JPS5969806A - 降雨流入貯水池における水位制御装置 - 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、堰（せき）により水流をせきとめて形成した
貯水池などにおいて、降雨により貯水池の水が増水して
氾濫をおこしたシしないように、櫂により水流を調節し
て貯水池水位を一定範囲内に１ｂ１］御しようとする水
位制御装置に関するものである。

第１図はこの独水位制御装置の従来例を示す模式図であ
る。同図において、ｌは堰であり、２は水位計、３は制
御装置、４は堰駆動装置、５は貯水池、である。

すなわち、水位計２により貯水池５の水位を検出し、そ
れに従い制御装置３が、堰駆動装置４を介して堰ｌの全
開・全閉制御（堰の角度θを小さくして堰を倒すと全開
になり、貯水池５からの流出流量が大となり、角度θを
大きくして堰を起こすと全閉になり、流出流量は僅小に
なる）、又は堰角度θの中間開度の開閉制御を、成る一
定時間間隔で行なう制御方式が採用されており、降雨に
よる流入流量の変化をいち早く取ジ入れて行なう精度の
高い水位制御は行われていなかった。

このため、降雨等により貯水池５の上流側への流入量が
急激に増大したとき、その流入量や流入速度に対して制
御動作が追いつかず遅れを生じてしまうため、堰１から
の水量の十分な越流量が確保できず、貯水池５の上流側
水位の異常な増加により、氾濫が生じる恐れがあった。

第１Ａ図は、第１図の水位制御装置における流入量、水
位、堰開度θなどの関係を示すグラフである。

例えば第１Ａ図（イ）に見られるように、降雨により貯
水池５への流入量が急激に増加し、その後、降雨の終了
と共に流入量が平常に戻った場合を想定したとする。こ
のとき、水位計２が流入量の増力口を水位の上昇として
時刻１．）に検出しく第１Ａ図口参照）、制御装置３が
堰駆動装置４を介して堰ｌの（角度θによる）開閉制御
を第１Ａ図（ハ）に示す如く行なったとすると、第１Ａ
図（ロ）に見られる如く、水位については、何も制御し
ないときよりは、水位の増加率は減少するが、それでも
かなり大きな水位の上昇があり、しかも流入量が平常に
戻ったとき、水位は平常水位ｈｏ以下に低下してしまう
。これは、堰駆動装置４により、堰開度θを岑近く筐で
制御した後、流入量が平常に戻っても、この開度θを復
旧させないからである（従来の制御装置では、開度θの
復旧は、人間の手によってなされ、入間が行なわない限
り、堰は倒れた菫ま、つまり全開状態になっていた）。

貯水池５における水位が平常水位ｈｏより低くなるとい
うことは、貯水量がそれだけ減ることであるから、その
後の池からの取水に支障をきたしたりする。さりとて、
流入量が平常に戻ったとき、貯水池水位が平常水位ｈｏ
を保つ程度に、堰の開度θを開いたとすれば、流出流量
が不充分となり、水位上昇による洪水の恐れが避けられ
ない。

本発明は、上述のような従来の技術的事情にかんがみな
されたものであり、従って本発明の目的は、降水等によ
り貯水池へ流入する流量が急激に一時的に増加した場合
においても、洪水の恐れがなく、また流入量が平常に戻
れば水位も平常水位に戻り、安定した水位調節を可能に
するところの降雨流入貯水池における水位制御装置を提
供することにある。

