JPH08232331A

JPH08232331A - 排水システムにおける鉄砲水検知装置、鉄砲水到達時間の予測方法、及びその予測方法を用いてなる排水システム

Info

Publication number: JPH08232331A
Application number: JP7307485A
Authority: JP
Inventors: Kunio Takada; 国雄高田; Kenji Otani; 健二大谷; Takashi Ikeguchi; 隆池口
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-11-27
Filing date: 1995-11-27
Publication date: 1996-09-10
Anticipated expiration: 2013-08-20
Also published as: JP2789320B2

Abstract

(57)【要約】【課題】排水システムにおける鉄砲水の発生を検出し、
排水ポンプ設置点に到達する時間を予測し、これに基づ
いて排水ポンプの対応運転を行う。【解決手段】上流地点ａの水位等の検出値又はその増加
率Δｈa(t)が設定値ｋ以上のときに鉄砲水の発生を検知
する（ステップ３１，３２）。その鉄砲水が地点ａから
排水ポンプ１２地点へ達する到達時間Ｔadを水理計算に
よって予測する（ステップ３３〜３７，４４）。その
際、上・下流地点ａとｂの２か所以上にて鉄砲水の発生
を検知し（ステップ３２，３９）、地点ａから地点ｂへ
の到達時間の予測値Ｔ'abと実測値Ｔabの比を補正係数
αとして求め（ステップ３８〜４３）、前記補正係数に
より水理計算で得られる排水ポンプ地点への予測到達時
間を補正する(ステップ４４)。得られた予測到達時間
Ｔ'bdに基づいて排水ポンプの先行待機などの運転方策
を決定する（ステップ４５）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、小河川を含む水路
により雨水等の排水を幹線水路に集め、この排水を排水
ポンプ機場に導き、この排水ポンプ機場から河川等に放
流する排水システムに係り、特に都市及び都市近郊の広
域排水システムに生ずる鉄砲水対策を考慮した排水シス
テムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、かかる排水システムにおいては、
排水ポンプ機場のポンプ井の水位（以下、内水位とい
う。）を基準に、この内水位を一定の範囲に保持するよ
うに排水ポンプを自動運転して、ポンプ井への流入水を
排水することが一般的に行われている。

【０００３】ところが、近年、排水区域の市街化が進
み、地面に染み込む雨水の割合が減ってきたために雨水
流出量が増加し、排水ポンプ機場へ大量の雨水が急激に
流入するようになっている。そのため、上記従来の内水
位を基準とする自動制御では、ポンプ運転の開始が遅れ
る場合があり、急激な流入量の増加に追従できないとい
う問題がある。そのため、従来、降雨予測に基づいて排
水ポンプ機場への流入量を予測し、これに従って排水ポ
ンプの運転を制御しようとする試みがなされている。こ
の種の公知例としては、特開平２−１１５５８４号公
報、特開昭５６−１５６３４２号公報等がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の流入量
予測技術では、降雨の初期や集中豪雨に見られる、いわ
ゆる鉄砲水のような急激な流入量増加については配慮し
ていないことから、排水ポンプの対応運転（特に運転開
始）が間にあわず、ポンプ井や排水路が冠水する恐れが
ある。

【０００５】本発明の第１の目的は、鉄砲水の発生を検
出し、速やかな排水ポンプの鉄砲水対応運転を可能とす
る排水システムの鉄砲水検出装置を提供することにあ
る。

【０００６】本発明の第２の目的は、鉄砲水が排水ポン
プ設置点に到達する時間を予測し、余裕を持って排水ポ
ンプの鉄砲水対応運転を可能とする鉄砲水到達時間の予
測方法を提供することにある。

【０００７】本発明の第３の目的は、鉄砲水に対応させ
て排水ポンプの運転を行うようにした排水システムを提
供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るため、本発明の排水システムの鉄砲水検出装置は、排
水路の上流地点に該地点の流量に相関する物理量を検出
する検出器を設け、この検出器の検出値を入力とし、そ
の検出値又はその増加率の少なくとも一方が設定値以上
のときに鉄砲水検知信号を出力する演算手段を設けて構
成する。なお、前記物理量は、流量又は水位のいずれで
もよい。

【０００９】上記第２の目的を達成するため、本発明の
排水システムの鉄砲水到達時間の予測方法は、排水路の
上流地点の流量に相関する物理量を検出し、その検出値
又はその増加率の少なくとも一方が設定値以上のときに
鉄砲水の発生を検知し、該鉄砲水が当該地点から排水ポ
ンプ地点に到達する到達時間を水理計算によって予測す
るようにしたのである。この場合において、前記検出値
の増加率の大きさによって前記到達時間を補正すること
が好ましい。

【００１０】また、排水路の上流地点と該地点の下流地
点の２か所以上にて各地点の流量に相関する物理量を検
出し、該各地点の検出値又はその増加率の少なくとも一
方が設定値以上のときに鉄砲水の発生を検知し、該検知
された鉄砲水が前記上流地点から前記下流地点の１つに
到達する第１の到達時間を水理計算によって予測すると
ともに、その第１の到達時間を実測し、その予測値を実
測値に一致させる補正係数を求め、前記鉄砲水が前記排
水ポンプ地点に到達する第２の到達時間を水理計算によ
って予測し、該予測時間を前記補正係数により補正して
鉄砲水到達時間の予測の精度を高めることができる。

