separately introduced. 粒径が異なる珪砂を混合した場合の単位時間当たりの加速度計の出力値の積分値と、単位時間当たり流砂量の関係を示す特性図。The characteristic diagram which shows the relationship between the integrated value of the output value of the accelerometer per unit time and the amount of quicksand per unit time when silica sand with different particle sizes is mixed. データベースの説明図。An explanatory diagram of a database. 流砂量演算装置が実行する計測プログラムのフローチャート。The flowchart of the measurement program executed by the quicksand amount calculation device. 第2実施形態の流砂量計測器、及び取水制御装置の電気ブロック図。FIG. 2 is an electrical block diagram of a quicksand amount measuring device and a water intake control device according to a second embodiment. 第2実施形態の水力発電所の取水制御装置において、取水口ゲートを開けた状態の略体説明図。FIG. 7 is a schematic explanatory diagram showing a state in which the water intake gate is opened in the water intake control device for a hydroelectric power plant according to the second embodiment. 第2実施形態の水力発電所の取水制御装置において、取水口ゲートを閉じた状態の略体説明図。FIG. 7 is a schematic explanatory diagram of the water intake control device for a hydroelectric power plant according to the second embodiment, with the water intake gate closed. 取水制御装置が実行する判定プログラムのフローチャート。2 is a flowchart of a determination program executed by the water intake control device. 流込み式水力発電所での河川流量と発電使用水量の説明図。An explanatory diagram of river flow rate and amount of water used for power generation at a run-of-river hydroelectric power plant.

以下、本発明を具体化した一実施形態の流砂量計測器10を図1~図13を参照して説明する。
流砂量計測器10は、加速度計20及び流砂量演算装置30とを備えている。加速度計20は、加速度センサ22が、収納ケース24内に収納されている。収納ケース24の材質及び構造は、限定するものではないが、河川内に配置されるため、水密構造であるとともに、流砂が当たっても破損しないものが好ましい。例えば、収納ケース24は、金属、合成樹脂等の材質が好ましい。本実施形態では、収納ケース24は、円形等の管材からなり、両端が蓋26により水密状に閉塞されている。加速度センサ22は、収納ケース24の内面に対して一体に固定されていて、収納ケース24に、流砂が当たったときの衝撃が、加速度センサ22に伝達可能としている。加速度センサ22の出力信号は、信号線28を介して、流砂量演算装置30に電気的に接続されている。
Hereinafter, a quicksand amount measuring device 10 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 13.
The quicksand amount measuring device 10 includes an accelerometer 20 and a quicksand amount calculation device 30. In the accelerometer 20, an acceleration sensor 22 is housed in a storage case 24. The material and structure of the storage case 24 are not limited, but since the storage case 24 is placed in a river, it is preferable that it has a watertight structure and will not be damaged even if it is hit by quicksand. For example, the material of the storage case 24 is preferably metal, synthetic resin, or the like. In the present embodiment, the storage case 24 is made of a circular tube or the like, and both ends are closed in a watertight manner by a lid 26. The acceleration sensor 22 is integrally fixed to the inner surface of the storage case 24 so that an impact when quicksand hits the storage case 24 can be transmitted to the acceleration sensor 22. The output signal of the acceleration sensor 22 is electrically connected to a quicksand amount calculation device 30 via a signal line 28.

流砂量演算装置30は、CPU(中央処理装置)31、RAM、ROM(ともに図示しない)及び記憶装置32などを有するコンピュータからなり、予めROMや記憶装置32に記憶させておいた計測プログラムをRAMに読み込んで実行することで後述する各部の機能が実現される。すなわち、流砂量演算装置30は、前記計測プログラムに基づいて、第1演算部33、第2演算部34、及び探索部35の機能を実現する。また、記憶装置32には、データベースが記憶されている。 The quicksand amount calculating device 30 is composed of a computer having a CPU (central processing unit) 31, a RAM, a ROM (both not shown), a storage device 32, etc., and stores a measurement program stored in the ROM or storage device 32 in advance in the RAM. By loading and executing the program, the functions of each part described later are realized. That is, the quicksand amount calculation device 30 realizes the functions of the first calculation section 33, the second calculation section 34, and the search section 35 based on the measurement program. Further, the storage device 32 stores a database.

流砂量演算装置30には、入力部37が接続されている。入力部37は、キーボード、マウス等からなる。入力部37により流砂の大きさが異なる毎にその混合割合を流砂量演算装置30に入力可能としている。 An input section 37 is connected to the quicksand amount calculation device 30 . The input unit 37 includes a keyboard, a mouse, and the like. The input unit 37 allows the mixing ratio to be input to the quicksand amount calculating device 30 each time the size of quicksand differs.

<データベースについて>
データベースについて説明する。データベースは、粒径の大きさが異なる流砂の混合割合毎に、単位時間当たりの加速度計20の出力信号の積分値(すなわち、単位時間当たりの加速度の積分値)と、単位時間当たりの加速度計20を通過した流砂量とが対応付けられている。そして、粒径の大きさが異なる流砂の混合割合及び単位時間当たりの加速度の積分値に基づいて当該加速度の積分値に対応する単位時間当たりの加速度計20を通過した流砂量の探索を可能としている。データベースについては、図13を参照して、さらに詳述する。
<About the database>
Describe the database. The database contains the integral value of the output signal of the accelerometer 20 per unit time (that is, the integral value of the acceleration per unit time) and the accelerometer per unit time for each mixing ratio of quicksand with different particle sizes. 20 is associated with the amount of quicksand that has passed through. Based on the mixing ratio of quicksand with different particle sizes and the integral value of acceleration per unit time, it is possible to search for the amount of quicksand passing through the accelerometer 20 per unit time corresponding to the integral value of acceleration. There is. The database will be described in further detail with reference to FIG. 13.

<試験について>
この両者の積分値には、固有の関係があることを説明する。
図2は、試験装置が示されている。試験装置は、流砂量の時間変化と、加速度計20の出力信号の時間変化との関係を得るためのものである。
<About the test>
It will be explained that there is a unique relationship between these two integral values.
FIG. 2 shows the test equipment. The test device is used to obtain the relationship between the time change in the amount of quicksand and the time change in the output signal of the accelerometer 20.

図2に示すように試験装置は、砂Sを貯留するホッパ110、ホッパ110から投入された砂Sと給水された水Wとを溜める貯留水槽112、貯留水槽112の下部に一体に連結されるとともに、加速度計20を水Wの流れと直交する方向に配置した流路管114、及び流路管114の下部に一体に連結された砂回収水槽116を備えている。貯留水槽112からは、水W及び砂Sが自身の重量で流路管114内を流れるようにされている。加速度計20は、流路管114を流れる砂S(すなわち、流砂)が当たると、当たったときの衝撃を検出した検出信号を、図1に示す流砂量演算装置30に出力するようにされている。なお、説明の便宜上、検出信号を出力信号ということがある。 As shown in FIG. 2, the test device is integrally connected to a hopper 110 for storing sand S, a storage tank 112 for storing sand S input from the hopper 110 and supplied water W, and a lower part of the storage tank 112. It also includes a flow pipe 114 in which the accelerometer 20 is arranged in a direction perpendicular to the flow of water W, and a sand collection tank 116 integrally connected to the lower part of the flow pipe 114. From the storage water tank 112, water W and sand S flow through the flow pipe 114 under their own weight. When the accelerometer 20 is hit by the sand S (that is, quicksand) flowing through the channel pipe 114, it outputs a detection signal that detects the impact at the time of the hit to the quicksand amount calculation device 30 shown in FIG. There is. Note that for convenience of explanation, the detection signal may be referred to as an output signal.

砂回収水槽116に貯留された水Wは、砂回収水槽116の下方に設けられた地下水槽118に流れるようにされている。また、地下水槽118内の水Wは、水中ポンプ120により高架水槽122に揚水された後、流量コントロールバルブ124を備えた給水管126を介して貯留水槽112に戻る。高架水槽122の水位は、貯留水槽112の水位よりも常に高くされるように水中ポンプ120が駆動されることにより制御される。 Water W stored in the sand recovery tank 116 is made to flow into an underground water tank 118 provided below the sand recovery tank 116. Further, the water W in the underground water tank 118 is pumped to the elevated water tank 122 by the submersible pump 120, and then returns to the storage water tank 112 via the water supply pipe 126 equipped with a flow rate control valve 124. The water level of the elevated water tank 122 is controlled by driving the submersible pump 120 so that it is always higher than the water level of the storage water tank 112.

図3は、比較例となる図示しないマイクロフォン(水中マイク)を同じ試験装置の流路管114に配置して、試験した場合のマイクロフォンの出力信号を示している。詳しくは、図3は、径4mm、1kgの砂Sと、40L/sの流水を投入した場合に、流砂がマイクロフォンに当たったときのマイクロフォンの出力信号である。 FIG. 3 shows the output signal of the microphone in the case where a microphone (not shown) as a comparative example (underwater microphone) was placed in the flow path pipe 114 of the same test device and tested. Specifically, FIG. 3 shows the output signal of the microphone when the quicksand hits the microphone when sand S having a diameter of 4 mm and 1 kg and running water of 40 L/s are introduced.

マイクロフォンは、加速度計20の収納ケース24と同じ大きさの管材で覆って配置した。図3に示すように、流砂が当たっていない時間帯T1と、流砂が当たっている時間帯T2とでは、出力信号の振幅は、流砂が当たっている時間帯T2の方が大きくなる。 The microphone was placed so as to be covered with a tube material of the same size as the storage case 24 of the accelerometer 20. As shown in FIG. 3, the amplitude of the output signal is larger in the time period T1 when quicksand is not hitting and the time period T2 when quicksand is hitting.

一方、図4は、図2に示すように、加速度計20を流路管114に配置し、径2mm、1kgの砂Sと、40L/sの流水を投入した場合に、流砂が加速度計20に当たったときの加速度計20の出力信号を表している。 On the other hand, FIG. 4 shows that when the accelerometer 20 is placed in the flow pipe 114 and sand S with a diameter of 2 mm and 1 kg and running water of 40 L/s are introduced, as shown in FIG. It represents the output signal of the accelerometer 20 when the object hits the object.

