JPS5968415A - 用水路ゲ−トの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、河川などの水量から取水ゲートを介して導水
される用水路に設置したゲート（以下、用水路ゲートと
云う）群の制御装置に関するものである。

第１図は用水路の平面図であり、第１Ａ図は第１図にお
いて線Ａ−Ａに沿った断面図であり、第１Ｂ図は第１図
において＃）Ｂ−Ｈに沿った断面図である。これらの図
において、ｌは河川（または他の用水路であることもあ
る）、２は用水路、３は取水ゲー）、４．５はそれぞれ
用水路ゲート（以下、単にゲートということもある）、
Ｒは用水路２において一つのゲートからその隣りのケー
トまでの間の区間を指し、リーチと呼ぶ。

河川ｌから取水ゲート３を介して導水される用水路２は
、最終的には他の河川などにつながるものであるが、そ
の間をゲート４，５などにより複数のリーチＲに区分さ
れ、各リーチＲから図示せざる手段（例えば送水ポンプ
等）によって需要側へ水を例えば農業用水などとして供
稲するものである。用水路２は一定の勾配をもって傾斜
し水が円滑に流れるようになっている。

各ゲート４，５等は例えば転倒式越流ゲートであり、そ
の転倒角度によりゲートを越流する流量が変化するよう
になっており、これらゲートの役割は、各リーチＲにお
ける水位を制御することにある。需要水量の大きな変動
にもかかわらず、各ゲートの越流流量を正しく制御する
ことで、無効放流（用水路２から最終的に他の河川等へ
放流されてしまう流量）や水路からの溢水を出来るだけ
少なくすると共に、また各リーチにおける水位が極端に
低くなったすしないように制御することが望まれており
、本発明はこのような意味での用水路ゲートの制御装置
に関するものである。

第２図は従来の用水路ゲート制御装置を示す概念図であ
る。同図において、６は水位計、７は水位調節器、８は
ゲート操作機、である。

第２図に示す制御装置は、ゲート４の直下流水位を水位
計６で検出し、設定水位ｈ（、との偏差により、水位調
節器７で、ゲート操作機８１指令を出し、ゲート４を動
かして、設定水位に一致するよう直下流水位を制御する
ものであり、用水路に設置された各ゲートにおいてこの
ような制御がなされるわけである。なお、取水ゲー）３
についても同様の制御を行ない、用水路の最末端のゲー
トは一般にその開度を固定し、これを越えＣ流れる水量
は無効放流となる。

かかる従来の制御装置には次のような２つの問題点があ
った。

その一つは、用水路のどこかで外乱（流量変動）が発生
したとき、各調節器７においてその外乱を直下流水位り
の変化として検出し、操作機８によってゲート４を操作
するまでの遅れ時間が大きいことでめる０以下、第１図
を再び参照して詳しく説明する。

成る１つのゲート４からその下流側ゲート５葦での区間
をリーチＲと呼ぶことは先にも説明したが、このリーチ
Ｈの間での需要家による取り入れ水量の変動、或いは下
流側ゲート５の操作により、リーチＲ内の水位の変動が
生ずる。

下流ゲート５の操作による水位変動は始めに、下流側ゲ
ート５の直上流水位（当該リーチ凡の下流水位と呼ぶ）
に現われる。また、用水路２からの取り入れ水量の変動
による影響は、用水路が開水路である場合、開水路にお
ける流量変動現象の伝ばん速夏が、変動発生点から上流
側へ向かう場合よりも、下流側へ向かう場合の方が速い
事から、一般にゲート５の直下流水位より、リーチＲの
下流水位（ゲート５の直上流水位）の方に早く現われる
◇更に、ゲート４の直下流水位に変動が現われ、ゲート
４を操作したとしても、上記変動に起因して上流側から
の水量が変わるのに時間遅れがあるため、この間に、水
位の変動が大きくなり、溢水したり、水位が低下しすぎ
たシして、需要家が必要な水量を取水できない場合も起
こり得た。