【００１１】上記第３の目的を達成する本発明の排水シ
ステムは、前記いずれかの鉄砲水検知装置又は鉄砲水の
到達時間予測方法を適用し、その予測到達時間に合わせ
て排水ポンプの運転を制御するポンプ制御手段を設けて
構成する。この場合において、ポンプ制御手段は、前記
鉄砲水の到達時間予測に基づいて排水ポンプの先行待機
運転の開始タイミングと運転台数とを制御することが望
ましい。また、排水路の系統を表示したグラフィックパ
ネルを設け、前記予測した到達時間に基づいて、グラフ
ィックパネルに鉄砲水の流下位置を表示することが好ま
しい。

【００１２】このように構成されることから、本発明に
よれば、次の作用により上記各目的が達成される。

【００１３】いわゆる鉄砲水は、集中豪雨等により発生
し、鉄砲水の流下にあわせ排水路の水位又は流量が急激
に増加する現象を呈する。また、鉄砲水に至らない程度
の通常の雨量であれば、排水路水位等の変化は緩やかで
ある。

【００１４】したがって、本発明の鉄砲水検知装置のよ
うに、排水路の上流地点にて排水路の水位又は流量を検
出し、その増加率が急激であるか否かを判断することに
より、鉄砲水が発生流下しているか否かを検知できる。

【００１５】また、排水路を流下する鉄砲水の速度は、
鉄砲水の水位又はその増加率等の強さに相当する条件
と、排水路の諸条件とを与え、周知の理論により例えば
段波として扱うことにより求めることができる。

【００１６】したがって、上記により鉄砲水を検知でき
れば、本発明の鉄砲水到達時間の予測方法のように、鉄
砲水の程度（水位又は増加率）と、鉄砲水の検知地点か
ら排水ポンプ地点までの距離と、排水路条件等に基づ
き、水理理論に従って排水ポンプ地点までの鉄砲水到達
時間を予測演算できる。そして、その予測結果に基づい
て排水ポンプを先行して運転開始することにより、鉄砲
水の到来に容易に対応できる。

【００１７】通常、排水ポンプは複数台設けられている
から、鉄砲水の強さに応じて運転する台数をきめる。ま
た、排水ポンプを先行待機運転できる時間は、ポンプ軸
受の冷却システム等により制限を受けるが、上記予測に
より先行待機運転時間を最適化でき、ポンプ軸受の損傷
を防止できる。また、幹線水路に貯留池等の貯留部があ
り、その貯留部に水が貯留されている場合には、その貯
留水を予め排水することができる。これにより、一定の
鉄砲水を吸収緩和できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１に、本発明にかかる排水シス
テムの鉄砲水検知と到達時間の予測の手順の一例をフロ
ーチャートにして示し、図２に本例にかかる排水システ
ムの全体構成図を示す。第２図に示すように、本例の排
水システムは、放流先河川の近傍に排水ポンプ機場２を
配置し、排水対象地域に配設された小河川を含む排水路
４によって雨水等の排水を集め、この排水を排水ポンプ
機場２に導き、ここから河川に放流するようにしてい
る。排水路４は、幹線管路６と複数の枝管路８−ｉ（図
ではｉ＝１〜４）から形成されている。排水ポンプ機場
２は、図示のように、幹線水路４から流入される排水を
貯留するポンプ井１０と、そのポンプ井１０の排水を汲
み上げて放流先の河川等に放流する排水ポンプ１２と、
この排水ポンプ１２の運転を制御するポンプ制御装置１
４を含んで構成されている。

【００１９】枝管路８−１の上流地点ａとその地点より
も下流の地点ｂに、それぞれ水位検出器１６（ａ，ｂ）
が、また枝管路８−２の上流地点ｅとその下流地点ｆ
に、それぞれ水位検出器１６（ｅ，ｆ）が設置されてい
る。これらの水位検出器１６は、枝管路内の水位を検出
するものであり、静電容量式や超音波式等の周知の構成
のものが適用できる。水位検出器１６により検出された
各地点の水位検出値は、図示していない通信設備により
前記ポンプ制御装置１４に伝送されるようになってい
る。なお、他の枝管路８−３，８−４には水位検出器を
設けていないが、必要に応じて設けてもよい。すなわ
ち、流量の大きい鉄砲水で、かつ最も早く排水ポンプ機
場２に到達する鉄砲水を検知し、その到達時間を予測で
きればよいことから、本例は排水系の全体構成や地形等
を考慮し、排水ポンプ機場２に近く、大きな排水対象地
域をカバーする枝管路を対象とし、その枝管路にて鉄砲
水を検知するようにしたのである。

【００２０】このように構成される排水システムにおい
て、通常は、ポンプ制御装置１４の働きにより、排水ポ
ンプ機場２の内水位を基準に、排水ポンプＰ₁，Ｐ₂，Ｐ
₃の運転台数と回転数などの排水能力を自動的に制御し
て排水量を調整する。また、周知の流入量予測に基づい
て自動制御するようにする。

