(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中小河川とその周囲の大河川とを水路で接続し、突発出水時に前記中小河川の雨水を水位に余裕のある大河川へ排出する地下排水ポンプを備えた河川網における水路の流動状態を解析する河川網流れの解析支援装置において、
前記水路の流動状態を連続の式及び運動方程式を用いて解析する複数の演算ユニットを備えた解析手段と、この解析手段により得られる水位情報から前記水路に自由表面がある開水路状態か自由表面がない閉水路状態かを判断する判断手段と、この判断手段の出力に基づいて前記開水路と閉水路それぞれの解析に必用な座標刻み幅と時間ステップを算出して各演算ユニットの演算負荷が均一となるように、各演算ユニットの解析範囲を割り当てる割り当て手段とを備え、
この割り当て手段は、前記閉水路の長さＬと圧力波伝播速度ａから解析に必要な座標刻み幅ΔＸcおよび時間ステップΔＴcを決定するステップと、前記開水路や河川に対しては波の伝播速度ｃから解析に必要な時間ステップΔＴoを決定するステップと、前記閉水路と同じ（座標刻み幅／時間ステップ）比となるように前記開水路や河川毎の座標刻み幅ΔＸoを決定するステップと、その後（水路長さＬ／座標刻み幅ΔＸ）×（１／時間ステップΔＴ）から各水路毎の演算量を計算し、各演算ユニットの演算負荷が均一となるように近接する河川や水路毎に演算ユニットを割り当てるステップとからなることを特徴とする河川網流れの解析支援装置。
【請求項２】
前記水路の流動状態を検知する検知手段と、この検知手段の出力と前記解析手段の解析結果とを比較し偏差を求める偏差演算手段と、この偏差演算の出力に基づいて運転指令のガイダンスを出力するガイダンス手段とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の河川網流れの解析支援装置。
【請求項３】
前記割り当て手段は開水路もしくは開閉共存水路の演算に対しては他の水路の演算に比して少数の演算ユニットを割り当てるものであることを特徴とする請求項１に記載の河川網流れの解析支援装置。
【請求項４】
前記割り当て手段は所定時間ごとに作動し、前記演算ユニットの解析範囲を割り当てることを特徴とする請求項１に記載の河川網流れの解析支援装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は雨水を排水する河川網の流れを解析する解析支援装置及びそれを備えた排水機場の運転支援装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
雨水排水ポンプ機場の設計においては、数１０年に１度の大雨による出水でも排水できるよう機場のポンプ設備を計画する。又、河川に関してもこのような大雨時でも氾濫しないように護岸工事を行っている。しかし、都市部の舗装率の向上や排水溝の整備により、同じ雨量でも中小河川や排水機場への雨水の流入が短時間に集中するようになってきている。又、都市部で消費されるエネルギ−密度の増加によりヒ−トアイランド現象を生じ、記録的な大雨の発生度数も増加している。このため新設の排水機場では、機場の計画排水量を従来より大きくして流域の洪水を防止している。しかし既設の機場では、ポンプ起動時までの流入雨水のバッファとなる取水池容量を大きくすることが出来ず、都市化に伴う急激な出水の対策が望まれている。同様に都市部の中小河川では、護岸の近隣まで家屋が密集しており、護岸の嵩上げ工事が困難である。
【０００３】
この突発出水の対策として、出水時にできるだけ素早く排水するよう、雨水が排水機場に流入する以前に排水ポンプを全速で運転する先行待機運転が供用され始めている。このような先行待機運転を利用しても、中小河川の水位の上昇は突発出水では著しく、護岸高さの許容雨量を上回る記録的大雨量による、氾濫の恐れが大きい。そこで、大河川側に地下排水機場を設け、中小河川とその周囲の大河川とを地下水路で接続し、突発出水時に中小河川の雨水を水位に余裕のある大河川へ排水する地下排水ポンプ機場システムが計画されている。