図4に示すように流砂が当たっていない時間帯T1と、流砂が当たっている時間帯T2とでは、出力信号の振幅は、流砂が当たっている時間帯T2の方が大きくなるが、特徴的なのは、加速度計20の方が図3のマイクロフォンの場合に比して、流砂が当たっていない場合の信号の振幅は、極端に小さい。そして、流砂が当たっている時間帯T2において、その末期には、流砂の当たる頻度が少なくなるとその振幅の収束状況を明確に把握することが可能となる。これに対して、図3のマイクロフォンの場合は、流砂が当たっている時間帯T2において、その末期には、流砂の当たる頻度が少なくなると、振幅が小さくなりノイズに邪魔されて、その流砂の検出が難しいものとなっている。図4において、矢印は当たっている時間帯後の出力信号の振幅の収束を示している。 As shown in FIG. 4, the amplitude of the output signal is larger in the time period T2 when quicksand is present, but the amplitude of the output signal is larger in the time period T2 when quicksand is present. What is important is that the amplitude of the signal from the accelerometer 20 when it is not hit by quicksand is extremely small compared to the microphone shown in FIG. Then, in the time period T2 during which quicksand hits, at the end of the period, when the frequency of quicksand hits decreases, it becomes possible to clearly grasp the convergence status of the amplitude. On the other hand, in the case of the microphone shown in Fig. 3, in the time period T2 when quicksand hits, at the end of the period, when the frequency of quicksand hits decreases, the amplitude decreases and noise interferes with the detection of the quicksand. has become difficult. In FIG. 4, the arrows indicate the convergence of the amplitude of the output signal after the corresponding time period.

<流砂量と加速度計の出力信号との関係>
図5(a)は、前記試験装置において、加速度計20が配置された検出箇所を通過した流砂量の時間変化を表している。また、図5(b)は、図5(a)で測定したときの流砂量に対する加速度計の出力波形のグラフを示している。
<Relationship between the amount of quicksand and the output signal of the accelerometer>
FIG. 5(a) shows the change over time in the amount of quicksand that passed through the detection location where the accelerometer 20 was placed in the testing device. Moreover, FIG. 5(b) shows a graph of the output waveform of the accelerometer with respect to the amount of quicksand when measured in FIG. 5(a).

図6(a)は、図5(a)と同じ加速度計20の出力信号において、Δtの期間中のハッチング領域の面積は、この期間中に通過した流砂量(g)になる。この通過した流砂量(g)をΔtで除すると、単位時間当たり流砂量(mg/s)が得られる。 In FIG. 6(a), in the same output signal of the accelerometer 20 as in FIG. 5(a), the area of the hatched area during the period of Δt is the amount (g) of quicksand that has passed during this period. If the amount of quicksand that has passed (g) is divided by Δt, the amount of quicksand per unit time (mg/s) is obtained.

一方、図6(b)は、図5(b)の出力信号をAとしたとき、|A|にして、すなわち、出力信号の0以下の負値を正値に反転した波形とし、その波形のピーク値を包絡線Hで結んだものである。 On the other hand, in FIG. 6(b), when the output signal of FIG. 5(b) is A, it is set to |A|, that is, the waveform is inverted from a negative value of 0 or less to a positive value, and the waveform The peak values of are connected by an envelope H.

Δtの期間中において、包絡線Hを上限とするハッチング領域の面積は、この期間中における加速度の時間積分値になる。この加速度の時間積分値をΔtで除すると、単位時間当たりの加速度の積分値になる。 During the period of Δt, the area of the hatched region whose upper limit is the envelope H becomes the time integral value of the acceleration during this period. Dividing this time integral value of acceleration by Δt gives the integral value of acceleration per unit time.

この単位時間当たり流砂量(mg/s)と単位時間当たりの加速度の積分値とを関連付けすることにより、データベースが得られることになる。
<試験データについて>
試験データの例について説明する。
A database is obtained by associating the amount of quicksand per unit time (mg/s) with the integral value of acceleration per unit time.
<About test data>
An example of test data will be explained.

前記試験装置を使用して、径が異なるガラスビーズ、及び大きさが異なる珪砂を流砂として、水Wとともに流した場合の加速度計20の出力信号の例が、図7(a)、図7(b)、図8(a)、図8(b)、図9(a)、図9(b)、図10に示されている。 Examples of the output signal of the accelerometer 20 when glass beads with different diameters and silica sand with different sizes are flowed together with water W as quicksand using the test apparatus are shown in FIGS. 7(a) and 7(a). b), FIG. 8(a), FIG. 8(b), FIG. 9(a), FIG. 9(b), and FIG.

図7(a)は、径が4mm、2kgのガラスビーズを60L/sの流量で通水した際、ガラスビーズが加速度計20に当たったときの加速度計20の出力信号の波形図である。図7(b)は、径が2mm、2kgのガラスビーズを60L/sの流量で通水した際、ガラスビーズが加速度計20に当たったときの加速度計20の出力信号の波形図である。図8(a)は、径が1mm、2kgのガラスビーズを60L/sの流量で通水した際、ガラスビーズが加速度計20に当たったときの加速度計20の出力信号の波形図である。図8(b)は、径が0.6mm、2kgのガラスビーズを60L/sの流量で通水した際、ガラスビーズが加速度計20に当たったときの加速度計20の出力信号の波形図である。 FIG. 7A is a waveform diagram of the output signal of the accelerometer 20 when the glass beads with a diameter of 4 mm and 2 kg hit the accelerometer 20 when water was passed through the glass beads at a flow rate of 60 L/s. FIG. 7(b) is a waveform diagram of the output signal of the accelerometer 20 when the glass beads with a diameter of 2 mm and 2 kg hit the accelerometer 20 when water was passed through the glass beads at a flow rate of 60 L/s. FIG. 8(a) is a waveform diagram of the output signal of the accelerometer 20 when the glass beads hit the accelerometer 20 when water was passed through glass beads having a diameter of 1 mm and weighing 2 kg at a flow rate of 60 L/s. FIG. 8(b) is a waveform diagram of the output signal of the accelerometer 20 when the glass beads hit the accelerometer 20 when water is passed through glass beads having a diameter of 0.6 mm and weighing 2 kg at a flow rate of 60 L/s. be.

図9(a)は、4.3mm程度の大きさのものを主に有している珪砂1号の2kgを40L/sの流量で通水した際、ガラスビーズが加速度計20に当たったときの加速度計20の出力信号の波形図である。図9(b)は、1.6mm程度の大きさのものを主に有している珪砂3号の2kgを40L/sの流量で通水した際、ガラスビーズが加速度計20に当たったときの加速度計20の出力信号の波形図である。 Figure 9(a) shows when glass beads hit the accelerometer 20 when 2 kg of silica sand No. 1, which mainly has particles of about 4.3 mm in size, was passed through water at a flow rate of 40 L/s. FIG. 2 is a waveform diagram of an output signal of the accelerometer 20 of FIG. Figure 9(b) shows when the glass beads hit the accelerometer 20 when water was passed through 2 kg of No. 3 silica sand, which mainly contains particles with a size of about 1.6 mm, at a flow rate of 40 L/s. FIG. 2 is a waveform diagram of an output signal of the accelerometer 20 of FIG.

図10は、0.5mm程度の大きさのものを主に有している珪砂5号の2kgを40L/sの流量で通水した際、ガラスビーズが加速度計20に当たったときの加速度計20の出力信号の波形図である。 Figure 10 shows the accelerometer when the glass beads hit the accelerometer 20 when 2 kg of silica sand No. 5, which mainly has particles of about 0.5 mm in size, was passed through water at a flow rate of 40 L/s. 20 is a waveform diagram of the output signal of No. 20. FIG.

さらに、前記径の異なるガラスビーズ及び前記各号の珪砂について、水の流量を複数回変更した上で、前記径の異なるガラスビーズ及び前記各号の珪砂が加速度計20に当たったときの加速度計の出力信号(出力値)を得る。 Furthermore, after changing the water flow rate multiple times for the glass beads with different diameters and the silica sand of each of the above items, the accelerometer when the glass beads with different diameters and the silica sand of each of the above items hit the accelerometer 20. Obtain the output signal (output value) of

上記のように取得した、前記径の異なるガラスビーズ及び前記各号の珪砂に係る出力信号(出力値)Aを|A|にして、その波形のピーク値を包絡線Hで結び、加速度が検出された検出開始時から検出終了時までの時間中における包絡線で囲まれる領域の加速度の時間積分値を算出する。そして、この加速度の時間積分値を加速度が検出された検出開始時から検出終了時までの時間で除して、単位時間当たりの加速度の積分値を求める。 The output signal (output value) A related to the glass beads with different diameters and the silica sand of the above items obtained as described above is set to |A|, the peak value of the waveform is connected by the envelope H, and the acceleration is detected. The time integral value of the acceleration of the area surrounded by the envelope during the time from the start of detection to the end of detection is calculated. Then, this time integral value of acceleration is divided by the time from the start of detection to the end of detection to obtain the integral value of acceleration per unit time.

一方で、加速度計20の各計測と合わせて前記ガラスビーズ及び珪砂の流砂量を計測する。この流砂量の計測方法は、例えば、ガラスビーズ及び珪砂が当たった検出開始時刻から検出が不能となった検出終了時刻までの期間に投入したガラスビーズ及び珪砂の量に基づいて算出するが、この方法に限定するものではない。 On the other hand, together with each measurement by the accelerometer 20, the amount of quicksand of the glass beads and silica sand is measured. The method for measuring the amount of quicksand is, for example, based on the amount of glass beads and silica sand thrown in during the period from the detection start time when glass beads and silica sand hit to the detection end time when detection became impossible. The method is not limited.

この期間中に通過した流砂量を検出開始時刻から検出が不能となった検出終了時刻までの期間で除すると、単位時間当たり流砂量(mg/s)を得る。
図11は、上記のようにして得られた単位時間当たりの加速度の積分値を縦軸にし、単位時間当たり流砂量を横軸にして、上記試験で得られたデータをプロットしたものである。
By dividing the amount of quicksand that passed during this period by the period from the detection start time to the detection end time when detection became impossible, the amount of quicksand per unit time (mg/s) is obtained.
In FIG. 11, the data obtained in the above test is plotted with the vertical axis representing the integral value of acceleration per unit time obtained as described above and the horizontal axis representing the amount of quicksand per unit time.

