JPH043489B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (1) 発明の技術分野 本発明は、水位演算方式に関するものであつ
て、特にダムの放水量を定めるもとになる貯溜量
を求めるような場合に必要な水位を演算するに際
し、水面の波が水位の測定に対して与える誤差を
少くするようにした水位演算方式に関する。

(2) 技術の背景 河川の洪水を防止したり、飲水や潅漑用の水を
確保するために上流にダムや堰をつくることが行
われる。このようなダムや堰では、例えばダムの
ように貯水池の貯水量は溢水することがないよう
にその上限が定められている。そして、この上限
を越えないように放水がなされる。この放水を正
しく行うために、貯水池に対する単位時間当りの
水の増減をあらわす貯溜量が算出される。この貯
溜量は、貯水池の水位を測定し、この水位の変化
を求め、さらにそれぞれの水位に対応する貯水量
を求め、次の式から算出している。すなわち、 貯溜量＝Ｖ（H₁）−Ｖ（H₂）／Ｔである。

ここで、Ｖ（H₁）、Ｖ（H₂）はそれぞれ水位H₁、
H₂における防水量、Ｔは水位がH₁からH₂になつ
た所要時間を示す。ところで、貯水池の水位を測
定するには、風浪のような外界の影響を受けて、
水面が波立つので、この波の大・小により測定点
が変動する。このような場合、どの測定点をとる
かによつて水位の測定値が異なり、真の水面の水
位を求めることは難しい。このように真の水面の
水位が測定できず、水位の測定に誤差が生じる
と、貯溜量の算出精度が悪くなり、これにもとづ
いて放水の制御がなされると、特に小容量のダム
の場合には水位の測定誤差を真の貯溜量の変化と
誤認して溢水に至らしめることもあるので、水面
の波の状態に適合した水位の定め方が必要であつ
た。

(3) 従来技術と問題点 従来、上記のような貯水池の水位を求めるため
には、２つの方法があつた。その１つは、Ｔ＝10
分、30分、１時間…のようにＴを一定にし、この
間の水位H₁、H₂…を測定するものである。この
方法は、水面の波の影響を少くするために、Ｔを
大きくしなければならないので、その間に真の貯
溜量の急激な変化があつた場合には、これをとら
えにくいという問題点がある。また、他の１つの
方法は、（H₂−H₁）を一定にし、この変化に要
する時間Ｔを測定するものである。この場合に
も、水面の波の影響を少くするためH₁、H₂をあ
る時間間隔で平滑化する必要があるので、そのた
めに時間がかかるという問題点がある。また、波
の大きいときと小さいときの波の影響を考慮して
測定を行うということもなかつた。以上のように
従来の方法では、いずれも水位を求めるのに時間
がかかり、これにもとづく貯溜量もすぐには求め
られないので、上記のように小容量のダムにおい
て放流操作に適正な判断を欠くことがあつた。

(4) 発明の目的 本発明は、以上のように、従来、水面の波の影
響により貯溜量の算出精度が良くなく、これにも
とづく放流操作に誤判断が生じる危険性があると
いう問題点を改善するために、水位の変化毎に水
位値およびその累計時間を記憶保持し、水位変化
の回数を検出してこの回数に対応して選択される
上記記憶された水位値および累計時間のデータを
過去に逆上つて読み出し、演算できるようにし、
真の水利状況を短時間で把握できるようにした水
位演算方式を提供するものである。

(5) 発明の構成 そしてこのような目的を達成するために本発明
の水位演算方式では、水位測定値をデイジタル化
して出力する水位出力部と、タイマーと、上記水
位出力部から出力されたデータを順次所定量記憶
する第１記憶手段と、上記タイマーから出力され
る累計時間を上記第１記憶手段にデータを記憶す
る時に対応して記憶する第２記憶手段と、上記水
位出力部からのデータと上記第１記憶手段に記憶
された最新のデータとの一致不一致を比較する比
較手段と、この比較手段の不一致の回数を検出し
予め設定した数を検出すると出力を出す演算間隔
設定器と、上記演算間隔設定器の出力により動作
し予め選択された個数のデータを上記第１記憶手
段および第２記憶手段から読出して単位時間当た
りの水位変化の平均を演算する演算手段を具備し
たことを特徴とする。