【０００４】
なお、雨水等による河川の増水に基づいて、排水ポンプの運転を制御することが特公昭６３−２３３９１号公報に、増水を予測して排水ポンプ運転を表示することが特開平１−１３４６９７号公報に、予め求められた水位予測曲線に基づいて排水ポンプ運転を制御することが実開昭５８−１４７０１０号公報に、降雨強度から流出量、管渠内流下を全て予測してポンプ所への流入量を予測する装置が特開平６−３２２８０８号公報にそれぞれ記載されている。さらに、複数の河川や水路を有する河川網において、各河川や水路の流動状態全てを考慮し、圧力管を運用する排水ポンプ機場の運転支援装置の例が特開平７−２６５９５号公報に、その運転制御システムが「ターボ機械」第２１巻第１０号第２３〜２９頁に記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
地下の排水ポンプ機場では、機場深さを浅くしかつ地下水路径やポンプ容量を小さくするため、ポンプ運転時は常に地下水路を水で満たす圧力管（閉水路）として運用することがある。このような圧力管運用の排水機場では、地下水路に接続される立坑や上流側河川からの雨水流入部の水位高さにより、吸込揚程が短時間に大幅に変化し、ポンプ運転流量の変化が大きくなるという新たな不具合が生じている。この場合、従来用いられている特公昭６３−２３３９１号公報に開示されたような方法では、精度の良い運転制御が困難である。
【０００６】
また、中小河川と大河川と単一の地下水路だけから成るような単純な水路では、排水ポンプ機場の運転制御が比較的容易であり、特開平１−１３４６９７号公報、実開昭５８−１４７０１０号公報や特開平６−３２２８０８号公報に開示の技術を用いることも可能であるが、複数の河川や水路を有する河川網では、各河川や水路の流動状態全てを考慮した排水ポンプ機場の運転制御が必要となる。このような河川網の流動を考慮した特開平７−２６５９５号公報及び「タ−ボ機械」第２１巻第１０号第２３〜２９頁に記載された従来の技術においては、全ての河川や水路を含んだ河川網全域を解析対象としており、初期境界条件として、水路や立坑への各流入口への流入ハイドロや立坑の水位を同時刻に与えている。従って、開水路と閉水路の現象伝播速度の違いに加えて、水路や立坑流入口と排水ポンプ機場までの距離の違いも含まれ、最も現象伝播の遅い水路で決まる時刻、即ち現在から最も過去の時刻の境界条件で河川網が解析され、最新の降雨状況を反映したものにはならない。河川網解析は初期値境界値解析となるから、境界条件を時々刻々与えれば降雨条件を反映した解析が可能である。しかし、従来の方法では水路毎の現象伝播時間は解析が終了した後に初めて明らかとなり、最新の降雨状況を反映するためには全ての境界条件を共通して時々刻々与える必要があり、解析時間がかさむ原因となっている。
【０００７】
本発明の目的は、上記不具合を解消するためになされたものであり、多数の水路や河川で構成される河川網に対して、機場容量の設計雨量を上回って大量に降雨が発生しても、排水機場や中小河川流域の冠水の危険性を事前に解析評価できる装置を提供することにある。◆
