JPH05265568A - 定水位制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ダムの貯水位を目的に応じた任意の設定水位の
近傍に維持する。 【構成】水位変化検出部１は貯水位を検出し、貯水位が
設定水位に対して予め定めた一定値分変化した時、監視
タイマー部２及び制御ステップカウンタ部３に貯水位の
増減を通知する。制御ステップカウンタ部３は、貯水位
増減の通知に応じて制御ステップを１ステップ増減して
放流量を調節する。水位変化検出部１及び監視タイマー
部２は、貯水位が設定水位の方向へ所定時間内に変化す
るか否かを監視し、変化が起こらないか又はさらに逆方
向へ変化した場合は、監視タイマー部２がその旨を制御
ステップカウンタ部３に通知する。制御ステップカウン
タ部３は、監視タイマー部２からの通知に応じて再度制
御ステップを１ステップ増減して、さらに放流量を増減
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ダム放流設備制御装置
における定水位制御の制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ダムは、平常時には農業用水や上水道な
どの利水補給量を確保し、洪水時には下流河川の流水の
正常な機能を維持する等の目的をもって管理される。し
たがって、その管理においては、洪水等が予想されず流
入量が安定している低水時の場合は、下流河川へ補給す
べき水量を放流できるような一定の高い貯水位を維持す
ることが要求される。また、洪水が予想される場合は、
予想される洪水の規模に応じてその洪水流入量を貯水で
きるだけの空容量を確保するために一定の低い貯水位を
維持することが要求される。

【０００３】貯水位を一定に維持するためには、ダムへ
の流水量に等しい放流を行えばよいが流入量は直接測定
できないため、貯水位の変化量に応じて放流量を増減す
る方式が一般に用いられる。

【０００４】この従来の定水位制御方式では、先ず、図
４に示す制御ステップテーブルが用意される。この制御
ステップテーブルは、制御する下限貯水位から上限貯水
位までＳ段階に分割した水位に対応する０〜ＳのＳ個の
制御ステップと、これらＳ個の制御ステップに対応す
る、毎秒当たり０〜最大放流量Ｑｆ（洪水調節開始量）
まで順次増加するＳ段階の目標放流量とが設定されてい
るものである。

【０００５】この定水位制御方式について説明すると、
低水時には、まず、現在の流入量または放流量を勘案し
て、維持しようとする貯水位（Ho）と一制御ステップに
対応する貯水位の変化幅（Δhs）が設定される（図５参
照）。つぎに、その貯水位（Ho）及び変化幅（Δhs）
と、現在の流入量または放流量に基づいて上記Ｓ段階の
制御ステップテーブルから求められる現在の制御ステッ
プ（Si）とにより、制御の上限貯水位（Hs）が、「Hs＝
Ho＋Δhs（Ｓ−Si）」として算出され、設定される。

【０００６】上記変化幅（Δhs）は、一般には、水位の
変動幅を極力小さくしたい場合は１〜３ｃｍ（センチメ
ートル）、多少の変動があってもよい場合は４〜１０ｃ
ｍに設定される。また、現在の制御ステップ（Si）は、
たとえば、現在の流入量（今後予想される流入量でもあ
る）が２５ｍ³ ／ｓ（立方メートル／毎秒）であれば、
これを目標流入量とする制御ステップ（Si）として
「５」が求められる（図４参照）。

【０００７】また洪水が予想される場合には、まず、流
入量（または流入量）が洪水調節開始流量（Qf）に達し
たときに維持したい水位（通常、常時満水水位）が制御
の上限貯水位（Hs）として設定される。つぎに、その上
限貯水位（Hs）と、測定された現在の水位（Ha）及び低
水時と同様に現在の流入量または放流量に基づいて求め
られる現在の制御ステップ（Si）とにより、監視に必要
とされる水位変化幅（Δhs）が、「Δhs＝（Hs−Ha）／
（Ｓ−Si）」として算定される。なお、予め貯水位をHo
まで下げておく必要がある場合には、そのHoが上記Haの
代りに用いられる。

