JPH11154023A

JPH11154023A - 配水池流入弁による流入量制御方法

Info

Publication number: JPH11154023A
Application number: JP32269197A
Authority: JP
Inventors: Tomoo Teramoto; 智夫寺本; Yuzo Takeishi; 雄三武石; Jinpei Tate; 仁平舘
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Information and Control Systems Inc
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Information and Control Systems Inc
Priority date: 1997-11-25
Filing date: 1997-11-25
Publication date: 1999-06-08

Abstract

(57)【要約】【課題】配水池水位を運用範囲内に保持しつつ、予め設
定された流入量の許容変動幅内でかつ最小限に変動を抑
えた流入量となるように配水池流入弁を制御する。【解決手段】需要量の変動が最も大きくなる時刻に配水
池流入量の変動点を合わせ、変動量が最大変動幅の範囲
となるように数回に分けて変動させるようにして配水池
流入量を設定値として配水池流入弁を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、上水道における配
水池流入量を調整するための配水池流入弁を有する配水
池設備において、予め求められた水需要量をもとに変動
を抑えた配水池流入量を決定し、それを目標値として配
水池流入弁を制御する制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】上水道における配水池設備を図１に示
す。浄水場１０２で作られた水は配水池１０１を通して
需要家へ供給される。配水池１０１より流出する需要量
は時間的に変化するものであり、朝，夕は多く、深夜は
少なくなるような変動を示すのが一般的である。その需
要の変動に合わせて浄水場１０２で水が作れれば何の問
題もないのだが、実際には浄水場１０２の処理能力にも
限界があり、需要のピークに合わせ浄水設備を建設する
ことは、コストの面からも無駄であり、現実的に無理で
ある。又、浄水場１０２としては、設備の安定稼働のた
め浄水量を一定に保ち、一定の送水を行いたいという要
求がある。

【０００３】そこで、浄水場１０２と需要家の間に配水
池１０１及び流入弁１０３を設け、配水池流入量を調整
し、需要量の少ない時間帯に配水池１０１に水を溜め込
み、多い時間帯にその水を使うという運用をしている。
つまり、需要量の変動を配水池１０１の貯水量を利用し
て吸収し、配水池１０１の流入量すなわち浄水場102か
らの送水量の均等化を図っている。

【０００４】需要量の変動状態を図に示すと図２の通り
になる。浄水場からの送水量（＝配水池流入量）は前述
の理由から終日一定であることが望ましいため、最適流
入量は図中の直線２０１となる。このとき需要量の変動
が曲線２０２のようになるため、配水池の貯水量は曲線
２０３のように変動する。つまり、配水池の貯水量を変
動させることで、流入量を一定にすることができている
ことになる。

【０００５】ところが、配水池として通常は溢れたり、
空になったりすることのないよう、図１の配水池の運用
範囲のように運用上限１０４，運用下限１０５を設け、
需要量の急変に備え、余裕を持った運用を行っている。
その上下限の範囲内で考えると、図２の貯水量の変動は
曲線１０３の「Ａ」で示す箇所で、下限値を下回ってい
るため、実運用上好ましくない。そこで、貯水量の上下
限値を逸脱することのない、大容量の配水池を準備する
ことができれば問題は解決するのであるが、配水池の新
たな建設，増設ともなると、土地の問題や建設費用の面
からも容易にできることではない。従って、限られた配
水池の容量を最大限に活かし、変動の少ない流入量を算
出し運用することが課題となっている。特に大都市近辺
では、その傾向が顕著である。

【０００６】このような背景の中、考え出されたのがＱ
ＲＳ法である。

【０００７】（ＱＲＳ：Quasi-optimum Routing Syst
em）ＱＲＳ法についてその考え方を説明すると、以下の
通りとなる。需要量が図３の曲線３０１となっていると
き、時間的に累積すると曲線３０２の通りとなる。ここ
で、配水池の貯水量を終日下限値となるような運用を考
えた場合、貯水量の下限値を出発点として需要量と同量
の流入とすればよいので、累積流入量は図４の曲線４０
１の通りとなる。同様に、配水池の貯水量を終日上限値
となるような運用を考えた場合、累積流入量は曲線４０
２の通りとなる。従って、曲線４０１と曲線４０２の間
に挾まれた範囲の累積流入量で配水池へ流入させること
により、配水池の貯水量を運用範囲に保持した運用が可
能であることが言える。