本発明の構成の概要は次の如くである。すなわち、貯水
池に流入することになる降水の強度（降雨強度）を求め
、核強度が一定値以下に小さいときは水位制御動作とし
て第１の動作モードを、一定値以上に大きいときは、第
２の動作モードをとることにする。第１の動作モードで
は、貯水池の設定水位として高位基準水位（Ｈ）Ｉ水位
）と低位基準水位（ＨＬ水位）の二つを設定し、貯水池
の実際水位が前記両水位の間にあるときは調節動作を行
なわず、実際水位がＨＨ水位を超えて高くなったとき、
またＨＬ水位以下に低下したとき、調節動作を行なう〇 第２の動作モードでは、設定水位として、少なくとも前
記ＨＨ水位よりは低い水位に降雨時基準水位（ＨＲ水位
）を一つだけ設定し、実際水位が）ＩＲ水位以上にある
か、以下にあるがとｂう水位偏差により調節動作を行な
う。しかもこのときの調節動作における調節作用の周期
、水位偏差に対する操作蓋の比率を降雨強度に関係して
変化させるなど、きめの細かい制御を行なう。そして、
雨が止んだら一定時間後に動作モードを第１の動作モー
ドに戻す。このようにして、上記目的を達成することが
できる。

次に図を参照して本発明の一実施例を説明する。

第２図は本発明の一実施例釜示すブロック図である。同
図において、ｌｌは水位計、１２は水位偏差演算回路、
１３は操作量演算回路、１４は操作量制限回路、１５は
出力回路、１６は堰駆動装置、１７は雨量計（１７ａ〜
１７ｎのｎ個の雨量計から成る）、１８は降雨強度演算
回路、１９はパラメータ演算回路、２ｏは制御間隔演算
回路、である。

さて、第２図において、貯水池５の水位を水位計１１に
上り計測し、その計測値を水位偏差演算回路１２へ入力
する。一方この回路１２へは、池５の水源地に配置され
た雨量計７（ｎ個の雨量計１７＆〜１７ｎから成る）に
より計測されたデータが降雨強度演算回路１８において
降雨強度ＲＩに変換されて入力される。ここで、降雨強
度とは、単位時間当りの降雨量であり、雨量計１７から
のデータがそれまでの雨量の積分値であるとすると、そ
れを微分することにより得られるものである。

水位偏差演算回路１２では、これらの値を用いて水位偏
差ΔＨを演算し、その値ΔＨを、降雨強度Ｒ１よりパラ
メータ演算回路１９において演算により求められるパラ
メータにとを用いて、回転層ｌの操作角度Δθが操作蓋
演算回路１３において演算される。

この操作角度Δθは操作量制限回路１４を経て出力回路
１５に出力され、更に堰駆動装置１６に送られて堰の回
転角度θを制御するが、その制御動作の時間的周期であ
る制御間隔は、降雨強度ＲＩを用いて制御間隔演算回路
２０により演算され、ΔＴとして出力回路１５に与えら
れているので、これにより制限を受ける。

以下、水位偏差演算回路１２を始めとする各演算回路等
の機能、役割等を詳細に述べる。先ず水位偏差演算回路
１２についてであるが、この演算回路１２は、降雨強度
演算回路１８から与えられ−ｚ笑際の降雨強度ＲＩと、
予め設定入力されている設定降雨Ｊ！ｌｉ度とを比較し
、実際強度が設定強度より小さいときは動作モード１を
採る。実際強度が設定強度を超したら動作モード１から
動作モードｎへ移行する。その後、実際強度が設定強度
以下（例えば降雨強度が零）にガったら、その以下にな
った時点から、やはり予め設定されている設定時間後に
、動作モードＨから動作モード１へ復帰する。

今、設定降雨強度を、その程度の降雨では貯水池への流
入水量がほとんど変化しない程度の強度に選んでおけば
、動作モード１は、降雨のない状態つまり平常時におけ
る動作モードとなり、動作モードｑは、降雨により貯水
池への流入流輩が増大するときの動作モードとなる。

それでは次に、動作モードＩと■では、それぞれどのよ
うな水位偏差を求める演算がなされるのかを、第３図を
参照して説明する。

第３図からも分るように、動作モード１においては、予
め設定されている三種類の水位、すなわち高位基準水位
（ＨＨ）、低位基準水位（ＨＬ）、および降雨時基準水
位（ＨＲ）のうち力・ら、前二者、つ筐り高位基準水位
（ＨＨ）と低位基準水位（ＨＬ）を選択し、これと水位
計１１により計測された実際の水位（Ｈ）とを用いて次
のような水位偏差（ΔＨ）を求めるための演算がなされ
る。