【０００８】このようにして設定された各値に基づい
て、つぎのように制御が行われる。まず、貯水位がΔhs
変化する毎に、そのときの貯水位（Ha）と下限水位（H
o）から水位偏差（ｈ＝Ha−Ho）を求められ、その水位
偏差（ｈ）と変化幅（Δhs）とから、そのときの貯水位
（Ha）に対応する制御ステップ（Si＝ｈ／Δhs）が求め
られる。そして、その制御ステップ（Si）に対応する目
標放流量（Qob ）が制御ステップテーブルから求めら
れ、その目標放流量（Qob ）で放流を行うことにより制
御していた。

【０００９】この制御方式について図６(a) を用いてさ
らに説明すると、まず制御開始時の貯水位と放流量の関
係が同図(a) に示す制御曲線Ａ（上述の制御ステップテ
ーブル）上で、矢印′の下端にあるものとする。ま
た、その時の流入量が線Ｂで示された流量であるとす
る。この時点における放流量と流入量Ｂ間にはプラスの
流量差Ｃがあり、このため貯水位は上昇する。１制御ス
テップ分（Δhs）水位が上昇したところで（矢印′の
先端）、放流量を１制御ステップ分増加させる（矢印
′の先端）。以後、貯水位がΔhs上昇するたびに放水
量を１制御ステップ分ずつ増加させる（矢印′、
′）。やがて放水量が流入量を上回ると（矢印′の
先端）、貯水位は低下に転じ、Δhs低下したところで
（矢印′の先端）放流量を１制御ステップ分減少させ
る（矢印′の先端）。その後は、貯水位がΔhs上昇、
下降（矢印′、′）するたびに、放水量を増加、減
少（矢印′、′）させることで、貯水位がΔhsの変
動幅内に安定するというものである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した方
式では、放水量の調節を貯水位の変化幅Δhs毎に行うた
め、単位流入量（秒当たり流入量）が増加又は減少し続
けた場合、貯水位の安定する位置は制御曲線に沿って上
方又は下方に移動する。図３(b) は、単位流入量が増加
し続け、０から洪水調節開始流量（Qf）まで変化した場
合の例である。このような場合、貯水位は下限水位Hoか
ら上限水位（設定水位）HsまでΔＨ（＝Δhs×Ｓ）と大
幅に変化することになる。

【００１１】このように貯水位の変化毎に放流量を増減
する従来の方式では、単位流入量の大きさによって貯水
位の安定する位置が決ってくるため、単位流入量が増加
又は減少し続けている場合は、貯水位はもとの貯水位か
ら上昇又は低下して変化する。したがって、定水位制御
とはいうものの、貯水位を任意の水位の近傍に安定させ
ておくことができないという問題があった。

【００１２】本発明は、維持しようとする貯水位を任意
に指定でき、かつ単位流入量の増減や操作開始時の流入
量と放流量の差に係わらず、貯水位をその指定した水位
の近傍に維持できる定水位制御方法を実現することを目
的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段および作用】本発明の手段
（図１の本発明の原理図参照）は、ダムの貯水位を監視
し、貯水位の一定値変化とその方向を検出する水位変化
検出部１と、貯水位変化後の放流量調節により貯水位変
化の方向が所定時間内に反転し回復に向かうか否かを監
視する監視タイマー部２と、水位変化検出部１および監
視タイマー部２からの指令により、貯水位に対応する制
御ステップをカウントする制御ステップカウンタ３とに
より構成される。

【００１４】そして、水位変化検出部１により検出され
た貯水位が、設定水位に対して予め定めた一定値分変化
した時、水位変化検出部１からの指令に応じて制御ステ
ップカウンタ部３により制御ステップを１ステップ増減
して放流量を調節した後、水位変化検出部１及び監視タ
イマー部２により貯水位が設定水位の方向へ所定時間内
に変化するか否かを監視し、変化が起こらないか又はさ
らに逆方向へ変化した場合は、監視タイマー部２からの
指令に応じて制御ステップカウンタ部３により、再度制
御ステップを１ステップ増減して、さらに放流量を増減
することにより、貯水位を設定水位の近傍に維持するよ
うにする。

【００１５】これにより、維持しようとする貯水位を任
意に指定でき、かつ単位流入量の増減や操作開始時の流
入量と放流量の差に係わらず、貯水位をその指定した水
位の近傍に維持できるようになる。

