JPS5929884B2 - ダム水位自動制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はダム水位自動制御装置に係り、主として多目的
ダムにおける水位を制御するに際し、予め設定されてい
る基準水位以下で制御を開始する場合も、基準水位と制
御開始時点における水位との偏差を適当分に分割したス
テップ幅毎による単純な制御方式とし、基準水位到達後
においての急激な放流量の変化を及ぼさないようにする
と共に、多目的ダムにおける治水と制水との相反する要
求をも満足させるものとし、また、従来実施されていた
予想制御の見込み違いの修正をも可能にしたダム水位自
動制御装置に関するものである。

現在、多目的ダムでは通常、基準水位が予め設定されて
おり、この基準水位に対応した定水位に制御するため、
基準水位との偏差に応じた放流を行なつている。このよ
うな偏差比例式定水位制御方式は、第２図に示すように
、基準水位Ｈｏからの偏差、例えばｌｃｌｎ毎にケ“一
トの開度ステップを定め、このステップに応じた放流量
Ｑｏにより水位を一定に保つものである（ここにおいて
、通常はステップ数を２０段階程度とし、かつステップ
と流量との関係は２次式関係となるが、説明の都合上ス
テップ数を５段階とし、ステップと流量との関係は直線
で示されている）。その際の水位Ｈ）ステップＳ）放流
量Ｑｏの関係は第１表のようになる。第１表 しかし乍ら、洪水前は一般的に制水放流のため制限水位
以下で運用されており、したがつて、従来の制御方式に
よると基準水位ＨＯまでデートを全閉し（このときの放
流量はゼロである）、基準水位ＨＯに達するや否や定水
位制御を開始する。

即ち、第１図に示すように、時間ｔの経過とともに次第
に増加する流入量Ｑｉによつて水位Ｈが上昇して基準水
位ＨＯに達したときに、この基準水位ＨＯを保とうとす
れば流入量Ｑｉに比例した放流量ＱＯとしなければなら
ない。とすれば、このときの放流量ＱＯは増大しつつあ
る流入量Ｑｉと合致するため、階段状に急増し、その結
果、ダム下流において人工洪水を生じさせ、人命財産に
重大な影響を及ぼす虞れがあつた。このため、基準水位
以下であつても、水位の上昇速度に応じて、換言すれば
流入量の時間的変化値を検出して水位変化を予想するこ
とによつてデート開度を制御する予想制御方式が、特公
昭４４−２３６９３号（特許第５６９２８４号）として
提案された。

この方式によると、急激大量な放流現象は解消されるが
、実施上種々の欠点の存することが明らかになつた。第
一に、基準値到達後の定水位制御に移行する際、放流量
は水位の時間的変化から、水位偏差のみに対応させるよ
うにするため、制御方式が変ること、第二に、予想制御
から定水位制御に変る際、放流量ＱＯと流入量Ｑｉとの
関係をみると、予想制御ではＱＯ−Ｑｉ−αであるのに
対し、定水位制御ではＱＯ−Ｑｉとなるためα分が増加
すること（ここにαは、水位が基準水位以下にあるとき
に一水位の上昇速度換言すれば流入量の時間的変化値を
検出して水位変化を予想したときの水位偏差量である）
、第三に、時間的要素を含むため制御過程が複雑となる
こと、第四に、基準尿位到達以前において流入量Ｑｉが
変化、特に減少した場合はその減少に幻応せずに、上昇
時における水位変化率と全く同じ比率で変化する放流量
ＱＯＯ）ままであるため、水位が大きく下降して有効な
貯水量の確保が困難であり、特に基準水位到達後はとも
かく、基準水位到達直前において減少傾向になると、必
要とする水資源を大きく下回つた状態で貯水され、その
間の無効放流は著しいものとなること等である。そこで
、本発明は、叙上のような従来存した欠点に鑑み創出さ
れたものであり、その要旨は、水位の上昇変化を予想し
て基準水位以下の任意の水位から、放流量を流入量に比
し小さくした定水位ｊ制御を開始して、基準水位と制御
開始時の水位との偏差を適当分に分割したステツプ幅毎
に応じて放流量を制御するとともに、水位制御中で水位
が下降する場合は、下降開始近くの水位を維持するため
、前記と同一のステツプ幅に対する放流量を制御開始時
におけるそれに比し小さくして制御し、また、水位が土
昇する場合は、その上昇開始時の水位と基準水位との偏
差を前記と同一のステツプ幅に分割してそれに応じて放
流量を制御し、かつ基準水位到達直前における放流量と
基準水位到達後における制御によるそれとをほぼ同量と
なるようにしたことを特徴とするものであつて、以下第
３図及び第４図を参照して本発明を詳細に説明すると次
のようである。

