JPH08219828A - ダム流入量予測方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ダム流入量の算出用係数を、現時点以降の予測
期間の降雨傾向を考慮して最適化し、精度の高いダム流
入量の予測方法と装置を提供する。 【構成】過去の実績に基づく複数の雨量パターンと、雨
量パターン毎に最適化された算出用係数をファイル５，
６に格納している。操作員は、予測開始指令と、現時点
から予測時刻までの推定雨量を、端末７から流入量予測
演算部３に入力する。雨量パターン選択部３１は、所定
期間（計算始点〜現在）の雨量の実測データをファイル
４から読出し、推定雨量データと組み合わせて、最適化
処理のための対象雨量パターンを作成し、この対象パタ
ーンとファイル５から読出した雨量パターンを比較し、
最も類似しているパターンを選択する。流入量演算部３
３は、選択した雨量パターンに対応する算出用係数を用
い、貯留関数法による流入量を演算し、実測値との誤差
を求める。算出用係数最適化部３４は、この誤差が最小
となるように、一次流出率ｆ１などを遷移して繰返し回
帰分析を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ダム流入量の予測装置
に係り、特にダム上流域に降った雨が所定時間後にダム
に到達する流入量を予測する計算方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】ダム上流域の雨量データから所定時間後
のダム流入量を予測することは、治水及び利水の両面か
らダム管理上極めて重要なファクターである。ダムに流
入する水量を予測する方法は、雨水が地表面流、地注水
流及び地下水流に分かれる分流モデル、あるいは仮想の
貯水池をもつ貯流関数法などのモデルなどが古くから知
られている。

【０００３】この予測計算においては、ダム上流に降っ
た雨の内、実際に河川に流れ込む流量の算出に用いられ
る計算式の係数の取り方によって、計算精度が大きく左
右される。これらの係数は、降雨量、継続時間、降雨時
期（乾期、雨期）等に影響されて一義的に決定できない
ため、経験に基づく手計算等により与えることが多く、
操作員の負担が大きかった。

【０００４】このため、例えば、特開昭５８−２０４３
１８号のように、これらの算出係数を最適化する提案が
ある。これによれば、上流に設けた雨量計からの時系列
データと、ダムに設けた流入水量計からの時系列データ
を計算機に取り込み、所定のパラメータ（係数）を用い
て、予測時点から所定時間後の流入水量の予測値を求
め、この予測値と上記時系列データ中の所定時間後の実
測流入水量との差を最小にするように各パラメータを修
正している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記した引用例による
パラメータの最適化は、実測された雨量とダム流入量に
基づいて行われる。しかし、実際のダム流入量の予測
は、現時点から所定時間後（流入量予測時刻）までの推
定雨量データが与えられて、予測計算が行われる。この
推定雨量の値や傾向が、パラメータ決定時の実測雨量の
値や傾向に対して急激に変化していると、この予測期間
でみたパラメータは必ずしも最適とはならず、予測計算
精度が大幅に低下することが多い。

【０００６】本発明の目的は、従来技術の問題点を克服
し、操作員から与えられる推定雨量を考慮してパラメー
タを決定でき、予測精度の高いダム流入量予測方法およ
び装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、所定周
期で計測するダム上流域の時系列の実測雨量と、予測の
ための推定雨量を基に、所定時間後のダムの流入量を予
測する方法において、予め、複数の雨量パターンと、そ
のパターン毎に最適化された流入量算出用係数が設定さ
れていて、過去の所定時点から未来の所定時間後までの
実測雨量と推定雨量の時系列からなる対象降雨パターン
に対し、前記複数の雨量パターンの中から類似している
パターンを選択し、選択された雨量パターンに対応する
流入用算出係数を用いて、前記所定時間後のダムの流入
量を算出するようにしたことにより達成される。

【０００８】また、選択された雨量パターンに対応する
流入量算出用係数を用いて、前記実測雨量期間のダム流
入量を算出すると共に実測流入量に対する誤差を求め、
この誤差が所定条件（最小値または所定値以下）を満た
すように当該算出用係数を変更する最適化処理を実行
し、前記所定条件を満足した流入量算出用係数を用い
て、所定時間後の流入量を算出することにより達成され
る。