また、地下にポンプを設置した排水機場で吸込水路を圧力管（閉水路）として運用する場合に、吸込水位の変動にかかわらずポンプを高い信頼性で運転制御できる装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、中小河川とその周囲の大河川とを水路で接続し、突発出水時に前記中小河川の雨水を水位に余裕のある大河川へ排出する地下排水ポンプを備えた河川網における水路の流動状態を解析する河川網流れの解析支援装置において、前記水路の流動状態を連続の式及び運動方程式を用いて解析する複数の演算ユニットを備えた解析手段と、この解析手段により得られる水深情報から前記水路に自由表面がある開水路状態か自由表面がない閉水路状態かを判断する判断手段と、この判断手段の出力に基づいて前記開水路と閉水路それぞれの解析に必用な座標刻み幅と時間ステップを算出して各演算ユニットの演算負荷が均一となるように各演算ユニットの解析範囲を割り当てる割り当て手段とを備え、この割り当て手段は、前記閉水路の長さＬと圧力波伝播速度ａから解析に必要な座標刻み幅ΔＸcおよび時間ステップΔＴcを決定するステップと、前記開水路や河川に対しては波の伝播速度ｃから解析に必要な時間ステップΔＴoを決定するステップと、前記閉水路と同じ（座標刻み幅／時間ステップ）比となるように前記開水路や河川毎の座標刻み幅ΔＸoを決定するステップと、その後（水路長さＬ／座標刻み幅ΔＸ）×（１／時間ステップΔＴ）から各水路毎の演算量を計算し、各演算ユニットの演算負荷が均一となるように近接する河川や水路毎に演算ユニットを割り当てるステップとからなることにより達成される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のいくつかの実施例を図１から図１８を用いて説明する。◆
図１は本発明の第１実施例に係る河川網の流れ解析支援装置の構成図である。図１において、解析支援装置Ａはマルチ処理装置Ａ１、マルチ処理装置Ａ１の制御装置Ａ２、プリンタ１７、プロッタ１８、ネットワ−ク１９、キーボードを備えたＣＲＴ２０等の外部機器を有しており、マルチ処理装置Ａ１は複数の演算ユニットＡ１４を持つ解析装置Ａ１１、入力装置Ａ１２および出力装置Ａ１３を備えている。本実施例の解析支援装置では、ＣＲＴ２０を用いて解析入力条件を入力し、マルチ処理装置Ａ１内の解析装置Ａ１１が転送されたデータを解析する。一方入力装置Ａ１２は、河川や水路流入口での流入量および水位等の水路情報や、ポンプの運転状況等をネットワ−ク１９を介して解析と並行して定期的に入力する。解析結果や水路情報、ポンプの運転状況は出力装置Ａ１３で編集され、ＣＲＴ２０やプリンタ１７またはプロッタ１８に出力される。マルチ処理装置Ａ１の制御装置Ａ２は、プリンタ１７からＣＲＴ２０までの外部機器とマルチ処理装置Ａ１間のデ−タ転送、マルチ処理装置Ａ１内の入出力装置Ａ１２、Ａ１３と解析装置Ａ１１との間のデ−タ転送のタイミングや優先順を制御する。
【００１５】
図２に、本実施例による解析支援装置内の解析処理の流れを示す。本実施例においては図３に示した河川網を解析する場合を例に取り説明する。図３において、水路１、河川６、ポンプ井４および立坑７等の水路構成要素の形状デ−タＳ１１、水路１や立坑７への流入ハイドロＳ１２、ポンプ５の容量や台数等の運転状態デ−タＳ１３、立坑７の水位などの流動デ−タＳ１５等からなる入力デ−タＳ１をＣＲＴ２０を用いて解析装置Ａ１１に入力する。次に流動解析に入り、図３に示した排水機場１０のポンプ井４の内水位と水路１の初期流入量に基づいて、初期定常解析（Ｓ２）で各水路内の初期水位分布を計算する。
【００１６】
水路状態判定部（Ｓ３１）は、各水路が開水路か閉水路かを水路水位から判定し、この水路状態判定結果と水路構成要素デ−タとから、河川網をブロック分けする（Ｓ３６）。すなわち、互いに近接する河川や開水路と、閉水路や開閉共存水路とを別個の解析ブロックとして個別の演算ユニットを割り当てて非定常解析に入る。水路水位から得られた水路状態が開水路または閉水路のみであれば、連続の式と運動方程式をそれぞれ開水路（Ｓ３２）および閉水路（Ｓ３３）の各ステップにおいて時間進行法で解く。開路と閉路が共存する開閉共存水路の場合には、境界面処理部（Ｓ３４）で境界面位置を設定し、開閉共存水路解析（Ｓ３５）を実行し、境界面で連続条件と運動量保存則を満足する水位と流速を決定する。