図11に示すように、ガラスビーズ4mm及び珪砂1号(大きさ4.3mm)での試験データがプロットされた群は、1つのグループにまとめることができ、図11では、「4mmのグループ」としている。また、ガラスビーズ2mm及び珪砂3号(大きさ1.6mm)の試験データがプロットされた群は、1つのグループにまとめることができ、図11では、「2mmのグループ」としている。また、ガラスビーズ1mmの試験データがプロットされた群は、「1mmのグループ」としてまとめることができる。また、ガラスビーズ0.6mm及び珪砂5号(大きさ0.5mm)の試験データがプロットされた群は、1つのグループにまとめることができ、図11では、「0.6mmのグループ」としている。 As shown in Figure 11, the groups in which the test data for 4mm glass beads and No. 1 silica sand (size 4.3mm) are plotted can be combined into one group, and in Figure 11, the "4mm group" It is said that Further, the group in which the test data of 2 mm glass beads and No. 3 silica sand (size 1.6 mm) are plotted can be combined into one group, and in FIG. 11, it is referred to as the "2 mm group". Furthermore, a group in which test data of 1 mm glass beads are plotted can be grouped together as a "1 mm group." In addition, the groups in which the test data of glass beads 0.6 mm and silica sand No. 5 (size 0.5 mm) are plotted can be combined into one group, and in Figure 11, it is called "0.6 mm group". .

図11に示すように、これらのグループは、単位時間当たりの加速度の積分値が大きくなるほど、単位時間当たり流砂量が大きくなり、流砂の径等の大きさ毎に、回帰曲線(流砂量曲線)をモデル化することが可能となっている。 As shown in Figure 11, in these groups, the larger the integral value of acceleration per unit time, the larger the amount of quicksand per unit time, and the regression curve (quicksand amount curve) for each size such as the diameter of quicksand. It is now possible to model.

また、珪砂1号、3号の単独、または珪砂1号、3号、5号を異なる混合割合で混合して、前記試験装置でデータを取得し、これらのデータに基づいて、上記と同様に単位時間当たりの加速度の積分値、及び、単位時間当たり流砂量を算出した。図12は、得られた単位時間当たりの加速度の積分値を縦軸にし、単位時間当たり流砂量を横軸にして、各データをプロットしたものである。 In addition, silica sand No. 1 and No. 3 alone or silica sand No. 1, No. 3, and No. 5 were mixed at different mixing ratios, data was obtained using the test device, and based on these data, the same procedure as above was performed. The integral value of acceleration per unit time and the amount of quicksand per unit time were calculated. In FIG. 12, each data is plotted with the vertical axis representing the obtained integral value of acceleration per unit time and the horizontal axis representing the amount of quicksand per unit time.

図12でプロットした試験は、「珪砂1号のみ」、「珪砂3号のみ」、「珪砂1号と3号を3:1で混合」、「珪砂1号と3号を1:1で混合」、及び「珪砂1号と3号を1:3で混合」を含む。また、図12でプロットした試験は、「珪砂1号、3号、5号を1:1:1で混合」、「珪砂1号、3号、5号を1:1:3で混合」、「珪砂3号と5号を1:1で混合」、及び「珪砂3号と5号を1:3で混合」を含む。 The tests plotted in Figure 12 are "silica sand No. 1 only", "silica sand No. 3 only", "silica sand No. 1 and No. 3 mixed at a ratio of 3:1", and "silica sand No. 1 and No. 3 mixed at a ratio of 1:1". ” and “Mix silica sand No. 1 and No. 3 at a ratio of 1:3.” In addition, the tests plotted in Figure 12 are "Mixing silica sand No. 1, No. 3, and No. 5 at a ratio of 1:1:1", "Mixing silica sand No. 1, No. 3, and No. 5 at a ratio of 1:1:3", Includes "Mixing silica sand No. 3 and No. 5 at a ratio of 1:1" and "Mixing silica sand No. 3 and No. 5 at a ratio of 1:3."

図12のプロットした試験結果では、グループGa、Gbに区別できる。
グループGaは、「珪砂1号のみ」、「珪砂1号と3号を3:1で混合」、「珪砂1号と3号を1:1で混合」、「珪砂1号と3号を1:3で混合」、「珪砂1号、3号、5号を1:1:1で混合」、及び「珪砂1号、3号、5号を1:1:3で混合」の珪砂1号が含まれたグループである。
In the test results plotted in FIG. 12, groups Ga and Gb can be distinguished.
Group Ga includes "silica sand No. 1 only,""silica sand No. 1 and No. 3 mixed at a ratio of 3:1,""silica sand No. 1 and No. 3 mixed at a ratio of 1:1," and "silica sand No. 1 and No. 3 mixed at a ratio of 1:1." Silica sand No. 1 of "Mixing silica sand No. 1, No. 3, and No. 5 at a ratio of 1:1:1" and "Mixing silica sand No. 1, No. 3, and No. 5 at a ratio of 1:1:3" This is a group that includes

グループGbは、「珪砂3号のみ」、「珪砂3号と5号を1:1で混合」、及び「珪砂3号と5号を1:3で混合」の珪砂1号が混合されず、珪砂3号が含まれるグルーブである。 Group Gb includes "silica sand No. 3 only", "silica sand No. 3 and No. 5 mixed at a ratio of 1:1", and "silica sand No. 3 and No. 5 mixed at a ratio of 1:3" with silica sand No. 1 not mixed. This groove contains silica sand No. 3.

図12に示すように、グループGa、Gbのそれぞれは、単位時間当たりの加速度の積分値が大きくなるほど、単位時間当たり流砂量が大きくなり、流砂の径等の大きさ毎に、回帰曲線(流砂量曲線)をモデル化することが可能となっている。 As shown in FIG. 12, in each of groups Ga and Gb, the larger the integral value of acceleration per unit time, the larger the amount of quicksand per unit time. It is now possible to model the quantity curve).

また、このように大きさが異なる珪砂が混合された場合、単位時間当たり流砂量は、混合されたものの中で最も大きな珪砂の影響を受けることを読み取ることができる。
上記の試験結果に基づいて、本実施形態のデータベースでは、流砂の大きさ順に複数段階にレベル化されている。レベルの幅は、限定するものではないが、例えば、1~10mmの間の任意の数値毎にレベル化してもよい。流砂の大きさは、たとえば、粒径であるが、粉末や顆粒の大きさを測る値であるメッシュ値等の値であってもよい。
Moreover, when silica sands of different sizes are mixed in this way, it can be seen that the amount of quicksand per unit time is influenced by the silica sand that is the largest among the mixed ones.
Based on the above test results, in the database of this embodiment, quicksand is leveled into multiple levels in order of size. Although the width of the level is not limited, for example, the level may be divided into arbitrary numerical values between 1 and 10 mm. The size of quicksand is, for example, a particle size, but may also be a value such as a mesh value, which is a value that measures the size of powder or granules.

例えば、レベルの幅を、1mm毎に4段階にレベル化している場合、a1<a2<a3<a4とする。a1≦1mm以下とした場合、1mm<a2≦2mm、2mm<a3≦3mm、3mm≦a4とする。 For example, when the width of the level is divided into four levels every 1 mm, a1<a2<a3<a4. When a1≦1mm, 1mm<a2≦2mm, 2mm<a3≦3mm, and 3mm≦a4.

図13に示す例では、レベルa1~a4における割合をそれぞれb1、b2、b3、b4(%)で表し、それぞれ10%単位でその割合が設定されている。
同図では、b4が70%、b3が20%、b2が10%、b1が0%のときにおける、単位時間当たり加速度の積分値(縦軸)と単位時間当たり流砂量(横軸)のテーブルが示されている。このようにして、データベースは、流砂の大きさの混合割合が異なる毎に、単位時間当たり加速度の積分値と、単位時間当たり流砂量とが関連付けされた組合せを複数個有している。
In the example shown in FIG. 13, the proportions at levels a1 to a4 are expressed as b1, b2, b3, and b4 (%), respectively, and the proportions are set in units of 10%.
In the same figure, the table shows the integral value of acceleration per unit time (vertical axis) and the amount of quicksand per unit time (horizontal axis) when b4 is 70%, b3 is 20%, b2 is 10%, and b1 is 0%. It is shown. In this way, the database has a plurality of combinations in which the integral value of acceleration per unit time and the amount of quicksand per unit time are associated with each other for different mixing ratios of quicksand sizes.

(実施形態の作用)
次に、加速度計20が河床等の河川内に配置された流砂量計測器10の作用を説明する。図14は、流砂量演算装置30のCPU31が、計測プログラムに従って実行されるフローチャートである。
(Action of embodiment)
Next, the operation of the quicksand amount measuring device 10 in which the accelerometer 20 is placed in a river such as a riverbed will be explained. FIG. 14 is a flowchart executed by the CPU 31 of the quicksand amount calculation device 30 according to the measurement program.

S20では、CPU31(第1演算部33)は、加速度計20から所定時間毎に入力された所定時間毎の出力信号Aを|A|にして、その波形のピーク値を結ぶ包絡線を算出する。なお、前記包絡線の算出方法は、限定するものではなく、周知の技術を用いればよい。例えば、包絡線を二乗平均(RMS)、ヒルベルト包絡等により算出してもよい。本実施形態では、ピーク包絡線を算出するようにしている。 In S20, the CPU 31 (first calculation unit 33) converts the output signal A input at predetermined time intervals from the accelerometer 20 into |A|, and calculates an envelope connecting the peak values of the waveform. . Note that the method for calculating the envelope is not limited, and any well-known technique may be used. For example, the envelope may be calculated using root mean square (RMS), Hilbert envelope, or the like. In this embodiment, a peak envelope is calculated.

続いて、CPU31(第1演算部33)は、算出した包絡線と、所定時間枠とで囲まれた領域の加速度の時間積分値を演算する(図6(b)参照)。
S30では、CPU31(第2演算部34)は、前記加速度の時間積分値に基づいて前記所定時間枠で除して単位時間当たり加速度の積分値を演算する。
Subsequently, the CPU 31 (first calculation unit 33) calculates the time integral value of the acceleration in the area surrounded by the calculated envelope and the predetermined time frame (see FIG. 6(b)).
In S30, the CPU 31 (second calculation unit 34) calculates an integral value of acceleration per unit time by dividing the time integral value of the acceleration by the predetermined time frame.

