(57)【要約】【課題】  ダムの上流から下流への着水時間は、その時の流量によって変化するため、上流地点の流量からダムへの流入量を正しく予測するためには、流量に応じて変化する着水時間を正しく求めることが不可欠である。【解決手段】  ダムの放流量は階段状に変化するという特徴があるため、上流側ダムの放流量実績カーブと下流側ダムの流入量実績カーブを利用し、両ダム間の着水時間の実績値を算出する。さらに、各流量に応じた着水時間の実績値をテーブルに記憶するとともに、このテーブルの内容を実績値に応じて随時更新する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上流側ダムと下流側ダムとが連接するダムにおける下流側ダムの流入量予測方法において、
階段状に変化する上流側ダムの放流量及び階段状に変化する下流側ダムの流入量のそれぞれについて、放流量及び流入量が変化するタイミングを検出し、
前記放流量及び流入量が変化するタイミングの時間的な差分を用いて、上流側ダムから下流側ダムへの着水時間を求め、
前記着水時間を用いて、下流側ダムへの流入量を予測することを特徴とする流入量予測方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記着水時間を流量と関係付けてテーブルに記憶することを特徴とする流入量予測方法。
【請求項３】
請求項２において、
前記着水時間を前記テーブルに記憶する際に、先に記憶されている流量に対する着水時間を補正し、この補正された着水時間が記憶されたテーブルを使用して、下流側ダムへの流入量を予測することを特徴とする流入量予測方法。
【請求項４】
上流側ダムと下流側ダムとが連接するダムにおける下流側ダムの流入量予測手段を有し、計算機によってダムの管理・制御を行うダム管理制御システムにおいて、
前記下流側ダムの流入量予測手段は、階段状に変化する上流側ダムの放流量及び階段状に変化する下流側ダムの流入量のそれぞれについて、放流量及び流入量が変化するタイミングを検出し、前記放流量及び流入量が変化するタイミングの時間的な差分を用いて、上流側ダムから下流側ダムへの着水時間を求め、前記着水時間を用いて、下流側ダムへの流入量を予測することを特徴とするダム管理制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダムにおける流入量予測方法に係わり、特に、上流側と下流側とが連接するダムにおける下流側ダムの流入量を求める流入量予測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダムなどの貯水池では、ダムの管理・制御を行うため、ダム水位やゲート開度などのデータをリアルタイムで入力している。
【０００３】
また、ダムの管理・制御の省力化を図るため、適切な目標放流量を算出して、ダムゲートを制御しているが、ダムゲートを適切に制御するためには、ダムへの流入量を正しく予測することが不可欠となっている。
【０００４】
ダムへの流入量を予測して、ダムゲートを制御している代表的な公知文献としては、特許文献１がある。この公知文献では、上流流量からダムへの流入量を予測してダム水位の変化量と流入量とを試算するとともに、実際のダム水位の変化量と試算値との差をファジィ推論で妥当と判断したダム水位の変化量のみを、流入量の計算に使用する方法を提供している。
【０００５】
また、ダムへの流入量を予測するため、上流ダムから自ダム（下流ダム）までの河川の流下時間（着水時間）を算出し、この流下時間に基づいて上流ダムの放流量を予測することが、特許文献２に記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特許第２５７４５７６号
【特許文献２】特開２０００−１８９８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来技術は、着水時間に基づいて上流ダムの放流量を予測しているものの、上流側ダムの放流タイミングと下流側ダムの流入タイミングとを鑑みて、着水時間を計算する方法については言及していない。
