JPH052768B2

JPH052768B2 -

Info

Publication number: JPH052768B2
Application number: JP5807681A
Authority: JP
Inventors: Fumio Wakamori; Seiju Funabashi; Shoichi Masui; Mikihiko Oonari; Ryuzo Hirano; Akinori Matsumoto
Original assignee: Hitachi Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Priority date: 1981-04-17
Filing date: 1981-04-17
Publication date: 1993-01-13
Also published as: JPS57172015A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、河川に直列多段に設置されている複
数のダムや堰（以下、ダムで総称する）の各放流
量を総合的に制御する制御システムに関するもの
である。

河川に直列多段にダムが設置されている場合、
台風や集中豪雨時に上流河川からの流入水量が急
変する時（以下、洪水時と呼ぶ）、各ダムの貯留
容量を有効に活用して下流側河川の流量変化を滑
らかにし、洪水災害の発生を防止する必要があ
る。

しかし、従来から行われているダムの制御で
は、上流側からの流入量を予測し、自ダムの貯留
量を目標値に保つことを主眼としており、下流側
の状況を十分考慮しているとは云えなかつた。即
ち、通常のダムでは、操作規程に放流量の増減値
に上限が設定され、その範囲内での放流量変化で
あれば、下流側で許容できるものとして許してい
る。次の式(1)が代表的な制限式の例である。

｜ΔQ₀(t)｜aQ₀（ｔ−Δt）＋ｂ ……(1) 但し、ΔQ₀(t)：時刻ｔにおける放流量増減値 Q₀（ｔ−Δt）：時刻ｔ−Δtにおける放流量ａ、ｂ：ダム毎に定めた定数 Δt：操作間隔（通常は10分）この制限式の適用によつて、時々刻々の流量変
化は或る範囲内に抑えることができるが、より長
期的、例えば１回の洪水の通過時間を通した場合
に、洪水ピーク流量を減少し災害発生の防止効果
を期待することはできない。

下流側のダムでは、上流ダムの放流量が、ある
時間遅れと自然河川の平滑機構を通つて流れ込ん
でくる。その他に下流側ダム周辺に降つた降雨や
支流河川からの流量が加わり、全体が流入量とな
る。下流側ダムでは、ダムへの流入量のうち、上
流ダムからの放流によるものと、下流ダム周辺に
降つた降雨や支流河川からの流入量を区別し、後
者を残流量と呼んでいる。例えば特開昭50−
73430号公報には、この下流の防御地点の残流量
を考慮に入れたダム制御方式が開示されている
が、これは制御するダムは１つだけであり、河川
に直列多段に設置されている複数のダムを、それ
ぞれ下流の状況を考慮して総合的に制御すること
は示唆していない。

本発明は、上記した従来のダム制御方式とは異
なり、河川に直列多段に設置された各ダムにおい
て、下流側ダムの残流量の予測値に基づき、自ダ
ムからの放流量と残流量の和が滑らかに変化する
ように放流量を決定し、これを上流側ダムから下
流側ダムに対して順次繰り返し行うことにより、
多段ダムを含む水系全体で、洪水時に下流側での
ピーク流量を減少させ、洪水被害の減少を狙つた
多段ダム制御システムを提供するものである。以
下、図面により本発明を詳細に説明する。

第１図は本発明制御システムの基礎となる概念
を説明するための図で、説明の便宜上、ダムは
１、２、３の３段からなる場合を示す。まずダム
１について、ある評価期間Ｔを設定し、その間の
上流からの流入量Q_I.1と直下流のダム２の残流量
Q_R.2の予測値を算出する。そして、それらに基づ
き、設定した評価関数を最小（または最大）にす
る最適放流量Q_O.1を決定する。次にダム２につい
て、上流側ダム１の最適放流計画値Q_O.1がダム２
に到達する時間遅れを考慮し、流入量Q_I.2を算出
する。このQ_I.2と直下流ダム３の残流量予測値
Q_R.3に基づき、設定した評価関数を最小（または
最大）にする最適放流量Q_O.2を決定する。ダム３
についても、ダム２と同様の計算を行うことによ
り、最適放流量Q_O.3を決定する。この結果、ダム
３の放流量として、従来はパターン４のように急
激な流量変化を発生していたような場合でも、よ
り滑らかな流量パターン５を得ることができ、洪
水流量のピーク・カツトが可能になる。

次に各ダムにおける最適放流量の決定法につい
て説明する。

各ダムについて最適放流計画を算出するために
は、貯留量収支バランスを表わすモデルと最適性
を表わす評価関数を設定する必要がある。まず評
価関数は次のように設定する。