【００１６】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例に
つき説明する。図２は、一実施例の構成を示すブロック
図である。

【００１７】同図に示す本実施例は、水位計が示す貯水
位を監視して、設定水位からの貯水位偏差が増す毎に制
御ステップの増加指令信号Ｕｐ又は減少指令Ｄｎを出力
すると共に増加信号「＋Δｈ」又は減少信号「−Δｈ」
を出力する貯水位変化監視部１１、一定時間を計数する
不図示のタイマＴｍを有して、設定水位からの貯水位偏
差がΔｈ以上の場合には一定時間が経過する毎に制御ス
テップの増加指令信号Ｕｐ又は減少指令Ｄｎを出力する
タイマー監視部１２、これも不図示のカウンタＣｔを有
して、貯水位変化監視部１１又はタイマー監視部１２か
らの増加指令信号Ｕｐ又は減少指令Ｄｎにより、現在の
制御ステップＳｉを増減してカウントするステップカウ
ンタ部１３、予め用意したステップテーブルから現在ス
テップＳｉに対応する目標放流量Ｑｉならびにその目標
放流量を達成するための各放流設備毎の目標開度を算出
する制御量算出部１４、及び各放流設備すなわちゲート
の放流を制御する制御部１５から構成される。

【００１８】次に、上記構成の本実施例における処理動
作について、図３及びふたたび上記図２を参照しながら
説明する。なお、この処理においては、設定水位Ｈｓａ
及び水位監視幅Δｈは任意に設定される。また、現在の
制御ステップＳｉは、不図示の制御ステップテーブルＳ
ＴＢＬ（図４の従来の制御ステップテーブルとほぼ同様
である）により現在の放流量Ｑｉから求められる。な
お、従来例の上限水位（Hs）、下限水位（Ho）等の設定
は不用である。

【００１９】初めに、貯水位が増加し続けている場合に
ついて説明する。まず、制御開始時に、貯水位変化監視
部１１には、予め設定された設定水位Ｈｓａと水位監視
幅Δｈが入力される。また、ステップカウンタ１３は、
制御ステップテーブルＳＴＢＬより現在の放流量Ｑｉ
（ｉ＝１、２・・・）（図３の例ではＱ２）に対応する
制御ステップＳｉを求めこれを初期値としてカウンタＣ
ｔに設定する。

【００２０】続いて、貯水位変化監視部１１には、水位
計により測定された現在の貯水位Ｈａが逐次入力され
る。それらの設定水位Ｈｓａ、水位監視幅Δｈ、及び貯
水位Ｈａは、それぞれ所定の記憶領域に記憶される。

【００２１】貯水位変化監視部１１は、現在水位Ｈａと
設定水位Ｈｓａの差が、水位監視幅Δｈとなった時、制
御ステップＳｉを１制御ステップ増加する指令信号Ｕｐ
をステップカウンタ１３に出力する。

【００２２】ステップカウンタ１３は、水位変化監視部
１１（又はタイマー監視部１２）から制御ステップを増
加する指令信号Ｕｐを入力する毎に制御ステップＳｉを
１ステップ増加し、その１ステップ増加した新たな現在
の制御ステップＳｉを制御量算出部１４に出力すると共
に、時間監視リセット信号Ｒｔをタイマー監視部１２に
出力する。

【００２３】制御量算出部１４は、ステップカウンタ１
３から入力された制御ステップＳｉに対応する目標放流
量Ｑｉを制御ステップテーブルＳＴＢＬに基づいて算出
し、その目標放流量Ｑｉに対応する各放流設備毎の目標
開度を算出して制御部１５に出力する。

【００２４】制御部１５は、制御量算出部１４から入力
された各放流設備毎の目標開度に基づいて各ゲートに制
御指令を出力して、それらの放流量を制御する。これに
より、現在の放流量が１制御ステップ分増加すると共に
（図３の、かぎ型矢印参照）、タイマー監視部１２に
よるリセットされてからの経過時間の監視が開始され
る。