【０００９】

【作用】本発明によれば、操作員が入力した推定雨量を
含む対象降雨パタ−ンに対応して、貯留関数法などによ
るダム流入量計算式の算出用係数が最適化される。従っ
て、従来のように実測雨量と実測流入量の範囲で最適化
するのに比べ、予測期間の推定雨量が反映されるので、
流入量の予測精度を大幅に向上でき、豪雨などの災害対
策や干雨期の利水対策などに寄与できる。

【００１０】また、算出用係数の最適化処理が自動的に
実行できるので、ダム操作員は推定雨量を与えるだけで
所定時間後の予測流入量を取得でき、操作員の負担を軽
減できる。さらに、予測の度に、対象降雨パタ−ンとそ
の算出用係数の最適値を蓄積して、以後の計算に利用可
能に構成しているので、流入量予測計算装置の信頼性を
向上できる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面にしたがって詳
細に説明する。

【００１２】図１に、一実施例によるダム流入量予測シ
ステムの構成を示す。同図で、上部にはダム用計算機１
を、下部にはゲート９を具備するダムと、ゲート開度計
１０、ダム水位計１１及びダム上流の雨量計１２の観測
機器を示す。

【００１３】ダム用コンピュ−タ１は、ダム水位から実
績流入量を算出したり、観測雨量のテレメータ情報から
実測雨量の単位換算を行う水理計算部２と、ダムの所定
時間後の流入量を予測する流入量予測計算部３と、実測
流入量や雨量の時系列データを格納する実測データファ
イル４と、過去の実績雨量の時系列に基づく複数の雨量
パターンをＩＤを付して格納する雨量パターンファイル
５と、雨量パターン毎に最適化されているダム流入量の
算出係数（パラメータ）を格納する算出係数ファイル６
と、予測計算のためのデータ入力と結果の表示を行う端
末装置７を備えている。流入量予測計算部３は、端末装
置入出力部３１、雨量パターン選択部３２、流入量演算
部３３、算出用係数最適化部３４及びファイルデータ入
出力部３５からなる。

【００１４】ところで、本実施例におけるダム流入量の
予測計算は、周知の貯留関数法に従って行われる。貯留
関数法とは、上流に降った雨量の全てがダムに流入する
のではないことを考慮し、降雨が仮想的な貯水池に蓄え
られ、その一部がダムに流入すると仮定するモデルであ
る。仮想貯水池の貯留量Ｓは（数１）式となる。（数
１）について貯留量の時間変化を考えると（数２）式、
（数２）を差分化すると（数３）式になる。さらに、
（数３）式に（数１）を代入すると（数４）となり、ニ
ュートン法を用いればダムの流入量Ｑが連続的に求ま
る。

【００１５】

【数１】

【００１６】

【数２】

【００１７】

【数３】

【００１８】

【数４】

【００１９】ここで、Ｋ，Ｐ：算出用係数（パラメー
タ）、Ｉ：仮想貯水池への流入量である。なお、サフイ
ックスｎは計算範囲の任意のサンプリング点である。

【００２０】（数３）式において、仮想貯水池への流入
量Ｉは、雨量ｒとの間に以下の関係が成り立つ。

【００２１】

【数５】

【００２２】ここで、Ａ：ダムの流入量に関係する地域
の面積、ｆ１：一時流出率（雨量の内、地面に浸透する
割合）、Ｒsa：飽和雨量（地面への浸透が止まるまでに
降った合計雨量）である。なお、（数５）式のｉ＝０〜
ｎは、計算始点から現時点までのサンプリング数を示し
ている。

【００２３】流入量演算部３３は（数４）式と（数５）
式を用い、雨量ｒを入力としてダムの流入量Ｑを計算す
る。この各式における算出用係数のＫ，Ｐ，ｆ１，Ｒsa
は、降雨量、降雨時間、季節などによって変動し、一
義的に決まる値ではない。本実施例では算出用係数を以
下のように最適化処理を行って、ダム流入量の予測精度
を向上している。

【００２４】図２に、流入量予測計算部の概略の処理フ
ローを示す。流入量予測計算部３は、端末装置７から、
ダムの操作員による予測開始の指示によって起動され
る。まず、端末装置入出理部３１を介して推定雨量を受
け取る（ｓ１０）。推定雨量は予測に際し、現時点から
予測時刻までの各点（サンプリング間隔に相当）の値
を、操作員から与えられる。