【０００８】次に、流入量が終日一定である最適流入量
を考える。配水池の初期貯水量は、現在の配水池水位か
ら計算されるので図中のａ点となる。通常配水池の運用
として、夜間の需要が少ない時間帯に水を溜め込み、
朝，夕の需要の多い時間帯にその水を使うのが一般的で
ある。従って、朝方の需要が増える直前の時刻に配水池
貯水量を運用上限に達するようにする必要があり、それ
が目標貯水量すなわち図中のｂ点になる。最適流入量の
累積は、この初期貯水量（ａ点）と目標貯水量（ｂ点）
を結ぶ直線４０３であり、その流量は直線４０３の勾配
になる。ところが、この直線４０３において、ｃ点とｄ
点の間の時間帯で累積流入量の下限（曲線４０１）を下
回っていることから、配水池貯水量を運用範囲内に保持
するこができないことがわかる。

【０００９】以上から配水池貯水量を運用範囲内に保持
した累積流入量は、曲線４０１と曲線４０２に挾まれた
範囲で直線あるいは折線を探索することで求められるこ
とがわかる。このように折線を探索し、流入量を求める
方法がＱＲＳ法である。

【００１０】従来のＱＲＳ法としての流入量の求め方
は、以下の通りである。ある配水池における累積流入量
の上下限値について、配水池貯水量の運用上下限より、
それぞれ図５に示す通り下限値を曲線５０１，上限値を
曲線５０２と表すことができる。従って、配水池貯水量
を運用範囲に保持した流入量は、曲線５０１と曲線502
の間に挾まれる範囲に存在するため、まずその範囲内に
存在する初期貯水量を出発点とする最も長い直線を探索
することから始まる。

【００１１】この図５の例では、初期貯水量ａ点とｃ′
点を通る直線が曲線５０１と曲線５０２に挾まれる範囲
に存在する最も長い直線であるが、３時に上限を超え
ｃ′点に達するため、１時間前に戻り２時のｃ点で折曲
げるものとする。次にｃ点から同様に最も長い直線を探
索し、最終時刻にｂ′点に達する。しかし、目標貯水量
はｂ点であるため、１時間前に戻り５時のｄ点で折曲
げ、最後にｄ点とｂ点を結び、折線５０３（ａ−ｃ−ｄ
−ｂ）を決定する。つまり、従来の折線探索の考え方
は、流量を変えずに一定量で流入させる時間を最も長く
するという方法ということになる。

【００１２】従来の方法は図５でもわかるように、初期
の時間帯では一定の流入量が算出されるが、後半の時間
帯では、目標貯水量に達するために小刻みに流量を調整
するような流入量が算出されやすいという欠点がある。
又、折線の各屈曲点（ｃ点，ｄ点）での変動量について
の規定がないため、急変する流入量を算出する可能性も
ある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】配水池設備は浄水場よ
り水を流入させるのであるが、市町村の配水池設備にお
いて都道府県の浄水場より水を流入させる場合は、市町
村は都道府県と契約を結び、水を購入することになる。
その場合、契約上１日当たりの最大受水量や時間当たり
の最大変動量等取り決めがある。そのため、配水池流入
量を決定する場合においても契約上の変動幅を考慮し、
かつ、なるべく変動を抑えた流入量とすることが望まれ
る。そこで、配水池の流入量を予め設定した許容変動幅
の範囲に変動を抑えた最適流入量に最も近い流入量とな
るよう制御することが必要となってくる。

【００１４】従って、流入量の変動を各変動点において
最小とした最適流入量に最も近い流入量を求めること、
さらに流入量の許容変動幅を予め設定し、その範囲内で
流入量の変動を抑えた流入量を求めることが本発明の課
題である。

【００１５】

【課題を解決するための手段】ＱＲＳ法における流量
は、折線の勾配として表されるので、流入量を変動させ
ることは折線の勾配を変更することになる。従って、設
定された許容変動幅を考慮した流入量の算出は、各屈曲
点において折線の勾配の変更量を制限して折線を探索す
ることとなる。

【００１６】まず、配水池貯水量の上下限における累積
流入量の範囲で、最適流入量に最も近い流入量を求める
方法について説明する。図６において、累積流入量の上
下限を折線６０１及び折線６０２とし、初期貯水量をａ
点、目標貯水量をｂ点とすると、最適流入量の累積は、
直線６０３（ａ−ｂ）で表せる。ここで、直線６０３は
時刻ｔ１からｔ３の範囲で上限を逸脱しているので、ど
こかに屈曲点を設け、上限を逸脱しない折線を見つけ出
す必要がある。その折線が直線６０３(ａ−ｂ)に最も近
くなるように屈曲点を決定することが、本発明の課題を
解決するためには必要である。

