JPS5919367B2

JPS5919367B2 - 雨水排水装置

Info

Publication number: JPS5919367B2
Application number: JP53131556A
Authority: JP
Inventors: 粛斉藤; 太郎河崎
Original assignee: Toshiba Engineering Corp; Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Engineering Corp; Toshiba Corp
Priority date: 1978-10-27
Filing date: 1978-10-27
Publication date: 1984-05-04
Also published as: JPS5559508A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明は分流式下水道における雨水排水装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

下水道には合流式下水道と分流式下水道とがある。

前者は生活排水、産業排水などの汚水と、降雨による雨
水とを同一の管きよに流すものであるが、後者は汚水用
管きよと、雨水管きよを別個に設けるものである。合流
式管きよおよび分流式の汚水用管きよの末端には、終末
下水処理場ｂ゛設けられて、流入汚水の浄化処理を行い
、環境基準に適合した水質としたうえで河川や海へ放流
される。分流式の雨水管きよへの雨水流入量は、晴天時
にはほとんど零であるが、一旦降雨があると汚水量の１
０倍に達することが珍らしくない。汚水は終末下水処理
場での浄化処理が必要不可欠であるが、雨水はその量が
汚水とは比較にならな（・程多（・ことから、全量を終
末下水処理場へ送ることはほとんど不可能である。とこ
ろが、未処理雨水は道路上に堆積した汚濁物質を流出さ
せてくるので、多量の汚濁負荷を含み、平均２時間の降
雨は晴天時汚水が同時間に発生した１．５倍のＢＯＤ負
荷量に相当するとの報告もある。総量規制が実施される
と、未処理雨水の放流による汚濁負荷は無視し得な（・
ｏこれらの対策として、貯留施設を設けて雨水を一時貯
留し、晴天時、および夜間の汚水流入量ｂ’−ー減少し
た時に終末処理場へ送つて処理することｂ１行われる。
終末処理場としても、処理水質を安定化するうえで流入
下水量を均等化することが望まれるので、一石二鳥であ
る。しかし我が国においては、下水道が設置される都市
近郊部や、都心部に大容量の貯留施設を設けることは甚
だ困難である。

このことから、分流式の雨水管きよを大形化し、輸送施
設であると同時に貯留施設として使われる例が増えて（
・る。しかし、地下埋設の管きよを大形化することには
限度があつて、その容量は必ずしも十分とＬ・えない。
従つて、強降雨に対しては、速やかに排水をしなければ
、管きよが満水状態となつて低地区のマンホールなどか
ら雨水が路上へ溢れたり、ポンプ場などの諸施設が水没
する危険がある。これはピーク雨水を貯留した〜・要求
とは相容れな〜・もので、この両要求を高いレベルで満
足させるためには降雨による雨水の流入量を早期に知つ
て、排水ポンプの運転計画を立てることが肝要である。
従来の制御方法は、ポンプ井の水位を沖徒し、監視し、
予め設定した水位に達した場合に、定められた台数のポ
ンプを運転する方法が基本的なものであつた。

この応用として、水位上昇速度や下降速度を求めて補正
する方法や、〜・わゆるＰＩＤ制御による方法が実施さ
れて（・る。しかし、いずれもフィードパツク制御であ
るため、強降雨時のポンプ起動遅れの危険をともなつた
り、逆に必要以上の排水をしてしまう恐れを有した。〔
発明の目的〕本発明の目的は、雨水の貯留を考慮した分流式雨水管き
よにおける、強降雨時の確実な雨水の排水と、管きよの
貯留容量の効果的な利用を図つた雨水排水装置を提供す
ることにある。