第２の問題点は、設定水位についてである。一般に用水
路の天端丑での高さＨならびにゲートの高さＨｇ（第１
Ｂ図参照）は、最大計画水量時の等流水深をもとに計画
されている。したがって、この高さを、直下流水位の設
定値とすると、静水時（流量ゼロ）には、下流側で溢水
あるいし１．無効放流してし１つ可能性がある。

以下、このことを第３図を参照して説明する。

第３図において９は水路天端である。一般に、用水路は
一定勾配をもって水を流すよりに構成されているので、
水路天端のも同じよりに傾斜している。この水路を最大
計画水量が流れるときには、水流も同じ勾配をもち、そ
の水面はＳ２の如く傾く。所が流量零の静水時には、水
面はＳ５の如く水平になる。そこでゲート４の直下流水
位を仮にゲートの高さＨｇ　と設定したとすると、計画
水量が流れているときには、その水面Ｓ２は水路天端９
に沿った勾配をもつので溢水することはないが、流量零
の静水時には、水面は８１の如く水平になるので水路天
端９から溢水することになる。

また上スボのようにゲート４の直下流水位をゲートの高
さＨｇに設定したとすれば、静水時にはゲート５を越え
て水が流れ、これが無効放流に結びつく。そこで静水時
にこのような溢水や無効放流が生じないように、ゲート
４の直下流水位を低く設定したとすれば、需要側の要求
するだけの水量を満足に供給できない場合が起きる。

第２図に示した如き、ゲートの直下流水位制御装置には
上述のような問題点があったわけである。

そこでゲート直上流水位を一定に制御する装置も考えら
れる。かかる装置の場合、第３図を参照して説明した如
き問題は生じない。しかし取水ゲート３について考えた
場合、その直上流水位とｅよ河川の水位にほかならず、
取水ゲート３を開閉する位では河川の水位そのものは変
化しない。従ってかかる制御は無意味であり、末端ゲー
トにおける無効放流を防ぐのは難しい。

本発明は、上述のような従来技術の問題点を解決するた
めになされたものであり、従って本発明の目的は、用水
路において、需要水量の、ｔ８、激な変動にも良く追随
し、静水時から最大計画水量峙まで、水路からの溢水、
無効放流をなくしうるような制御を行なう用水路ゲート
制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明においては、水源から
取水ゲートを介して導水される用水路を水の流れ方向に
沿ってゲート（以下、用水路ゲートと云９）により複数
区分に区分し、各区分から需要側へ水を供給するように
した施設のｈＩＪ記複数区分のうちの任煮の区分（水源
側から数えてＬ番目の区分、但しｉは任惹の正の整数と
する）において、当該１区分より下流の各区分における
７１Ｆ翳水量の合計を求める第１の手段と、求められた
需要水量の合計に進み演専葦たは遅れ演舞、を施して出
力する第２の手段と、当該１区分内の下流側水位をその
設定水位と比較し、その偏差が半となるように調節出力
を発生する第３の手段と、前記五区分の直上流側用水路
ゲート（以下、用水路ゲート１と云う）を越えて上流側
から下流側−＼流れる水量を求める第４の手段と、前記
第２の手段からの出力と前記第３の手段による調節出力
との和を設定流量とし、前記第４の手段により求めた水
量を実際値とし、両者間の偏差が零となるように前記用
水路ゲートｉの開度を制御する第５の手段とを有して成
ることを特徴としている。

次に図を参照して本発明の詳細な説明する。

第４図は本発明の一実施例を示す構成図である。

同図に示す実施例は、用水路におい又、上流より五番目
のリーチＲ１における制御装置のｒｌ・？成について示
したものである。このようなリーチが用水路において直
列にＮリーチあるものとする。１番目のり−チＲｉを含
めて、リーチＲｉ　　より下流側の水の需要和　ΣＱｋ
を演算により求める。ここに−ｉ でＱｋはに番目のリーチで、その瞬間に取水されている
水量を表わし、計測値が得られれば計測値を、それが得
られなければ推定値を用いる。

演算器１２は遅れまたは進み演ｎ器であって、入力され
る水の需要和の値　ΣＱｋについて、遅に＝ｉ れ演算または進み演算をほどこすことにより、Ｌｉ時間
前の需要和の値或いはＬｌ　　時間後の７１８委和の値
を出力する。