【００２５】次に、雨量パターン選択部３２は、実測雨
量と推定雨量の組からなる時系列データ（以下、対象降
雨パターンと呼ぶ）と、雨量パターンファイル６から読
出したパターンを比較して、後述するように最も類似し
ている雨量パターンを選択する（ｓ２０）。そして、選
択した雨量パターンに対応するダム流入量の算出用係数
（パラメータ）を、雨量パターン（ＩＤ）毎に最適化し
てある算出用係数を、格納ファイル６から取得する（ｓ
３０）。

【００２６】次に、流入量演算部３３で取得した算出用
係数を用い、実測雨量を入力とするダム流入量の計算を
行って、流入量の計算値と実測値の誤差を求め、この誤
差が最小または所定値以下となるように、算出用係数最
適化部３４で算出用係数を決定する（ｓ４０）。なお、
詳細は後述する。

【００２７】次に、最適化された算出用係数を用いた
（数４）式で、推定雨量を入力とするダム流入量の計算
を行い、予測時刻における流入量を求める（ｓ５０）。

【００２８】最後に、この予測に用いた実測雨量と推定
雨量の組からなる対象降雨パターンと、最適化された算
出用係数とを対応付けて、雨量パターンファイル５と算
出係数用ファイル６に登録する（ｓ６０）。なお、ステ
ップｓ６０は、パターンの獲得処理であり、実行の要否
は操作員が指示するようにしてもよい。

【００２９】図３は、ステップｓ２０の雨量パターンの
選択処理を説明するフロー図である。まず、実測データ
ファイル４から読み出した所定期間（計算始点（ｎ＝
０）〜現時点（ｎ＝ｎ））の実測雨量データと、与えら
れた推定雨量データ（ｎ＝ｎ＋１〜ｎ＋ｊ）を組合せ、
一組の対象降雨パターンを作成する（ｓ２０１）。

【００３０】次に、雨量パターンファイル６から順次、
雨量パターンを読み出して、対象降雨パターンとサンプ
リング点毎に比較し、偏差グラフを作成する（ｓ２０
２）。そして、偏差グラフの特徴から、対象降雨パター
ンに最も類似している雨量パターンを選択する（ｓ２０
３）。

【００３１】図４〜図６は、対象降雨パターン（実線）
と、雨量パターン（一点鎖線）の対比図（ａ）と、その
偏差グラフ（ｂ）で、各図の雨量パターンを変更して例
示したものである。なお、雨量データはサンプリング時
間内の積算値である。この図を参照しながら、最も類似
している雨量パターンの決定方法を説明する。

【００３２】対象降雨パターンと雨量パターンの関係
は、両者の偏差グラフが直線に近いほど類似している。
まず、図４と図５の偏差グラフを比較すると、明らかに
図５の偏差グラフの変化が小さく類似している。これ
は、変化が無視できる所定範囲の閾い値を零点の両側に
設定し、それを超える変曲点の数を調べると５：３であ
り、変曲点の数が少ない方が類似している言える。

【００３３】さらに、図５と図６の偏差グラフを比較す
ると、明らかに図５の方が変化が少ない。この場合、閾
い値を超える変曲点の数は共に３個であるが、図５の変
曲点はその正負の符号が変動し、変曲点の間の最大偏差
も大きくなっている。

【００３４】このように、偏差グラフから閾い値を超え
る変曲点を調べ、その中で符号の変化の有る変曲点の数
および／または変曲点間の最大偏差を調べることで、類
似度の定量的判定が、複雑な計算によることなく簡単に
実行できる。

【００３５】なお、ある程度までの類似の判断は人の眼
が秀れている。従って、雨量パターン選択部３２は、偏
差グラフを作成して操作端末に表示し、雨量パターンの
選択を操作員の判断に委ねるようにしてもよい。

【００３６】図７は、ステップｓ４０の算出用係数の最
適化処理を説明するフロー図である。まず、ステップｓ
３０で取得した算出用係数による（数４）、（数５）式
に、実測雨量データを入れて、ダムの流入量を計算する
（ｓ４０１）。この流入量の計算値と、ファイル４から
の実測値を各点ごとに比較し、計算始点から現時点まで
のトータルの誤差（二乗誤差）を算出する（ｓ４０
２）。