Ｅ(k)＝k₁｛v⁰(k)−ｖ(k)｝²＋k₂｛u⁰(k)−ｕ(k)｝² ＋k₃｛Δu（ｋ−１）＋ΔQ_R（ｋ−１）｝² ……(2) 但し、v⁰(k)：目標貯留量ｖ(k)：貯留量 u⁰(k)：発電使用量ｕ(k)：放流量 Δu（ｋ−１）：放流量増減値（ゲート操作指令
に対応） ΔQ_R（ｋ−１）：残流量変化値 k₁、k₂、k₃：評価ウエイトこの式(2)で、右辺第１項はダム貯留量を目標値
に維持するための項、第２項は発電以外に無効な
放流を少くするための項であり、第３項が残流量
の変化値を考慮して下流ダムの流入量を滑らかに
するための項である。

最適放流計画は、式(2)のＥ(k)の評価期間Ｔを通
じて、その総和を最小にするものと定義する。即
ち、次式のように定義する。

min_N 〓^k=1 Ｅ(k) ……(3) 但し、Ｎ＝Ｔ／ΔT ……(4) こゝで、ΔTは制御インターバル、Ｔは評価期
間である。ダム貯留量収支モデルは次の式(5)、式
(6)で与える。

ｖ（ｋ＋１）＝ｖ(k)−ｕ(k)＋Q_I(k)
……(5) ｕ（ｋ＋１）＝ｕ(k)＋Δu(k)……(6) ダムの最適放流量を決めるには、式(5)、(6)のも
とで式(3)を満足する放流量増減値Δu(k)を導びけ
ばよい。この計算には、ダイナミツクプログラミ
ング計算を適用する方法と、最大原理に従つて解
を導びく方法が考えられる。これらの計算法それ
自体は周知であるので（例えば、Tou著、中村他
訳、コロナ社発行「現代制御理論」第392頁〜第
396頁）、途中の計算は省略し、結果のみを示す
と、式(3)を満足する放流量増減値Δu(k)は、 Δu(k)＝d₁(k)ｖ(k)＋d₂(k)ｕ(k)＋d₃(k)……(7) という形で、貯留量ｖ(k)、放流量ｕ(k)の関数とし
て求まる。こゝで、d₁(k)、d₂(k)、d₃(k)は係数値で
あり、各時点毎に異なる値を持つ。

このΔu(k)の計算を上流ダムから下流ダムに対
して順次繰り返し行い、その値にもとづいてダム
のゲート操作量を増減することにより、多段ダム
において、総合的にその上流から流れ込む洪水流
量を平滑化することができる。

第２図は本発明による多段ダム制御システムの
一実施例のブロツク図で、ダムが３段の場合の例
である。

ダム流域の各地点には雨量計が配置されてお
り、各雨量計で観測された降雨データが時々刻々
雨量予測装置１０に入力され、該雨量予測装置内
のメモリ（図示せず）に記憶される。雨量予測装
置１０は、現時点Ｔまでの各降雨データにもとづ
いて将来時点Ｔ＋t₁までの各地点の降雨量を予測
するもので、その降雨量予測データは各流域別に
それぞれダム１流入量予測装置１１₁、ダム２残
流量予測装置１１₂、ダム３残流量予測装置１１₃
に入力される。雨量予測装置１０で予測した降雨
量にもとづき、ダム１流入量予測装置１１₁では
ダム１に対する上流からの流入量Q_I.1（ｋ）の予
測値を算出し、又、ダム２残流量予測装置１１₂
及びダム３残流量予測装置１１₃では、それぞれ
ダム２やダム３に対する残流量Q_R.2、Q_R.3の予測
値を算出する。

ダム１最適放流量計画値計算装置１２₁は、上
記ダム１流入量予測装置１１₁とダム２残流量予
測装置１１₂で求つたダム１の流入量Q_I.1(k)とダム
２の残流量Q_R.2(k)、及び、制御条件評価係数設定
器１３₁からのダム１の制限条件v⁰(k)、u⁰(k)、k₁、
k₂、k₃を入力し、式(2)、式(3)、式(5)及び式(6)にも
とづいてダム１の最適放流量計画値ｕ(k)、フイー
ドバツク係数d₁(k)、d₂(k)、d₃(k)を計算する。この
うち、フイードバツク係数d₁(k)、d₂(k)、d₃(k)がダ
ム１放流量計算装置１５₁に与えられる。ダム１
放流量計算装置１５₁にはダム１の実際の貯留量
ｖ(k)、放流量ｕ(k)を示すデータが入力されてお
り、該放流量計算装置１５₁は、この実績データ
ｖ(k)、ｕ(k)、及び係数値d₁(k)、d₂(k)、d₃(k)により
式(7)を計算して、式(3)の評価関数を最小にする放
流量変更値Δu(k)を出力する。ダム１のゲート操
作量は、この放流量変更値Δu(k)によつて増減す
る。