【００１７】
各解析ブロックの解析結果は一定時間ステップ毎に纏められ、水路状態判定部（Ｓ３１）がその時刻における各水路の流動状態を判定し、再び解析ブロック分けし、解析ユニット割り当て部（Ｓ３６）で解析ユニットの割り当て量を変更する。さらに入力装置Ａ１２において、流入ハイドロＳ１２、運転状態デ−タＳ１３および流動デ−タＳ１５を取り込み、以下同じ手順で所定時間だけ解析を継続する。解析結果Ｓ３７は一定時間毎に出力装置Ａ１３で編集され、プリンタ１７やプロッタ１８に出力される。
【００１８】
なお、上記流路の解析では、以下に述べる方法を用いている。図３において、河川６ｂの越流堰８からの越流水や雨水９は立坑７から水路１に流入し、取水池２まで自然流下してゲ−ト３で流量調整されてポンプ井４に流入する。流入した水はポンプ５により河川６ａに排水されるが、流入量とポンプの排出量の関係から、水路１の流動状態は図４〜７に示すように変化する。図４に示したものは、水路の一部に自由表面がある状態で開水路と呼ばれ、表面波の伝播速度ｃで現象が伝播する。一方、図５に示したものは、水路に自由表面がない状態で閉水路と呼ばれ、圧力波の伝播速度ａで現象は伝播する。また、図６に示したものは、水路の一部は自由表面を有する開水路、一部は自由表面がない閉水路となっている場合であり、開閉共存水路と呼ばれる。水路内の流動状態により、内圧や現象の伝播速度が大幅に異なり、水路の設計や運用において流動状態を正確に把握することが重要である。しかしながら、この流動状態はいずれも波動方程式で表わされるので、式の形自体は同じである。図７において、ｘを水路長さ、ｙを水深、ｔを時間、ｖを平均流速、ｈをヘッドとすると、開水路の流れの連続の式と運動方程式は（式１）と（式２）で表される。
【００１９】
【数１】
0003692622.tif 000002
【００２０】
【数２】
0003692622.tif 000003
【００２１】
ここで、Ａは流水断面積、Ｔは開水路水面の幅、ａは閉水路の圧力波伝播速度、ｃは開水路の波の伝播速度、Ｃは特性曲線、Ｓfは摩擦勾配、Ｓ0は水路床勾配、ｇは重力加速度である。◆
閉水路の場合には、（式１）と（式２）において、水深ｙをヘッドｈに、波の伝播速度ｃを圧力波伝播速度ａに置き換える。波の伝播速度ｃは、数ｍ／ｓであるのに対し、圧力波伝播速度ａは通常１０００ｍ／ｓを超えるため開閉共存水路の境界面で現象は急変する。
【００２２】
このように構成した本実施例においては、河川網流れを解析する解析装置の動作と同時並行して、その入力装置および出力装置を作動させることが可能である。従って、河川網の流れ解析支援装置において、河川網における流動解析に流れの基礎式、即ち連続の式と運動方程式を用いても、解析に時間を要するということがない。すなわち、開水路と閉水路が混在する河川網を解析する場合でも、予め開水路となることが明らかな河川については解析時間ステップや座標刻みを常に大きく保つ。一方、開水路と閉水路の区別が事前には明らかでない水路については、初期定常解析に応じて閉水路及び開閉共存水路の場合のみ高速の圧力波伝播速度に合わせて解析時間ステップや座標刻みを細かくする。この結果、解析時間ステップや座標刻みが大きい河川及び開水路では、一定時間毎の解析を比較的短時間で完了でき、解析中に出力ポ−トを使用して外部機器へデ−タを出力することができる。さらに、閉水路については、比較的短い時間間隔で入力装置から最新の流入条件が入力されるが、入力装置は出力装置および解析装置と独立に動作可能であり、解析に要する全時間はほぼ閉水路の解析時間のみで決まる。従って、水路が１次元的な場合には、実現象時間に追従して解析できる。
【００２３】