【００２１】ここで、図１を用い、本発明の特徴にかか
る鉄砲水の検知と、鉄砲水のポンプ地点への到達時間の
予測に係る詳細構成について、動作とともに説明する。
基本的に、鉄砲水の検知と到達時間の予測は、水位検出
器１６ａとｂ，１６ｅとｆにより検出された水位データ
に基づき、ポンプ制御装置１４にて実行される。ポンプ
制御装置１４はコンピュータを含んで構成され、水位検
出器１６ａ〜ｆから伝送される水位データを所定のサン
プリング周期ごとに取り込み、通常の入力信号処理を施
した後、メモリのデータテーブルに格納し、この格納さ
れた水位データを適宜読み出して、図１に示すような処
理を実行するようになっている。

【００２２】図１に、枝管路８−１に発生した鉄砲水に
かかる処理を示す。なお、枝管路８−２についても同様
の処理になるので、ここでは枝管路８−１についてのみ
説明する。鉄砲水の発生（流下）はステップ３１と３２
の処理で検出する。鉄砲水の場合の水位の変化パターン
は、図３に示すように、急激に増大するパターンであ
る。そこで、本例では、上流地点ａの水位検出値ｈa(t)
をサンプリングし、数式１により１周期前の水位検出値
ｈa(t+1)との差を演算して、水位の増加率Δｈa(t)を求
める（ステップ３１）。

【００２３】

【数１】Δｈa(t)＝ｈa(t)−ｈa(t+1) 次に、増加率Δｈa(t)が予め定めた鉄砲水判定基準の設
定値ｋ以上か否かにより鉄砲水の発生を検知する（ステ
ップ３２）。この判定が否定のときはステップ３１に戻
って次のデータに対して同一の処理を繰り返す。肯定の
ときは、ステップ３３にて、鉄砲水の最高水位ｈｍを検
出する。この検出は、前記データテーブルの水位検出値
ｈa(t)の変化を監視し、極大値を示した検出値を最高水
位として特定することにより行う。最高水位を検出した
ときタイミングにタイマをセットして、その鉄砲水が下
流の地点ｂに到達する時間の実測を開始する（ステップ
３４）。なお、鉄砲水を検知したとき、その検知信号に
より警報などを発したり、グラフィックパネル等の表示
装置にその旨と発生地点とを表示するようにしてもよ
い。また、鉄砲水の検知は、上記の水位増加率のほか、
水位そのものが所定の設定値を超えたこと、又は排水の
濁度が異常に高くなったことを条件として検出できる。
次のステップ３５からステップ４３までは、水理計算
による鉄砲水の到達時間の予測の精度を上げるための補
正係数αを求めるステップである。到達時間の予測に用
いる原理として、周知の水理モデルから種々の方法が考
えられるが、本例では予測の処理時間を考慮して簡便な
段波モデルによる方法を適用した。この段波モデルによ
る鉄砲水の伝播速度（流下速度）ωは数式２によって表
される。なお、このモデルは、長方形管路の場合である
が、円形管路の場合はそれに合わせて変数を変形して適
用すればよい。

【００２４】

【数２】

【００２５】ここで、ｈｏは図３に示すように鉄砲水前
面の初期水位であり、Ｖは初期水位ｈｏのときの初期流
速で、数式３により求める。また、ｇは重力加速度であ
る。

【００２６】

【数３】

【００２７】ここで、ｎは管路の粗度係数であり、Ｉは
管路の勾配である。したがって、流下速度ωを求めれ
ば、同一排水管の下流地点に到達する到達時間は、そこ
までの距離をωで割算すれば求められる。

【００２８】上記の水理理論に従い、ステップ３５で地
点ａにおける初期流速Ｖａを数式３により求める。次
に、ステップ３６で数式２により流下速度ωaを求め
る。そして、ステップ３７において、数式４により、距
離Ｌabだけ離れた下流の地点ｂまでの到達時間の予測値
Ｔ'abを演算する。

【００２９】

【数４】Ｔ'ab＝Ｌab／ωa 次のステップ３８から４０においては、地点ｂにおける
鉄砲水検知と、最高水位ｈｍを検出する。この処理内容
は前記ステップ３１から３３と同一であるから説明を省
略する。ステップ４０で地点ｂに鉄砲水の最高水位が到
達したことを検知したタイミングで、前記タイマを停止
させ(ステップ４１)、地点ａからｂまでの到達時間の実
測値Ｔabを求める(ステップ４２)。そして、ステップ４
３にて、次式５により、予測時間の補正係数αを演算す
る。