すなわち、実際水位（Ｈ）が高位基準水位（ＨＨ）より
鍋いときは次の目）式によりなされる。

ΔＨ−ＨＨ−Ｈ・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・χ１）実際水位（Ｈ）が高位基準水位
（ＨＨ）と低位基準水位（ＨＬ）との間にあるときは、
次の（２）式により、ΔＨ−０とする。

ΔＨ＝０．０　　　　・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・（２）また実際水位（Ｈ）が低
位基準水位（ＨＬ）以下のときは、次の（３）式により
水位偏差（ΔＨ）が求められる。

ΔＨ−Ｉ（Ｌ−Ｈ・・・・・・・・川・・・・・・・・
・・・・団・＋３１一方、動作モードＨでは、設定水位
として少なくも高位基準水位（ＨＨ）以下のレベルにあ
る降雨時基準水位（ＨＲ）’、ｒ設定水位として選択し
、水位偏差（ΔＨ）がすべての実際水位（Ｈ）に対し次
の（４）式に従って演算される。

ΔＨ−ＨＲ−Ｈ・・・・・・・・・・・・・・・山・・
・・・・・・・（４）尚、水位偏差演算回路１２におけ
る上記各設定水位、設定時間、設定降雨強度は、降雨に
よる貯水池への流入特性、回転堰ｊ流側の貯水池の貯留
特性及び回転基の越流特性などにより定まる定数として
設定される。

次に操作量演算回路１３では、動作モード１とＨに分け
て上記（１）弐〜（４）式で与えられる水位偏差（ΔＨ
）に対し、パラメータ演算回路１９から与えられる演算
パラメータ（Ｋ）を用いて次の（５）式により操作量（
Δθ）を演算する。

Δθ−に・ΔＨ・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・（５）ここでパラメータには、定数で
はなく、降雨強度演算回路１８から与えられる降雨強度
ＲＩの関数として算出される。その意味は、降雨強度が
太きいときは、同じ水位偏差ΔＨであっても、大きな操
作量Δθを出力するようにパラメータにのイ直を大きく
し、その反対に、降雨強度が小さいときは、同じ水位偏
差ΔＨであっても、小さな操作量Δθを出力するように
パラメータにの値を小さくし、降雨強度の強弱を取り入
れた操作量演算を行なうことにある。なお、ここで用い
る降雨強度は、演算回路１８から与えられる瞬時値では
なく、現時点より過去一定の時間幅内における平均値Ｒ
Ｉを用いるとよく、その平均値演算も回路１９で行なわ
れる。

降雨強度の平均値ＲＩに対するパラメータにの関数式は
、降雨による貯水池への流入特性、貯水池における貯留
特性、回転基の越流特性などにより定められるもので、
その−例を第４図に示す。

第４図においては、次の（６）式で与えらｎる関数が示
されている。

Ｋ　＝　ｆ　（Ｒ１）　−ａ　・ＲＩ　＋ＫＯ−…（６
）但し、ａ　（！：　ＫＯは定数 次に、操作員演算回路１３からの操作量Δθは操作量制
限回路１４に入力される。制限回路１４における制限特
性の一例を第５図に示す。同図において、横軸には入力
される操作蓋Δθを、縦軸には出力される動作角を示し
ている。

すなわち、操作員Δθの絶対値がΔθｍｌ。より小さい
ときは、動作角は零となｐ１操作童Δθの絶対値がΔθ
ｍａｘ　　より太きいときは、動作角はΔθｍａｘ　に
制限される。このように操作前を制限することにより、
不要に操作頻度が多くなることを防止し、また制御の行
きすぎを阻止し、安定した制御動作の笑現を狙っている
。

次に、出力回路１５は、操作量制限回路１４刀・らの操
作角度指令を、制御間隔演算回路２０から指示される間
隔（ΔＴ）に従って、堰駆動装置１６へ出力する回路で
ある。

