JPH03132509A - 二点間の水位差を一定に保持するためのゲートの自動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、用水路、排水路または用排水路において、分
水のために適止に水位を保持すると共に下流の水の使用
状況、または排水状況に応じて流量を調節するようにし
た下流水位の測定信号を基にしたゲートの自動開閉装置
に関するものである。

（従来技術） 従来、水路途中に設置されるゲートは上流水位を一定に
保持するために設けられ、多段に設けられたゲートは一
括して管理されていた。すなわち、主要地点のゲートに
水位測定器等を設置し、送信網を布設してその情報を管
理室で受信できるようにし、各地点のゲートを遠隔操作
可能としたものである。操作員は管理室内で情報を総合
的に勘案して各地点のゲートを操作するいわゆる集中制
御方式が用いられていた。また、水路の流量については
、水路の上流端、下流端に設けた取水ゲートおよび排水
ゲートのみが関与していた。

（発明が解決しようとする課題） 水路においては水位を適正に保持することも大事である
が流量を適正に保持することも非常に重要である。しか
しながら、上記の上流水位を一定に保持する方式におい
ては水路の」−流量において取水ゲートによって流量が
一方的に制御され、このため下流において著しい過不足
を来すことになる。従って、この欠陥を是正するうえで
余剰水を排出するための余水吐やこれを貯留しておくた
めのファームボンドの設置が不可欠であり、莫大な経費
をかけて築造しなければならなかった。

また、水路においては水位を正しく計画された水位に保
持すべきことは勿論であるが、異常満水、異常洪水等の
ために、計画水位を保持できないこともある。このよう
な場合には各ゲート区間の水位を均等にすべきであるが
、従来技術においてはゲート設置点の上流水位確保のみ
に固執していたので、異常時においてはなおさら下流域
において被害が拡大するという問題があった。

また、これらの欠点を補うために、上記の集中制御方式
がなされていたが送信網の建設と維持管理と操作員の雇
用に多大の経費を要していた。

本発明は、水路の各区間で流水量が均等となるように、
また設備費を節減することのできる下流水位の測定信号
を基にしたゲートの自動開閉装置を提供することを目的
とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は上記目的を達成するために、水路の所定位置に
設けられたゲートと、該ゲートのゲート開度測定器およ
び前記ゲートに対する下流水位測定器と、前記ゲートの
下流の第二のゲートの直上波の水位が所定の値となって
入力されている演算器とを設け、該演算器は前記ゲート
開度測定器および前記下流水位測定器の測定信号から前
記第二のゲートの直上流の水位を算定し、この算定値と
前記所定の値とがほり同じになるように、前記ゲートを
作動する制御盤に駆動信号を出力するように設けたこと
を特徴とする。

また、上記構成において、前記ゲートの上流側に上流水
位測定器を設置し、該上流水位測定器の測定信号を前記
演算器に入力して、第二のゲートの直上流と当該ゲート
の直上流の水位差を一定に保持するように前記ゲートを
演算器で制御したことを特徴とする。

（作　　用） 本発明は以上のように構成するものであるので、下流の
第二のゲートの直上流の水位が、演算器の算定結果から
その出力を制御盤に入力し、この制御盤によってゲート
を作動することにより適正に保持されるのであるから、
水路の下流の水の使用状況、または排水状況は次々と、
上流のゲートに伝達され、従って下流において著しく水
の過不足を来すことはない。

また、各ゲート毎の直上流の水位差が一定に保持される
ことになると、異常満水時または異常洪水時においても
水路途中の周囲の条件は均等になり下流側に被害が集中
することはない。

また、各当該ゲート位置において独自にゲートに対する
上下流の水位の測定がなされ、各演算器で適正にゲート
を開閉させ自動化とすることができる。

（実　施　例） 本発明の実施例を第１図ないし第９図に基いて説明する
。まず、第４図に示すように取水河川ｌの縁側に取水ゲ
ート２を介して水路３の上流側が接続され、かつ、排水
河川４の縁側に排水ゲート５を介して水路３の下流側が
接続された治水区域において、本発明にかかるゲート６
が、水路３に沿って所定間隔で水路３を横切って昇降自
在に設けられている。ゲート間距離は各分水地点の直下
流と下流の水位を制御できる範囲にする。なお、取水ゲ
ート２はその直下流水位を一定に保持し、排水ゲート５
はその直上流水位を一定に保持する働きをする。