S40では、CPU31(探索部35)は、入力部37から入力された河川の流砂の大きさの混合割合と、前記単位時間当たり加速度の積分値に基づいて、データベースから、単位時間当たり流砂量を探索し、探索結果である流砂量を前記検出信号に基づいて出力する前記流砂量として図示しないディスプレイ、或いはプリンタ等に出力する。 In S40, the CPU 31 (search unit 35) calculates the amount of quicksand per unit time from the database based on the mixing ratio of the size of river quicksand input from the input unit 37 and the integral value of the acceleration per unit time. The amount of quicksand that is the search result is output to a display (not shown), a printer, etc. as the amount of quicksand that is output based on the detection signal.

なお、入力部37から入力する河川の流砂の大きさの混合割合は、河川内に配置された加速度計20の近傍に配置した河川水を、加速度計20が検出している時間と同じ時間枠で、取水して、得られた流砂に基づいてその混合割合を、掃流砂または流砂の粒径及びその分布等を計測する公知の分布計等で計測したものである。入力部37では、例えば、前記レベルa1~a4の場合、その割合がそれぞれb1、b2、b3、b4で入力される。 Note that the mixing ratio of the size of the river quicksand input from the input unit 37 is determined in the same time frame as the time when the accelerometer 20 is detecting river water placed near the accelerometer 20 placed in the river. The water was taken in, and the mixing ratio was measured based on the obtained quicksand using a known distribution meter that measures the particle size and distribution of bed bed or quicksand. In the input unit 37, for example, in the case of the levels a1 to a4, the ratios are input as b1, b2, b3, and b4, respectively.

本実施形態では、下記の特徴を有する。
(1)本実施形態の流砂量計測器10は、河川に流れる流砂との衝撃の大きさを表す検出信号を出力する加速度計20を備えている。また、流砂量計測器10は、流砂の大きさの混合割合が異なる毎に、単位時間当たり加速度の積分値と、単位時間当たり流砂量とが関連付けされた組合せを、複数個有しているデータベースを有している。
This embodiment has the following features.
(1) The quicksand amount measuring device 10 of this embodiment includes an accelerometer 20 that outputs a detection signal representing the magnitude of impact with quicksand flowing in a river. Further, the quicksand amount measuring device 10 has a database having a plurality of combinations in which the integral value of acceleration per unit time and the amount of quicksand per unit time are associated for each time the mixing ratio of the size of quicksand is different. have.

また、流砂量計測器10は、検出信号を絶対値化した波形を結ぶ包絡線と、所定時間枠とで囲まれた領域の時間積分値を演算する第1演算部33と、時間積分値に基づいて単位時間当たりの加速度の積分値を演算する第2演算部34を備えている。また、流砂量計測器10は、入力された流砂の大きさ混合割合及び単位時間当たりの加速度の積分値に基づいて、データベースから、単位時間当たり流砂量を求める探索部35を備えている。 The quicksand amount measuring device 10 also includes a first calculation unit 33 that calculates a time integral value of an area surrounded by an envelope connecting the waveform obtained by converting the detection signal into an absolute value and a predetermined time frame; A second calculation unit 34 is provided which calculates an integral value of acceleration per unit time based on the second calculation unit 34 . Further, the quicksand amount measuring device 10 includes a search unit 35 that calculates the amount of quicksand per unit time from the database based on the input size mixing ratio of quicksand and the integral value of acceleration per unit time.

この結果、汎用性があって、いずれの河川においても、流砂量の検出ができる。
(2)本実施形態の流砂量計測器10は、流砂の大きさ及び流砂の大きさ混合割合を入力する入力部37を備える。上記構成により、データベースから求める単位時間当たり流砂量を求めることが可能となる。
As a result, it is versatile and can detect the amount of quicksand in any river.
(2) The quicksand amount measuring device 10 of this embodiment includes an input section 37 for inputting the size of quicksand and the mixing ratio of quicksand sizes. With the above configuration, it is possible to obtain the amount of quicksand per unit time from the database.

(3)また、本実施形態では、加速度計20は、密閉された管内に固定された加速度センサ22を含む。この結果、加速度センサ22を、河川等の水内に支障なく配置することが可能となる。 (3) Furthermore, in this embodiment, the accelerometer 20 includes an acceleration sensor 22 fixed within a sealed tube. As a result, the acceleration sensor 22 can be placed in water such as a river without any problem.

(第2実施形態)
次に、流込み式水力発電所240の取水制御装置200を図15~図18を参照して説明する。
(Second embodiment)
Next, the water intake control device 200 for the run-of-river hydroelectric power plant 240 will be described with reference to FIGS. 15 to 18.

図15に示すように、取水制御装置200は、加速度計20A、20Bが接続された判定装置40にて構成されている。加速度計20A、20Bを備える判定装置40は、流砂量計量器に相当する。判定装置40は、取水口ゲート60を開閉駆動するゲート駆動部50を制御する。 As shown in FIG. 15, the water intake control device 200 includes a determination device 40 to which accelerometers 20A and 20B are connected. The determination device 40 including the accelerometers 20A and 20B corresponds to a quicksand amount measuring device. The determination device 40 controls a gate drive unit 50 that drives the water intake gate 60 to open and close.

判定装置40はCPU(中央処理装置)41、RAM、ROM(ともに図示しない)及び記憶装置42などを有するコンピュータからなり、予めROMや記憶装置42に記憶させておいた判定プログラムをRAMに読み込んで実行することで後述する各部の機能が実現される。すなわち、判定装置40は、前記判定プログラムに基づいて、第1演算部43、第2演算部44、探索部45及び判定部46の機能を実現する。 The determination device 40 is composed of a computer having a CPU (central processing unit) 41, a RAM, a ROM (both not shown), a storage device 42, etc., and reads a determination program stored in the ROM or storage device 42 in advance into the RAM. By executing this, the functions of each part described later are realized. That is, the determination device 40 realizes the functions of the first calculation section 43, the second calculation section 44, the search section 45, and the determination section 46 based on the determination program.

また、記憶装置42には、データベースが記憶されている。第1演算部43、第2演算部44、探索部45及び前記データベースは、第1実施形態の第1演算部33、第2演算部34、探索部35及びデータベースと同様に構成され、または機能する。また、判定装置40には、入力部としてのインターフェィス47が設けられている。 Further, the storage device 42 stores a database. The first calculation unit 43, the second calculation unit 44, the search unit 45, and the database are configured or function similarly to the first calculation unit 33, the second calculation unit 34, the search unit 35, and the database in the first embodiment. do. Further, the determination device 40 is provided with an interface 47 as an input section.

加速度計20A、20Bは、第1実施形態の加速度計20と同様に構成されている。
なお、流込み式水力発電所240では、河川205からの水は、図16に示すように、取水口ゲート60が開けられているときは取水口206を介して沈砂池210に流れ込む。図示はしないが、沈砂池210は、取水口206よりも幅が拡げられているため、流速が落ちて、水とともに流れる砂が底に沈殿する。次に、水は、導水路212から水槽220に送られる。水槽220は発電に先立ち一時的に水を貯えるためのもので、ここでも流速が低下するため残存した砂が沈殿する。水槽220に貯えられた水は、斜面に設置された水圧鉄管230の中を落下して流込み式水力発電所240の図示しない水車を回し、図示しない放水路から河川に戻される。また、前記水車は図示しない発電機を駆動して電力を発生する。
Accelerometers 20A and 20B are configured similarly to accelerometer 20 of the first embodiment.
In the run-of-river hydroelectric power plant 240, water from the river 205 flows into the settling basin 210 through the water intake 206 when the water intake gate 60 is opened, as shown in FIG. Although not shown, since the sand settling basin 210 is wider than the water intake port 206, the flow velocity decreases, and the sand flowing with the water settles to the bottom. Water is then sent from headrace 212 to water tank 220 . The water tank 220 is used to temporarily store water prior to power generation, and the remaining sand settles here as the flow rate decreases. The water stored in the water tank 220 falls through a penstock 230 installed on a slope, turns a water wheel (not shown) of a run-of-river hydroelectric power plant 240, and is returned to the river from a spillway (not shown). Further, the water turbine drives a generator (not shown) to generate electric power.

図16に示すように、加速度計20Aは、河川205において、取水口206近傍に流れる流砂量の検出のために、取水口206の取水口ゲート60よりも河川側に配置されている。加速度計20Bは、取水口ゲート60から流れる流砂量を検出するために、取水口206において取水口ゲート60よりも沈砂池210側に配置されている。 As shown in FIG. 16, the accelerometer 20A is placed closer to the river than the intake gate 60 of the water intake 206 in order to detect the amount of quicksand flowing near the water intake 206 in the river 205. The accelerometer 20B is arranged closer to the settling basin 210 than the water intake gate 60 in the water intake 206 in order to detect the amount of quicksand flowing from the water intake gate 60.

図15に示すように判定装置40には、インターフェィス47を介して、流砂分布計測装置70A、70Bがそれぞれ電気的に接続されている。図16に示すように流砂分布計測装置70A,70Bには、検出器80A、80Bが電気的に接続されている。インターフェィス47は、入力部に相当する。 As shown in FIG. 15, quicksand distribution measuring devices 70A and 70B are electrically connected to the determination device 40 via an interface 47, respectively. As shown in FIG. 16, detectors 80A and 80B are electrically connected to the quicksand distribution measuring devices 70A and 70B. The interface 47 corresponds to an input section.