【００３７】次に、算出した誤差が所定条件を満足して
いるか判定する（ｓ４０３）。所定条件としては、「誤
差が所定値以下」または「誤差が最小値」である。条件
を満たしているときは、ステップｓ４０１で用いた算出
用係数を最適値として処理を終了する。

【００３８】一方、所定条件を満たしていないときは、
現在時刻までの実測データを基に、（数１）式において
回帰分析を行い、変更する算出用係数Ｋ，Ｐを計算す
る。この回帰処理には、（数１）の両辺の対数を取って
変形した（数６）式を用いる。

【００３９】

【数６】

【００４０】まず、一次流出率ｆ１は０．０１刻み、飽
和雨量Ｒsa は１ミリ刻みに遷移する（ｓ４０４）。そ
して、（数６）式において、ｌｏｇＱは現在時刻までの
実測流入量Ｑ₀より求め、ｌｏｇＳは（数３）式より逐
次的に求め（ｓ４０５）、これを基に最小自乗法により
ＫおよびＰを求める（ｓ４０６）。

【００４１】このように変更したＫ，Ｐを基に、上記処
理を繰返し、誤差が所定条件を満たしたときの算出用係
数Ｋ，Ｐ，ｆ１及びＲsa を最適値として取得する。な
お、所定条件が「誤差が最小値」のときは、一次流出率
ｆ１または飽和雨量Ｒsa の変化範囲まで、順次遷移さ
せて上記処理を繰返し、誤差が最小となる算出用係数を
最適値に決定する。

【００４２】本実施例によれば、操作員が入力した推定
雨量を含む対象降雨パタ−ンに対応して、ダム流入量の
算出用係数が最適化される。従って、従来のように実測
雨量と実測流入量の範囲で最適化するのに比べ、予測期
間の想定結果が反映されるので、流入量の予測精度を大
幅に向上でき、豪雨などの災害対策や干雨期の利水対策
などに寄与できる。

【００４３】また、算出用係数の最適化が自動的に実行
できるので、操作員の負担を軽減できる。さらに、予測
の度に、対象降雨パタ−ンとその算出用係数の最適値を
蓄積して、以後の計算に利用可能に構成しているので、
流入量予測計算装置の信頼性を向上できる。

【００４４】なお、本実施例におけるダム流入量の計算
は貯流関数法によったが、これに限定されるものではな
い。本発明は、分流モデル法やタンクモデル法などによ
る流入量予測にも適用可能である。

【００４５】

【発明の効果】本発明によれば、ダム流入量の算出用係
数の最適化が、予測時刻までの推定雨量を含む対象降雨
パタ−ンに対応して行われるので、ダム流入量の予測精
度を向上できる効果がある。

【００４６】本発明によれば、ダム操作員は推定雨量を
与えるだけで、所定時間後の予測流入量を取得できるの
で、操作員の負担が大幅に低減できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるダム流入量予測システ
ムの構成図。