ゲート６は第１図および第２図に示すとおり、開閉＃ａ
７により昇降自在にされ開閉機７に取付けた電動機７ａ
によって作動する。また、この箇所にの周知の電気的技
術を利用したゲート開度測定器８が設けられている。一
方、ゲート６の下流側側壁９には下流水位導入孔１０が
穿設され下流水位検知槽１１と連通され、下流水位検知
槽１１の水面上方に超音波等の既成の技術を利用した下
流水位測定器１２が取付けられている。そして、ゲート
開度測定器８の信号線と下流水位測定器！２の信号線と
は設備した演算器１３に接続されている。この電気系統
は第８図に示す通りであり、演算器＋３の出力は制御盤
１４を介して電動機７ａを駆動する。また、下流水位検
知槽１１等に対応して設けたに流水位検知槽１５および
上流水位測定器１６は後述する第二の実施例で説明する
。

次に本発明の原理について説明する。今、第３図のゲー
）　ＩＩの直上流のＡ点の水位はゲートＩによって一定
に保持されているのでゲート開度Ｓとゲー）Ｉの直下流
のＢ点とゲート■の直下流の０点の水位の差Ｚの関係を
、水路内３．０Ｏｍ、水深１．５０ｍ、勾装置／２００
０、ゲートＩＩとゲート■の間隔１０００ｍ、のコンク
リート製矩形水路の例をとって例示すれば、ゲート開度
Ｓと水位差Ｚの関係は第５図に示すＯ印の通りである。

そして、Ｏ印で示すゲート開度ＳとＢ−０間の水位差Ｚ
の関係を下記の式で表わす。

Ｚ＝ａＳ５　＋ｂＳ４　＋ｃＳ３　＋ｄＳ２＋ｅＳ・・
・　（１） Ｚ：Ｂ−０間の水位差 Ｓ：ゲート開度（ｍ） ａＮｅ：係数 ここで、（１）式の係数ａｂｃ等を最小自乗力によって
求め（１）式に基づいて曲線を描けば第５図の曲線の通
りで数式のもととなった数値と良く適合する。従って演
算器に予めａｂｃ等の係数が入力される。

また、 Ｅｃｃ＝　Ｅｂ　−Ｚ　　　　　　　　　　　−（２）
Ｅｃｃ：０点の推定水位 Ｅｂ：Ｂ点の水位 Ｅｃ　　＝Ｅａ　　−ｈ　　　　　　　　　　　　　　
　　　−（３）Ｅｃ：０点の所定水位 Ｅａ：Ａ点の水位 ｈ：Ａ−０間の所定の水位差 ｈ＝文ＸＩ　　　　　　　　　　　　　　・・・　（４
）見　：Ｂ−０間の距離 Ｉ：Ｂ−０間の計画勾配 であり、Ａ点の水位Ｅａが一定であることを前提条件と
するとＥｃの値は不変である。

そこで、 Ｄ＝Ｅｃｃ−Ｅｃ　　　　　　　　　　　−（５）とし
てδａを許容誤差とすると、 Ｄ〉δａなら閉、Ｄく−δａなら開の信号が演算器１３
から出力し制御盤１４がこれを受け、電動機７ａが追従
してゲート６が作動してＤの値が許容誤差以内になるよ
うに上昇または下降する。

なお、第３図の０点において大きな誤差があってもＢ点
において検知される誤差は小さくなるので、下流水位測
定器１２の測定精度は極力高くする必要がある。またゲ
ート６の一回の動きは適宜に数ｃｍに限定されている。

上記のように構成した制御装置は、ゲート開度測定器８
により測定されたゲート開度Ｓと、下流水位測定器１２
により測定されたＢ点の水位Ｅｂが演算器１３に入力さ
れる。演算器１３内では、予め入力された係数ａｂｃ等
を用いて、（１）式によりＢ−０間の水位差Ｚが演算器
により算出され、（２）式により０点の推定水位Ｅｃｃ
が求められ。