検出器80A、80Bは、例えば、耐水型圧電センサであって、流砂が当たったときの、音響情報を解析する流砂分布計測装置70A、70Bにそれぞれ電気的に接続されている。検出器80A、80Bは、加速度計20A、20Bの近傍にそれぞれ配置されている。流砂分布計測装置70A、70Bは、これらの音響情報を解析することにより、すなわち、土石粒子の流送に対応する固有の周波数帯域域の信号のみをフィルタにより通過させる。そして、流砂分布計測装置70A、70Bは、通過してきた特定の音響情報の数を信号強度毎に計数するマルチチャンネルカウンタ部等を備えていることにより、流砂の粒径の分布、すなわち、流砂の大きさ混合割合(すなわち、粒径分布)の計測が可能となっている。なお、この方法は、例えば、実開平05-52972号公報で公知のため、詳細な説明は省略する。なお、粒径の分布を測定する装置は、この方法に限定するものではなく、他の公知装置で行ってもよい。 The detectors 80A and 80B are, for example, waterproof piezoelectric sensors, and are electrically connected to quicksand distribution measuring devices 70A and 70B, respectively, which analyze acoustic information when quicksand hits. Detectors 80A and 80B are placed near accelerometers 20A and 20B, respectively. The quicksand distribution measuring devices 70A and 70B analyze this acoustic information, that is, only signals in a specific frequency band corresponding to the flow of dirt particles are passed through the filter. The quicksand distribution measuring devices 70A and 70B are equipped with a multi-channel counter unit that counts the number of specific acoustic information that has passed for each signal strength, so that the quicksand distribution measurement devices 70A and 70B can measure the particle size distribution of quicksand, that is, the quicksand distribution. It is now possible to measure the size mixing ratio (ie, particle size distribution). Note that this method is known, for example, in Japanese Utility Model Application Publication No. 05-52972, so detailed explanation will be omitted. Note that the device for measuring the particle size distribution is not limited to this method, and other known devices may be used.

なお、本実施形態の取水制御装置200の構成中、加速度計20A、20B、判定装置40の記憶装置42、第1演算部43、第2演算部44、探索部45及びインターフェィス47は、流砂量計測器を構成する。 In addition, in the configuration of the water intake control device 200 of this embodiment, the accelerometers 20A and 20B, the storage device 42 of the determination device 40, the first calculation section 43, the second calculation section 44, the search section 45, and the interface 47 are configured to measure the amount of quicksand. Configure the instrument.

(第2実施形態の作用)
次に、取水制御装置200の作用を図18のフローチャートを参照して説明する。
図18のフローチャートは、判定装置40のCPU41により、判定プログラムに従って、所定周期で実行される。
(Action of the second embodiment)
Next, the operation of the water intake control device 200 will be explained with reference to the flowchart of FIG. 18.
The flowchart in FIG. 18 is executed by the CPU 41 of the determination device 40 at predetermined intervals according to the determination program.

(S110)
S110では、CPU41は、取水口ゲート状態を示すフラグを設定する。すなわち、取水口ゲート60が開位置に位置するとオン信号を判定装置40に出力る開位置リミットスイッチ(図示しない)と、取水口ゲート60が閉位置に位置するとオン信号を判定装置40に出力する閉位置リミットスイッチ(図示しない)が設けられている。
(S110)
In S110, the CPU 41 sets a flag indicating the water intake gate state. That is, an open position limit switch (not shown) outputs an on signal to the determination device 40 when the water intake gate 60 is in the open position, and an on signal is output to the determination device 40 when the water intake gate 60 is in the closed position. A closed position limit switch (not shown) is provided.

判定装置40のCPU41は、開位置リミッスイッチからのオン信号を入力すると、状態識別フラグFを「1」に設定し、閉位置リミットスイッチからのオン信号を入力すると、状態識別フラグFを「0」に設定する。 The CPU 41 of the determination device 40 sets the state identification flag F to "1" when the ON signal from the open position limit switch is input, and sets the state identification flag F to "0" when the ON signal from the closed position limit switch is input. ”.

(S120~S140)
次のS120~S140の処理は、状態識別フラグFが「0」の場合と「1」の場合とでは、単位時間当たり流砂量Rを算出する場合のデータの取得先が異なるため、場合を分けて説明する。
(S120-S140)
The following processing from S120 to S140 is performed separately depending on whether the status identification flag F is "0" or "1" because the data acquisition source for calculating the amount of quicksand per unit time R is different. I will explain.

<1.状態識別フラグFが「0」の場合>
S120では、CPU41(第1演算部43)は、加速度計20Aから所定時間毎に入力された所定時間毎の出力信号Aを|A|にして、その波形のピーク値を結ぶ包絡線を算出する。なお、前記包絡線の算出方法は、第1実施形態と同様である。続いて、CPU41(第1演算部43)は、算出した包絡線と、所定時間枠とで囲まれた領域の加速度の時間積分値を演算する。
<1. When the status identification flag F is “0”>
In S120, the CPU 41 (first calculation unit 43) converts the output signal A input at predetermined time intervals from the accelerometer 20A into |A|, and calculates an envelope connecting the peak values of the waveform. . Note that the method for calculating the envelope is the same as in the first embodiment. Subsequently, the CPU 41 (first calculation unit 43) calculates the time integral value of the acceleration in the area surrounded by the calculated envelope and the predetermined time frame.

S130では、CPU41(第2演算部44)は、前記加速度の時間積分値に基づいて前記所定時間枠で除して単位時間当たり加速度の積分値を演算する。
S140では、CPU41(探索部45)は、インターフェィス47を介して流砂分布計測装置70Aから入力された河川205の流砂の大きさの混合割合と、前記単位時間当たり加速度の積分値に基づいて、データベースから、単位時間当たり流砂量Rを探索して取得する。流砂分布計測装置70Aから入力された河川205の流砂の大きさの混合割合は、加速度計20Aから所定時間毎に入力された所定時間毎の出力信号Aと同じ時刻で取得されたものである。
In S130, the CPU 41 (second calculation unit 44) calculates the integral value of acceleration per unit time by dividing the time integral value of the acceleration by the predetermined time frame.
In S140, the CPU 41 (search unit 45) searches the database based on the mixing ratio of the size of quicksand in the river 205 inputted from the quicksand distribution measuring device 70A via the interface 47 and the integrated value of the acceleration per unit time. From this, the amount R of quicksand per unit time is searched and obtained. The mixing ratio of the size of quicksand in the river 205 inputted from the quicksand distribution measuring device 70A is obtained at the same time as the output signal A for each predetermined time inputted from the accelerometer 20A at predetermined time intervals.

ここで、流砂分布計測装置70Aから河川205の流砂の大きさの混合割合を取得する理由は、現状の河川205での単位時間当たりの流砂量Rの流砂に流込み式水力発電所240の設備が損傷することがない粒径が含まれているか否かを知るためである。すなわち、現状の河川205での流砂の流砂分布(粒径分布)及び流砂量を精度よく把握し、水車ランナや水圧鉄管230の摩耗等、流込み式水力発電所240の設備に悪影響を与える流砂分布(粒径分布)及び流砂量であるか否かを知り、発電を再開してよいかを判断するためである。 Here, the reason why the mixing ratio of the size of quicksand in the river 205 is obtained from the quicksand distribution measuring device 70A is that the current flow rate R of quicksand per unit time in the river 205 is applied to the equipment of the run-of-the-river type hydroelectric power plant 240. This is to find out whether the particles have a particle size that will not cause damage. In other words, the current distribution (particle size distribution) and amount of quicksand in the river 205 can be accurately grasped, and quicksand that may adversely affect the equipment of the run-of-river hydroelectric power plant 240, such as wear of the turbine runner or penstock 230, can be determined. This is to know the distribution (particle size distribution) and amount of quicksand, and to judge whether it is okay to restart power generation.

<2.状態識別フラグFが「1」の場合>
S120では、CPU41(第1演算部43)は、加速度計20Bから所定時間毎に入力された所定時間毎の出力信号Aを|A|にして、その波形のピーク値を結ぶ包絡線を算出する。なお、前記包絡線の算出方法は、第1実施形態と同様である。続いて、CPU41(第1演算部43)は、算出した包絡線と、所定時間枠とで囲まれた領域の加速度の時間積分値を演算する。
<2. When the status identification flag F is “1”>
In S120, the CPU 41 (first calculation unit 43) converts the output signal A input at predetermined time intervals from the accelerometer 20B into |A|, and calculates an envelope connecting the peak values of the waveform. . Note that the method for calculating the envelope is the same as in the first embodiment. Subsequently, the CPU 41 (first calculation unit 43) calculates the time integral value of the acceleration in the area surrounded by the calculated envelope and the predetermined time frame.

S130では、CPU41(第2演算部44)は、前記加速度の時間積分値に基づいて前記所定時間枠で除して単位時間当たり加速度の積分値を演算する。
S140では、CPU41(探索部45)は、インターフェィス47を介して流砂分布計測装置70Bから入力された取水口ゲート60よりも取水口206下流における流砂の大きさの混合割合と、前記単位時間当たり加速度の積分値に基づいて、データベースから、単位時間当たり流砂量Rを探索して取得する。流砂分布計測装置70Bから入力された取水口206を通過する流砂の大きさの混合割合は、加速度計20Bから所定時間毎に入力された所定時間毎の出力信号Aと同じ時刻で取得されたものである。
In S130, the CPU 41 (second calculation unit 44) calculates the integral value of acceleration per unit time by dividing the time integral value of the acceleration by the predetermined time frame.
In S140, the CPU 41 (search unit 45) calculates the mixing ratio of the size of quicksand downstream of the water intake 206 from the water intake gate 60 input from the quicksand distribution measuring device 70B via the interface 47, and the acceleration per unit time. Based on the integral value of , the amount of quicksand per unit time R is searched and obtained from the database. The mixing ratio of the size of quicksand passing through the water intake 206 input from the quicksand distribution measuring device 70B is obtained at the same time as the output signal A for each predetermined time input from the accelerometer 20B. It is.

ここで、流砂分布計測装置70Bから取水口ゲート60よりも取水口206下流における流砂の大きさの混合割合を取得する理由は、下記のとおりである。すなわち、取水口ゲート60よりも取水口206を通過する流砂分布(粒径分布)及び流砂量を精度よく把握し、水車ランナや水圧鉄管230の摩耗等、流込み式水力発電所240の設備に悪影響を与える流砂分布(粒径分布)及び流砂量であるか否かを知り、発電を停止するべきか否かを判断するためである。 Here, the reason why the mixing ratio of the size of quicksand downstream of the water intake 206 from the water intake gate 60 is acquired from the quicksand distribution measuring device 70B is as follows. In other words, the distribution (particle size distribution) and amount of quicksand passing through the water intake 206 rather than the water intake gate 60 can be accurately grasped, and the equipment of the run-of-river type hydroelectric power plant 240 can be checked to prevent wear and tear on the water turbine runners and penstock 230, etc. This is to know whether the quicksand distribution (particle size distribution) and the amount of quicksand are causing an adverse effect, and to judge whether or not power generation should be stopped.