【００２５】次に、貯水位変化監視部１１は、その後さ
らに貯水位Ｈａと設定水位Ｈｓａとの差が「Δｈ＋１ｃ
ｍ」、「Δｈ＋２ｃｍ」・・・と１ｃｍ大きくなる度
に、上記同様ステップカウンタ１３に対して制御ステッ
プＳｉを１制御ステップ増加する指令信号Ｕｐを出力す
る（図３の、矢印参照）。

【００２６】これにより、設定水位ＨｓａよりΔｈ増加
した水位Ｈｓａ＋１の水準において、１ｃｍ毎の増加に
対応して放流量が順次増加され現在の流入量に接近す
る。すなわち、初めのステップＳｉから１ステップ毎に
順次上がった現在の制御ステップＳｉ＋１の放流量（図
３矢印の先端）が現在の流入量に接近し、その上がっ
たステップＳｉ＋１と放流量とが設定水位Ｈｓａに対応
する新たな制御量となる。つまり、制御曲線が１ｃｍの
水位増加毎に左から右へ１制御ステップ分移動する。
（図３の、矢印、及び曲線Ａ、Ｂ参照）。

【００２７】貯水位変化監視部１１は、上記制御ステッ
プの増加指令信号Ｕｐと共に、タイマー監視部１２に対
して時間監視指令信号“＋Δｈ”を出力する。タイマー
監視部１２は、水位変化監視部１１から信号“＋Δｈ”
が入力されてからの経過時間を計数し、予め設定した時
間Ｔが経過すると、信号“＋Δｈ”の場合は制御ステッ
プを増加する指令信号Ｕｐを、ステップカウンタ１３に
出力する。

【００２８】これにより、１ｃｍ毎の水位増加に対して
だけでなく、Δｈ増加した水位Ｈｓａ＋１のまま貯水位
が減少しない場合に対しても、制御ステップを増加する
指令信号Ｕｐが出力されて放水量が増加し、貯水位Ｈａ
が設定水位Ｈｓａに接近する。

【００２９】タイマー監視部１２は、ステップカウンタ
１３から、時間監視リセットの信号Ｒｔを入力した場合
は、タイマＴｍをリセットし、再度計数を開始する。そ
して、水位変化監視部１１から信号“＋Δｈ”が入力さ
れている間、この動作を繰り返えす。

【００３０】これにより、貯水位Ｈｓａ＋１のまま、そ
の後水位が減少しない場合は、タイマー監視部１２から
の指令によりステップカウンタ１３が一定時間の経過毎
に制御ステップＳｉを増加する。したがって、設定水位
Ｈｓａに対応する新たな制御量が１ステップずつ増加す
る。すなわち、この場合も制御曲線が右から左へ移動す
る。

【００３１】貯水位変化監視部１１は、貯水位Ｈａが設
定水位ＨｓａよりΔｈ以上離れた後、上記１制御ステッ
プ毎に増加する放流量により貯水位変化方向が反転した
ならば、タイマー監視部１２に対する時間監視指令信号
“＋Δｈ”の出力を停止する。

【００３２】これにより、放流量の増加が停止し、現在
設定された放流量が継続する。そして、貯水位変化監視
部１１は、上昇から反転した貯水位が再び設定水位Ｈｓ
ａまで戻った場合には、制御ステップＳｉを１制御ステ
ップ減少する指令信号Ｄｎをステップカウンタ１３に出
力する（図３の、かぎ型矢印参照）。

【００３３】このように、増水時には、たとえば図３の
例であれば、定水位Ｈｓａに対して１制御ステップ上が
った放流制御量Ｑ３が新たに対応し、この制御ステップ
を初期制御ステップ位置として、定水位Ｈｓａに回復以
後の貯水位制御が実行される（図３の制御曲線Ａの位置
及び左に移動して制御曲線Ａ′の位置参照）。

【００３４】次に、貯水位が減少し続けている場合につ
いて説明する。まず、この場合も制御開始時に、貯水位
変化監視部１１には、予め設定された設定水位Ｈｓａと
水位監視幅Δｈが入力される。また、ステップカウンタ
１３は、制御ステップテーブルＳＴＢＬより現在の放流
量Ｑｉ（ｉ＝１、２・・・）（図３の例ではＱ２）に対
応する制御ステップＳｉを求めこれを初期値としてカウ
ンタＣｔに設定する。勿論上記水位上昇から反転して定
水位Ｈｓａに回復した後に引き続き制御が続行される場
合は新たに初期設定の必要はなく、その場合は使用中の
設定水位Ｈｓａ、水位監視幅Δｈ、及び制御ステップＳ
ｉが、それぞれそのまま初期設定値となる。