一方、ダム１の最適放流量計画値ｕ(k)は流量伝
播計算装置１４₁を介してダム２最適放流量計画
値計算装置１２₂の入力となる。流量伝播計算装
置１４₁はダム１の最適放流量計画値ｕ(k)がダム
２に到達するまでの時間遅れを計算するためのも
のである。ダム２最適放流量計画値計算装置１２
_２は、このダム１の最適放流量計画値ｕ(k)、ダム
３残流量予測装置１１₃で予測したダム３の残流
量Q_R.3(k)、制限条件評価係数設定器１３₂からの
ダム２の各制限条件を入力して、当該ダム２の最
適放流量計画値ｕ(k)とフイードバツク係数d₁(k)、
d₂(k)、d₃(k)を算出する。そしてフイードバツク係
数をダム２の実際の貯留量、放流量データと共に
ダム２放流量計算装置１５₂に入力することによ
り、当該ダム２の放流量変更値Δu(k)が決定され
る。

ダム２の最適放流量計画値ｕ(k)は、それがダム
３に到達するまでの時間遅れを計算する流量伝播
計算装置１４₂を介してダム３最適放流量計画値
計算装置１２₃に与えられる。ダム３最適放流量
計画値計算装置１２₃は前記ダム２の最適放流量
計画値及び制限条件評価係数設定器１３₃の当該
ダム３の各制限条件を入力して、当該ダム３の最
適放流量計画値を計算し、フイードバツク係数d₁
(k)、d₂(k)、d₃(k)を出力する。このフイードバツク
係数がダム３の実際の貯留量、放流量データと共
にダム３放流量計算装置１５₃の入力となり、当
該ダム３の放流量変更値Δu(k)が決定される。

以上の処理を繰り返し行い、ダム放流量計算装
置１５₁，１５₂，１５₃で求まつた放流量変更値
に従つて各ダムのゲート操作量を制御することに
より、多段ダムの各放流量が下流の状況を考慮し
て総合的に制御され、上流から下流に流れ込む洪
水流量を平滑化することができる。なお、第２図
の各装置は、汎用のコンピユータ等により、１つ
の構成にまとめることもできる。

第３図乃至第６図は従来の手動制御による場合
と本発明制御システムによる場合についての実験
結果である。第３図、第４図は従来の手動制御に
おける実績データで、第３図は上流のダム１を、
第４図はその下流のダム２を示す。第３図、第４
図とも、横軸の１目盛は３時間を表わし、縦軸の
１目盛は貯水池水位に対しては１ｍ、各流量に対
しては250m³／ｓである。第５図、第６図は本発
明制御システムによるシミユレーシヨンで、第５
図は上流のダム１、第６図はその下流のダム２を
示す。目盛については第３図、第４図と同じであ
る。第４図と第６図を比較するに、本発明を適用
した場合、ダム２における放流量が平滑化するこ
とが理解される。しかも、ピーク値も約1000m³／
ｓから750m³／ｓと大幅に減少している。

以上の説明から明らかな如く、本発明によれ
ば、河川に直列多段に設置されている複数のダム
の放流量を、下流の状況を考慮して総合的に順次
繰り返し制御することにより、洪水時、下流の流
量、水位を平滑化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明制御システムの基礎となる概念
を説明するための図、第２図は本発明の一実施例
のブロツク図、第３図及び第４図は従来の手動制
御におけるダムの実績データを示す図、第５図及
び第６図は本発明制御システムのシミユレーシヨ
ン結果を示す図である。１０……雨量予測装置、１１₁〜１１₃……ダム
流入量（残流量）予測装置、１２₁〜１２₃……ダ
ム最適放流量計画値計算装置、１３₁〜１３₃……
ダム制限条件評価係数設定装置、１４₁，１４₂…
…流量伝播計算装置、１５₁〜１５₃……ダム放流
量計算装置。

Claims

【特許請求の範囲】１河川に直列多段に設置されている複数のダム
の放流量を制御するダム制御システムであつて、
河川流域の雨量計で観測された降雨データを入力
して、最上流ダムの流入量及び下流ダムの残流量
を予測する手段と、前記予測した最上流ダムの流
入量と直下流ダムの残流量データ及び予め定めた
該最上流ダムの制限条件評価係数にもとづいて該
最上流ダムの最適放流量の計画値を求める手段
と、上流ダムの最適流量計画値を所定の時間遅れ
をもつて入力し、該入力した上流ダムの最適放流
量計画値と前記予測した直下流ダムの残流量デー
タ及び予め定めた当該ダムの制限条件評価係数に
もとづいて当該ダムの最適放流量の計画値を求め
る手段と、各ダム毎に当該ダムの最適放流量計画
値と当該ダムの実際の貯留量、放流量データによ
り当該ダムのゲート操作量を求め、ゲートを制御
する手段とを具備していることを特徴とする多段
ダム制御システム。２前記各手段の機能をコンピユータ等により一
体的に実現したことを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の多段ダム制御システム。