(S150)
S150では、CPU41は、状態識別フラグFが「0」か、否かを判定する。そして、CPU41は、状態識別フラグFが「0」の場合は、S160に移行し、状態識別フラグFが「1」の場合は、S190に移行する。
(S150)
In S150, the CPU 41 determines whether the state identification flag F is "0" or not. Then, the CPU 41 moves to S160 when the state identification flag F is "0", and moves to S190 when the state identification flag F is "1".

(S160)
S160では、CPU41(判定部46)は、単位時間当たりの流砂量Rが取水許容閾値RO未満か否かを判定する。CPU41は、単位時間当たりの流砂量Rが取水許容閾値RO未満である場合には、S170に移行し、単位時間当たりの流砂量Rが取水許容閾値RO以上である場合には、S110にリターンして、取水口ゲート60の閉状態を保持する。
(S160)
In S160, the CPU 41 (determination unit 46) determines whether the amount of quicksand per unit time R is less than the water intake permissible threshold RO. If the amount of quicksand per unit time R is less than the allowable water intake threshold RO, the CPU 41 moves to S170, and if the amount of quicksand per unit time R is equal to or greater than the allowable water intake threshold RO, returns to S110. The water intake gate 60 is kept closed.

(S170)
S170では、CPU41(判定部46)は、取水口ゲート60を開ける取水許容信号をゲート駆動部50に出力する。ゲート駆動部50は、取水許容信号に応じて、取水口ゲート60を開ける。
(S170)
In S170, the CPU 41 (determination unit 46) outputs a water intake permission signal for opening the water intake gate 60 to the gate drive unit 50. The gate drive unit 50 opens the water intake gate 60 in response to the water intake permission signal.

(S180)
S180では、CPU41は、状態識別フラグFを「1」にセットして、S110にリターンする。
(S180)
In S180, the CPU 41 sets the state identification flag F to "1" and returns to S110.

(S190)
S190では、CPU41(判定部46)は、単位時間当たりの流砂量Rが取水制限閾値RCを越えているか否かを判定する。なお、本実施形態では、取水許容閾値RO<取水制限閾値RCとしている。CPU41は、単位時間当たりの流砂量Rが取水制限閾値RCを越えている場合には、S200に移行し、単位時間当たりの流砂量Rが取水制限閾値RC以下である場合には、S110にリターンして、取水口ゲート60の開状態を保持する。
(S190)
In S190, the CPU 41 (determination unit 46) determines whether the amount of quicksand per unit time R exceeds the water intake restriction threshold RC. In this embodiment, water intake permissible threshold RO<water intake restriction threshold RC. If the amount of quicksand per unit time R exceeds the water intake limit threshold RC, the CPU 41 moves to S200, and if the amount of quicksand per unit time R is less than or equal to the water intake limit threshold RC, returns to S110. In this way, the water intake gate 60 is kept open.

なお、本実施形態では、取水許容閾値ROと取水制限閾値RCの大小関係は、取水許容閾値RO<取水制限閾値RCに限定するものではなく、同一の値でもよく、或いは取水許容閾値RO>取水制限閾値RCとしてもよい。 In the present embodiment, the magnitude relationship between the water intake permissible threshold RO and the water intake restriction threshold RC is not limited to water intake permissible threshold RO<water intake restriction threshold RC, and may be the same value, or water intake permissible threshold RO>water intake. It may also be a limit threshold RC.

(S200)
CPU41(判定部46)は、単位時間当たりの流砂量Rが取水制限閾値RCを越えている場合、取水口ゲート60を閉じる取水制限信号をゲート駆動部50に出力する。ゲート駆動部50は、取水制限信号に応じて、取水口ゲート60を閉じる。
(S200)
If the amount of quicksand per unit time R exceeds the water intake restriction threshold RC, the CPU 41 (judgment unit 46) outputs a water intake restriction signal for closing the water intake gate 60 to the gate drive unit 50. The gate drive unit 50 closes the water intake gate 60 in response to the water intake restriction signal.

(S210)
S210では、CPU41は、状態識別フラグFを「0」にリセットして、S110にリターンする。
(S210)
In S210, the CPU 41 resets the state identification flag F to "0" and returns to S110.

本実施形態では、下記の特徴を有する。
(1)本実施形態の水力発電所の取水制御装置200は、いずれの河川においても、流砂量の検出を可能とした流砂量計測器を含む。そして、取水制御装置200の判定部46は単位時間当たり流砂量Rが取水制限閾値RCを越えている場合、取水口ゲート60を閉じる取水制限信号をゲート駆動部50に出力する。また、判定部46は単位時間当たり流砂量Rが取水許容閾値RO未満となった場合は、取水口ゲート60を開ける取水許容信号をゲート駆動部50に出力する。
This embodiment has the following features.
(1) The water intake control device 200 for a hydroelectric power plant according to the present embodiment includes a sediment flow meter that can detect the flow sand amount in any river. Then, when the amount of quicksand per unit time R exceeds the water intake restriction threshold RC, the determination unit 46 of the water intake control device 200 outputs a water intake restriction signal that closes the water intake gate 60 to the gate drive unit 50. Further, when the amount of quicksand per unit time R becomes less than the water intake permissible threshold RO, the determination unit 46 outputs a water intake permissible signal for opening the water intake gate 60 to the gate drive unit 50 .

この結果、本実施形態では、汎用性があって、いずれの河川においても、流砂量の検出ができて、流込み水力発電所の取水口ゲートの開閉を行うことが可能となる。
図19は、流込み式水力発電所240を有する河川の上流域で雨量が降った場合の、河川流量の変化の一例が示されている。
As a result, this embodiment has versatility and can detect the amount of quicksand in any river, and can open and close the water intake gate of a run-of-river hydroelectric power plant.
FIG. 19 shows an example of a change in river flow rate when it rains in the upstream area of a river where the run-of-river hydroelectric power plant 240 is located.

図19において、最大取水量R10は、流込み式水力発電所240が発電する際に許可されている最大の流量である。
経験的な判定流量R11は、河川の水量が多くなりつつある場合、河川の水とともに流れてくる流砂(土砂)も多くなることを監視者が経験的に予想する量であり、これ以上を取水すると水力発電所の設備が損傷するものとして、取水口ゲート60が閉じられる。経験的な判定流量R11は、誤差もあるため、安全代分が見込まれている。
In FIG. 19, the maximum water intake amount R10 is the maximum flow rate allowed when the run-of-river hydroelectric power plant 240 generates power.
Empirical judgment The flow rate R11 is the amount at which the monitor empirically predicts that when the amount of water in the river is increasing, the amount of quicksand (sediment) flowing with the river water will also increase, and it is difficult to draw more water than this amount. Then, the water intake gate 60 is closed because the equipment of the hydroelectric power plant will be damaged. Since the empirically determined flow rate R11 includes errors, a safety margin is expected.

経験的な判定流量R12は、河川の水量が少なくなりつつある場合、河川の水とともに流れてくる流砂(土砂)も少なくなることを監視者が経験的に予想する量であり、水力発電所の設備が損傷しないものとして取水口ゲート60が開けられる。経験的な判定流量R12は、誤差もあるため、安全代分が見込まれている。 Empirically determined flow rate R12 is the amount at which a monitor empirically predicts that when the amount of water in a river is decreasing, the amount of quicksand (sediment) flowing with the river water will also decrease. The water intake gate 60 is opened as long as the equipment is not damaged. Since the empirically determined flow rate R12 includes errors, a safety margin is expected.

この結果、従来は、経験的な判定流量R11に基づいて取水口ゲート60が閉じられる時刻t1までの最大取水量R10以下の河川水量の領域と、経験的な判定流量R12に基づいて取水口ゲート60が開けられる時刻t2からの最大取水量R10以下の河川水量が発電使用水量となる。上記の監視者が経験的に予想する量は、前述したように誤差も予想されることと、かつ、河川に流れる水の状況にも影響を受けるため、一定とはならず、変動する値である。 As a result, conventionally, based on the empirical judgment flow rate R11, the area of the river water amount below the maximum water intake amount R10 until the time t1 when the water intake gate 60 is closed, and the intake gate based on the empirical judgment flow rate R12. The amount of river water less than or equal to the maximum water intake amount R10 from time t2 when 60 is opened becomes the amount of water used for power generation. The amount predicted empirically by the above-mentioned monitor is not constant, but a fluctuating value, because errors are expected as mentioned above, and it is also affected by the state of the water flowing into the river. be.

これに対して、判定河川流量R21は、取水制限閾値RCに基づいて算出される河川流量であって、単位時間当たり流砂量Rが取水制限閾値RCを超えた場合に、取水口ゲート60が閉じられるときの河川流量である。 On the other hand, the determined river flow rate R21 is a river flow rate calculated based on the water intake restriction threshold RC, and when the amount of quicksand per unit time R exceeds the water intake restriction threshold RC, the water intake gate 60 is closed. This is the river flow rate when

すなわち、単位時間当たりの流砂量Rは、河川流量と関係することが多く、河川流量が多くなるほど、単位時間当たりの流砂量も増加する傾向にあるが、従来の河川流量から経験的に流砂量を推定するものでは安全代分が見込まれている。これに対して、本実施形態では、従来はt1で取水停止されていたものをt11へ取水時間を延長することが可能となる。図19は、このような事例の場合について図示している。 In other words, the amount of quicksand per unit time R is often related to the river flow rate, and as the river flow rate increases, the amount of quicksand per unit time also tends to increase. A safety margin is expected when estimating . On the other hand, in this embodiment, water intake time, which conventionally was stopped at t1, can be extended to t11. FIG. 19 illustrates such a case.