【０００８】
一般的に、上流から下流への着水時間は、流量によって変化し、流量が大きいほど着水時間が短くなり、流量が小さいほど着水時間が長くなることが知られている。
【０００９】
このため、下流側ダムへの流入量を正しく予測するためには、流量に応じて変化する着水時間を正しく求めることが不可欠である。
【００１０】
本発明は、この着水時間を正確に求めることにより、下流側ダムへの流入量を正しく予測するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一実施態様である上流側ダムと下流側ダムとが連接するダムにおける下流側ダムの流入量予測方法は、階段状に変化する上流側ダムの放流量及び階段状に変化する下流側ダムの流入量のそれぞれについて、放流量及び流入量が変化するタイミングを検出し、放流量及び流入量が変化するタイミングの時間的な差分を用いて、上流側ダムから下流側ダムへの着水時間を求め、この求められた着水時間を用いて、下流側ダムの流入量を予測することを特徴とするものである。
【００１２】
また、着水時間を流量と関係付けてテーブルに記憶することが好ましい。
【００１３】
また、着水時間をテーブルに記憶する際に、先に記憶されている流量に対する着水時間を補正し、この補正された着水時間が記憶されたテーブルを使用して、下流側ダムの流入量を予測することが好ましい。
【００１４】
また、本発明の一実施態様であるダム管理制御装置は、上流側ダムと下流側ダムとが連接するダムにおける下流側ダムの流入量予測手段を有し、計算機によってダムの管理・制御を行うものである。
【００１５】
そして、下流側ダムの流入量予測手段は、階段状に変化する上流側ダムの放流量及び階段状に変化する下流側ダムの流入量のそれぞれについて、放流量及び流入量が変化するタイミングを検出し、放流量及び流入量が変化するタイミングの時間的な差分を用いて、上流側ダムから下流側ダムへの着水時間を求め、この求められた着水時間を用いて、下流側ダムの流入量を予測するものである。
【発明の効果】
【００１６】
以上により、本発明は、精度の高い着水時間を求めることができる。また、この正確に求められた着水時間と、上流側ダムの放流量（実績値）とを使用することにより、下流側ダムへの流入量を適切に予測することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
上流側ダムと下流側ダムとが連接する連接ダムにおいては、下流側ダムへの流入量は、上流側ダムの放流量の変化に最も大きく影響される。
【００１８】
また、上流ダムの放流量は、定周期（例：１０分間）のゲート操作タイミングで大きく変化し、階段状に変化するという特徴がある。
【００１９】
本形態では、この特性に着目し、上流側ダムの放流量の実績カーブ（実績値）の特徴と、下流側ダムの流入量の実績カーブ（実績値）の特徴とを利用して、上流側ダムと下流側ダムとの間の着水時間（実績値）を算出して、着水時間を用いて下流側ダムへの流入量を予測する。
【００２０】
つまり、階段状に変化する上流側ダムの放流量と、階段状に変化する下流側ダムの流入量とのそれぞれについて、放流量が変化するタイミング及び流入量が変化するタイミングを検出し、それぞれの変化タイミングの時間的な差分を用いて、上流側ダムから下流側ダムへの着水時間を求める。
【００２１】
このように、本形態では、階段状に（定周期のゲート操作タイミングで）操作される上流側ダムの放流操作の都度、放流量や流入量のデータを検出し、その都度、着水時間を計算するため、精度の高い着水時間を求めることができる。
【００２２】
さらに、各流量に応じた着水時間の実績値をテーブルに記憶すると共に、このテーブルの内容を実績値に応じて、つまり、流量と着水時間とにおける大小関係の整合性を考慮して、随時更新する。
【００２３】
この着水時間の実績値を求めて、テーブルに記憶し、上流側ダムの実績放流量とテーブルに記憶された着水時間とを使用して、下流側ダムへの流入量を予測する。
【実施例１】
【００２４】
以下、本発明の一実施例を、図１から図５を用いて説明する。
【００２５】