上記実施例では、河川網に対して単一の方法で解析していた。しかし、上記実施例に示した解析支援装置の解析部は複数の解析ユニットを備えており、比較的単純な河川網や複雑な河川網であっても開水路とみなされるところが多いときには、解析支援装置の解析部に余裕があれば１台の解析支援装置で複数の解析を行える。
【００２４】
図８〜１１に、本発明に係る解析支援装置を用いて、複数の解析処理を行う場合の処理部の負荷分担を示す。図８は複雑な河川網の一例の模式図であり、図９はこの中の水路部分の詳細図である。また、図１０は河川網に閉水路が多い場合の負荷分担図、図１１は比較的開水路が多い場合の負荷分担図である。図１０及び図１１の枠内の数字は、図８に示した河川及び水路部に対応することを意味し、（´）の付いた数字は第２の解析分担個所であることを意味する。解析装置Ａ１１の演算ユニットＡ１４は、水路の流動状態に応じて負荷が均一となるように分担が決められ、河川や開水路の解析に少数の演算ユニットが、閉水路の解析に多数の演算ユニットが割り当てられる。従って閉水路が多い図１０の場合には、必要な解析速度を得るために全演算ユニットが解析に使用される。しかし、図１１に示したように開水路が多くなると、同じ解析速度を得るために必要な演算ユニット数が少なくて済むので、余剰の演算ユニットで異なる２種類以上の計算を同時に並行して行える。
【００２５】
これにより、本実施例においては解析精度を向上させることができる。つまり、例えば水量が少なく開水路になる水路が多いときに、解析に比較的余裕のある時点で、特に精度が要求される水路に対して、流路抵抗等の解析上の仮定値を異ならせて２種類以上の解析を同時に行う。この解析結果を実時間経過後の実測デ−タと比較し、仮定値の精度を評価する。この仮定値の評価結果からより近い解析条件が求まり、図２に示すように、出力装置Ａ１３からＣＲＴ２０に次の時間帯の解析条件をガイダンスＳ５３として出力する。
【００２６】
なお、図１に示した解析支援装置において、入力装置から入力された実デ−タと解析結果との偏差を求める図２に示すような偏差算定部Ａ１５を設け、各実デ−タとの偏差を逐次評価すれば、河川網の実際の流動に合わせた解析を実時間で行える。すなわち、解析と並行して入力装置Ａ１２から立坑７の水位や水路１中の水位およびヘッドを定期的に取り込み、解析結果Ｓ３７との偏差を逐次求める。この偏差の時間変化が大きい場合には、河川や水路に大量の土砂が流入する等の流動状態の変動の可能性が大である。そこでこの場合、偏差の時間変化が大きい個所が水路の途中であっても、解析上ではこの個所で２個所の解析区間に分割し、この個所での実デ−タを境界条件に取り込む解析方法に変更する旨のガイダンスを出力する。従って、流動条件が時々刻々変化する河川網の場合に、変化の大きい個所を解析する必要がなくなり、従来のファジ−方式より精度が高く、ニュ−ロ方式と比較して短時間に実際に近い解析結果が得られる。
【００２７】
図１２は、水路毎の流動状態に応じて各演算ユニットＡ１４の負荷配分を均一化する場合に、演算ユニットの割り当てを説明する図である。まず、図３に示した排水機場１０のポンプ井４の内水位Ｄ１と水路１の初期流入量Ｄ２に基づいて初期定常解析Ｓ２を実行し、各水路内の初期水位分布を計算する。次に、この水位分布に基づいて水路状態を判定し、その水路判定結果Ｓ３１と水路構成要素デ−タＳ１１とから、解析部の演算ユニットを割り当てる。つまり、閉水路の長さＬと圧力波伝播速度ａから解析に必要な座標刻み幅ΔＸcおよび時間ステップΔＴcを決定する。そして、開水路や河川に対しては波の伝播速度ｃから解析に必要な時間ステップΔＴoを決定し、閉水路と同じ（座標刻み幅／時間ステップ）比となるように開水路や河川毎の座標刻み幅ΔＸoを決定する。その後、（水路長さＬ／座標刻み幅ΔＸ）×（１／時間ステップΔＴ）から各水路毎の演算量を計算し、各演算ユニットの演算負荷が均一となるように、近接する河川や水路毎に演算ユニットＡ１４を割り当てる。