【００１７】屈曲点を仮にｈ点とした場合、折線６０４
（ａ−ｈ−ｂ）は累積流入量の上限を逸脱しているた
め、求める流入量とはならない。これは、屈曲点ｈ点が
上限とされる線分ｅ−ｆより上にあるために起こる。累
積流入量上限の折線６０１（ｅ−ｆ−ｇ）において、線
分ｅ−ｆを表す関数をｆ(ｘ)、線分ｆ−ｇを表す関数を
ｇ(ｘ)とし、求める折線を表す関数をＦ(ｘ)とした場
合、Ｆ(ｘ)≦ｆ(ｘ) （ｔ１≦ｘ≦ｔ２）Ｆ(ｘ)≦ｇ(ｘ) （ｔ２≦ｘ≦ｔ３）であることが、累積流入量の上限を逸脱しないための条
件である。図６に示す折線６０５（ａ−ｉ−ｂ）は、上
記の条件を満足しているが、折線６０５（ａ−ｉ−ｂ）
が直線６０３（ａ−ｂ）に近づくためには、屈曲点ｉ点
が直線６０３（ａ−ｂ）に近い位置（図の場合は上限方
向）にある必要がある。上式によると、Ｆ(ｘ)＝ｆ(ｘ) （ｔ１≦ｘ≦ｔ２）Ｆ(ｘ)＝ｇ(ｘ) （ｔ２≦ｘ≦ｔ３）の条件を満たすことで、直線６０３（ａ−ｂ）に最も近
い折線の屈曲点ｉ点が求められる。従って、関数ｆ(ｘ)
と関数ｇ(ｘ)の交点を屈曲点とすることでその折線は求
められることとなるので、図６においては累積流入量上
限の折線６０１（ｅ−ｆ−ｇ）の屈曲点（すなわちｆ
点）を屈曲点とする折線６０６（ａ−ｆ−ｂ）が求める
べき流入量となる。

【００１８】流入量算出時の折線探索において、図６に
おけるｆ点を探索することが最初の過程となるが、図６
におけるｆ点は、累積流入量上限の折線６０１(ｅ−ｆ
−ｇ)と最適流入量を示す直線６０３（ａ−ｂ）を比較
するとわかる通り、その２つの距離が最も離れた時刻の
累積流入量の上限にｆ点があることから、（１）累積流入量の上限を逸脱している時間帯（ｔ１〜
ｔ３）の各時刻において、累積流入量の上限（折線６０
１）と最適流入量（折線６０３）の差を算出する（２）（１）で算出した差が最大となる時刻（図６では
ｔ２）における累積流入量の上限値を求めるという手順で求めることができる。

【００１９】折線探索の手順は基本的には以上の通りと
なるが、図６では、説明上単純化するために時刻ｔ２で
のみ需要量の変動があるものとしたが、実際には需要量
の変動は複雑となるので、折線探索の手順においても、
もう少し複雑となる。

【００２０】図７は、需要量の変動点を時刻ｔ３及びｔ
４の２点とし、図６より少し複雑にしている。この図７
における折線探索の手順は、以下の通りとなる。

【００２１】累積流入量の上下限を折線７０１及び折線
７０２とする配水池において、初期貯水量ａ点、目標貯
水量をｂ点とすると、最適流入量の累積は、直線７０３
（ａ−ｂ）となる。ここで、直線７０３は時刻ｔ１から
ｔ６の範囲で上限を逸脱しているので、その時刻ｔ１か
らｔ６の範囲において、累積流入量の上限（折線701)と
最適流入量（直線７０３）の差を算出すると、時刻ｔ４
における差が最大であるのことがわかる。そこで、時刻
ｔ４の累積流入量の上限、すなわちｋ点を折線の屈曲点
の候補とし、初期貯水量ａ点と屈曲点の候補ｎ点を結
び、直線７０４（ａ−ｋ）を求める流入量の候補として
考える。

【００２２】次に、その流入量の候補（直線７０４）と
累積流入量の上限（折線７０１）を比較し、時刻ｔ２か
らｔ４の範囲で上限を逸脱しているので、その直線７０
４と折線７０１の差を算出する。すると、時刻ｔ３にお
ける差が最大となるため、時刻ｔ３の累積流入量の上
限、すなわちｊ点を折線の屈曲点の候補とする。初期貯
水量ａ点と屈曲点の候補ｊ点を結ぶ直線と、累積流入量
の上限（折線７０１）を比較すると、今度は上限を逸脱
しないので、最初の屈曲点をｊ点に決定する。以上によ
り、時刻ｔ３までの流入量が決定する。