従って、図19に示すように、判定河川流量R21は、経験的な判定流量R11よりも大きな値となる。
また、判定河川流量R22は、取水許容閾値ROに基づいて算出される河川流量であって、単位時間当たり流砂量Rが取水許容閾値RO未満となった場合に、取水口ゲート60が開けられるときの河川流量である。
Therefore, as shown in FIG. 19, the determined river flow rate R21 has a larger value than the empirical determined flow rate R11.
In addition, the determined river flow rate R22 is a river flow rate calculated based on the water intake permissible threshold RO, and when the water intake gate 60 is opened when the amount of quicksand per unit time R becomes less than the water intake permissible threshold RO. This is the river flow rate.

すなわち、単位時間当たりの流砂量Rは、河川流量と関係することが多く、河川流量が少なくなるほど、単位時間当たりの流砂量も減少する傾向にあるが、従来の河川流量から経験的に流砂量を推定するものでは安全代分が見込まれており、従来はt2で取水開始されていたものをt21へ取水時間を延長することが可能となる。図19は、このような事例の場合について図示している。 In other words, the amount of quicksand per unit time R is often related to the river flow rate, and as the river flow rate decreases, the amount of quicksand per unit time also tends to decrease. A safety margin is assumed in the estimation of , and it becomes possible to extend the water intake time to t21, which previously started at t2. FIG. 19 illustrates such a case.

また、従来の河川流量から経験的に流砂量を推定するものとは異なり、流砂量計測器を用いて直接的に流砂量を把握できるため、より適切な設備運用・維持管理が可能となる。
判定河川流量R22は、試験等により、得ることが可能であり、取水許容閾値ROから一義的に取得できる値である。取水許容閾値ROに基づいて取得できる判定河川流量R22は、図19に示すように、経験的な判定流量R12よりも、前記誤差を少なくすることができる。
Additionally, unlike the conventional method of estimating the amount of sand sand empirically from river flow rates, it is possible to directly determine the amount of sand sand using a sand flow meter, allowing for more appropriate equipment operation and maintenance.
The determined river flow rate R22 can be obtained through a test or the like, and is a value that can be uniquely obtained from the water intake permissible threshold RO. As shown in FIG. 19, the determined river flow rate R22 that can be obtained based on the water intake permissible threshold RO can reduce the error as compared to the empirical determined river flow rate R12.

従って、図19に示すように、判定河川流量R22は、経験的な判定流量R12よりも大きな値となる。
この結果、本実施形態では、判定河川流量R21に基づいて取水口ゲート60が閉じられる時刻t11までの最大取水量R10以下の河川水量の領域と、判定河川流量R22に基づいて取水口ゲート60が開けられる時刻t21からの最大取水量R10以下の河川水量の領域が発電使用水量となる。
Therefore, as shown in FIG. 19, the determined river flow rate R22 has a larger value than the empirical determined flow rate R12.
As a result, in this embodiment, the intake gate 60 is determined based on the region of the river water volume less than or equal to the maximum water intake amount R10 until the time t11 when the water intake gate 60 is closed based on the determined river flow rate R21, and on the basis of the determined river flow rate R22. The area of the river water amount below the maximum water intake amount R10 from the opening time t21 becomes the amount of water used for power generation.

従って、図19に示すように、従来と比較して、ハッチングで示されている領域の分を発電使用量として増加させることができる。すなわち、発電停止及び発電再開の精度向上により、発電ロスを減らし、発電量を増加させることができる。また、流砂量計測器を用いて直接的に流砂量を把握できるため、より適切な設備運用・維持管理が可能となる。 Therefore, as shown in FIG. 19, compared to the conventional method, the amount of power generation used can be increased by the area shown by hatching. That is, by improving the accuracy of stopping and restarting power generation, it is possible to reduce power generation loss and increase the amount of power generation. In addition, since the amount of quicksand can be directly determined using a quicksand amount measuring device, more appropriate equipment operation and maintenance is possible.

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。
本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
This embodiment can be implemented with the following modifications.
This embodiment and the following modified examples can be implemented in combination with each other within a technically consistent range.

・第1実施形態の流砂量計測器10は、流砂の大きさ及び流砂の大きさ混合割合を入力する入力部37を備えるようにした。これに代えて、同じ大きさの流砂のみが河川等に流れる場合には、流砂の大きさを入力する入力部に代えてもよい。この場合は、データベースは、流砂の大きさが異なる毎に、単位時間当たり加速度の積分値と単位時間当たり流砂量とが関連付けされた組合せを、複数個有していればよい。 - The quicksand amount measuring device 10 of the first embodiment includes an input section 37 for inputting the size of quicksand and the mixing ratio of quicksand sizes. Alternatively, if only quicksand of the same size flows into a river or the like, an input section for inputting the size of the quicksand may be used instead. In this case, the database only needs to have a plurality of combinations in which the integral value of acceleration per unit time and the amount of quicksand per unit time are associated with each other for each different size of quicksand.

・第2実施形態では、加速度計20A、20Bを設けたが、いずれか一方を省略して、残った他方の加速度計の検出信号に基づいて、判定装置40は、ゲート駆動部50を開閉制御してもよい。この場合、流砂分布計測装置70A、70B及び検出器80A、80Bについても同様にいずれか一方を省略してよい。 - In the second embodiment, the accelerometers 20A and 20B are provided, but one of them is omitted, and the determination device 40 controls the opening and closing of the gate drive unit 50 based on the detection signal of the remaining accelerometer. You may. In this case, either one of the quicksand distribution measuring devices 70A, 70B and the detectors 80A, 80B may be omitted.

この場合、加速度計20A、流砂分布計測装置70A及び検出器80Aを省略した場合は、加速度計20Bでは取水停止の判定はできるが、取水再開(取水口ゲート開)の判定ができなくなるが、これを操作者が判定して取水再開を行えばよい。 In this case, if the accelerometer 20A, the quicksand distribution measuring device 70A, and the detector 80A are omitted, the accelerometer 20B can determine whether to stop water intake, but cannot determine whether to resume water intake (opening the intake gate). The operator can determine this and restart the water intake.

また、加速度計20B、流砂分布計測装置70B及び検出器80Bを省略した場合は、例えば、加速度計20B、流砂分布計測装置70B及び検出器80Bの代わりに、加速度計20A及び流砂分布計測装置70Aの出力信号に基づいて、ゲート駆動部50を閉制御するようにしてもよい。或いは、これを操作者が判定してゲート駆動部50を閉制御するようにしてもよい。 Furthermore, if the accelerometer 20B, the quicksand distribution measuring device 70B, and the detector 80B are omitted, for example, the accelerometer 20A and the quicksand distribution measuring device 70A can be used instead of the accelerometer 20B, the quicksand distribution measuring device 70B, and the detector 80B. The gate drive unit 50 may be controlled to close based on the output signal. Alternatively, the operator may determine this and control the gate drive unit 50 to close.

・第2実施形態では、図15に示す判定装置40の外部に、流砂分布計測装置70A、70Bがそれぞれ電気的に接続したが、流砂分布計測装置70A、70Bの機能を判定装置40が具備していてもよい。この場合、検出器80A、80Bがインターフェィス47に電気的に接続されている。インターフェィス47は、入力部に相当する。 - In the second embodiment, the quicksand distribution measuring devices 70A and 70B are electrically connected to the outside of the determining device 40 shown in FIG. 15, but the determining device 40 has the functions of the quicksand distribution measuring devices 70A and 70B. You can leave it there. In this case, detectors 80A and 80B are electrically connected to interface 47. The interface 47 corresponds to an input section.

・また、第2実施形態では、単体の判定装置40が単位時間当たり流砂量と取水制限閾値RCの比較判定と、単位時間当たり流砂量と取水許容閾値ROの比較判定を行うようにした。 - Also, in the second embodiment, the single determination device 40 performs a comparative judgment between the amount of quicksand per unit time and the water intake limit threshold RC, and a comparative judgment between the amount of quicksand per unit time and the water intake permissible threshold RO.

これに代えて、加速度計20A及び流砂分布計測装置70Aが電気的に接続される判定装置と、加速度計20B及び流砂分布計測装置70Bが電気的に接続される判定装置とをそれぞれ設けてもよい。 Instead, a determination device to which the accelerometer 20A and the quicksand distribution measuring device 70A are electrically connected, and a determining device to which the accelerometer 20B and the quicksand distribution measuring device 70B are electrically connected may be provided, respectively. .

この場合、加速度計20A及び流砂分布計測装置70Aが電気的に接続される判定装置の判定部46は、単位時間当たり流砂量が、取水制限閾値RCを越えている場合、取水口ゲート60を閉じる取水制限信号をゲート駆動部50に出力するものとする。 In this case, the determination unit 46 of the determination device to which the accelerometer 20A and the quicksand distribution measuring device 70A are electrically connected closes the water intake gate 60 when the amount of quicksand per unit time exceeds the water intake restriction threshold RC. It is assumed that a water intake restriction signal is output to the gate drive section 50.

また、加速度計20B及び流砂分布計測装置70Bが電気的に接続される判定装置の判定部46は、単位時間当たり流砂量が、取水許容閾値RO未満となった場合は、取水口ゲート60を開ける取水許容信号をゲート駆動部50に出力するものとする。 Further, the determination unit 46 of the determination device to which the accelerometer 20B and the quicksand distribution measuring device 70B are electrically connected opens the water intake gate 60 when the amount of quicksand per unit time becomes less than the water intake permissible threshold RO. It is assumed that a water intake permission signal is output to the gate drive section 50.

・第2実施形態において、インターフェィス47の代わりに第1実施形態と同様に入力キーボード等の入力部を設けても良い。この場合は、第1実施形態と同様に入力部を操作して、流砂分布計測装置70A、70Bが出力した流砂の大きさの混合割合を入力すればよい。 - In the second embodiment, an input unit such as an input keyboard may be provided in place of the interface 47 as in the first embodiment. In this case, the user may input the mixing ratio of the sizes of quicksand output by the quicksand distribution measurement devices 70A and 70B by operating the input unit in the same manner as in the first embodiment.

・第2実施形態において、流砂分布計測装置70A、70B、及び検出器80A、80Bを省略してもよい。この場合、図18のS140では、CPU41(探索部45)は、単位時間当たり加速度の積分値に基づいて、データベースから、単位時間当たり流砂量Rを探索して取得するものとする。 - In the second embodiment, the quicksand distribution measuring devices 70A, 70B and the detectors 80A, 80B may be omitted. In this case, in S140 of FIG. 18, the CPU 41 (search unit 45) searches and obtains the amount of quicksand per unit time R from the database based on the integral value of acceleration per unit time.