（５）式によってＥｃと照合しゲートの作動或は停止が
決定され、この最終結果を信号として制御盤１４に入力
する。これにより電動機７ａが働いてゲート６が作動す
る。

従って、水路３の最上流側または最下流側におけるゲー
トの水位が一定に保持されるならば、水路内のゲート６
の直上流の水位は一定に保持されることになるが、水が
不足する異常時において、取水ゲート２により最上流側
ゲートの水位が一定に保持され、洪水時においては排水
ゲート５により最下流側ゲートの水位が一定に保持され
るので、各々のゲート６の直ト流の水位は常に一定に保
持され、ひいては下流の水の使用量または排水０ 量に応じてゲート６は開閉されることになる。

従来の自動ゲートの機能は、殆どが当該ゲートの直上波
の水位を一定に保持するものとされ稀に流量を重視する
場合には直下流の水位を一定に保持するものが採用され
ていたが、前者は下流の水の使用状況に無関係に開閉さ
れ、後者はＢ−０間の水位差Ｚを無視して開閉すること
になるので、従来は下流においては著しい水の過不足が
生じ、これに対処するために余水吐とファームポンドの
設置が不可欠であったが、本発明によってかかる問題は
解決された。勿論、大量の水の使用が急激に開始され、
或は停止されれば当該地点の水位は若干低下し或は上昇
するが、その影響は上下流に波及して取水ゲート２また
は排水ゲート５が作動して間もなく水路３内の水位は回
復される。

次に第二の実施例について説明する。その構成は、第一
の実施例の構成において、さらに、ゲート６の上流側側
壁に、上流水位導入孔１７を穿設しこれにより連通した
上流水位検知槽１５を設けており、上流水位検知槽１５
の水面の上方に上流水位側１ 定器１Ｂを付加したものである。

要旨は、各区間の水位差は所定の水位差よりも水路の水
位が全般的に高い場合には少なく、低い場合には大きく
なるので、下流の方が洪水被害や水不足の被害が大きく
なる場合に対処でき、また、異常満水や洪水時に、上下
流端の水位をほぐ一定に保持しようとするものである。

言いかえれば、水路の管理水位が変更され、または管理
水位が満水または洪水等のために変化する場合に適する
ものである。

第６図は第３図のＢ点の水位とゲートの開度を示したも
ので、曲線■は第５図と同じく水深１゜５０ｍの場合で
あるが、曲線■と曲線■は第３図に示すゲート■とゲー
ト■の上流水深が、それぞれ２．００ｍと１．ＯＯｍの
場合である。これらの曲線はゲートが全閉しているとき
の水位を原点として描けば第５図と同じ＜Ｂ−０間の水
位差とゲート開度の関係を示す曲線となる。ところで、
これらの曲線は高さは等しいが長さが異なっているので
曲線■と曲線■の長さを曲線＠と等しくす２ るように、縮尺を変えてプロットすれば第７図の曲線■
と曲線■と曲線＠に示す通り相互に近似した曲線となる
。この段階の修正は実際の構成においては（６）式によ
り換算開度を算出しく７）式によって水位差を演算する
ことになる。

Ｐ＝ＳＢ　ＸＨｏ　／Ｈ・・・　（６）Ｐ：換算開度 Ｓ８　：第６図に示すゲート開度 ＨＯ：計画水深；１．５０ｍ Ｈ：Ａ点あるいは０点の水深（Ａ点、０点を同等と見な
し曲線■では２．００ ｍ、曲線■では１．００ｍ） Ｚ＝ａＰ５　＋ｂＰ４　＋ｃＰ３　＋ｄＰ２　＋ｅＰ・
・・　　（７） 第７図に示すように、ゲート開度が全閉または全開して
いる状態においては、曲線はいずれも近似している。従
って曲線■と曲線■は基本的には（７）式によって近似
的に計算する。しかし、ゲートが半開状態では近似して
いるとは言い難く、０．３５Ｈｏ付近において最も大き
く曲線■３ から外れ、曲線■と曲線■の要修正量はそれぞれ０．０
３４ｍおよび０．０６４ｍとなっているがこの要修正量
は（８）式で示す。

Ｙｏ、３５＝　ｋ　（Ｈａ　／Ｈ−１）　　　　　−（
８）図から解るように、曲線■の方が修正量が大きいの
で計算誤差が少なくて済むので、曲線■の値を代入する
と、 ｋ＝０．０６４／（１，５０／１．０Ｏ−１）＝０．１
２８ｍ　　　　　　　　　　・・・　（９）上記のｋの
値は換算開度が、 Ｐ＝０．３５Ｈ。