【００２３】次に、時刻ｔ３の屈曲点ｊ点を出発点と
し、目標貯水量ｂ点とを結ぶ最適流入量を直線７０５
（ｊ−ｂ）としたとき、同様の手順で次の屈曲点ｋ点を
見つけ、最終的に折線ａ−ｊ−ｋ−ｂを探索することが
できる。

【００２４】以上の手順により、最適流入量に最も近く
かつ配水池の上下限値を逸脱することのない流入量を算
出することが、本発明の課題を解決するための手段の一
つである。

【００２５】次に本発明のもう１つの課題である、予め
与えられた流入量の許容変動幅の範囲内に変動量を抑え
た流入量を求める方法について以下に説明する。

【００２６】まず図８において、配水池貯水量における
累積流入量の上下限が折線８０１及び折線８０２，現在
の流入量が直線８０３である配水池について最適流入量
を考えると初期貯水量がａ点、目標貯水量がｂ点である
ので、最適流入量はその２点を結ぶ直線８０４（ａ−
ｂ）となる。しかし、この最適流入量は配水池貯水量が
下限を逸脱するため、途中で流入量を変更し下限を逸脱
しない流入量とする必要があり、前述により２１時のｍ
点を通る直線８０７を流入量の候補として考える。

【００２７】ここで、流入量の許容変動幅でチェックす
る。図８の下部に示す通り、現在の流入量が直線８０３
であるとき、許容変動幅を考慮すると変動後の流入量の
上限は直線８０５、下限は直線８０６となるので、１８
時以降の流入量がその範囲に入るかチェックする。図８
の場合においては、その許容変動幅による流入量の上下
限の範囲に直線８０７が存在するので、１８時から２１
時の流入量は直線807で決定する。

【００２８】次に、ｍ点を出発点とした２１時以降の流
入量を考えたとき、最適流入量は図９の直線９０１（ｍ
−ｂ）となる。この最適流入量については、配水池貯水
量の上下限を逸脱しないが、前の時間帯（２１時以前）
の流入量（直線８０７）からの許容変動幅を考慮した２
１時以降の流入量の上下限すなわち直線９０２及び直線
９０３の範囲に入らず、下限を下回る流入量となってい
る。そこで、許容変動幅の下限値すなわち直線９０３の
流入量で流入させるものとする。この許容変動幅の下限
値を示す直線９０３は、最適流入量の直線９０１と比較
すると、時間が経過するほど距離が離れていくことがわ
かる。これは、許容変動幅の下限値（直線９０３）のま
ま流入させ続けると、最適流入量（直線９０１）から遠
ざかることを意味している。従ってこの時点では、最短
の１時間分のみ許容変動幅の下限値(直線９０３)で流入
させるものとし、２１時から２２時の流入量は直線９０
４に決定する。

【００２９】次に、同様にｎ点を出発点とした流入量を
考えると、図１０に示す通り、前の時間帯（２１時から
２２時）の流入量（直線９０４）からの許容変動幅を考
慮した２２時以降の上下限、すなわち直線１００２及び
直線１００３の範囲に目標貯水量ｂ点を目指す流入量す
なわち直線１００１が存在するので、この直線1001で示
す流入量に決定する。

【００３０】以上の手順で求めたａ，ｍ，ｎ，ｂ点を通
る折線が、配水池貯水量を運用範囲内に保持し、かつ、
予め設定された許容変動幅の範囲に変動を抑えた流入量
となる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、図１１から図１６を用いて
本発明の一実施の形態を説明する。

【００３２】図１１は、本発明に係る一実施形態の配水
池流入弁による流入量制御装置のシステム構成図であ
る。まず、この制御装置のシステムについて説明する。

【００３３】計算機１１０１には、１日の水需要量を予
測する水需要予測処理１１０２があり、水需要予測量デ
ータ１１０３を算出する。又、計算機にはディスプレイ
装置１１０５が接続されており、そのディスプレイ装置
１１０５より配水池流入量の許容変動幅を設定すること
により、計算機１１０１内部に許容変動幅データ1106を
格納する。同様にディスプレイ装置１１０５より配水池
水位の運用上下限及び目標水位等の配水池条件を設定す
ることにより、計算機１１０１内部に配水池条件データ
１１０７を格納する。