【００２８】
開水路の中で（水路長さＬo／波の伝播速度Ｃo）で表される量が最長となる時間ステップΔＴox毎に、水路状態判定部Ｓ３１において水路水位から各水路が開水路か閉水路かを判定し、演算ユニット数を見直し変更する。この変更では解析結果の代わりに、水路の実測デ−タを用いても良い。
【００２９】
以上説明したように、流動状態の遅い河川や開水路と、現象伝播速度の早い閉水路が混在する河川網においても、解析結果又は水路実測デ−タのいずれかの水路流動状態から、各水路の流動状態に応じて演算ユニットの割り当てを定期的に見直す。そして、水路が閉水路のみの場合および閉水路と開水路が混在する場合には、その水路に対して演算ユニットの配分数を多くすることにより、河川網全体で解析の負荷が均一となり、解析を必要最小限の時間で行える。従って、複数の排水機場からなる河川網においても、１個所の排水機場の運転状態を変更しても他の水路への影響を実時間で評価できる。排水機場の計画容量または警戒水位を超える大雨量が流入して水路が閉水路の状態になっても、排水機場や中小河川流域の冠水を防止できる。また、現象の伝播速度が早い閉水路部を高速で解析でき、水路を圧力管で運用した場合に水路のサ−ジングやポンプの作動遅れの危険性を予め解析評価できる。
【００３０】
図１３に、解析支援装置の演算処理に適した演算素子の一例を示す。筐体Ａ３に格納された基板Ａ３６上に解析用素子Ａ３１、入力用素子Ａ３２、出力用素子Ａ３３および制御用素子Ａ３４が配置されており、各素子間はそれぞれが有する信号転送部Ａ３５により密結合している。このように構成した本実施例の演算装置では、各素子が互いに独立に動作していても、制御装置Ａ２が各素子間の信号転送の同期をとっているので、各素子を同時平行して作動させることができる。
【００３１】
図１４に、解析支援装置に設けた演算素子間で信号を伝達できるようにしたときの各演算素子の結合の一例を示す。複数の解析用素子Ａ３１は縦横の格子状に配列されており、解析用素子Ａ３１、入力用素子Ａ３２、出力用素子Ａ３３および制御用素子Ａ３４にはそれぞれ２つ以上の信号転送部Ａ３５が備えられている。
【００３２】
本実施例によれば、２つ以上の他の素子と信号を遣り取りでき、解析用素子、入出力用素子および制御用素子間では、１つの素子当たり２ヵ所で同時に信号を転送できる。すなわち、解析、入出力および機器の運転制御を同時に行える。
【００３３】
また、図１４において破線で示したように各演算素子間をト−ラス結合とすると各演算素子間の信号転送回数が最小となり、隣接する水路に対して各演算素子が隣合わせとなるように演算素子を割り当てない場合であっても、高速の演算処理が可能となる。
【００３４】
図１５に、本発明に係る排水機場の運転支援装置の一実施例を示す。図１５において、運転支援装置Ｂはマルチ処理装置Ａ１、マルチ処理装置の制御装置Ａ２、プリンタ１７、プロッタ１８、ネットワ−ク１９およびＣＲＴ２０を備えている。そして、マルチ処理装置Ａ１は解析装置Ａ１１、入力装置Ａ１２、出力装置Ａ１３および機器の運転制御装置Ｂ１を有している。本実施例においては、ＣＲＴ２０を用いて解析入力条件を作成し、マルチ処理装置Ａ１の解析装置Ａ１１にデ−タを転送している。一方、入力装置Ａ１２には河川や水路流入口での流入量、水位等の水路情報およびポンプの運転状況等がネットワ−ク１９を介して解析と並行して定期的に入力される。解析結果や水路情報は、図１６に示すように、出力装置Ａ１３で編集されてプリンタ１７またはプロッタ１８に出力されると共に、運転制御装置Ｂ１でポンプの運転制御信号Ｓ６に変換され、ＣＲＴ２０に運転指令のガイダンスＳ５３として表示される。マルチ処理装置Ａ１の制御装置Ａ２は、プリンタ１７からＣＲＴ２０までの外部機器とマルチ処理装置Ａ１との間のデ−タ転送や、マルチ処理装置Ａ１内の入出力装置Ａ１２、Ａ１３と解析装置Ａ１１との間でデ−タ転送する。さらに、運転指令と解析条件の入力やデ−タの転送のスケジュ−リングを行い、緊急の運転制御出力のない時間帯に解析装置Ａ１１へ解析条件を入力したり転送したりする。