１３は水位調節器で、水位計１４で計測したリーチ下流
水位Ｈ１，ｉ＋１とリーチ下流水位設定値ＨＯ，ｉ＋１
との偏差を入力され、それが零になるように比例積分微
分（ＰＩＤ）制御を行なう。前記演算器１２の出力と水
位調節器１３の出力を加え合わせた値をゲー）Ｉ　Ｉｆ
ｆ：越流する流量の［１標流量Ｑｏ、ｉ　とする。水位
計１５．１６によりそれぞれ計測されたゲート１１の直
上流水位Ｈ１，ムならびに、直下流水位Ｈ２，ｉから、
ゲート１１を越流する流量が目標流量Ｑｏ、ｉとなるよ
うなゲート開度を開度調節器１７で、次に示すように演
ｙｒ、シ、演算結果によりゲート操作機１８を介してゲ
ート１１を駆動することにより、上記ゲート開度を央現
する。

転倒式ゲートの場合、その越流流量Ｑは第５図に示すよ
うに、当該ゲートの直上流水位１【１、直下流水位Ｈ２
、ゲート高りのとき、次のような実験式ｔｌ）または（
４）で与えられることが知られている。

ただし、ｈｌ　−Ｈｌ　−Ｄ　、　ｈ２−　Ｒ２−Ｄ　
　とする。

＋）ｈ２＜ｏ　のとき、Ｑは次の１１１式により与えら
れる。

Ｑ−Ｃ−Ｂ＊ｈｌ”’　　　　・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・（１）ただし、Ｑ：流量、Ｂ：ゲ
ート幅（第１Ｂ図参照）、Ｃ：流量係数である。Ｃは、
０　＜　”／Ｄ＜６のとき次の（２）式（石原・井田の
式）で与えられる。

Ｃ−１，７８５＋（０・００２９５／ｈ１＋０゛２３７
＠ｈ１／Ｄ）（ｌ＋ε）・・・・・・・・・・・・・・
・・・・（２）εは、Ｄが１ｍ以下のとき、ε−０、Ｄ
が１ｍ以上のとき、ε−０，５５（Ｄ−１）である。

０　＜　Ｄ／ｈ、　＜　０．０６のときは次の（３）式
（Ｒｏｕｓｅの式）によりＣは与えられる。

Ｃ−３，１３１（１＋Ｄ／ｈ□）１・５　・・・・・・
・・・・・・（３）＋１）ｈ２＞０のときＱは次の（４
）式（Ｖｆ　１１ｅｍｏｎｔｅの式）により与えられる
。

ただし、Ｑｌ：上記１）で計算される流量、ｎはゲート
の形状による係数で、一般の全幅せき式のゲートでは１
．５である。

なお、上記１）の場合、６りｈ１／Ｄ≦”１０．０６　
　の範囲では、上記（２１、（３）式とも適用できない
ので、”／Ｄ＜、８で（２）式を、ｈｌ／Ｄ＞８で（３
）式を用いる事とし、なお、Ｃ、）　３．５となる場合
はＣ−３，５とする。

ゲート開度とゲート高の関係はゲートにょ１異なるが、
一義的な関係で定まっており既知である。

そこで、Ｈｌ　、Ｒ２ならびにゲート開度から流量Ｑを
前記（１）、（４）式によって演舞］する。この流ｉＱ
と目標流ｉＱｏ、ｔとの偏差ΔＱ（＝Ｑｏ、ｉ　−Ｑ　
）を求め、このΔＱの絶対値が設定した不感’ＪＱεよ
り小さければ、ゲート１１の開度を現在開度のままとす
る。不感帯より大きい場合は、ΔＱが正なら、Ｄを小と
する方向に、ΔＱが負なら、Ｄを大とする方向にゲート
開度をΔτだけ変えた場合の流量を演算し、ΔＱの絶対
値が不感帯Ｑεより小さくなるまでこれを繰り返すこと
により所定の開度を求める。