【００３０】

【数５】α＝Ｔ'ab／Ｔab 通常、理論による予測値よりも実測値の方が大きいか
ら、α≦１．０である。

【００３１】次に、地点ｂからポンプ地点ｄに鉄砲水が
到達する予測時間Ｔ'bdを、数式６により演算する。

【００３２】

【数６】Ｔ'bd＝α(Ｔ'bc＋Ｔ'cd) この式におけるＴ'bcとＴ'cdの予測は、それぞれ基本的
に数式２，３，４を用いる。但し、幹線管路６は枝管路
８−１と管径などの管路条件が異なるので、初期水位ｈ
ｏと最高水位ｈｍは、地点ａの検出値に基づき、比例計
算により推定する。この場合、初期水位ｈｏには、他の
枝管路８−２，８−３，８−４等から合流点ｃに流入し
ている排水量をも考慮する必要がある。したがって、合
流点ｃに水位検出器を設置して、初期水位ｈｏを検出す
るのが好ましい。しかし、枝管路８−１の鉄砲水が最も
早く合流点ｃに到達する場合は、他の枝管路から合流点
ｃに流入する量は、通常時の流量であるから、過去の各
枝管路の流量割合の実績データ等に基づく相関係数を設
定しておき、地点ａの初期水位にその相関係数を乗じ
て、合流点ｃの初期水位を推定することができる。本例
はこの方法によっている。なお、本発明は基本的に最も
早く排水ポンプ地点に到達する鉄砲水についての到達時
間を予測すればよいから、枝管路８−１よりも枝管路８
−２に発生した鉄砲水が最も早く合流点ｃに到達する場
合は、枝管路８−２の鉄砲水について到達時間Ｔ'fdを
予測する。

【００３３】このようにして予測した到達時間Ｔ'bdに
基づいて、ステップ４５において、排水ポンプの運転台
数とその運転開始タイミングについて決定するととも
に、その決定にしたがって鉄砲水に対する先行待機運転
の制御を行う。通常、排水ポンプは複数台設けられてい
るから、鉄砲水の強さに応じて運転する台数をきめる。

【００３４】上述したように、本例によれば、排水路の
上流地点ａにて排水路の水位を検出し、その増加率が急
激であるか否かを判断していることから、鉄砲水が発生
を素早く検知できる。これにより、排水ポンプの対応運
転を余裕を持って行うことができる。

【００３５】また、鉄砲水の程度（水位又は増加率）
と、鉄砲水の検知地点から排水ポンプ地点までの距離
と、排水路条件とに基づき、水理理論に従って排水ポン
プ地点までの鉄砲水の到達時間を予測演算していること
から、更に余裕を持って排水ポンプの対応運転を行うこ
とができる。

【００３６】そして、その予測結果に基づいて排水ポン
プを先行して運転する台数や運転開始タイミングを決定
していることから、鉄砲水の到来に容易に対応できる。

【００３７】また、排水ポンプを先行待機運転できる時
間は、ポンプ軸受の冷却システム等により制限を受ける
が、上記予測により先行待機運転時間を最適化でき、ポ
ンプ軸受の損傷を防止できる。

【００３８】なお、図２に示すように、幹線水路に貯留
池等の貯留部１８があり、その貯留部に水が貯留されて
いる場合には、その貯留水を予め排水することができ、
これにより、一定の鉄砲水を吸収緩和できるから、鉄砲
水の量に対して排水ポンプの排水能力が低い場合にも、
冠水などを防止するのに効果がある。

【００３９】また、上記例では、補正係数αで到達予測
時間を補正するようにしたが、この補正を省略してもよ
く、これによれば水位検出器の数を半分に低減できる。
また、その補正をしない場合は、到達予測時間が短くな
る方向であるから、早めに鉄砲水の対応運転をすること
になる。

【００４０】また、補正係数αに代えて、鉄砲水の強さ
の度合に応じて到達予測時間を補正するようにしてもよ
い。この例について、図４に示した処理手順フローチャ
ートを参照して説明する。図において、ステップ５１か
ら５３までは、図１のステップ３１から３３に同じであ
り、地点ａの水位変化に基づいて鉄砲水の発生を検知す
る。次に、ステップ５４で、水位検出値Δｈa(t)の変化
率の度合、又は図３に示した鉄砲水の前面の平均角度θ
に応じて、補正係数βを求める。この平均角度θと補正
係数βとの設定関係の一例を図５に示す。次のステップ
５５〜５７において、前記図１の例と同様に、地点ａに
おける初期流速Ｖａ、流下速度ωａを求めた後、合流点
ｃまでの到達時間の予測値Ｔ'acを算出する。そして、
ステップ５８において、前述したと同様に合流点ｃにお
ける初期水位ｈｏを推定し、これに基づいて数式３によ
り初期流速Ｖｃを求め、さらに数式２により流下速度ω
ｃを求める。次のステップ５９にて、数式７により地点
ａからポンプ地点ｄに至る鉄砲水の到達時間の予測値
Ｔ'adを算出する。

【００４１】

【数７】Ｔ'ad＝β（Ｔ'ac＋Ｔ'cd）ここで、Ｔ'ac＝Ｌac／ωa Ｔ'cd＝Ｌcd／ωc このようにして予測した到達時間Ｔ'adに基づいて、ス
テップ６０において、排水ポンプの運転台数とその運転
開始タイミングについて決定するとともに、その決定に
したがって鉄砲水に対する先行待機運転の制御を行う。
通常、排水ポンプは複数台設けられているから、鉄砲水
の強さに応じて運転する台数をきめる。

【００４２】本例によれば、図１の例に比べて到達時間
の予測精度は落ちるが、水位検出器の数を低減でき、ま
た処理が簡単化できるという効果がある。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
排水路の上流地点にて排水路の排水流量に相関する物理
量を検出し、その増加率が急激であるか否かを判断して
鉄砲水の発生を検知していることから、簡単にかつ速や
かに鉄砲水の発生を検知できる。これにより、排水ポン
プの対応運転を余裕を持って行うことができる。