(6) 発明の実施例 次に本発明の一実施例を第１図および第２図に
もとづいて説明する。

第１図は本実施例の構成図、第２図は本実施例
の動作説明図である。

図中、１は水位入力端子であつて、貯水池の水
位を検出する水位計の測定値が伝達されるもので
ある。

２は水位出力部であつて、上記入力端子に入力
された水位値のアナログ信号をデイジタル化し、
このデイジタル化したデータを後述する水位スタ
ツク３および比較器６に送出するものである。

３は水位スタツクであつて、上記水位出力部２
から出力されたデータをサンプリングしたものの
うち、先行データと異なるデータを第１エリアか
ら第ｎエリアまで順次ｎ個記憶し、後に記憶した
データから順に過去に逆上つて任意の個数のデー
タを読出し得るようにしたものである。

４はタイマーであつて、上記水位出力部２から
送出されたデータをサンプリング的に比較するた
めのサンプリング時間T₁を指定するとともに、
サンプリングするデータに対してはその当初のデ
ータからの累計時間Ｔを出力するものである。

５はタイマー・スタツクであつて、上記水位ス
タツクに記憶されるデータに対応してそのデータ
をセツトしたときの上記累計時間Ｔを第１エリア
から第ｎエリアまで順次ｎ個記憶し、後に記憶し
た累計時間から順に過去に逆上つて任意の個数の
累計時間を読出せるようにしたものである。

６は例えばEX−OR回路からなる比較器であ
つて、水位出力部２から順次送出されたデータと
上記水位スタツク３に記憶された最新データとを
上記タイマー４から伝達されるサンプリング時間
T₁により比較し、これらのデータが不一致のと
き出力信号を発生し、この出力信号により上記水
位スタツク３およびタイマー・スタツク５の第１
エリアのデータを第２エリア、第２エリアのデー
タを第３エリアのように順次移行させ、それぞれ
の第１エリアに水位出力部２からの当該データお
よびタイマー４からこのデータのサンプリングの
累計時間を記憶させるものである。

７は演算間隔設定器であつて、上記比較器６か
らの出力信号を積算するものである。この演算間
隔設定器７は、任意に切換え選択できる演算間隔
設定端子部７ａにより選択された回数だけ上記比
較器６からの出力信号を積算したとき出力信号を
発生するものである。演算間隔設定端子部７ａの
選択回数は、そのときの水面の波の大小や流量等
により任意に人為的に選択される。例えば風が強
くて振幅の大きな波が多く発生している場合に
は、１つの波について水位の変化をデイジタル化
した場合、しきい値を基準にした水位の変化回数
は多くなるので、上記演算間隔設定端子部７ａの
設定回数を多くする。逆に振幅の小さな波の場合
には設定回数を少くする。

８は演算器であつて、単位時間当りの水位変化
の平均を算出するものである。そのために上記演
算間隔設定器７の出力信号により上記水位スタツ
ク３およびタイマー・スタツク５のそれぞれの第
１エリアから過去に逆上つてデータを読出し演算
してこれを出力し、これと同時にリセツトされる
ものである。この読出されるデータの個数はデー
タ個数設定端子部８ａにより任意に選択できる。
その選択回数は、これまたそのときの水面の波浪
状態や流量に応じて人為的に選択される。例えば
振幅の大きな波の場合には、デイジタル化された
水位変化は多くなるので、多くのデータを平均化
する方が真の水位に近づく。そのためデータ個数
は多く設定される。逆に振幅の小さな波の場合に
はデータ個数は少く設定される。

９は出力部であつて、上記演算器８の演算結果
を表示するとともに出力するものである。なおこ
の出力値にもとづいて貯溜量が算出される。

次に第１図の動作を第２図を参照しつつ説明す
る。ここでサンプリング時間は５秒であり、演算
間隔設定端子部７ａの設定回数が４であり、また
データ個数設定端子部８ａの設定個数が10の場合
について説明する。