図１は、ダム管理制御システムを構成するゲート制御システムのブロック図である。
【００２６】
上流側ダム諸量演算処理１０１は、ダム水位・ゲート開度などの上流側ダム情報を入力し、上流側ダムのダム水位・流入量・放流量などを計算する。
【００２７】
そして、上流側ダム諸量演算処理１０１で計算された上流側ダムのダム水位・流入量・放流量などを用いて、上流側ダム目標放流量演算処理１０２が、目標放流量を演算し、この目標放流量に従って、上流側ダムゲート制御処理１０３がゲート制御信号を出力する。
【００２８】
下流側ダム諸量演算処理１０４は、ダム水位・ゲート開度などの下流側ダム情報を入力し、下流側ダムのダム水位・流入量・放流量などを計算する。
【００２９】
着水時間演算処理１０５は、上流側ダム諸量演算処理１０１で計算した上流側ダム放流量、および、下流側ダム諸量演算処理１０４で計算した下流側ダム流入量に基づいて、上流側ダムと下流側ダムとの間の着水時間を計算し、着水時間テーブル１０６を随時更新する。
【００３０】
下流側ダム予測流入量演算処理１０７は、上流側ダム放流量，下流側ダム残流量、および着水時間テーブル１０６の値を用いて、予測流入量を計算する。
【００３１】
このように着水時間演算処理１０５，着水時間テーブル１０６、および下流側ダム予測流入量演算処理１０７は、下流側ダムの流入量予測手段としての機能を有する。
【００３２】
そして、下流側ダム予測流入量演算処理１０７で計算された予測流入量や下流側ダム諸量演算処理１０４で計算された下流側ダムのダム水位・流入量・放流量などを用いて、下流側ダム目標放流量演算処理１０８が、目標放流量を演算し、この目標放流量に従って、下流側ダムゲート制御処理１０９がゲート制御信号を出力する。
【００３３】
着水時間演算処理１０５は、階段状に変化する上流側ダム放流量及び階段状に変化する下流側ダム流入量のそれぞれについて、放流量が変化するタイミング及び流入量が変化するタイミングを検出し、放流量が変化するタイミング及び流入量が変化するタイミングの時間的な差分を用いて、上流側ダムから下流側ダムへの着水時間を求めている。
【００３４】
着水時間テーブル１０６は、着水時間演算処理１０５で求められた着水時間を、流量と関係付けて記憶するものである。
【００３５】
着水時間演算処理１０５で求められた着水時間を、着水時間テーブル１０６に記憶する際には、先に着水時間テーブル１０６に記憶されている流量に対する着水時間を補正し、この補正された着水時間が記憶された着水時間テーブル１０６を使用して、下流側ダムへの流入量を予測する。
【００３６】
ここで、図１において、ゲート制御システムを構成する各ブロックを「・・・処理」と記載して説明したが、「・・・処理部」との意味を有するものである。
【００３７】
図２は、上流側ダムと下流側ダムとの関係を説明する図である。
【００３８】
上流側ダム２０１へ流入する水の量が流入量２０２（単位：ｍ3／ｓ）、上流側ダム２０１から放流される水の量が放流量２０３（単位：ｍ3／ｓ）であり、下流側ダム２０４へ流入する水の量が流入量２０５（単位：ｍ3／ｓ）、下流側ダム２０４から放流される水の量が放流量２０６（単位：ｍ3／ｓ）である。
【００３９】
上流側ダム２０１の放流量２０３が下流側ダム２０４に到達するまでの時間を着水時間２０７としている。一般的に、流量が大きいほど着水時間が短くなり、流量が小さいほど着水時間が長くなることが知られている。
【００４０】
なお、上流側ダム２０１と下流側ダム２０４との間の流域から、河川２１０に流れ入る流量が残流量２０８である。ここで河川２１０は、上流側ダム２０１と下流側ダム２０４とをつなぐ河川である。
【００４１】
したがって、着水時間経過後の下流側ダム２０４の流入量２０５は、上流側ダム２０１の放流量２０３に河川２１０からの残流量２０８を加算した値となる。
【００４２】
図３は、図１における着水時間演算処理１０５において、着水時間を計算する方法の説明図である。
【００４３】
グラフ３０１は、上流側ダム放流量Ｑａの変化を示したものである。グラフ３０１に示すように、上流側ダム放流量Ｑａは、定周期的なタイミングでゲートが操作されることによって、階段状に変化するという特徴がある。