制御間隔演算回路２０は過去一定時間（予めその時間幅
は設定されている）内の降雨強度の最大値を求め、その
値の関数として回転基１の駆動制御のための制御間隔（
ΔＴ）を演算して出力する１川路で、その意味は、降雨
強度の強いときは制御周期を短く、降雨強度が弱いとき
は制御周期を長くすることにより、制御性能の同上を図
ることにある。制御間隔ΔＴの演算式はその一例が次の
（７）式により与えられる。

ΔＴ＝ｆ（過去一定時間内のＲＩの最大値）＝−ａｅＲ
Ｉ＋ΔＴｏ　　　・旧用・・・・・（力但し、ａとΔ’
ｒｏは定数 第６図は、上記＋７１式で与えられる関数を表示したグ
ラフである。降雨強度の最大値が小さくなれば制御間隔
は長くなり、逆に降雨強度の最大値が大きくなれば制御
間隔が短くなることが認められるであろう。

以上で、第２図に示した実施例の動作説明を終わる。

Ｍ７図は本発明の他の実施例を示すブロック図である。

同図に示した実施例が、第２図の実施例と異なる点は、
降雨強度の芙際値を用いる代りに、それに代わるものと
して、貯水池における水位変化率を用いている点である
。

そのため、第７図では、水位変化率演算回路２１を設け
、この回路２Ｉは、水位計１１から与えられる水位の実
際値を用いてその変化率を算出し、１２．１９．２０の
各演算回路へ供給している。

降雨強度が水位の変化となって現われるまでには成る程
度の遅れ時間を要するので、第７図に示した実施例は、
第２図に示し７’Ｃ笑施例に比し、制御性能の面では劣
るが、雨量計を配置して降雨強度を算出する手段を要し
ないたけ、コストの低減を図ることが可能となる。ｍ作
は第２図のそれとほとんど同じであるから、説明は省略
する。

以上の実施例の他に次の変形実施例が考えられる。

（１）降雨強度の与を用いるのでなく、それと降雨量の
併用又は降雨量のみを使用する例（２）降雨強度のみま
たは水位変化率のみを使用するのでなく、その両者を併
用する例又は更に降雨量も併用する例 （３）水位偏差演算回路と操作量制限回路における外部
設定値を降雨強度を採用した場合と水位変化率を採用し
た場合とで他の値に変える例（４）上記の場合で回転堰
の回転角度の代わりに上下方向の移動距離を演算し、回
転堰の角度を制御する例 （５）上下又は斜め方向へ動く堰の移動距離を演算し適
用する例 この発明によれば、可変越流類を有する堰の上流側貯水
池への流入量変化を降雨強度又は水位変化率で検知し、
その計測値の大きさでその堰の上流側貯水池における水
位調節動作に際しての基準設定水位を変化させ、かつ調
節動作の非動作範囲も設定するようにするとともに、制
御間隔（調節周期）も可変になるように構成したため、
流入量が過大になると予測される場合は事前放流を迅速
に行なうことにより過大な水位上昇を抑え、かつ制御間
隔を短くして水位の安定制御を行うとともに、流入量が
平常に戻った場合は平常水位に自動復帰させ、かつ動作
頻度を不必要に多くせず、低減できるという効果が得ら
れる。この効果を模式的に第８図に示す。