【００４４】また、鉄砲水の程度（水位又は増加率）
と、鉄砲水の検知地点から排水ポンプ地点までの距離
と、排水路条件とに基づき、水理理論に従って排水ポン
プ地点までの鉄砲水の到達時間を予測演算していること
から、更に余裕を持って排水ポンプの対応運転を行うこ
とができる。

【００４５】また、その予測結果に基づいて排水ポンプ
を先行して運転する台数や運転開始タイミングを決定し
ていることから、鉄砲水の到来に容易に対応できる。な
お、排水ポンプを先行待機運転できる時間は、ポンプ軸
受の冷却システム等により制限を受けるが、上記予測に
より先行待機運転時間を最適化でき、ポンプ軸受の損傷
を防止できるという、副次効果がある。

【００４６】また、本発明の排水システムによれば、排
水路に貯留池等が設けられそれに水が貯留されている場
合には、その貯留水を鉄砲水検知と同時に予め排水する
ことができ、これにより、一定の鉄砲水を吸収緩和でき
るから、鉄砲水の量に対して排水ポンプの排水能力が低
い場合にも、冠水などを防止するのに効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る鉄砲水検知と到達時間予測に係る
処理手順を示すフローチャートである。

【図２】本発明に係る排水システムの全体構成図であ
る。

【図３】鉄砲水による水位変化の一例を示す線図であ
る。

【図４】本発明の他の鉄砲水検知と到達時間予測に係る
処理手順を示すフローチャートである。

【図５】鉄砲水の強さの度合に対する補正係数の設定関
係の一例を示す線図である。

【符号の説明】

２排水ポンプ機場４排水路６幹線管路８枝管路１０ポンプ井１２排水ポンプ１４ポンプ制御装置１６水位検出器１８貯留池

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成７年１２月２７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】明細書

【発明の名称】排水システムにおける鉄砲水検知装
置、鉄砲水到達時間の予測方法、及びその予測方法を用
いてなる排水システム

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【０００２】

【０００３】ところが、近年、排水区域の市街化が進
み、地面に染み込む雨水の割合が減ってきたために雨水
流出量が増加し、排水ポンプ機場へ大量の雨水が急激に
流入するようになっている。そのため、上記従来の内水
位を基準とする自動制御では、ポンプ運転の開始が遅れ
る場合があり、急激な流入量の増加に追従できないとい
う問題がある。そのため、従来、降雨予測に基づいて排
水ポンプ機場への流入量を予測し、これに従って排水ポ
ンプの運転を制御しようとする試みがなされている。こ
の種の公知例としては、特開平２−１１５５８４号公
報、特開昭５６−１５６３４２号公報、特開昭５５−５
８４１２号公報等がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の流入量
予測技術では、降雨の初期や集中豪雨に見られる、いわ
ゆる鉄砲水のような急激な流入量増加については配慮し
ていないことから、排水ポンプの対応運転（特に先行待
機運転）が間にあわず、ポンプ井や排水路が冠水する恐
れがある。

【０００５】本発明の第１の目的は、鉄砲水の発生を検
出し、速やかな排水ポンプの先行待機運転を可能とする
排水システムの鉄砲水検出装置を提供することにある。

【０００７】本発明の第３の目的は、鉄砲水に対応させ
て排水ポンプの先行待機運転を行うようにした排水シス
テムを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るため、本発明の排水システムの鉄砲水検出装置は、排
水路の上流地点に該地点の流量に相関する物理量を検出
する検出器を設け、該検出器の検出値を入力として該検
出値の増加率を求め、該増加率が予め設定された鉄砲水
判定の設定値以上のときに鉄砲水の発生を検知する演算
手段を設けて構成する。なお、前記物理量は、流量、水
位又は濁度のいずれでもよい。

【０００９】上記第２の目的を達成するため、本発明の
排水システムの鉄砲水到達時間の予測方法は、排水路の
上流地点の流量に相関する物理量を検出し、該検出器の
検出値を入力として該検出値の増加率を求め、該増加率
が予め設定された鉄砲水判定の設定値以上のときに鉄砲
水の発生を検知し、該鉄砲水が当該地点から前記排水ポ
ンプ地点に到達する到達時間を水理計算によって予測す
るようにしたのである。

【００１０】上記第３の目的を達成する本発明の排水シ
ステムは、前記いずれかの鉄砲水検知装置又は鉄砲水の
到達時間予測方法を適用し、その予測到達時間に合わせ
て排水ポンプの運転を制御するポンプ制御手段を設けて
構成する。この場合において、ポンプ制御手段は、前記
鉄砲水の到達時間予測に基づいて排水ポンプの先行待機
運転を制御すること、例えば先行待機運転の開始タイミ
ングと運転台数とを制御することが望ましい。この場合
において、鉄砲水の到達時間の予測を、過去の実績デー
タを考慮して行うことができる。

【００１１】このように構成されることから、本発明に
よれば、次の作用により上記各目的が達成される。

【００１２】いわゆる鉄砲水は、集中豪雨等により発生
し、鉄砲水の流下にあわせ排水路の水位又は流量が急激
に増加する現象を呈する。また、鉄砲水に至らない程度
の通常の雨量であれば、排水路水位等の変化は緩やかで
ある。

【００１３】したがって、本発明の鉄砲水検知装置のよ
うに、排水路の上流地点にて排水路の水位又は流量を検
出し、その増加率が急激であるか否かを判断することに
より、鉄砲水が発生流下しているか否かを検知できる。
その結果、排水ポンプの先行待機運転を適切に行わせる
ことができるようになる。