【００３４】又、配水池の流入管路には流量計１１１
７，配水池には水位計１１１８が設置されており、流入
量実測値１１０８及び水位実測値１１０９が計算機１１
０１に取り込まれる。これら水需要予測量データ１１０
３と許容変動幅データ１１０６と配水池条件データ１１
０７と流入量実測値１１０８及び水位実測値１１０９を
用いて、流入量設定値算出処理１１０４は、前述の方法
により変動を最小にかつ設定された許容変動幅の範囲内
に変動を抑えた配水池流入量の１日分の目標値を算出
し、流入量設定値データ１１１０として格納する。

【００３５】以上により算出された流入量設定値データ
１１１０は、通信装置１１１１を経由して計算機１１０
１より送信され、コントローラ１１１２の内部へ流入量
設定値データ１１１３として格納される。コントローラ
１１１２に格納される流入量設定値データ１１１３は、
計算機１１０１で算出された流入量設定値データ1110と
同一構成であり、１日分の配水池流入量の目標値が格納
されている。その流入量設設定値データ１１１３の現在
時刻に該当するデータを現在の流入量設定値として使用
する。

【００３６】配水池流入量は流入管路に設置された流量
計１１１７より、コントローラ1112にも取り込まれ、流
入量実測値１１１５として格納される。流入量調整処理
1114は、これら現在の流入量設定値と流入量実測値１１
１５を比較し、（流入量設定値）＞（流入量実測値）の
場合は開指令、（流入量設定値）＜（流入量実測値）の
場合は閉指令を配水池流入弁１１１６に対して出力する
ことにより、流入量実測値が流入量設定値に近づくよう
調整する。

【００３７】以上により、計算機１１０１で算出した流
入量設定値により、変動を抑えた流入量で配水池１１１
９へ水を流入させ、かつ配水池１１１９の水位を運用上
下限の範囲に保持しながら需要を賄うことができる。こ
れは、浄水場１１２０を含めた上水道設備の安定可動に
つながる。

【００３８】次に、これら制御装置の概要を踏まえ、１
８時の時点で１９時から翌日６時までの流入量設定値を
算出し制御する仕組みを、具体的な数値を使用して説明
する。

【００３９】まず、１８時時点での配水池設備の状態と
諸条件について図１２に示す通りとする。流量計１１１
７及び水位計１１１８より取り込まれた１８時時点の実
測値が各々流入量実測値＝３０００ｍ³、水位実測値＝３.５ｍであるものとし、流入量実測値１１０８及び水位実測値
１１０９として計算機１１０１に格納されるものとす
る。又、図１２に示した諸条件については、計算機シス
テムのディスプレイ装置１１０５により設定することが
でき、計算機1101内に許容変動幅データ１１０６及び配
水池条件データ１１０７として格納される。ディスプレ
イ装置１１０５より諸条件を設定することにより、水需
要予測処理１１０２が起動され、水需要予測量データ１
１０３が算出される。水需要予測処理では、統計的手法
を用いた方法や、ニューロ等知識工学を応用した方法に
より水需要予測量を算出するが、その算出方法について
は本発明に直接関係ないので、ここではその説明につい
ては省略する。水需要予測処理１１０２により算出され
た水需要予測量データ１１０３を表１に示す。

【００４０】水需要予測処理１１０２は、水需要予測量
データ１１０３を算出後、流入量設定値算出処理１１０
４を起動する。水需要予測処理１１０２より起動された
流入量設定値算出処理１１０４は、水需要予測量データ
１１０３，許容変動幅データ１１０６，配水池条件デー
タ１１０７，流入量実測値１１０８及び水位実測値１１
０９を使用して、前述の方法により流入量設定値データ
１１１０を算出する。

【００４１】ここで、その算出する過程を具体的な数値
を使用して説明する。

【００４２】まず、ＱＲＳ法で使用する累積流入量の上
下限値を表１の需要予測量より算出すると、表２の累積
流入量欄の通りとなる。これを図にすると図１３の折線
１３０１が累積流入量上限値、折線１３０２が累積流入
量下限値となる。

【００４３】次に、変動のない一定の流入量すなわち最
適流入量を算出する。１８時の配水池水位は３．０ｍな
ので、（初期貯水量）＝（１８時配水池水位）×（底面積）＝
６０００ｍ³ となり、図１３のａ点がそれに当たる。又、目標水位が
翌日６時に５.０ｍつまり運用上限値なので、最適流入
量の直線は、６時の累積流入量上限値に該当するｂ点を
通ることになる。従って、最適流入量は直線１３０３
（ａ−ｂ）となり、その値は表２の最適流入量欄の通り
となる。