【００３５】
このように構成した本実施例では、河川網流れを解析する解析装置及びその入力装置や出力装置の動作と同時に、排水機場の機器類をも作動させることができる。この結果、降雨時に地下水路の実測デ−タ及び排水機場のポンプ運転状況に基づいて解析条件を時々刻々修正しながら解析し、特に流動状況が急変する開水路と閉水路との混合部の解析を高速に行えるので、水位変動の影響を事前に評価して運転準備できる。従って、地下排水機場で吸込水路を閉水路（圧力管）として運用しても、吸込水位の変動にかかわらずポンプを高い信頼性で運転できる。
【００３６】
上述した図１６に示した実施例では、単一の解析に基づいて排水機場の機器類を運転制御している。しかし、比較的単純な河川網や、開水路が多い流動状態で解析支援装置の演算処理部に余裕がある場合には、１台の解析支援装置で複数の解析を行うことが出来る。従って、いくつかの運転制御法について解析し、最も望ましい結果が得られる制御法を選定することも可能である。
【００３７】
図１７及び図１８に、上述した本運転支援装置を用いて、各処理を同時並列に行うときの処理部の負荷分担を示す。図１７は開水路が多くて解析に比較的余裕のある時点での負荷分担図、図１８は閉水路が多く緊急の運転操作が必要になると予測される場合の負荷分担図である。解析装置Ａ１１の演算ユニットＡ１４は水路の流動状態に応じて負荷が均一となるように分担が決められ、河川や開水路には少数の演算ユニットが、閉水路には多数の演算ユニットが割り当てられる。従って開水路が多い図１７の場合、実時間で解析速度を得るために必要な演算ユニット数は少なくて済むため、余剰の演算ユニットでポンプ機場の機器に対して２種類以上の計算を同時に解析できる。一方、緊急の運転操作が必要になると予測される場合には、この排水機場１０の水路１に接続している緊急性の高い河川６ｂ以外の河川については解析を中止し、排水機場１０で運転制御が必要になると思われる機器を解析する。
【００３８】
本実施例においては、複数の取り得る運転制御法について解析でき、最も望ましい結果が得られる制御法を選定することが出来る。例えば水路の水量が少なく開水路が多いときには解析に比較的余裕があるので、ポンプやゲ−ト等の排水機場の機器の各種操作を変更する毎に、各機器について並行して解析し、実測デ−タと対比して各種機器の解析定数等を修正する。その後、水位が上昇して緊急の運転操作が必要になると予測された時点で、複数の取り得る運転制御法を解析する。この解析結果の中から、全ての水路でサ−ジング等の不都合な運転状態を生ぜず、最も各水路の水位に余裕ができる運転制御方法を選び、予めＣＲＴ２０に表示し緊急操作のガイダンスとする。
【００３９】
図１５に示した実施例において、図１６に示したような入力装置から入力された実デ−タと解析結果との偏差を求める偏差算定部Ａ１５を設け、逐次実デ−タとの偏差を評価すれば、さらに信頼性の高い運転制御が可能となる。即ち、解析と並行して入力装置Ｓ１２から水路１中の水位やヘッドを定期的に取り込み、解析結果Ｓ３７との偏差を逐次求める。時間と共にこの偏差が拡大する場合には、選定した制御または予測解析が適切でないので、途中で制御が適切でない旨をガイダンス出力し、実デ−タに基づくフィ−ドバック制御に切り替える。