＝０．３５Ｘ１．５０ ＝　０　、５２５　　　　　　　　　　、（１０）の場
合のみであり、異なる換算開度の場合には適用できない
、従って次式でｋが表される。

ｋ＝に、　Ｐ３　＋に２　ｐｊ２　＋に３　Ｆ　　・・
・　（ｌ　ｌ）また、Ｐ＝０．５２５ｍのときにＹは最
大最小となり微係数が０となり、またに＝ｏ、１２８０
ｍでなければならないので、 ３ｋＩＸ０．５２５２＋２に２Ｘ０．５２５　＋に３＝
Ｏ４ ・・・　　（ｌ　２） ｋｌ　　ｘｏ、５２５　３　　＋　ｋ２　ｘＯ，５２５
２＋　ｋ３　　ｘＯ，５２５＝　０．１２８０　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　・・・　　（ｌ　３）
また、Ｐ＝１．５００ｍのときにＹ＝Ｏ１従ッテに＝ｏ
でなければならない。これを代入すると、ｋＩ　Ｘ　　
１．５００”　＋　ｋ２　Ｘ　１．５００２＋　）Ｃ３
Ｘ　１．５００＝Ｏ・・・　（１４） 上記の（１２）、（１３）、（１４）式からそれぞれに
１＝０．２１９８、ｋ２＝−０，Ｅ１９５２　、　　ｋ
３＝０．５４８２が得られる。

また、上記の（７）、（８）、（９）式を総合して、 Ｚ＝ａＰ５　＋ｂｐａ　　＋ｃＰ３　　＋ｄＰ２　＋ｅ
Ｐ＋　　（（Ｈｏ　　／　Ｈ）　　　１１　　Ｘ　　（
ｋ＋　　Ｐ”＋に２　　Ｐ２　　＋に３　　Ｆ）　　　
　　　　　・・・　　（１５）Ｈ＝Ｈｏの場合には修正
値は０となる０曲線■と曲線■は理論的に計算された曲
線であるが、（１５）式で計算した値をＯ印で示せば第
７図の通りであり、ゲート開度が小さい部分については
良く適合しているが設定水位が低くされるのは水の消５ 背量が少ないときであるから、流下量も少ないので開度
は小さい、従って（１５）式により、所要の二点間の水
位差がはｆ正確に算定される。

よって、第二の実施例の構成には、上流水位測定器１Ｂ
を付加している。上流水位Ｅａが上流水位測定器１６に
よって測定されると上流水位信号が演算器１３に入力さ
れる。演算器１３では０点の所定の水位が算定され、次
に（１６）式によって上流水深Ｈが算定される。

Ｈ＝Ｅａ　−Ｚａ　　　　　　　　　　＋＋　　（ｔ　
６）Ｈ：上流水深 Ｅａ　：上流の水位 Ｚａ　：ゲートの敷高標高 また、第９図に示すように、Ｂ点の水位Ｅｂを下流水位
測定器１２で測定した下流水位信号と、ゲート開度測定
器８によって測定したゲート開度信号とは同様に演算器
１３に入力するように配線されている。演算器１３では
、（１６）式によって計算された上流水深Ｈ１予め入力
されている計画水深Ｈａを用いて（６）式に基づいて換
算開度Ｐが算６ 定され（１５）式からＢ−０間の水位差が演算され（２
）式に基づいて０点の推定水位が演算され、これと（３
）式によって計算された０点の所定水位Ｅｃが（５）式
に基づいて比較照合される。この結果、ゲート６が作動
する。

第一の実施例は前述したように、ゲートの直上流の水位
が一定に保持されていることを前提としており、異常渇
水時に上流水位が低くなると各区間毎の水位差は所定よ
りも大きくなり、また、異常洪水時に上流水位が高くな
ると各区間毎の水位差は所定よりも小さくなる。このた
め、第二の実施例では上流水位測定器１６を設備してい
るので、ゲート開度の如何に拘らず各区間毎の水位差は
ほぐ正しく一定に保持されることになり、各区間におい
て公平に水利用ができる。