【００１４】また、排水路を流下する鉄砲水の速度は、
鉄砲水の水位の増加率等の強さに相当する条件と、排水
路の諸条件とを与え、周知の理論により例えば段波とし
て扱うことにより求めることができる。

【００１５】したがって、上記により鉄砲水を検知でき
れば、本発明の鉄砲水到達時間の予測方法のように、鉄
砲水の程度（水位の増加率）と、鉄砲水の検知地点から
排水ポンプ地点までの距離と、排水路条件等に基づき、
水理理論に従って排水ポンプ地点までの鉄砲水到達時間
を予測演算できる。そして、その予測結果に基づいて排
水ポンプを先行して運転開始することにより、鉄砲水の
到来に容易に対応できる。

【００１６】通常、排水ポンプは複数台設けられている
から、鉄砲水の強さに応じて運転する台数をきめる。ま
た、排水ポンプを先行待機運転できる時間は、ポンプ軸
受の冷却システム等により制限を受けるが、上記予測に
より先行待機運転時間を最適化でき、ポンプ軸受の損傷
を防止できる。

【００１７】

【００１８】枝管路８−１の上流地点ａとその地点より
も下流の地点ｂに、それぞれ水位検出器１６（ａ，ｂ）
が、また枝管路８−２の上流地点ｅとその下流地点ｆ
に、それぞれ水位検出器１６（ｅ，ｆ）が設置されてい
る。これらの水位検出器１６は、枝管路内の水位を検出
するものであり、静電容量式や超音波式等の周知の構成
のものが適用できる。水位検出器１６により検出された
各地点の水位検出値は、図示していない通信設備により
前記ポンプ制御装置１４に伝送されるようになってい
る。なお、他の枝管路８−３，８−４には水位検出器を
設けていないが、必要に応じて設けてもよい。すなわ
ち、流量の大きい鉄砲水で、かつ最も早く排水ポンプ機
場２に到達する鉄砲水を検知し、その到達時間を予測で
きればよいことから、本例は排水系の全体構成や地形等
を考慮し、排水ポンプ機場２に近く、大きな排水対象地
域をカバーする枝管路を対象とし、その枝管路にて鉄砲
水を検知するようにしたのである。

【００１９】このように構成される排水システムにおい
て、通常は、ポンプ制御装置１４の働きにより、排水ポ
ンプ機場２の内水位を基準に、排水ポンプＰ₁，Ｐ₂，Ｐ
₃の運転台数と回転数などの排水能力を自動的に制御し
て排水量を調整する。また、周知の流入量予測に基づい
て自動制御するようにする。

【００２０】ここで、図１を用い、本発明の特徴にかか
る鉄砲水の検知と、鉄砲水のポンプ地点への到達時間の
予測に係る詳細構成について、動作とともに説明する。
基本的に、鉄砲水の検知と到達時間の予測は、水位検出
器１６ａとｂ，１６ｅとｆにより検出された水位データ
に基づき、ポンプ制御装置１４にて実行される。ポンプ
制御装置１４はコンピュータを含んで構成され、水位検
出器１６ａ〜ｆから伝送される水位データを所定のサン
プリング周期ごとに取り込み、通常の入力信号処理を施
した後、メモリのデータテーブルに格納し、この格納さ
れた水位データを適宜読み出して、図１に示すような処
理を実行するようになっている。

【００２１】図１に、枝管路８−１に発生した鉄砲水に
かかる処理を示す。なお、枝管路８−２についても同様
の処理になるので、ここでは枝管路８−１についてのみ
説明する。鉄砲水の発生（流下）はステップ３１と３２
の処理で検出する。鉄砲水の場合の水位の変化パターン
は、図３に示すように、急激に増大するパターンであ
る。そこで、本例では、上流地点ａの水位検出値ｈa(t)
をサンプリングし、数式１により１周期前の水位検出値
ｈa(t+1)との差を演算して、水位の増加率Δｈa(t)を求
める（ステップ３１）。

【００２２】

【００２３】

【数２】

【００２４】ここで、ｈｏは図３に示すように鉄砲水前
面の初期水位であり、Ｖは初期水位ｈｏのときの初期流
速で、数式３により求める。また、ｇは重力加速度であ
る。

【００２５】

【数３】

【００２６】ここで、ｎは管路の粗度係数であり、Ｉは
管路の勾配である。したがって、流下速度ωを求めれ
ば、同一排水管の下流地点に到達する到達時間は、そこ
までの距離をωで割算すれば求められる。

【００２７】上記の水理理論に従い、ステップ３５で地
点ａにおける初期流速Ｖａを数式３により求める。次
に、ステップ３６で数式２により流下速度ωaを求め
る。そして、ステップ３７において、数式４により、距
離Ｌabだけ離れた下流の地点ｂまでの到達時間の予測値
Ｔ'abを演算する。

【００２８】

【００２９】

【００３０】次に、地点ｂからポンプ地点ｄに鉄砲水が
到達する予測時間Ｔ'bdを、数式６により演算する。

【００３１】

【００３２】このようにして予測した到達時間Ｔ'bdに
基づいて、ステップ４５において、排水ポンプの運転台
数とその運転開始タイミングについて決定するととも
に、その決定にしたがって鉄砲水に対する先行待機運転
の制御を行う。通常、排水ポンプは複数台設けられてい
るから、鉄砲水の強さに応じて運転する台数をきめる。