演算器１２においてほどこされる目標流量の遅れ進み時
間は次のように決定する。まず、遅らせる場合は、第１
リーチのゲートすなわち取水ゲートについては、遅れ時
間をゼロとする。第１番目のリーチにおける上流から下
流への伝ばん時間をＴｉ　とする。Ｔｉは、流量、水位
により変わるが、最大計画水量時のものとする。これは
測定により求めるか、理論的に求める場合は次のように
して決定する。水路の伝ばん速度は、（Ｇ］１＋ｖ　）
で与えられる事から、ＴＩ　＝　Ｒ’／（Ｊｇ　、　を
４十７、）となる。ただし、Ｒ１はリーチの距離、ｇは
重力加速度、Ｊは水深、Ｖｉは平均流速である。ｈｉ、
ｖｌは最大計画水量の等流水深時のものである。遅れ取
水流量の予測値あるいは計画値に基づいて、目標流量を
早めて与える場合は、最下流のＮリーチのゲートを基準
にして先ずその進み時間をゼロとする。上流に向かい伝
ばん時間だけ進める。す（ｉ−１〜Ｎ−１）とする。

第６図は本発明の別の実施例を示す構成図である。同図
に示す実施例が、第４図に示した第１の実施例と相違す
る点は、開度調節器１７企流量調節器１９に変更し、流
量計２０を付加しく水位計１５．１６は除去する）、該
流量計２０で測定した水路の流量をフィードバックして
、それが目標流量値と一致するように、流量調節器１１
）によりゲート操作機１８を弁してゲート１１のｌｌｌ
ＦＪ度のＰＩＤ制御を行なうようにした点である。この
結果、より精度の高い制御性が得られるようになった。

次に、ゲートＧ１〜Ｇ３から成る第７図に示した如き用
水路ゲートを想定し、これを対象、辷したときの本発明
による効果を、従来装置のそれと対比して示した特性図
を第７Ａ図に示す。第７Ａ図において、（イ）は本発明
による場合を示し、（Ｏ）は従来装置による場合を示し
ている。

第７図、第７Ａ図を参照する。同図に示すように、需要
水ｉＱ２がステップ状に変化したとする。

本発明による制御装置では、・第７Ａ図（イ）に見られ
るように、これを検出して直ちに、最上流の取水ゲート
Ｇ１の流ｉｔＱｇｔが増加する〇一方、２番目のゲート
Ｇ２は、需要水量Ｑ２の変化からＴ　２　／時間後にＨ
ｌ、５の水位変化を検出し、流量Ｑｇ２が増え始める。

さらに、需要水量Ｑ２の変化からＴ１時間後に、流量増
加指令が出て流ｉＱｇ２は立ち上るＯ これに対し、従来の直下流水位制御装置では、第７Ａ図
←）に見られるように、需−四水量Ｑ２の変化からＴ２
“時間後に２番目のゲートＧ２の直下流水位Ｈ２，２を
検出し、流量Ｑｇ２の増加が始凍る。

しかし、このゲー）Ｇ２の上流側の流−厩は増えていな
いため、ゲー）Ｇ２　を倒しても、ある程度以上は流量
が増えなくなってしまう。最上流の取水ゲー）Ｇｌの直
下流水位Ｈ２，１’！Ｅで変化が生ずるのは、需要水量
Ｑ２の変化から（Ｔ２”　＋　Ｔｌ　）時間後で、これ
より取水ゲー）Ｇｌの流量Ｑｇ１が増加し始める。さら
に、この影響が２番目のゲー）Ｇ２まで到達するのに、
Ｔ１時間かかり、結局、正味の流量増加まで　（Ｔ２”
＋　２Ｔ１　）時間かかる。ただし、簡単のため、上流
側への伝ばん時間と下流側への伝ばん時間は等しいもの
とした。