〔発明の概要〕

本発明は雨水を貯留することのできる雨水管きよと、こ
の雨水管きよの出口のポンプ井から排水する雨水排水ポ
ンプと、終末処理場へ送水する送水ポンプと排水区内適
宜の地点に設けた複数個の雨量計と、雨水管きよの入口
に設けた流量計と、雨水管きよの中の雨水下流方向に沿
つて設けた複数個の水位計と、これら雨量計、流量計、
及び水位計の測定値を送受信する遠隔信号送受信器と、
管きよへ流入する雨水流入量予測値を計算する雨水流入
量予測計算部と、管きよの現留量目標値を計算する貯留
目標計算部と、雨水流入量予測値及び貯留量目標値と管
きよの現在貯留量とからポンプの運転計画を作成するポ
ンプ運転計画作成部とから成る雨水排水に於て、運転指
令を入力できる運転員デマンド入力部と、この運転員デ
マンド入力部からの指令信号及びポンプ運転計画作成部
からの信号に依つて状況を模擬する管きよシミユレーシ
ヨン部とを具備し、降雨による侵水を防止し公共水域へ
の汚濁負荷排出量を減少すると共に、ポンプの起動、停
止ひん度を減少させることを特徴とした雨水排水装置で
ある。

〔発明の実施例）次に本発明の実施例を説明する。

第１図及び第２図は雨水を貯留することのできる雨水管
きよ４と、雨水管きよ４の出口のポンプ井５から排水ポ
ンプ６と、終末処理場へ送水する送水ポンプ９と排水区
内適宜Ｑ地点に設けた複数個の雨量計１と、管きよ４の
入口に設けた流量計１２と、雨水管きよ４の中の雨水下
流方向に沿つて設けた複数個の水位計１１と、これら雨
量計１、流量計１２、及び水位計１１の測定値を送受信
するテレメータ送信器２０、テレメータ受信器２１と、
管きよ４へ流入する雨水流入量予測値を計算する雨水流
入量予測計算部２３と、雨水管きよ４の貯留量目標値を
耐算する貯留目標計算部２４と、雨水流入量予測値及び
貯留量目標値と管きよの現在貯留量とからポンプの運転
計画を作成するポンプ運転計画作成部２５とから成る雨
水排水装置に於て、運転指令を入力できる運転員デマン
ド入力部２９と、運転員デマンド入力部２９からの指令
信号及びポンプ運転計画作成部２５からの信号に依つて
状況を模擬する管きよシミユレーシヨン部２６とを具備
し、降雨による侵水を防止し公共水域への汚濁負荷排出
量を減少すると共に、ポンプの起動、停止ひん度を減少
させることを特徴とした雨水排水装置を示して（・る。

即ち、第１図は、本発明の適用対象である分流式雨水管
きよを有する下水道の平面図、および縦断面図を示し、
２はほぼ道路に沿つて地下に埋設されて（・る雨水管き
よ枝線である。１はこれらの雨水管きよ枝線２が埋設さ
れて（・る地域、すなわち排水区への降雨量を測定する
ために、排水区内の複数個所に設置された雨量計である
。

３は雨水管きよ幹線で、多数の雨水管きよ枝線２からの
雨水を集めて貯留施設を兼ねる雨水管きよ４に接続され
て（・る。

５は雨水管きよ４の出口側に直結されて（・るポンプ井
である。

６は雨水排水ポンプで、雨水管きよ４およびポンプ井５
の中の雨水を必要に応じて、河川または導水路１０へ放
流するためのものである。

７は汚水幹線、８は終末処理場、９は雨水を終末処理場
へ送水するための送水ポンプである。

１１は雨水管きよ４、およびポンプ井５に設置された水
位計、１２は雨水管きよ４への雨水流入量を測定する流
量計である。

以下第２図の実施例につ℃゛て、本発明を詳しく説明す
る。

排水区内の任意の地点に設置した雨量計１で測定された
降雨量信号は、テレメータ送信器２０によつて有線、ま
たは無線で中央へ送られテレメータ受信器２１によつて
受信される。流量計１２、水位計１１の測定信号もテレ
メータ送信器２０、テレメータ受信器２１を介して中央
へ伝送される。テレメータ受信器２１の出力信号は雨水
排水制御装置２２に接続される。雨水排水制御装置２２
は、雨水流入量予測計算部２３、貯留目標値計算部２４
、最適ポンプ運転計画作成部２５及び管きよシミユレー
シヨン部２６から構成されている。又、雨水流入量予測
ｊ計算部２３は、過去数時間から現在に至るまでの降雨
量、および管きよ４への雨水流入量を記憶する。