【００３３】上述したように、本例によれば、排水路の
上流地点ａにて排水路の水位を検出し、その増加率が急
激であるか否かを判断していることから、鉄砲水が発生
を素早く検知できる。これにより、排水ポンプの対応運
転を余裕を持って行うことができる。

【００３４】また、鉄砲水の程度（水位又は増加率）
と、鉄砲水の検知地点から排水ポンプ地点までの距離
と、排水路条件とに基づき、水理理論に従って排水ポン
プ地点までの鉄砲水の到達時間を予測演算していること
から、更に余裕を持って排水ポンプの対応運転を行うこ
とができる。

【００３５】そして、その予測結果に基づいて排水ポン
プを先行して運転する台数や運転開始タイミングを決定
していることから、鉄砲水の到来に容易に対応できる。

【００３６】また、排水ポンプを先行待機運転できる時
間は、ポンプ軸受の冷却システム等により制限を受ける
が、上記予測により先行待機運転時間を最適化でき、ポ
ンプ軸受の損傷を防止できる。

【００３７】なお、図２に示すように、幹線水路に貯留
池等の貯留部１８があり、その貯留部に水が貯留されて
いる場合には、その貯留水を予め排水することができ、
これにより、一定の鉄砲水を吸収緩和できるから、鉄砲
水の量に対して排水ポンプの排水能力が低い場合にも、
冠水などを防止するのに効果がある。

【００３８】また、上記例では、補正係数αで到達予測
時間を補正するようにしたが、この補正を省略してもよ
く、これによれば水位検出器の数を半分に低減できる。
また、その補正をしない場合は、到達予測時間が短くな
る方向であるから、早めに鉄砲水の対応運転をすること
になる。

【００３９】また、補正係数αに代えて、鉄砲水の強さ
の度合に応じて到達予測時間を補正するようにしてもよ
い。この例について、図４に示した処理手順フローチャ
ートを参照して説明する。図において、ステップ５１か
ら５３までは、図１のステップ３１から３３に同じであ
り、地点ａの水位変化に基づいて鉄砲水の発生を検知す
る。次に、ステップ５４で、水位検出値Δｈa(t)の変化
率の度合、又は図３に示した鉄砲水の前面の平均角度θ
に応じて、補正係数βを求める。この平均角度θと補正
係数βとの設定関係の一例を図５に示す。次のステップ
５５〜５７において、前記図１の例と同様に、地点ａに
おける初期流速Ｖａ、流下速度ωａを求めた後、合流点
ｃまでの到達時間の予測値Ｔ'acを算出する。そして、
ステップ５８において、前述したと同様に合流点ｃにお
ける初期水位ｈｏを推定し、これに基づいて数式３によ
り初期流速Ｖｃを求め、さらに数式２により流下速度ω
ｃを求める。次のステップ５９にて、数式７により地点
ａからポンプ地点ｄに至る鉄砲水の到達時間の予測値
Ｔ'adを算出する。

【００４０】

【００４１】本例によれば、図１の例に比べて到達時間
の予測精度は落ちるが、水位検出器の数を低減でき、ま
た処理が簡単化できるという効果がある。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
排水路の上流地点にて排水路の排水流量に相関する物理
量を検出し、その増加率が急激であるか否かを判断して
鉄砲水の発生を検知していることから、簡単にかつ速や
かに鉄砲水の発生を検知できる。これにより、排水ポン
プの先行待機運転を余裕を持って適切に行うことができ
る。

【００４３】また、鉄砲水の程度（水位の増加率）と、
鉄砲水の検知地点から排水ポンプ地点までの距離と、排
水路条件とに基づき、水理理論に従って排水ポンプ地点
までの鉄砲水の到達時間を予測演算していることから、
更に余裕を持って排水ポンプの先行待機運転を適切に行
うことができる。

【００４４】また、その予測結果に基づいて排水ポンプ
を先行して運転する台数や運転開始タイミングを決定し
ていることから、鉄砲水の到来に容易に対応できる。な
お、排水ポンプを先行待機運転できる時間は、ポンプ軸
受の冷却システム等により制限を受けるが、上記予測に
より先行待機運転時間を最適化でき、ポンプ軸受の損傷
を防止できるという、副次効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図２】本発明に係る排水システムの全体構成図であ
る。