【００４４】
そこで、一定周期で上流側ダム放流量Ｑａの変化を監視し、上流側ダム放流量Ｑａの変化量ΔＱを検出する。
【００４５】
このように、上流側ダムの放流量が階段状に変化するタイミングを検出することが必要である。
【００４６】
また、下流側ダム流入量Ｑin（ｍ3／ｓ）は、流入量計算周期をＴ（秒）、流入量計算周期間Ｔ（秒）に対する下流側ダムの貯水池における容量の変化をΔＶ（ｍ3）、流入量計算周期間Ｔ（秒）の平均放流量をＱout（ｍ3／ｓ）とすると、下記の式（１）で計算される。
【００４７】
【数１】
2010037770.tif 000003
【００４８】
この下流側ダム流入量Ｑinは、上流側ダム放流量Ｑａの着水時間経過後の値と残流量との和であるが、残流量が滑らかに変化するのに対して、上流側ダム放流量Ｑａは階段状に変化するため、下流側ダム流入量Ｑinも階段状に変化し、この変化を検出することにより、着水時間を求めることが可能である。
【００４９】
グラフ３０２は、下流側ダム流入量Ｑｂの変化を示したものである。グラフ３０２に示すように、下流側ダム流入量Ｑｂも、上流側ダムの放流量に起因して、階段状に変化するという特徴がある。
【００５０】
そこで、一定周期で下流側ダム流入量Ｑｂの変化を監視し、下流側ダム流入量Ｑｂの変化量ΔＱを検出する。
【００５１】
なお、下流側ダム流入量Ｑｂの変化量ΔＱを検出する際には、上流側ダム放流量Ｑａの変化量ΔＱに対して一定の誤差±αを考慮して検出するものとする。
【００５２】
このように、下流側ダムの流入量が階段状に変化するタイミングを検出することが必要である。
【００５３】
なお、下流側ダム流入量Ｑｂが階段状に変化するタイミングを検出する際には、グラフ３０２が残流量の影響から滑らかになるため、一定の変化許容時間ΔＴを考慮して検出するものとする。
【００５４】
上流側ダム放流量Ｑａの変化量ΔＱおよび下流側ダム流入量Ｑｂの変化量ΔＱ±αを検出することによって、着水時間Ｔａを求める。
【００５５】
つまり、上流側ダムの放流量が階段状に変化するタイミング及び下流側ダムの流入量が階段状に変化するタイミングの時間的な差分を用いて、上流側ダムから下流側ダムへの着水時間Ｔａを求める。
【００５６】
すなわち、一定周期で上流側ダム放流量Ｑａおよび下流側ダム流入量Ｑｂを監視し、上流側ダム放流量Ｑａの変化量ΔＱを検出した時刻と、ΔＴ時間以内に、下流側ダム流入量Ｑｂの変化量ΔＱ±αを検出した時刻と、の時間差を着水時間と判断する。
【００５７】
このように、上流側ダムの放流量が階段状に変化し、これに起因して、下流側ダムの流入量も階段状に変化する。つまり、着水時間を求めるためには、こうした上流側ダムの放流量及び下流側ダムの流入量がそれぞれの階段状に変化するタイミングを検出することが必要である。
【００５８】
このように、階段状に変化するタイミングを検出することにより、検出するチャンスが増加し、精度向上に結びつけることができる。
【００５９】
図４は、図１の着水時間演算処理１０５において、着水時間テーブル１０６を更新する方法を説明する図である。
【００６０】
図４に記載のテーブルは、流量（単位：ｍ3／ｓ）と着水時間（単位：分）とを対応させて記憶する構造であり、各ケースについて更新日時を記憶することができる。
【００６１】
図４（ａ）に示すテーブル４０１は、初期状態を示すものである。過去の経験値などに基づく初期値（推定値）をセットしておく。
【００６２】
図４（ｂ）に示すテーブル４０２は、図３に示した方法で着水時間を計算し、例えば、「３０ｍ3／ｓの着水時間が５５分」との結果が得られた場合に、テーブルを更新した例を示すものである。
【００６３】
この場合、「流量３０ｍ3／ｓ」のケースに「着水時間５５分」をセットすると共に、流量が小さいほど着水時間が長くなるという特性を考慮して、着水時間を補正する。
【００６４】
つまり、セットした流量よりも流量が小さいにもかかわらず、着水時間が小さいケースについて、今回、計算した着水時間と同じ値に置き換えることによって数値を補正する。