【００４４】ここで、累積流入量の上下限値（折線１３
０１及び折れ線３０２）と最適流入量（直線１３０３）
を比較すると、最適流入量は２０時から翌日１時にかけ
て下限値を下回っていることがわかる。これは、最適流
入量（１時間当たり２０００ｍ³)で流入させた場合、２
０時から翌日１時にかけて配水池の水位が運用下限値
(２.０ｍ）を下回ることを表１に表している。

【００４５】

【表１】

【００４６】従って、ここでは、前述の方法により、累
積流入量下限値（折線１３０２）の頂点を目指す折線を
探索する。２０時から翌日１時の累積流入量下限値と最
適流入量の差を算出すると２０時・・・１３００ｍ³ ２１時・・・２３００ｍ³ ２２時・・・３２００ｍ³ ２３時・・・３１００ｍ³ ２４時・・・２２００ｍ³ １時・・・１０００ｍ³ となるため、２２時の差が最も大きく、従って２２時の
累積流入量下限値すなわち図１３のｐ点を目指した直線
１３０６（ａ−ｐ）を、１９時から２２時までの流入量
設定値の候補とする。

【００４７】次に、現在の流入量との変動量を考慮す
る。１８時の流入量実測値が３０００ｍ³であり、流入
量の許容変動幅が５００ｍ³として設定されているの
で、１８時以降の流入量上限値は１時間当たり３５００
ｍ³、下限値は１時間当たり2500ｍ³となる。

【００４８】

【表２】

【００４９】累積すると表２の許容変動幅欄の通りとな
り、図１３の直線１３０４が上限値、直線１３０５が下
限値を示す。ここで、流入量設定値の候補（直線１３０
６）と流入量許容変動幅の上下限値（直線１３０４及び
直線１３０５）を比較すると、直線１３０６は直線１３
０４と直線１３０５の範囲に入っているので、直線１３
０６（ａ−ｐ）を１９時から２２時までの流入量設定値
に決定する。その値は、１時間当たり（ｐ点の値−ａ点の値）／４＝２８００ｍ³ となる。

【００５０】次に、２２時以降の流入量設定値を求め
る。２２時のｐ点を出発点とした最適流入量は、図１４
に示す通り目標貯水量ｂ点を目指した直線１４０１（ｐ
−ｂ）となり、その値は表３の最適流入量欄に示したも
のとなる。ここで、累積流入量の上下限値（折線１３０
１及び折線１３０２）と最適流入量（直線１４０１）を
比較すると、２３時のみ下限値を下回ることがわかる。
従って、２３時に屈曲点を設けることとなり、とりあえ
ず２２時の累積流入量下限値ｒ点を屈曲点とする直線ｐ
−ｒを２２時以降の流入量設定値の候補とする。

【００５１】次に、２２時以前の流入量設定値との変動
量を考慮する。２２時以前の流入量設定値が２８００ｍ
³であり、流入量の許容変動幅が５００ｍ³として設定さ
れているので、２２時以降の流入量上限値は１時間当た
り３３００ｍ³、下限値は１時間当たり２３００ｍ³と
なる。

【００５２】

【表３】

【００５３】累積すると表３の許容変動幅欄の通りとな
り、図１４の直線１４０２が上限値、直線１４０３が下
限値を示す。ここで、流入量設定値の候補（直線ｐ−
ｒ）と許容変動幅の上下限値（直線１４０２及び直線１
４０３）を比較すると直線ｐ−ｒは直線１４０２と直線
１４０３の範囲に入らず、下限値を下回っているので、
２２時での変動量を許容幅内とするため、屈曲点をｓ点
に変更し、直線１４０４（ｐ−ｓ）を２３時の流入量設
定値に決定する。その値は流入量許容変動幅の下限値に
相当するので１時間当たり２３００ｍ³となる。

【００５４】次に、２３時以降の流入量設定値を求め
る。２３時のｓ点を出発点とした最適流入量は、図１５
に示す通り目標貯水量ｂ点を目指した直線１５０１（ｓ
−ｂ）となり、その値は表４の最適流入量欄に示したも
のとなる。

【００５５】

【表４】

【００５６】ここで、累積流入量上下限値（折線１３０
１及び折線１３０２）と最適流入量（直線１５０１）を
比較すると、最終時刻６時まで上下限を逸脱していな
い。従ってここでは、直線１５０１（ｓ−ｂ）を２３時
以降の流入量設定値の候補とする。その値は、１時間当
たり１５００ｍ³である。