いま、第２図に示す実測曲線Ａにしたがつて
水位値をデイジタル化してこれを例えばサンプ
リング時間T₁＝５秒毎に比較する。なお、点
線Ｂは真の水位変化を示すものであるが波浪の
ため水位測定値は実測曲線Ａの如くなる。ここ
で水位出力部２における水位計測定値のデイジ
タル化に際しては、その水位計測定値が、第２
図の縦軸（水位）における単位目盛ｈで示され
るしきい値を単位としてデイジタル化される。
それ故、水位計測定値の変動がこの単位目盛内
の変動の場合にはデイジタル値は変化しない。
例えば第２図の横軸（時間）において時刻t₁₀
において水位出力部２から出力されたデイジタ
ル値は、時刻t₁₅においてその水位計測定値の
変化が単位目盛以上になるのでそれまでの出力
とは異なるデイジタル値として出力されること
になる。このようにして異なるデイジタル値と
して出力されたものを実測曲線Ａの黒点として
示している。そして時刻t₁₅において水位出力
部２から出力される水位測定値と水位スタツク
３の第１エリアに保持された水位測定値とは一
致しないので、比較器６は出力信号を発生し、
水位スタツク３の第１エリアに保持された水位
測定値を第２エリアにセツト、以下各々エリア
に保持されていた水位測定値はそれぞれ次段の
エリアにセツトされることになる。そして最終
段の第ｎエリアにはそれまで１つ前段の第ｎ−
１エリア（図示省略）に保持されていた水位測
定値がセツトされることになる。この比較器６
の出力信号はタイマー・スタツク５にも伝達さ
れ、同様な制御が行なわれる。さらに比較器６
の出力信号は演算間隔設定器７にも伝達され、
比較器６の出力回数が計数されることになる。
このようなことが順次行なわれ、水位スタツク
３には第２図における時刻t₄₂までの水位測定
値が保持されており、タイマー・スタツク５に
は水位スタツク３の各エリアに水位測定値が保
持された時刻（タイマー４の累計時間）がそれ
ぞれ対応する各エリアに保持されている。

時刻t₄₂から５秒経た次のサンプリングタイ
ムの時刻t₄₃において水位出力部２でデイジタ
ル化された水位測定値は比較器６で水位スタツ
ク３の第１エリアに保持された時刻t₄₂の水位
測定値h₄₂と比較される。このときのデイジタ
ル化された水位測定値は時刻t₄₂の実測水位値
からの変化が水位１目盛に至らない端数となる
から前記水位測定値h₄₂のままである。したが
つて時刻t₄₃では水位出力部２から出力される
水位測定値と水位スタツク３の第１エリアに保
持されている水位測定値とは一致するので、比
較器６は出力信号を発生しない。

時刻t₄₃からサンプリング時間経過して、時
刻t₄₄になると、上記と同様にして水位出力部
２から出力される水位測定値と水位スタツク３
の第１エリアに保持されている水位測定値とが
比較される。今度は水位値は上記t₄₂の水位値
から水位２目盛分変化しているから水位出力部
２から水位測定値h₄₄が出力され、これが比較
器６でデータh₄₂と比較される。この結果これ
らの水位測定値h₄₂は不一致であるから比較器
６から出力信号が発生し、これにより水位スタ
ツク３およびタイマー・スタツク５に記憶され
ているデータは順次次段のエリアに移行し、水
位スタツク３の第１エリアにこの水位測定値
h₄₄が記入され、またタイマー・スタツク５の
第１エリアにこの時刻t₄₄におけるサンプリン
グ累計時間が記入される。これと同時に演算間
隔設定器７は１を計数する。

以下同様のことがくり返されて時刻t₄₃、t₅₁、
t₅₂でそれぞれ水位測定値h₄₈、h₅₁、h₅₂が水位
出力部２から比較器６に送出され、それぞれデ
ータh₄₄、h₄₃、h₅₁と比較された結果出力信号を
発生し、その度に水位スタツク３にはh₄₃、
h₅₁、h₅₂が順次記入され、これに対応してタイ
マー・スタツク５にその時刻t₄₈、h₅₁、h₅₂にお
ける各サンプリング累計時間が記入される。そ
して演算間隔設定器７は比較器６の出力信号を
順次計数して４を計数したとき出力信号を発生
し、これを演算器８に送出する。