そして自己回帰モデル、重回帰モデル、タンクモデルな
どの手法によつて、Ｔ時間（対象とする排水区の広さに
よつて異なるが、通常は１時間前後ゐ値）先までの雨水
管きよへの流入量を予測する。タンクモデルにあつては
、実績降雨量のみから第１図の枝線２、幹線３を経由し
て雨水管きよ４へ流入してくる雨水流入量を予測し得る
。重回帰モデルでは、たとえば、実績降雨量と実績雨水
流入量からＴ時間後の雨水流入量を予測することができ
る。貯留目標値計算部２４は、雨水管きよ４へ貯留すべ
き雨水の貯留量目標値を計算する。

これは、台風の接近などによつて数時間先に多量の降雨
が予想される場合には、予め管きよ４の中の排水を行つ
て貯留容量を増やしておく必要があるので当面の目標貯
留量を小さくして排水を促進させるためであちこれとは
逆に、天候の回復が予想される場合には、必要以上の放
流を防ぐうえから目標貯留量を大きくして管きよ４への
雨水の貯留を促進させる。数時間から１０数時間先の降
雨量の予測は、各地の気象台が発表する天気予報、台風
情報などを中心に、その地域の気象特性を統計処理して
得られた重回帰モデル、ＧＭＤＨ非線形モデルなどを実
用に供することができる。

各時点での最適貯留目標値は、雨水管きよ４がオーバー
フローしないことを条件に、放流量を最小化するように
決定することである。最適ポンプ運転計画作成部２５は
、現在の雨水管きよの貯留量とＴ時間先の目標貯留量、
およびＴ時間先までの雨水流入量予測値とから、最適な
ポンプの運転台数と起動停止の時刻を決める。

もちろん途中時刻で貯留量は最大値または最小値を越え
な（・ような制限条件を満足することが必要である。雨
水排水用のポンプは数１００ＫＷ以上の大容量のものが
普通であるから、電動機の寿命を考慮して起動・停止の
ひん度を減少させることが、最適ポンプ台数を決定する
うえでの評価項目となる。最適化手法としては、整数計
画法、ダイナミツクプログラミング法などを有効に利用
することができる。第３図はポンプ運転計画の作成を説
明するための図である。

横軸は現在時点を原点として将来の時間経過を表わして
（・る。縦軸は流量の積算値を表わしている。曲線３１
は雨水流入量予測値を積算したものである。曲線３２は
、曲線３１を雨水管きよの最大貯留容量相当分だけ縦軸
方向へ平行移動したものである。曲線３２が縦軸と交叉
する個所３３と、点３４の差が初期貯留量Ｑｉを表わす
。ポンプ運転計画は、ポンプ排水量の積算曲線３６を点
３４から出発して曲績３１と曲線３２の間を通つて、Ｔ
時間後の目標排水量積算値を表わす点３５に近付くよう
に決定する。点３５は、Ｔ時間後の目標貯留量ＱＯと、
曲線３２のＴ時間後の値とからあらかじめ決められる。
Ｑｍａｘは最大貯留容量を表わしており、ポンプは起動
●停止のひん度が少なくなるように最適化がなされる。
管きよシミユレーシヨン部２６は、雨水の流入、および
排水ポンプによる雨水の流出にともなう管きよ内各部の
流速、水位、およびポンプ井水位の変動をシミユレーシ
ヨンするもので、たとえば、２階双曲形の非線形微分方
程式による輸送モデルが使われる。

初期条件は水位計１１、および流量計１２の実測値が使
われ、Ｔ時間後までの雨水流入量予測値、およびポンプ
排水量が与えられると、現時点よりＴ時間後までの雨水
管きよ内各部の流速、水位およびポンプ井水位の変動を
即座に計算する。最適ポンプ運転計画作成部２５では、
最適化計算が繁雑になつて大形計算機能が必要になる欠
点を避けるために、雨水管きよは貯留機能にのみ着目し
た池として簡略化されて（・る。

しかし、管きょシミユレーシヨン部２６では精度の高い
計算を実施して、Ｔ時間後までの雨水管きよおよびポン
プ井の状況を先取りして、ＣＲＴデイスプレイ２７や、
メツセージタイプライタ２８によつて運動員に適確に伝
えることができる。すなわち、運転員は居ながらにして
将来時間までの雨水流入量、雨水管きよならびにポンプ
井の状態、ポンプ運転計画を知ることができる。〔発明
の効果〕本発明は前記のように構成したので過去の降雨量および
雨水流入量からＴ時間後までの管きよへの雨水流入量を
予測することができる。