また、水路の途中において急激に分水が開始された場合
には、勿論当該地点の水位は低下するが、第一の実施例
では、区間毎の水位差が所定よりも大きくなるので、そ
の影響は最上流の取水ゲート２まで達し難く、従って水
位の回復は遅く７ なるが、第二の実施例では各区間毎の水位差はほぐ正し
く一定に保持されるので水位の低下が長区間に亘って分
散され、急激な分水開始等による水位の変化量が少なく
て済み、また取水ゲート２によって流量が調節されて水
路３の水位の回復するのも早い。

また、水田の非潅概期等において畑作物への湿害を防止
するために、管理水位を下げる場合にもゲートは何等の
調節も要せず単に取水ゲート２の設定水位を変更するだ
けで十分である。また、いわゆるクリークと称される水
路においては排水の一部は用水源として活用され余剰の
水は排出される。従ってこのような場合には数時間後の
降雨状況を予測して必要があれば予め排水し来るべき洪
水に備える必要があるがこのような場合にも水路の水位
を一様に低くすることができるので甚だ便利である。と
くに機械力によらない自然排水の地区において、洪水の
ために排水河川の水位が高く排水ができない場合には、
従来は洪水が下流端に殺到し湛水被害も生じていたが、
第二の実施例で８ ６１− は湛水被害は集中しないようになった。

（発明の効果） 本発明は以上のように構成したものであるから、水路途
中の各ゲートが各区間毎の水位差が一定に保持されるよ
うに開閉されるので下流における水の使用量または排水
能力に応じてゲートが開閉され、水路の途中の全てのゲ
ートが流量に関与することになる。従って、水路途中で
の水の利用が各区間において有効に行なえることとなる
。

また、従来必要であった余水吐やこれを貯留しておくた
めのファームボンドを敷設しなくてすみ、さらに、水路
の管理が非常に難しい区域では送信網を布設して各地点
の情報を集中して表示し遠隔操作がなされていたが、本
発明においては邑該ゲート地点の情報のみによって遠隔
地点の状況を推察してゲートが開閉されるので、送信網
と遠隔操作設備の必要がなく、設備費を節減できる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明による実施例のゲートの構造を示す側断
面図、 ９ 第２図は第１図の平面図、 第３図は第４図の拡大図、 第４図は実施例のゲートを備えた水路の側断面図、 第５図は当該ゲートとその下流のゲートの水位が所定の
計画水位の場合に、両ゲート間に挟まれた水路内におい
て生ずる水位差と、ゲート開度の関係を示し、またこれ
を数式化した場合における曲線の一致の度合を示す線図
、 第６図は水深を変えて当該ゲートの直下流の水位とゲー
ト開度の関係を示す線図、 第７図はゲートに挟まれた水路内において生ずる水位差
とゲート開度の関係を示す線図、第８図は第一の実施例
の電気的構成を示すブロック図、 第９図は第二の実施例の電気的構成を示すブロック図で
ある。 ３・・・・・・水路 ６（■）・・・・・・ゲート ６　（ｍ）・・・・・・第二のゲート ０ ８・・・・・・ゲート開度測定器 １２・・・・・・下流水位測定器 １３・・・・・・演算器 １４・・・・・・制御盤 １６・・・・・・上流水位測定器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）水路の所定位置に設けられたゲートと、該ゲート
   のゲート開度測定器および前記ゲートに対する下流水位
   測定器と、前記ゲートの下流の第二のゲートの直上流の
   水位が所定の値となって入力されている演算器とを設け
   、 該演算器は前記ゲート開度測定器および前記下流水位測
   定器の測定信号から前記第二のゲートの直上流の水位を
   算定し、この算定値と前記所定の値とがほゞ同じになる
   ように、前記ゲートを作動する制御盤に駆動信号を出力
   するように設けたことを特徴とする下流水位の測定信号
   を基にしたゲートの自動開閉装置。
2. （２）前記ゲートの上流側に上流水位測定器を設置し、
   該上流水位測定器の測定信号を前記演算器に入力して、
   第二のゲートの直上流と当該ゲートの直上流の水位差を
   一定に保持するように前記ゲートを演算器で制御したこ
   とを特徴とする第１項記載の下流水位の測定信号を基に
   したゲートの自動開閉装置。