【００３５】上記に続いて、貯水位変化監視部１１に
は、水位計により測定された現在の貯水位Ｈａが逐次入
力され、それらの設定水位Ｈｓａ、水位監視幅Δｈ、及
び貯水位Ｈａが、それぞれ所定の記憶領域に記憶され
る。

【００３６】貯水位変化監視部１１は、現在水位Ｈａが
減少して設定水位Ｈｓａとの差が水位監視幅Δｈとなっ
た時、制御ステップＳｉを１制御ステップ減少する指令
信号Ｄｎをステップカウンタ１３に出力する。

【００３７】ステップカウンタ１３は、水位変化監視部
１１（又はタイマー監視部１２）から制御ステップを減
少する指令信号Ｄｎを入力する毎に制御ステップＳｉを
１ステップ減少し、その１ステップ減少した新たな現在
の制御ステップＳｉを制御量算出部１４に出力すると共
に、時間監視リセット信号Ｒｔをタイマー監視部１２に
出力する。

【００３８】制御量算出部１４は上述した減水時と同様
に各放流設備毎の目標開度を算出して制御部１５に出力
する。制御部１５も上述した減水時と同様に各ゲートに
制御指令を出力してそれらの放流量を制御する。

【００３９】これにより、現在の放流量が１制御ステッ
プ分減少すると共に（図３の、かぎ型矢印参照）、タ
イマー監視部１２によるリセットされてからの経過時間
の監視が開始される。

【００４０】次に、貯水位変化監視部１１は、その後さ
らに貯水位Ｈａと設定水位Ｈｓａとの差が「Δｈ−１ｃ
ｍ」、「Δｈ−２ｃｍ」・・・と１ｃｍ離れる度に、上
記同様ステップカウンタ１３に対して制御ステップＳｉ
を１制御ステップ減少する指令信号Ｄｎを出力する（図
３の、矢印参照）。

【００４１】これにより、設定水位ＨｓａよりΔｈ減少
した水位Ｈｓａ−１の水準において、１ｃｍ毎の減少に
対応して放流量が順次減少され現在の流入量に接近す
る。すなわち、初めのステップＳｉから１ステップ毎に
順次下がった現在の制御ステップＳｉ−１の放流量（図
３矢印の先端）が現在の流入量に接近し、その下がっ
たステップＳｉ−１と放流量とが設定水位Ｈｓａに対応
する新たな制御量となる。つまり、制御曲線が１ｃｍの
水位減少毎に右から左へ１制御ステップ分移動する。
（図３の、矢印、曲線Ａ′からＡ）。

【００４２】貯水位変化監視部１１は、上記制御ステッ
プの減少指令信号Ｄｎと共に、タイマー監視部１２に対
して時間監視指令信号“−Δｈ”を出力する。タイマー
監視部１２は、水位変化監視部１１から信号“−Δｈ”
が入力されてからの経過時間を計数し、予め設定した時
間Ｔが経過すると、上記信号“−Δｈ”に対応して、制
御ステップを減少する指令信号Ｄｎを、ステップカウン
タ１３に出力する。

【００４３】これにより、１ｃｍ毎の水位減少に対して
だけでなく、Δｈ減少した水位Ｈｓａ−１のまま貯水位
が増加しない場合に対しても、制御ステップを減少する
指令信号Ｄｎが出力されて放水量が減少し、貯水位Ｈａ
が設定水位Ｈｓａに接近する。

【００４４】タイマー監視部１２は、ステップカウンタ
１３から、時間監視リセットの信号Ｒｔを入力した場合
は、タイマＴｍをリセットし、再度計数を開始する。そ
して、水位変化監視部１１から信号“−Δｈ”が入力さ
れている間、この動作を繰り返えす。