本発明は水位変化Δｈとデート開度ステツプＳとを、定
水位制御開始の時点の水位によつて関係づけるものであ
り、その一例として第３図に示すように、基準水位ＨＯ
に対しＨＯ−５０（：ｌ！Ｌの水位から開始させ、かつ
ＳＯからＳ５までの５段階のステツプＳに等分した場合
について述べる。

第３図において、水位Ｈが単純に増加した場合の特性は
点線Ａで示されており Δｈが１０αご）とに１ステツ
プずつ進行し、Ｓ５でちようど放流量ＱＯの土限５０ｗ
１／Ｓになる。

このときの水位Ｈ１ステツプＳ，放流量ＱＯの関係は第
２表のようになり、放流量ＱＯを流入量Ｑｉに比し小さ
くしてダム内で貯水しながらの定水位制御とするもので
ある。次に、水位Ｈが上昇してステツプＳの進行中にあ
つて、水位Ｈが下降する場合について述べる。

例えば、点線Ａに沿つてＳ３まで進行した時、水位が下
降すると、同一のステツプＳ幅にて点線Ｂに沿つて１Ｃ
を１ステツプとして放流量ＱＯを減少せしめるべく、制
御開始時における放流量ＱＯに比し小さくした放流量Ｑ
Ｏに制御しながら、下降開始近くの水位Ｈを維持させる
。このように水位下降時に点線Ａに沿つて減少させない
のは、水資源を有効に活用すべく水位Ｈを高く維持する
がためであり、図例ではＨＯ−２３ＣＴＩＬで放流量Ｑ
Ｏがゼロとなる。このときの水位Ｈ１ステツプＳ１放流
量ＱＯｌ特件線の関係は第３表のようになる。更に、点
線Ｂに沿つて下降中再び上昇した場合の水位Ｈ、ステツ
プＳ、放流量ＱＯ、特性線の関係は第４表のようになる
。フ 即ち、第３図におけるＳ３で点線Ｂに移行し、Ｓ１まで
水位Ｈが下降した時、再び水位Ｈが上昇すると基準水位
ＨＯとＳ１の水位（ＨＯ−２２ＣｆｒＬ）との差である
２２ｃｍを残りのステツプ数４で分割した点線Ｃに沿つ
て制御する。

これは、放流量ＱＯと流入量Ｑｉとの差を前記の定水位
制御におけるそれより小さくした定水位制御を開始する
ことを意味し、いずれにしても同一のステツプＳ幅にて
放流量ＱＯを制御するものであり、かつ、基準水位ＨＯ
到達直前における放流量ＱＯと基準水位ＨＯ到達後にお
けるそれとをほぼ同量となるようにする。このときの水
位Ｈの検出単位は１ｃｍである故、分割したときの端数
は、例えば４捨５入するもので、第４表において水位Ｈ
の行のカツコ内は４捨５入した値である。また、第４図
に本発明のプロツク図が示されており、以下その機能を
順次説明すると、１はダム水位を検出する水位発信器、
２は定水位制御開始時の水位を記憶する記憶回路、３は
基準水位ＨＯの設定器である。

４は基準水位ＨＯと制御開始時の水位との差Δｈをステ
ツプの段階数における最大値ｎで分割し、１ステツプに
対応する水位偏差の単位Δｈを求める偏差演算回路で、
第３図に示された例ではｎ＝５、Δｈ＝１０ｃｍである
。

６はダム水位がΔｈ上昇する毎に１ステツプずつ進行さ
せる開放指令回路、７はダム水位が１格下降する毎に１
ステツプずつ差引く閉鎖指令回路である。

８はステツプと放流目標値Ｑを対応させるテーブルであ
る。

９はデート及びその付帯設備であり、Ｇはデート、Ａは
デートＧを開閉する操作部、ＰはデートＧの開度の発信
器である。

１０は発信器Ｐからのデート開度と水位Ｈとからデート
Ｇによる放流量ＱＯを求める放流量演算回路、１１はテ
ーブル８にて得られる出力である放流目標値Ｑと、放流
量演算回路１０にて得られる出力である放流量ＱＯとの
大小を比較し、等しくなるよう９の操作部Ａに開閉信号
を与える比較指令回路である。