【図３】鉄砲水による水位変化の一例を示す線図であ
る。

【符号の説明】２排水ポンプ機場４排水路６幹線管路８枝管路１０ポンプ井１２排水ポンプ１４ポンプ制御装置１６水位検出器１８貯留池

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】小河川を含む排水路から集められた排水
を、排水ポンプにより放流先の河川等に排出する排水シ
ステムにおいて、前記排水路の上流地点に該地点の流量
に相関する物理量を検出する検出器を設け、該検出器の
検出値を入力とし、該検出値又はその増加率に基づいて
鉄砲水の発生を検知する鉄砲水検知手段とを設けてなる
排水システムの鉄砲水検知装置。
【請求項２】請求項１において、前記流量に相関する
物理量が流量と水位と濁度のいずれか一つであり、前記
鉄砲水検知手段は前記検出値又はその増加率の少なくと
も一方が設定値以上のときに鉄砲水発生を検知すること
を特徴とする排水システムの鉄砲水検知装置。
【請求項３】小河川を含む排水路から集められた排水
を、排水ポンプにより放流先の河川等に排出する排水シ
ステムにおいて、前記排水路の上流地点に該地点の流量
に相関する物理量を検出する検出器を設け、該検出器の
検出値を入力とし、該検出値又はその増加率の少なくと
も一方が設定値以上のときに鉄砲水検知信号を出力する
とともに、該鉄砲水が前記地点から前記排水ポンプ地点
に到達する到達時間を水理計算によって予測する演算手
段を設けてなる排水システムの鉄砲水検知装置。
【請求項４】小河川を含む排水路から集められた排水
を、排水ポンプにより放流先の河川等に排出する排水シ
ステムにおいて、前記排水路の上流地点の流量に相関す
る物理量を検出し、該検出値又はその増加率の少なくと
も一方が設定値以上のときに鉄砲水の発生を検知し、該
鉄砲水が当該地点から前記排水ポンプ地点に到達する到
達時間を水理計算によって予測する排水システムにおけ
る鉄砲水到達時間の予測方法。
【請求項５】請求項４において、前記検出値の増加率
の大きさによって前記到達時間を補正することを特徴と
する排水システムにおける鉄砲水到達時間の予測方法。
【請求項６】小河川を含む排水路から集められた排水
を、排水ポンプにより放水先の河川等に放流する排水シ
ステムにおいて、前記排水路の上流地点と該地点の下流地点の２か所以上
にて各地点の流量に相関する物理量を検出し、該各地点の検出値又はその増加率の少なくとも一方が設
定値以上のときに鉄砲水の発生を検知し、該検知された鉄砲水が前記上流地点から前記下流地点の
１つに到達する第１の到達時間を水理計算によって予測
するとともに、該第１の到達時間を実測し、その予測値
を実測値に一致させる補正係数を求め、前記鉄砲水が前記排水ポンプ地点に到達する第２の到達
時間を水理計算によって予測し、該予測時間を前記補正
係数により補正することを含んでなる排水システムにお
ける鉄砲水到達時間の予測方法。
【請求項７】小河川を含む排水路から集められた排水
を、排水ポンプにより放流先の河川等に排出する排水シ
ステムにおいて、前記排水路の上流地点に該地点の流量
に相関する物理量を検出する検出器を設け、該検出器の
検出値を入力とし、該検出値又はその増加率の少なくと
も一方が設定値以上のときに鉄砲水の発生を検知すると
ともに、該鉄砲水が前記地点から前記排水ポンプ地点に
到達する到達時間を水理計算によって予測する演算手段
と、該演算手段の予測到達時間に合わせて排水ポンプの
運転を制御するポンプ制御手段とを設けてなる排水シス
テム。
【請求項８】請求項７において、前記検出値の増加率
の大きさによって前記到達時間を補正することを特徴と
する排水システム。
【請求項９】小河川を含む排水路から集められた排水
を、排水ポンプにより放水先の河川等に放流する排水シ
ステムにおいて、前記排水路の上流地点と該地点の下流地点の２か所以上
に各地点の流量に相関する物理量を検出する検出器をそ
れぞれ設置し、該各検出器の検出値を入力とし、前記排水路を流下する
鉄砲水を検知するとともに、該鉄砲水が前記排水ポンプ
の設置点に達する到達時間を予測する予測手段と、該予測手段の予測到達時間に基づいて排水ポンプの運転
を制御するポンプ制御手段とを設けてなり、前記予測手段が、前記各地点の検出値又はその増加率の少なくとも一方が
設定値以上のときに鉄砲水検知信号を出力する鉄砲水検
知手段と、該検知信号に応動して鉄砲水が前記上流地点から前記下
流地点の１つに到達する第１の到達時間を水理計算によ
って予測する第１の予測手段と、前記第１の到達時間を実測する実測手段と、前記第１の到達時間の予測値を実測値に一致させる補正
係数を求める手段と、前記鉄砲水が前記排水ポンプ地点に到達する到達時間を
水理計算によって予測するとともに、該予測時間を前記
補正係数により補正してポンプ地点までの第２の到達時
間の予測値を求めて、前記ポンプ制御手段に出力する第
２の予測手段とを含んでなる排水システム。
【請求項１０】請求項９において、前記ポンプ制御手
段は、前記第２の到達時間の予測値と前記検出器の検出
値を入力し、前記排水ポンプの先行待機運転の開始タイ
ミングと運転台数とを制御することを特徴とする排水シ
ステム。
【請求項１１】請求項９において、前記排水路の系統
を表示したグラフィックパネルを設け、前記予測した到
達時間に基づいて、前記グラフィックパネルに鉄砲水の
流下位置を表示することを特徴とする排水システム。
【請求項１２】排水路の上流の水位に相当する物理量
の検出値を取り込み、その検出値に基づいて鉄砲水の発
生を検知するとともに、その鉄砲水のポンプ場への到達
時間を予測する演算手段を有するポンプ制御装置により
起動される排水ポンプを具備してなる排水システム。