【００４５】これにより、貯水位Ｈｓａ−１のまま、そ
の後水位が増加しない場合は、タイマー監視部１２から
の指令によりステップカウンタ１３が一定時間の経過毎
に制御ステップＳｉを減少する。したがって、設定水位
Ｈｓａに対応する新たな制御量が１ステップずつ減少す
る。すなわち、この場合も制御曲線が左から右へ移動す
る。

【００４６】貯水位変化監視部１１は、貯水位Ｈａが設
定水位ＨｓａよりΔｈ以上下がった後、上記１制御ステ
ップ毎に減少する放流量により貯水位変化方向が上昇に
反転したならば、タイマー監視部１２に対する時間監視
指令信号“−Δｈ”の出力を停止する。

【００４７】これにより、放流量の減少が停止し、現在
設定された放流量が継続する。そして、貯水位変化監視
部１１は、下降から上昇に反転した貯水位が再び設定水
位Ｈｓａまで戻った場合には、制御ステップＳｉを１制
御ステップ増加する指令信号Ｕｐをステップカウンタ１
３に出力する（図３の、かぎ型矢印参照）。

【００４８】このように、減水時には、たとえば図３の
例であれば、定水位Ｈｓａに対して初期値Ｑ３より１制
御ステップ下がった放流制御量Ｑ２が新たに対応するよ
うになり、この場合の制御ステップを初期制御ステップ
位置として、上記定水位Ｈｓａに回復以後の貯水位制御
が実行される。

【００４９】このように、貯水位Ｈａと設定水位Ｈｓａ
の差がΔｈ以上となり、放水量Ｑｉを増減して貯水位Ｈ
ａの設定水位Ｈｓａへの回復を図ろうとした後の貯水位
（Ｈａ′）の変化とその効果が現れるまでの時間を、水
位変化監視部１１およびタイマー監視部１２によって監
視し、貯水位変化（Ｈａ′−Ｈａ）が設定水位Ｈｓａと
逆の方向に変化するか、あるいは一定時間以上変化が見
られない場合には、制御ステップＳｉをさらに増減して
制御量算出部１４に指示し、放流量をさらに増減させる
ようにして、貯水位を設定水位近傍に維持することがで
きる。

【００５０】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の定
水位制御方法によれば、任意に設定した貯水位の近傍に
貯水位を維持することができるので、ダム管理におい
て、下流河川の流水の正常な機能維持、利水補給量の確
保、洪水調節のための貯水池容量の確保等のため、ダム
の貯水位を目的に応じた任意の水位に維持することが容
易に可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理図である。

【図２】一実施例のブロック図である。

【図３】実施例における制御の例を説明する図である。

【図４】従来の制御ステップテーブルの一例を示す図で
ある。

【図５】従来の水位設定について説明する図である。

【図６】(a) は従来の流入量が安定している場合の制御
状態を説明する図、(b) は従来の流入量が増加しつづけ
た場合の制御状態を説明する図である。

【符号の説明】 １ 水位変化検出部 ２ 監視タイマー部 ３ 制御ステップカウンタ部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ダムの貯水位を監視し、貯水位の一定値
   変化とその方向を検出する水位変化検出部(1) と、 貯水位変化後の放流量調節により貯水位変化の方向が所
   定時間内に反転し回復に向かうか否かを監視する監視タ
   イマー部(2) と、 前記水位変化検出部(1) 又は前記監視タイマー部(2) か
   らの指令により、貯水位に対応する制御ステップをカウ
   ントする制御ステップカウンタ部(3) と、 を有して、前記水位変化検出部(1) により検出された貯
   水位が、設定水位に対して予め定めた一定値分変化した
   時、前記水位変化検出部(1) からの指令に応じて前記制
   御ステップカウンタ部(3) により制御ステップを１ステ
   ップ増減して放流量を調節した後、前記水位変化検出部
   (1) 及び前記監視タイマー部(2) により貯水位が設定水
   位の方向へ所定時間内に変化するか否かを監視し、変化
   が起こらないか又はさらに逆方向へ変化した場合は、前
   記監視タイマー部(2) からの指令に応じて前記制御ステ
   ップカウンタ部(3) により、再度制御ステップを１ステ
   ップ増減して、さらに放流量を増減することにより、貯
   水位を設定水位の近傍に維持するようにしたことを特徴
   とした定水位制御方法。