尚、このプロツク図は第３表に示される点線Ａ一Ｂへの
移行するための回路であるが、第４表に示される点線Ａ
−Ｂ−Ｃへの移行するための回路も、若干の回路を追加
することによつて容易に実現できることは理解できよう
。

したがつて、降水量の増大その他によつてダム内の水位
Ｈの上昇が予想されるとき、その上昇変化を予想して基
準水位ＨＯ以下の任意の水位Ｈから定水位制御を開始し
、その制御中で水位Ｈが下降する場合はそれを維持して
貯水するようにし、また、水位Ｈが上昇する場合は再び
定水位制御を開始するからダムの貯留余力を有効に利用
することによつて、ダム下流の人工洪水を防止すること
ができる。

また、基準水位ＨＯに達した時は、常にちようど定水位
における最大放流量を制御することになるので、放流量
ＱＯが急激に変化することはなく、基準水位ＨＯに達し
た後の定流量制御や比率放流制御にスムーズに移行する
ことができる。

即ち、これは、水位が上昇するときでの定水位制御、更
に下降するときでの制御のいずれにあつても、基準水位
ＨＯと制御開始時の水位との偏差を適当分に分割したス
テツプＳ幅毎に同一のものとして行なうから、時間的要
素を含まない単純な制御方式となり、基準水位ＨＯ到達
後における水位偏差に基づく定流量制御や比率放流制御
などの制御方式へのスムーズな移行をより一層容易なも
のとしているのである。水位Ｈが下降する場合は、１（
：ｌ！Ｌステツプで放流量ＱＯを減少させるよう、制御
開始時における放流量ＱＯに比し小さくした放流量ＱＯ
に制御しながら下降開始近くの水位Ｈを維持するから、
流入水を無駄に放出することがなく、定水位制御開始時
にあつての水位Ｈ以上に水位Ｈを上昇させたままで維持
できるので、水資源の有効活用に大きく ５寄与する。

したがつて、制御開始時において予想した当初の流入量
Ｑｉが制御中で変化した場合、特に流入量Ｑｉが減少し
たときでは、当初の流入量Ｑｉに対応した放流量ＱＯ（
７）ままとしておくと水位Ｈが急激に下降し、貴重な水
資源を捨てることになるのを有効に防止できる。その際
、次の洪水に備えてダム水位を下げたい場合は、第３図
における点線Ｂによらずに、点線Ａに沿つてステツプを
下げればよいのは勿論である。一方、水位制御中で水位
が急激に上昇するとしても、そのときは放流量ＱＯが大
きくなる定水位制御に移行されるから、いずれにしても
、制御中での流入量Ｑｉの変化に対しての応答曲に優れ
、従来実施されていた予想制御における予想を超えた流
量変化への対応性にも優れたものである。

以上説明したように、本発明によれば、ダム下流の急激
な流量変化を防止することができると共に、水資源の有
効活用を図り、治水と利水との相反する要求を満足でき
て多目的ダムの価値を一層高めるばかりでなく、社会環
境の保護と、工業、経済の発展に寄与するところは大な
るものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の定水位制御方式による水位流量曲線を示
す説明図、第２図は従来の偏差比例式定水位制御方式の
説明図、第３図は本発明の制御方式の説明図、第４図は
本発明の実施例を示すプロツク図である。 １・・・・・・水位発信器、２・・・・・・記憶回路、
３・・・・・・設定器、４・・・・・・水位差演算回路
、５・・・・・・偏差演算回路、６・・・・・・開放指
７令回路、７・・・・・・閉鎖指令回路、８・・・・・
・テーブル、９・・・・・・デート及びその付帯設備、
１０・・・・・・放流量演算回路、１１・・・・・・比
較指令回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 水位の上昇変化を予想して基準水位以下の任意の水
   位から、放流量を流入量に比し小さくした定水位制御を
   開始して、基準水位と制御開始時の水位との偏差を適当
   分に分割したステップ幅毎に応じて放流量を制御すると
   ともに、水位制御中で水位が下降する場合は、下降開始
   近くの水位を維持するため、前記と同一のステップ幅に
   対する放流量を制御開始時におけるそれに比し小さくし
   て制御し、また、水位が上昇する場合は、その上昇開始
   時の水位と基準水位との偏差を前記と同一のステップ幅
   に分割してそれに応じて放流量を制御し、かつ、基準水
   位到達直前における放流量と基準水位到達後における制
   御によるそれとをほぼ同量となるようにしたことを特徴
   とするダム水位自動制御装置。