降雨強度、それに伴い貯水池への流久蓋が第８図（４）
Ｋ示す如く変化したとすると、水位の変化は、第８図（
Ｏ）に見られるとおり、本発明を夾施した場合と笑施し
ない場合では、大きく異なり、またそのときの堰の開度
θの変化状況も第８図（ハ）に示されている。これらに
ついて、これ以上、詳述する必要はないであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は貯水池などにおける水位７Ｉ］ｌｌ側ノ装置の
従来例を示した模式図、第１Ａ図は第１図の水位制御装
置における流入量、水位、堰開度θなどの関係を示すグ
ラフ、第２図は本発明の一実施例を示すブロック図、第
３図は本発明による調節動作モードの説明図、第４図は
第２図のパラメータ演算回路１９において行なわれる演
算式の一例を示したグラフ、第５図は第２図の操作量制
限回路１４における制限特性の一例を示したグラフ、第
６図は第２図の制御間隔演算回路２０における演算式の
一例を示したグラフ、第７図は本発明の他の実施例を示
すブロック図、第８図は本発明による効果を模式的に示
したグラフ、である。 符号説明 ｌ・・・堰、２・・・水位計、３・・・制御装置、４・
・・堰駆動装置、５・・・貯水池、１１・・・水位計、
１２・・・水位偏差演算回路、１３・・・操作量演算回
路、１４・・・操作量制限回路、１５・・・出力回路、
１６・・・堰駆動装置、１７・・・雨量計、１８・・・
降雨強度演算回路、１９・・・パラメータ演算回路、２
０・・・制御間隔演算回路、２１・・・水位変化率演算
回路 代理人　弁理士　並　木　昭　夫 代理人　弁理士　松　崎　　　渭 第　１　図 第１Ａ図 置　）　　　　　　　　　　　　　　（つ）　　　　　
　　　　　　　　　　　　　（）り箸　２　、； 囁　（Ｌ、： Ｖυイ筆七〜ト　■　　　　　　１　　　　　“！り１
１七−ト　■第４図 平均腎部強度　ＲＩ 第６図 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）貯水池に流入することになる降雨の強度を求める第
   １の手段と、貯水池における水位を計測する第２の手段
   と、該第２の手段により計測された水位と設定水位を比
   較して水位偏差を算出する第３の手段と、算出された水
   位偏差が解消するように貯水池から流出する流量を制御
   する第４の手段と、第１の手段により求められた降雨強
   度が成る設定強度より低いときは、設定水位として高位
   基準水位（以下、ＨＨ水位と云う）と低位基準水位（以
   下、ＨＬ水位と云う）を設定して前記第３の手段に入力
   し、降雨強度が前記設定強度より高いときは、設定水位
   として降雨時基準水位（以下、ＨＲ水位と云う）を設定
   して前記第３の手段に入力する第５の手段とを有して成
   り、降雨強度が設定強度より低いときは、前記第３−の
   手段において、計測水位がＨＨ水位を超えた場合と、Ｈ
   Ｌ水位以下に低下した場合にのみ、水位偏差を算出して
   送出し、それによシ前記第４の手段が流出流量の制御を
   行なう第１の動作モードを採ジ、廃１ｊｌｆ強度が設定
   強度以上であるときは、前記第３の手段において、計測
   水位をＨＲ水位と比較することにより水位偏差を算出し
   て送出し、それにより前記第４の手段が流出流蓋の制御
   を行なう第２の動作モードを採るようにしたことを特徴
   とする降雨流入貯水池における水位制御装置。 ２、特許請求の範囲第１項に記載の水位制御装置におい
   て、第１の動作モードから第２の動作モードへ移行した
   後、該第２の動作モードから第１の動作モードへの復帰
   は、第２の動作モード時において降雨強度が零を含む成
   る特定強度に達し、その状態が一定時間継続した後にな
   されるようにしたことを特徴とする水位制御装置。 ３）特許請求の範囲第１項または第２項に記載の水位制
   御装置において、前記第３の手段により算出された水位
   偏差から前記第４の手段による流出流量制御のだめの操
   作量を演算して該第４の手段に供給する第５の手段をも
   ち、該第５の手段における操作量演算のパラメータとし
   て降雨強度を用いるようにしたことを特徴とする水位制
   御装置。 ４）％許請求の範囲第３項に記載の水位制御装置におい
   て、前記第５の手段から第４の手段へ操作量を供給する
   間隔を、降雨強度に依存して可変させたこきを特徴とす
   る水位制御装置。 ５）％ｆｆ趙求０範囲第１項乃至第４項のうちの任意の
   一つに記載の水位制御装置であって、前記第１の手段が
   貯水池における水位の変化率を演算する手段から成るこ
   とを％徴とする水位制御装置。