【００５７】次に２３時以前の流入量設定値との変動量
を考慮する。２３時以前の流入量設定値が２３００ｍ³
であり、流入量の許容変動幅が５００ｍ³として設定さ
れているので、２３時以降の流入量上限値は１時間当た
り２８００ｍ³、下限値は１時間当たり１８００ｍ³と
なる。累積すると表４の許容変動幅欄の通りとなり、図
１５の直線１５０２が上限値、直線１５０３が下限値を
示す。ここで、流入量設定値の候補（直線１５０１）と
許容変動幅の上下限値（直線１５０２及び直線１５０
３）を比較すると、直線１５０１は、直線１５０３を下
回っていることがわかるので、２３時以降は流入量の許
容変動幅による下限値(１８００ｍ³）で流入させること
となるが、どの時刻まで下限値で流入させるかが問題と
なる。

【００５８】図１５の最適流入量（直線１５０１）と流
入量変動許容幅による下限値（直線１５０３）を比較す
ると、２３時を出発点として時間が経つにつれ、その差
が大きくなっていることがわかる。つまり、下限値（直
線１５０３）で流入させた場合、その継続時間が長い
程、最適流入量（直線１５０１）から遠ざかる方向にあ
るということである。従って、下限値での流入は最短時
間とすることが最適流入量に近付けることとなるため、
次の０時まで１時間分のみ最適流入量で流入させるもの
とする。すなわち図１５のｕ点を屈曲点とし、直線１５
０４を２４時の流入量設定値とする。その値は、流入量
の許容変動幅による下限値となるので、１時間当たり１
８００ｍ³となる。

【００５９】次に、０時以降の流入量設定値を求める。
０時のｕ点を出発点とした最適流入量は、図１６に示す
通り目標貯水量ｂ点を目指した直線１６０１（ｕ−ｂ）
となり、その値は表５の最適流入量欄に示したものとな
る。

【００６０】

【表５】

【００６１】ここで、累積流入量上下限値（折線１３０
１及び折線１３０２）と最適流入量（直線１６０１）を
比較すると、最終時刻６時まで上下限を逸脱していな
い。従ってここでは、直線１６０１（ｕ−ｂ）を０時以
降の流入量設定値の候補とする。その値は、１時間当た
り１４５０ｍ³である。

【００６２】次に２３時の流入量設定値との変動量を考
慮する。２３時の流入量設定値が１８００ｍ³であり、
流入量の許容変動幅が５００ｍ³として設定されている
ので、０時以降の流入量上限値は１時間当たり２３００
ｍ³、下限値は１時間当たり１３００ｍ³となる。累積
すると表５の許容変動幅欄の通りとなり、図１６の直線
１６０２が上限値、直線１６０３が下限値を示す。ここ
で、流入量設定値の候補（直線１６０１）と許容変動幅
の上下限値（直線１６０２及び直線１６０３）を比較す
ると、直線１６０１は、直線１６０２と直線１６０３の
範囲に入っているので、直線１６０１（ｕ−ｂ）を０時
から６時までの流入量設定値に決定する。その値は、最
適流入量に相当するので１時間当たり１４５０ｍ³とな
る。

【００６３】以上の手順により、１９時から翌日６時ま
での流入量設定値が表６の今回の発明による流入量欄に
示した通りの数値として算出されるので、それらを図１
１の流入量設定値データ１１１０として格納し、通信装
置１１１１を通してコントローラ１１１２内の流入量設
定値データ１１１３として送信する。コントローラ１１
１２は、流入量設定値データ１１１３に従って配水池流
入弁１１１６を開，閉して流入量を調整するので、結果
として配水池の水位を運用上下限の範囲(2.0〜５.０ｍ)
を逸脱することなく、変動を抑えた配水池流入量で流入
させた運用ができることとなる。

【００６４】

【発明の効果】本発明による方法で、配水池流入量設定
値を算出し、配水池流入弁を制御することにより、変動
を最小限に、又、設定した許容変動幅の範囲内に変動を
抑えた流入量で配水池設備を稼動することができる。

【００６５】従来の方法により流入量を求める課程につ
いて図１７に示す。従来の方法では、累積流入量の上下
限の範囲で、最も長い直線を探索し、その直線を含んだ
折線を流入量設定値としている。従って、従来の方法で
は、図１７の直線１７０１と直線１７０２で構成された
折線（ａ−ｖ−ｂ）が流入量設定値となり、数値で表す
と表６の従来の方法による流入量欄の通りとなる。

【００６６】

【表６】

【００６７】今回の発明により算出した流入量とその変
動量及び従来の方法により算出した流入量とその変動量
を比較するとわかる通り、今回の発明による方法で算出
した方が明らかに変動が少ない。