・また、第2実施形態において、流砂分布計測装置70A、70B、及び検出器80A、80B、並びに、加速度計20A、20Bのいずれか一方を省略して、残った他方の加速度計の検出信号に基づいて、判定装置40は、ゲート駆動部50を開閉制御してもよい。 - Also, in the second embodiment, one of the quicksand distribution measuring devices 70A, 70B, the detectors 80A, 80B, and the accelerometers 20A, 20B is omitted, and the detection signal of the other remaining accelerometer is used. Based on this, the determination device 40 may control the opening and closing of the gate drive unit 50.

この場合、加速度計20A、流砂分布計測装置70A、及び検出器80Aを省略した場合は、加速度計20Bでは取水停止の判定はできるが、取水再開(取水口ゲート開)の判定ができなくなるが、これを操作者が判定して取水再開を行えばよい。 In this case, if the accelerometer 20A, the quicksand distribution measuring device 70A, and the detector 80A are omitted, the accelerometer 20B can determine whether to stop water intake, but cannot determine whether to restart water intake (opening the intake gate). The operator can determine this and restart the water intake.

また、加速度計20B、流砂分布計測装置70B及び検出器80Bを省略した場合は、加速度計20Aの出力信号に基づいて、ゲート駆動部50を閉制御するようにしてもよい。或いは、これを操作者が判定してゲート駆動部50を閉制御するようにしてもよい。 Further, if the accelerometer 20B, the quicksand distribution measuring device 70B, and the detector 80B are omitted, the gate drive unit 50 may be controlled to close based on the output signal of the accelerometer 20A. Alternatively, the operator may determine this and control the gate drive unit 50 to close.

10…流砂量計測器
20、20A、20B…加速度計、
22…加速度センサ
30…流砂量演算装置
31…CPU
32…記憶装置
33…第1演算部
34…第2演算部
35…探索部
37…入力部
40…判定装置
41…CPU
42…記憶装置
43…第1演算部
44…第2演算部
45…探索部
46…判定部
47…インターフェィス
50…ゲート駆動部
60…取水口ゲート
70A、70B…流砂分布計測装置
80A、80B…検出器
200…取水制御装置
205…河川
206…取水口
210…沈砂池
212…導水路
220…水槽
230…水圧鉄管
240…流込み式発電所
10... Quicksand amount measuring device 20, 20A, 20B... Accelerometer,
22... Acceleration sensor 30... Quicksand amount calculation device 31... CPU
32...Storage device 33...First calculation unit 34...Second calculation unit 35...Search unit 37...Input unit 40...Determination device 41...CPU
42... Storage device 43... First calculation section 44... Second calculation section 45... Search section 46... Judgment section 47... Interface 50... Gate drive section 60... Water intake gate 70A, 70B... Quicksand distribution measuring device 80A, 80B... Detection Container 200... Water intake control device 205... River 206... Water intake 210... Sediment basin 212... Headrace 220... Water tank 230... Penstock 240... Run-of-river power plant

Claims (8)

河川に流れる流砂との衝撃の大きさを表す検出信号を出力する加速度計と、
流砂の大きさの混合割合が異なる毎に、単位時間当たり加速度の積分値と、単位時間当たり流砂量とが関連付けされた組合せを、複数個有しているデータベースと、
前記検出信号の波形を絶対値化してその波形を結ぶ包絡線を算出し、前記包絡線と所定時間枠とで囲まれた領域の時間積分値を演算する第1演算部と、
前記時間積分値に基づいて単位時間当たりの加速度の積分値を演算する第2演算部と、
入力された流砂の大きさ混合割合及び前記単位時間当たりの加速度の積分値に基づいて、前記データベースから、単位時間当たり流砂量を求める探索部を有する流砂量計測器。
An accelerometer that outputs a detection signal indicating the magnitude of impact with quicksand flowing in a river,
a database having a plurality of combinations in which the integral value of acceleration per unit time and the amount of quicksand per unit time are associated for each different mixing ratio of the size of quicksand;
a first calculation unit that converts the waveform of the detection signal into an absolute value, calculates an envelope connecting the waveform, and calculates a time integral value of an area surrounded by the envelope and a predetermined time frame;
a second calculation unit that calculates an integral value of acceleration per unit time based on the time integral value;
A quicksand amount measuring device having a search unit that calculates the amount of quicksand per unit time from the database based on the input size mixing ratio of quicksand and the integral value of the acceleration per unit time.
前記流砂の大きさ及び流砂の大きさ混合割合を入力する入力部を備える請求項1に記載の流砂量計測器。 The quicksand amount measuring device according to claim 1, further comprising an input section for inputting the size of the quicksand and the mixing ratio of the quicksand size. 河川に流れる流砂との衝撃の大きさを表す検出信号を出力する加速度計と、
流砂の大きさが異なる毎に、単位時間当たり加速度の積分値と単位時間当たり流砂量とが関連付けされた組合せを、複数個有しているデータベースと、
前記検出信号の波形を絶対値化してその波形を結ぶ包絡線を算出し、前記包絡線と所定時間枠とで囲まれた領域の時間積分値を演算する第1演算部と、
前記時間積分値に基づいて単位時間当たりの加速度の積分値を演算する第2演算部と、
入力された流砂の大きさ及び前記単位時間当たりの加速度の積分値に基づいて、前記データベースから、単位時間当たり流砂量を求める探索部を有する流砂量計測器。
An accelerometer that outputs a detection signal indicating the magnitude of impact with quicksand flowing in a river,
a database having a plurality of combinations in which the integral value of acceleration per unit time and the amount of quicksand per unit time are associated for each different size of quicksand;
a first calculation unit that converts the waveform of the detection signal into an absolute value, calculates an envelope connecting the waveform, and calculates a time integral value of an area surrounded by the envelope and a predetermined time frame;
a second calculation unit that calculates an integral value of acceleration per unit time based on the time integral value;
A quicksand amount measuring device having a search unit that calculates the amount of quicksand per unit time from the database based on the inputted size of quicksand and the integrated value of the acceleration per unit time.
前記流砂の大きさを入力する入力部を備える請求項1に記載の流砂量計測器。 The quicksand amount measuring device according to claim 1, further comprising an input section for inputting the size of the quicksand. 前記加速度計は、密閉された管内に固定された加速度センサを含む請求項1乃至請求項4のうちいずれか1項に記載の流砂量計測器。 The quicksand amount measuring device according to any one of claims 1 to 4, wherein the accelerometer includes an acceleration sensor fixed in a sealed pipe. 請求項1乃至請求項5のうちいずれか1項に記載の流砂量計測器が、さらに、前記単位時間当たり流砂量と取水制限閾値を比較判定する判定部を含むとともに、前記判定部の判定結果に応じてゲート駆動部を制御して取水口ゲートを開閉駆動する水力発電所の取水制御装置として構成されていて、
前記判定部は、前記単位時間当たり流砂量が、取水制限閾値を越えている場合は、取水口ゲートを閉じる取水制限信号を前記ゲート駆動部に出力する水力発電所の取水制御装置。
The quicksand amount measuring device according to any one of claims 1 to 5 further includes a determination unit that compares and determines the amount of quicksand per unit time and a water intake restriction threshold, and the determination result of the determination unit It is configured as a water intake control device for a hydroelectric power plant that controls the gate drive unit to open and close the water intake gate according to the
A water intake control device for a hydroelectric power plant, wherein the determination unit outputs a water intake restriction signal for closing a water intake gate to the gate drive unit if the amount of quicksand per unit time exceeds a water intake restriction threshold.
請求項1乃至請求項5のうちいずれか1項に記載の流砂量計測器が、さらに、前記単位時間当たり流砂量と取水許容閾値とを比較判定する判定部を含むとともに、前記判定部の判定結果に応じてゲート駆動部を制御して取水口ゲートを開閉駆動する水力発電所の取水制御装置として構成されていて、
前記判定部は、前記単位時間当たり流砂量が、取水許容閾値未満となった場合は、取水口ゲートを開ける取水許容信号を前記ゲート駆動部に出力する水力発電所の取水制御装置。
The quicksand amount measuring device according to any one of claims 1 to 5 further includes a determination unit that compares and determines the amount of quicksand per unit time and a water intake permissible threshold, and further includes a determination unit that compares and determines the amount of quicksand per unit time and a water intake permissible threshold, It is configured as a water intake control device for a hydroelectric power plant that controls the gate drive unit according to the result to open and close the water intake gate.
The determination unit is a water intake control device for a hydroelectric power plant that outputs a water intake permission signal for opening a water intake gate to the gate drive unit when the amount of quicksand per unit time is less than a water intake permission threshold.
請求項1乃至請求項5のうちいずれか1項に記載の流砂量計測器が、さらに、前記単位時間当たり流砂量と取水制限閾値及び取水許容閾値を比較判定する判定部とを含むとともに、前記判定部の判定結果に応じてゲート駆動部を制御して取水口ゲートを開閉駆動する水力発電所の取水制御装置として構成されていて、
前記判定部は、前記単位時間当たり流砂量が、取水制限閾値を越えている場合は、取水口ゲートを閉じる取水制限信号を前記ゲート駆動部に出力し、前記単位時間当たり流砂量が、前記取水許容閾値未満となった場合は、取水口ゲートを開ける取水許容信号を前記ゲート駆動部に出力する水力発電所の取水制御装置。
The quicksand amount measuring device according to any one of claims 1 to 5 further includes a determination unit that compares and determines the amount of quicksand per unit time with a water intake restriction threshold and a water intake permissible threshold, and further comprises: It is configured as a water intake control device for a hydroelectric power plant that controls a gate drive unit to open and close a water intake gate according to the determination result of the determination unit,
If the amount of quicksand per unit time exceeds the water intake limit threshold, the determination section outputs a water intake limit signal to close the water intake gate to the gate drive section, and the amount of quicksand per unit time exceeds the water intake limit threshold. A water intake control device for a hydroelectric power plant that outputs a water intake permission signal for opening a water intake gate to the gate drive unit when the water intake is less than an allowable threshold.
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