【図２】本発明の一実施例によるダム流入量予測方法の
処理フロ−図。

【図３】最も類似している雨量パターンの選択を行う処
理フロー図。

【図４】雨量パターン選択の原理を説明するもので、同
図（ａ）は雨量パターン比較図、同図（ｂ）は偏差グラ
フ。

【図５】雨量パターンの異なる図４の同等図。

【図６】雨量パターンの異なる図４、図５の同等図。

【図７】算出用係数の最適化を行う処理フロ−図。

【符号の説明】

１…ダム用コンピュ−タ、２…水理計算部、３…流入量
予測演算部、３１…端末装置入出力部、３２…雨量パタ
ーン選択部、３３…流入量演算部、３４…算出用係数最
適化部、３５…ファイルデ−タ入出力部、４…実測デ−
タファイル、５…雨量パターンファイル、６…パタ−ン
別算出用係数ファイル、７…端末装置、８…データ入力
部、１１…水位計、１２…雨量計。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鹿田 徹 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株 式会社日立製作所大みか工場内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定周期で計測するダム上流域の時系列
   の実測雨量と、予測のための推定雨量を基に、所定時間
   後のダムの流入量を予測する方法において、 予め、複数の雨量パターンと、そのパターン毎に最適化
   された流入量算出用係数が設定されていて、 過去の所定時点から未来の所定時間後までの実測雨量と
   推定雨量の時系列からなる対象降雨パターンに対し、前
   記複数の雨量パターンの中から類似しているパターンを
   選択し、選択された雨量パターンに対応する流入用算出
   係数を用いて、前記所定時間後のダムの流入量を算出す
   るようにしたことを特徴とするダム流入量予測方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記類似している雨量パターンの選択は、各雨量パター
   ンと前記対象降雨パターンとの所定周期毎の偏差グラフ
   を求め、その中で最も直線に近いものを求めることを特
   徴とするダム流入量予測方法。
3. 【請求項３】 請求項２において、 前記直線に近いものは、前記偏差グラフの零点の両側に
   閾い値を設定し、その閾い値を超える変曲点の数が少な
   い方であると判定することを特徴とするダム流入量予測
   方法。
4. 【請求項４】 請求項２において、 前記直線に近いものは、前記偏差グラフの零点の両側に
   閾い値を設定し、それを超える変曲点の正負符号の変化
   数が少ない方および／または変曲点間の最大偏差が小さ
   い方であると判定とすることを特徴とするダム流入量予
   測方法。
5. 【請求項５】 所定周期で計測するダムの流入量及び上
   流域の雨量の実測データと予測のために与えられる推定
   雨量とを基に、所定時間後のダムの流入量を予測する方
   法において、 予め、複数の雨量パターンと、そのパターン毎に最適化
   された流入量算出用係数が設定されていて、 過去の所定時点から未来の所定時間後までの実測雨量と
   推定雨量の時系列からなる対象降雨パターンに対し、前
   記複数の雨量パターンの中から類似しているパターンの
   一つを求め、 当該雨量パターンに対応する流入量算出用係数を用い
   て、前記実測雨量期間のダム流入量を算出すると共に、
   前記実測流入量に対する誤差を求め、この誤差が所定条
   件（最小値または所定値以下）を満たすように当該算出
   用係数を変更する最適化処理を実行し、 前記所定条件を満足した流入量算出用係数を用いて、所
   定時間後の流入量を算出するようにしたことを特徴とす
   るダム流入量予測方法。
6. 【請求項６】 請求項５において、 前記流入量算出用係数は、貯留関数法によるダム流入量
   の計算式における係数であり、その一部である一次流出
   率ｆ１と飽和雨量Ｒｓａを所定刻みで遷移しながら、前
   記所定条件を満足するまで前記最適化処理を繰返し行う
   ことを特徴とするダム流入量予測方法。
7. 【請求項７】 ダムの上流域の雨量とダムの流入量を所
   定周期で実測する手段と、実測データ等を格納する記憶
   装置と、推定雨量の入力や予測結果の表示等を行う端末
   装置と、所定時間後のダムの流入量の予測演算を行う計
   算装置を備えるダム流入量予測装置において、 前記記憶装置は、複数の雨量パターンを格納する雨量パ
   ターンファイルと、そのパターン毎に最適化された流入
   量算出用係数を格納する算出用係数ファイルを有し、 前記計算装置は、過去の所定時点から未来の所定時間後
   までの実測雨量と推定雨量の時系列からなる対象降雨パ
   ターンに対し、前記複数の雨量パターンの中から類似パ
   ターンを選択する雨量パターン選択手段と、所定の流入
   量算出用係数を用いてダムの流入量を計算するダム流入
   量計算手段と、実測流入量と計算流入量の誤差が所定条
   件（最小値または所定値以下）を満たすように流入量算
   出用係数を変更する最適化処理手段を有し、 前記最適化処理手段によって最適化された流入量算出用
   係数を用いて、前記推定雨量に対する所定時間後の流入
   量を算出するようにしたことを特徴とするダム流入量予
   測装置。
8. 【請求項８】 請求項７において、 前記雨量パターン選択手段は、前記雨量パターンファイ
   ルの各パターンと前記対象降雨パターンの偏差グラフを
   作成して、順次または一括して前記端末装置に表示する
   と共に、操作員からの選択指示を受けとって類似パター
   ンを決定する機能を有してなることを特徴とするダム流
   入量予測装置。
9. 【請求項９】 請求項７または８において、 前記計算装置は、雨量パターン選択手段による前記対象
   降雨パターンと前記最適化処理手段によって最適化され
   た流入量算出用係数を対応付け、それぞれ前記雨量パタ
   ーンファイル及び前記算出係数用ファイルに格納するよ
   うにしたことを特徴夜するダム流入量予測装置。