【００４０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、流動状態の遅い河川や開水路と、現象伝播速度の早い閉水路が混在する河川網においても、各水路の流動状態に応じて演算ユニットを割り当てるので、現象伝播速度の早い閉水路部を短時間に解析できる。従って、複数の排水機場からなる河川網でも、１個所の排水機場の運転状態の変更が他の水路に及ぼす影響を実時間で評価でき、各排水機場の運転を最適化できる。また、排水機場の計画容量や警戒水位を超える大雨量の場合にも、排水機場や中小河川流域が冠水するのを防止できる。
【００４１】
また、地下水路の実測デ−タ及び排水機場のポンプ運転状況に基づいて降雨時に解析条件を時々刻々修正しながら解析するので、水位変動の影響を事前に評価してポンプ運転の準備ができる。さらに、地下排水機場で吸込水路を閉水路（圧力管）として運用する場合でも、吸込水位の変動にかかわらずポンプを高い信頼性で運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る河川網流れ解析支援装置の一実施例の模式図である。
【図２】図１に示した実施例における処理のフローチャートである。
【図３】排水機場システムの一例を示す模式図である。
【図４】開水路を説明する図である。
【図５】閉水路を説明する図である。
【図６】開閉共存水路を説明する図である。
【図７】特性曲線法による河川網解析の原理を説明する図である。
【図８】河川網解析を行う場合の解析部の負荷分担を説明する図で、複雑な河川網の例の模式図である。
【図９】図８に示した河川網の水路部分の詳細図である。
【図１０】閉水路が多いときの解析の負荷分担の一例を示す図である。
【図１１】開水路が多いときの解析の負荷分担の一例を示す図である。
【図１２】閉水路と開水路の演算量に応じた演算ユニットの割り当て方法を説明する図である。
【図１３】本発明に係る演算装置の一実施例の模式図である。
【図１４】図１３に示した実施例に用いられる各演算素子の結合法を説明する図である。
【図１５】本発明の排水機場運転支援装置の一実施例の模式図である。
【図１６】図１５に示した実施例における処理のフローチャートである。
【図１７】図１６に示した実施例において、同時並列処理する処理部の負荷分担を説明する図であり、開水路が多い場合の例である。
【図１８】図１６に示した実施例において、同時並列処理する処理部の負荷分担を説明する図であり、閉水路が多い場合の例である。
【符号の説明】
１……水路、２……取水池、３……ゲ−ト、４……ポンプ井、
５……ポンプ、６……河川、７……立坑、８……河川越流堰、
９……雨水、１０……排水機場、１１……内水位、
１７……プリンタ、１８……プロッタ、１９……ネットワ−ク、
２０……ＣＲＴ、Ａ……解析支援装置、Ａ１……マルチ処理装置、
Ａ２……処理制御装置、Ａ１１……解析装置、Ａ１２……入力装置、
Ａ１３……出力装置、Ａ１４……演算ユニット、Ａ１５……偏差算定部、
Ａ３……筐体、Ａ３１……解析素子、Ａ３２……入力素子、
Ａ３３……出力素子、Ａ３４……制御素子、Ａ３５……信号転送部、
Ａ３６……基板、Ｂ……運転支援装置、Ｂ１……運転制御装置、
Ｓ１……入力デ−タ、Ｓ１１……形状デ−タ、Ｓ１２……流入ハイドロ、
Ｓ１３……運転状態デ−タ、Ｓ１４……運転点デ−タ、
Ｓ１５……流動デ−タ、Ｓ２……初期定常解析、Ｓ３……非定常解析、
Ｓ３１……水路状態判定、Ｓ３２……開水路解析、
Ｓ３３……閉水路解析、Ｓ３４……境界面処理、
Ｓ３５……開閉共存水路解析、Ｓ３６……演算ユニット割当処理、
Ｓ３７……河川網解析結果、Ｓ４……解析結果、Ｓ５……出力結果、
Ｓ５１……グラフ出力、Ｓ５２……アニメ−ション出力、
Ｓ５３……ガイダンス、Ｓ６……機器制御信号。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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