【００６８】グラフ化すると図１８の通りとなり、従来
の方法は１回の変動点で急激に流入量を変動させている
（折線１８０２）に対し、今回の発明による方式では、
階段状に変動を抑えた流入量としている（折線１８０
３）ことがわかる。このように変動を抑えた流入量によ
り配水池設備を稼動することで、配水池及びその配水池
へ水を送水している浄水場の安定稼動につながる。又、
図１８でわかるように、今回の発明では、配水池水位を
急変させることがないため、設備の運転員へ安心感を与
えると言う面もあり、有効であると考えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の対象とする配水池設備の概略と配水池
における運用範囲を示した図である。

【図２】水需要予測量の変動と配水池流入量を一定とし
たときの配水池貯水量の変化を示した特性図である。

【図３】水需要量の変動曲線及び水需要の累積曲線であ
る。

【図４】水需要量の変動曲線及び配水池貯水量を運用範
囲に保持するための配水池流入量の累積曲線，最適流入
量の累積を示した特性図である。

【図５】従来方式で求めた配水池流入量の累積を示した
特性図である。

【図６】本発明における折線探索時の折線の屈曲点の決
定方法について示した特性図である。

【図７】図６と同様で、需要量の変動点を２箇所とした
特性図である。

【図８】本発明における設定された許容変動幅内に変動
量を制限した折線探索方法について示した特性図である
（１９時から２１時の流入量決定）。

【図９】本発明における時刻と累績流入量との関係を示
す特性図である。

【図１０】本発明における時刻と累績流入量との関係を
示す特性図である。

【図１１】本発明における配水池流入弁による流入量制
御装置を示したフローチャートである。

【図１２】本発明の実施の形態を説明する上での配水池
設備の条件を示した図である。

【図１３】本発明における折線探索手順について示した
特性図である（１９時から２２時の流入量決定）。

【図１４】本発明における時刻と累績流入量との関係を
示す特性図である（２３時の流入量決定）。

【図１５】本発明における時刻と累績流入量との関係を
示す特性図である（２４時の流入量決定）。

【図１６】本発明における時刻と累績流入量との関係を
示す特性図である（１時から６時の流入量決定）。

【図１７】従来方式による同条件での折線探索について
示した特性図である。

【図１８】配水池流入量と水位の変動について本発明に
よる方式と従来方式を比較した結果を示した特性図であ
る。

【符号の説明】

１０１…配水池、１０２…浄水場、１０３…配水池流入
弁、１０４…配水池水位の運用上限、１０５…配水池水
位の運用下限、１１０１…計算機、１１０２…水需要予
測処理、１１０３…水需要予測データ、１１０４…配水
池流入量設定値算出処理、１１０５…ディスプレイ装
置、１１０６…配水池流入量許容変動幅データ、１１０
７…配水池条件データ、１１０８…配水池流入量実測
値、１１０９…配水池水位実測値、１１１０…配水池流
入量設定値データ、１１１１…通信装置、１１１２…配
水池流入弁コントローラ、１１１３…配水池流入量設定
値データ、１１１４…配水池流入量調整処理、１１１５
…配水池流入量実測値、1116…配水池流入弁、１１１７
…流量計、１１１８…水位計、１１１９…配水池、1120
…浄水場。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者舘仁平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

【特許請求の範囲】

【請求項１】上水道における配水池設備に対し、配水池
流入量を調整するための流入弁と、流入弁を制御するコ
ントローラと、コントローラへ目標とする流入量設定値
を与える計算機を備えたシステムにおいて、水需要量を
予測する手段と、水需要予測量をもとに水需要予測量の
変動が大きい時刻に流入量の変動点を合わせることによ
り、１回の変動量及び変動量の合計を最小とした流入量
設定値を算出する手段と、流入量設定値をコントローラ
へ送信する手段と、送信された流入量設定値に従って流
入量を流入弁の開度により調整する手段とを備えること
により、配水池流入量の変動を最小とすることを特徴と
する配水池流入弁による流入量制御方法。
【請求項２】請求項１記載の配水池流入弁による流入量
制御方法において、計算機システムに接続されたディス
プレイ装置より配水池流入量の許容変動幅を設定する手
段を備え、配水池流入量の変動がその変動許容幅の範囲
となるように数回に分けて流入量を変動させることで、
１回の変動量を許容変動幅の範囲内に抑えた配水池流入
量の設定値を算出し、コントローラへ送信することによ
り、設定された許容変動幅の範囲に流入量の変動を抑え
た制御をすることを特徴とする配水池流入弁による流入
量制御方法。