上記演算間隔設定器７から出力信号が印加さ
れたとき演算器８は動作し、時刻t₅₂から10回
前までに逆上つて、水位スタツク３およびタイ
マー・スタツク５から水位測定値およびサンプ
リング累計時間をそれぞれ読出してこれらより
単位時間当りの水位変化の平均値を演算し、こ
の演算結果を出力する。

この場合、第２図の区間n′₁₀に示す如く、サ
ンプリング時間間隔をT₁としたときこの10回
前の水位測定値までの時間は21T₁であり、そ
のときの水位測定値の差は1h（ｈ＝水位測定単
位値）であるので、区間n′₁₀における水位変化
は時間Ｔ＝21T₁、水位変化Ｈ＝1hにより求め
られる。

またデータ個数設定端子部８ａの設定個数を
20に設定してある場合には、第２図の区間n′₂₀
に示す如く、20回前までの時間はＴ＝41T₁、
Ｈ＝15hにより求めることができる。

もし、第２図の時刻t₄₂で演算間隔設定器７
から出力信号が発生して演算器８が同様の演算
を行なう場合には、データ個数設定端子部８ａ
の設定個数が10のとき、第２図の区間n₁₀に示
す如く、Ｔ＝20T₁、Ｈ＝12hとなり、またデー
タ個数設定端子部８ａの設定個数が20のとき、
第２図の区間n₂₀に示す如く、Ｔ＝41T₁、Ｈ＝
29hとなる。

したがつて、前記区間n₁₀、n₂₀に示されるよ
うに、水位がほぼ一様に変化しているときは、
このn₁₀とn₂₀における水位変化の演算値はほぼ
同一である。しかしあとでの演算におけるよう
にn′₁₀の場合はほぼ水位変化が０であり、また
n′₂₀の場合はn₂₀の場合の約1/2となり、下降状
況にあることがわかる。

(7) 発明の効果 波が高いとき、サンプリング点毎に検出される
水位はほぼ毎回その前回検出水位と閾値以上異な
るので多数のデータ個数より得た水位情報により
平均水位を求めることが必要になり、逆に波が低
いときには今回検出した水位と前回検出した水位
の差は小さく、閾値内のケースが多く、データ個
数を多くする必要はない。

本発明によれば、波が高いとき、演算間隔設定
数を大きくして、設定個数を大きくし、また平均
水位算出用のデータ個数を大にして正確な平均水
位を求めることができる。また波の低いときに
は、設定個数を小さくし、またデータ個数も少な
くしてもこれまた正確な平均水位を求めることが
できる。

このように本発明では波の大小により演算間隔
設定数やデータ個数をきめ細かく調整して正しい
平均水位を得ることができる。

したがつて本発明では、河川などの急激に水位
の変化する場合でも、波の影響を抑制して正確に
水位の変化する状況を把握することができるの
で、時々刻々と水位変化する状況に対しても適切
な対処を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成図、第２図は
本実施例の動作説明図である。 図中、１は水位入力端子、２は水位出力部、３
は水位スタツク、４はタイマー、５はタイマー・
スタツク、６は比較器、７は演算間隔設定器、７
ａは演算間隔設定端子部、８は演算器、８ａはデ
ータ個数設定端子部、９は出力部である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 水位測定値をデイジタル化して出力する水位
   出力部２と、タイマー４と、上記水位出力部から
   出力されたデータを順次所定量記憶する第１記憶
   手段３と、上記タイマーから出力される累計時間
   を上記第１記憶手段３にデータを記憶する時に対
   応して記憶する第２記憶手段５と、上記水位出力
   部からのデータと上記第１記憶手段３に記憶され
   た最新のデータとの一致不一致を比較する比較手
   段６と、この比較手段の不一致の回数を検出し予
   め設定した数を検出すると出力を出す演算間隔設
   定器７と、上記演算間隔設定器の出力により動作
   し予め選択された個数のデータを上記第１記憶手
   段３および第２記憶手段５から読出して単位時間
   当たりの水位変化の平均を演算する演算手段８を
   具備したことを特徴とする水位演算方式。