【００６５】
テーブル４０２では、流量が３０ｍ3／ｓ未満の各ケースについて、着水時間が５５分よりも小さく設定されている部分を、５５分に置き換えたものである。
【００６６】
なお、流量３０ｍ3／ｓのケースに更新時間が記憶される。
【００６７】
図４（ｃ）に示すテーブル４０３は、図３に示した方法で着水時間を計算し、例えば、「６０ｍ3／ｓの着水時間が３５分」との結果が得られた場合に、テーブルを更新した例を示すものである。
【００６８】
この場合、「流量６０ｍ3／ｓ」のケースに「着水時間３５分」をセットすると共に、流量が  大きいほど着水時間が短くなるという特性を考慮して、着水時間を補正する。
【００６９】
つまり、セットした流量よりも流量が大きいにもかかわらず、着水時間が大きいケースについて、今回、計算した着水時間と同じ値に置き換えることによって数値を補正する。
【００７０】
テーブル４０３では、流量が６０ｍ3／ｓ以上の各ケースについて、着水時間が３５分よりも大きく設定されている部分を、３５分に置き換えたものである。
【００７１】
なお、流量６０ｍ3／ｓのケースに更新時間が記憶される。
【００７２】
図４に示すように、流量に起因する着水時間は、随時更新され、更新された最新の着水時間を用いて、下流側ダムへの流入量を予測するため、精度の高い予測が実現できる。
【００７３】
図５は、図１の下流側ダム予測流入量演算処理１０７において、下流側ダムへの予測流入量を演算する方法を説明した図である。
【００７４】
まず、上流側ダム放流量の実績値グラフ５０１に対して、着水時間を考慮して、下流側ダムに到着する流量はグラフ５０２で表され、これは下流側ダム流入量の一部となる。
【００７５】
また、下流側ダム流入量の実績値グラフ５０３に対して、グラフ５０２を差し引いた残りの部分が、ハッチング箇所５０４であるが、これは下流側ダムへの残流量に相当する。
【００７６】
この残流量５０４を抽出し、外乱や計算誤差等による波動が含まれるため移動平均処理を施し、未来部分へ延長することにより、残流量の予測グラフ５０５が得られる。
【００７７】
一方、グラフ５０２のうち、未来部分（ハッチング箇所）５０６は、予測される下流側ダムへの流入量のうちの、上流側ダム放流量に相当する部分である。
【００７８】
したがって、残流量の予測グラフ５０５に、未来部分５０６を加算することにより、下流側ダムの予測流入量グラフ５０７を求めることができる。
【００７９】
この際、図４に記載したテーブルに記憶された着水時間と流量との関係を考慮して、図５に示す未来部分（現在より右側部分）を予測する。
【００８０】
このように本形態により、連接ダムにおける下流側ダムの予測流入量の精度が向上し、ゲート制御システムに適用することが可能となり、ダム操作の信頼性向上が可能となる。
【００８１】
そして、ダムの放流が下流の河川へ与える影響を抑えることができ、水害防止などの効果が得られる。また、的確なダム放流操作が実施できることにより、水資源の有効活用を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明は、上流側と下流側とが連接するダムにおける下流側ダムの流入量を精度よく求めることができ、特に、ゲート制御システム等のダム管理制御システムに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本形態を実施するゲート制御システムのブロック図である。
【図２】上流側ダムと下流側ダムとの関係の説明図である。
【図３】着水時間を計算する方法の説明図である。
【図４】着水時間テーブルを更新する方法の説明図である。
【図５】予測流入量を演算する方法の説明図である。
【符号の説明】
【００８４】
２０１  上流側ダム
２０２，２０５  流入量
２０３，２０６  放流量
２０４  下流側ダム
２０７  着水時間
２０８  残流量
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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