このように、外乱である需要水量の変ＩＪＩＪに対し、
操作水量であるゲート流量の変動が遅れる程、この間の
水位の変化は大きくなる。

この発明によれば、制御対象水位をリー・チ下流水位と
したため、従来技術について先に説明したような水位設
定上の不都合がない。また、下流（１！１での変動によ
りゲートが動けば、それが伯ちに、上流水位の変動とな
り、これにより、上流側のゲートが操作されるとい９よ
うに遅れなく、上流側へ伝えられていく。さらに、下流
側での需要水量に応じた流量を流し、演算器により上流
側からの流量の到達遅れを考慮し、順次、ゲートが操作
されるようにしたため、リーチ下流水位の変動の少ない
安定した制御となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は用水路の平面図、第１Ａ図は第１図において＠
Ａ−Ａに沿った断面図、第１Ｂ図は第１図において、Ｉ
ＪＢ−Ｂに沿った断面図、第２因は従来の用水路ゲート
制御装置を示す概念図、ｔ８３図は用水路における設定
水位と溢水発生の関係を示す説明図、第４図は本発明の
一実施例を示す構成図、第５図は転倒式ゲートにおける
越流流量の算出に必要な諸元の説明図、第６図は本発明
の別の実施例を示す構成図、第７図は成る用水路ゲート
の模式図、第７Ａ図は第７図に示した用水路ゲートを対
象としたときの本発明による効果を従来装置のそれと対
比して示した特性図、である。 符号説明 ｌ・・・河川、２・・・用水路、３・・・取水ゲート、
４゜５・・・用水路ゲート、６・・・水位計、７・・・
水位調節器、８・・・ゲート操作機、９・・・水路天端
、１１・・・ゲート、１２・・・演算器、１３・・・水
位調節器、１４〜１６・・・水位計、１７・・・開度調
節器、１８・・・ゲート操作機、１９・・・流量調節器
、２０・・・流量計。 代理人　弁理士　並　木　昭　夫 代理人　弁理士　松　崎　　　清 消　１　図 Ｒ 第１Ａ図 す 笥ｒＢ囚 第２図 第　３　図 １ノ 第４　図 ２ 第５図 第６図 ２ 第７図 ＠７Ａ図 ■ 署 １

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ）水源から取水ゲート’（ｚ介して導水される用水路
   を水の流れ方間に沿ってゲート（以下、用水路ゲートと
   云う）により複数区分に区分し、各区分から需要側へ水
   を供給するようにした力１ａ設の前記複数区分のうちの
   任意の区分（水諒側ズハら数えて１番目の区分、但し１
   は任意の正の整数とする）において、当該１区分より下
   流の各区分における需要水量の合計を求める第１の手段
   と、求められた需要水量の合計に進み演算または遅れ演
   算を施して出力する第２の手段と、当該１区分内の下流
   側水位をその設定水位と比較し、その偏差が零となるよ
   うに調節出力を発生する第３の手段と、前記１区分の直
   上流側用水路ゲート（以下、用水路ゲートｉと云う）を
   越えて上流側から下流１１１ｔｌへ流れる水量を求める
   第４の手段と、前記第２の手段からの出力と前記第３の
   手段による調節出力との和を設定流量とし、前記第４の
   手段により求めた水量を実際値とし、両者間の偏差が零
   となるように前記用水路ゲー）ｉの開度を制御する第５
   の手段とを有して成ることを特徴とする用水路ゲートの
   制御装置。 ２、特許請求の範囲第１項に記載の用水路ゲートの制御
   装置において、前記第２の手段が遅れ演算をほどこすと
   きは、演算によりほどこされる遅れ時間として、取水ゲ
   ートを含む最上流の区分から当該１区分に至るまでの流
   量の到達遅れ時間を選定することを特徴とする用水路ゲ
   ートの制御装置。 ３）％許請求の範囲第１項に記載の用水路ゲートの制御
   装置において、前記第２の手段が進み演算をほどこすと
   きは、演算によりほどこされる進°み時間として、用水
   路の最下流に位置する区分から当該１区分までの距離を
   流量が伝ばんするに要する時間を選定することを特徴と
   する用水路ゲートの制御装置。 ４）特許請求の範囲第１項乃全、第３項のうちの任意の
   一つに記載の用水路ゲートの制御１１装置において、前
   記第４の手段が、前記用水路ゲートｌの直上流の水位と
   直下流の水位から該ゲートｉを越えて上ｖｒｆＩＨｉｌ
   から下流側へ流れる水掃を求める手段から成ることを特
   徴とする用水路ゲートの制御装置０