そして、気象情報に基（・て決定された管きよの貯留目
標値に近付くよう、かつポンプの起動停止ひん度を少く
する最適なポンプの運転計画を作成し、指示するととも
に、その運転を実施した場合の管きよ内各部およびポン
プ井の水位、流速などをリアルタイムで計算し表示する
ことができる。従つて、運転員の熟練度に関わりなく施
設の浸水を未然に防ぎ、かつ不要な排水を避けることが
できる。更に本発明によれば、運転員デマンド入力部２
９より運転員の経験、技能に基くポンプの運転計画を入
力することによつても、同様に雨水流入量予測値に基く
シミユレーシヨン結果が得られる。従つて熟練度の高い
運転員には、その能力を生かすことのできる非常にフレ
キシビリテイのある雨水排水装置を提供することができ
る。運転員によるデマンド入力は、当然任意の時点に可
能であり、自動的に得られるポンプ運転計画とそのシミ
ユレーシヨンは例えば、１０分間隔、２０分間隔、３０
分間隔、６０分間隔など任意に選択できることは勿論で
ある。また、ポンプ運転装置と直接接続することによつ
て運転員を介さずに、全自動で雨水排水制御を実施でき
ることは言をもたな（・。以上のように本発明によれば
、降雨による施設や一般家屋の浸水防止、公共水域への
汚濁負荷排出量の減少、および電動機などの機器の長寿
命化を容易にできるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の適用対象である大形分流式雨水管きよ
を有する下水道の構成を示し、同図ａは平面図、同図ｂ
は縦断面図、第２図は本発明の一実施例を示す説明図、
第３図はポンプ運転の作成を説明する図である。１・・・雨量計、２・・・雨水管きよ枝線、３・・・雨
水管きよ幹線、４・・・貯留施設を兼ねる雨水管きよ、
５・・・ポンプ井、６・・・雨水排水ポンプ、７・・・
汚水幹績、８・・・終末処理場、９・・・送水ポンプ、
１０・・・河川または導水路、１１・・・水位計、１２
・・・流量計、２０・・・テレメータ送信器、２１・・
・テレメータ受信器、２２・・・雨水排水制御装置、２
３・・・雨水流入量予測計算部、２４・・・貯留目標値
計算部、２５・・・最適ポンプ運転計画作成部、２６・
・・管きよシミユレーシヨン部、２７．．．ＣＳＴデイ
スブレイ装置、２８・・・メツセージタイプライタ、２
９・・・運転員デマンド入力部、３１・・・雨水流入量
予測値積算曲線、３２・・・曲線３１を縦軸方向へ平行
移動した曲線、３３・・・曲線３２と縦軸の交点、３４
・・・初期値を表わす点、３５・・・目標値を表わす点
、３６・・・ポンプ排水量の積算曲線。

Claims

【特許請求の範囲】

１雨水を貯留することのできる雨水管きよと、この管
きよの出口のポンプ井から排水する雨水排水ポンプと、
終末処理場へ送水する送水ポンプと排水区内適宜の地点
に設けた複数個の雨量計と、前記雨水管きよの入口に設
けた流量計と、前記雨水管きよの中の雨水下流方向に沿
つて設けた複数個の水位計と、これら雨量計、流量計、
及び水位計の測定値を送受信する遠隔信号送受信器と、
前記雨水管きよへ流入する雨水流入量予測値を計算する
雨水流入量予測計算部と、前記雨水管きよの貯留量目標
値を計算する貯留目標計算部と、前記雨水流入量予測値
及び前記貯留量目標値と前記管きよの現在貯留量とから
ポンプの運転計画を作成するポンプ運転計画作成部とか
ら成る雨水排水装置に於て、運転指令を入力できる運転
員デマンド入力部と、この運転員デマンド入力部からの
指令信号及び前記ポンプ運転計画作成部からの信号に依
つて状況を模疑する管きよシミュレーション部とを具備
し、降雨による侵水を防止し公共水域への汚濁負荷排出
量を減少すると共に、ポンプの起動、停止ひん度を減少
させることを特徴とした雨水排水装置。