(57)【要約】【課題】取水システムの給水能力を向上させることができる取水計画装置、取水システム及び取水計画方法を提供することである。【解決手段】実施形態の取水計画装置は、水質予測部と、取水要求量算出部と、通信部とを持つ。水質予測部は、降雨量の実績値と水質の実績値との相関関係に基づいて、降雨量の予測値に応じた水質を予測する。取水要求量算出部は、水処理に関する施設に要求する取水量である取水要求量を水質の予測結果に基づいて施設ごとに算出する。通信部は、取水要求量を表す情報を少なくとも一つの施設に送信する。【選択図】図４
2018053575.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
降雨量の実績値と水質の実績値との相関関係に基づいて、前記降雨量の予測値に応じた前記水質を予測する水質予測部と、
水処理に関する施設に要求する取水量である取水要求量を前記水質の予測結果に基づいて前記施設ごとに算出する取水要求量算出部と、
前記取水要求量を表す情報を少なくとも一つの前記施設に送信する通信部と、
を備える取水計画装置。
【請求項２】
取水を開始する予定時刻である取水開始予定時刻と取水を停止する予定時刻である取水停止予定時刻とを前記水質の予測結果に基づいて定める時刻管理部
をさらに備え、
前記通信部は、前記取水開始予定時刻を表す情報と前記取水停止予定時刻を表す情報とを前記施設に送信する、請求項１に記載の取水計画装置。
【請求項３】
前記取水要求量の補正量である取水補正量を前記施設ごとに算出し、算出した前記取水補正量に応じて前記取水要求量を更新する取水補正量算出部
をさらに備え、
前記通信部は、更新された前記取水要求量を前記施設に送信する、請求項１又は請求項２に記載の取水計画装置。
【請求項４】
前記取水補正量算出部は、前記水質が濁度である場合、前記濁度の予測値が小さい期間に優先的に前記取水要求量を増加させるように、前記取水補正量を前記施設ごとに算出する、請求項３に記載の取水計画装置。
【請求項５】
前記水質予測部は、前記降雨量の予測値に類似する前記降雨量の実績値との前記相関関係のある前記水質の実績値を、前記水質の予測値と定める、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の取水計画装置。
【請求項６】
前記水質予測部は、前記降雨量に応じた流量の実績値と前記水質の実績値との相関関係に基づいて、前記流量の予測値に応じた前記水質を予測する、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の取水計画装置。
【請求項７】
予め定められた処理を水に施す装置である水処理部
を有する複数の施設と、
降雨量の実績値と水質の実績値との相関関係に基づいて、前記降雨量の予測値に応じた前記水質を予測する水質予測部と、
前記施設に要求する取水量である取水要求量を前記水質の予測結果に基づいて前記施設ごとに算出する取水要求量算出部と、
前記取水要求量を表す情報を少なくとも一つの前記施設に送信する通信部と
を有する取水計画装置と、
を備える取水システム。
【請求項８】
取水計画装置が実行する取水計画方法であって、
降雨量の実績値と水質の実績値との相関関係に基づいて、前記降雨量の予測値に応じた前記水質を予測するステップと、
水処理に関する施設に要求する取水量である取水要求量を前記水質の予測結果に基づいて前記施設ごとに算出するステップと、
前記取水要求量を表す情報を少なくとも一つの前記施設に送信するステップと、
を含む取水計画方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、取水計画装置、取水システム及び取水計画方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
重要なライフラインである水道事業では、原水の水質が悪化した場合でも、水質基準を満たす水の供給を可能な限り継続する必要がある。そのため、取水システムは、水質基準を満たし得るような原水の給水を可能な限り継続する必要がある。しかしながら、従来では、取水システムの給水能力を向上させることができない場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４９４５３０１号公報
【特許文献２】特許第４４８９０１０号公報
【特許文献３】特開２００４−４２０１６号公報
【特許文献４】特開２０００−３０９９５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、取水システムの給水能力を向上させることができる取水計画装置、取水システム及び取水計画方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態の取水計画装置は、水質予測部と、取水要求量算出部と、通信部とを持つ。水質予測部は、降雨量の実績値と水質の実績値との相関関係に基づいて、降雨量の予測値に応じた水質を予測する。取水要求量算出部は、水処理に関する施設に要求する取水量である取水要求量を水質の予測結果に基づいて施設ごとに算出する。通信部は、取水要求量を表す情報を少なくとも一つの施設に送信する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】実施形態の取水システムの構成の例を示す図。
【図２】実施形態の気象情報システムの構成の例を示す図。
【図３】実施形態の施設グループの構成の例を示す図。
【図４】実施形態の取水計画装置の構成の例を示す図。
【図５】実施形態の降雨量及び濁度の実績値の相関関係の例を示す図。
【図６】実施形態の降雨量及び濁度の実績値の第１例を示す図。
【図７】実施形態の降雨量及び濁度の実績値の第２例を示す図。
【図８】実施形態の降雨量及び濁度の実績値の第３例を示す図。
【図９】実施形態の降雨量の予測値の例を示す図。
【図１０】実施形態の降雨量の予測値に基づく濁度の予測途中経過の例を示す図。
【図１１】実施形態の降雨量の予測値に基づく濁度の予測結果の例を示す図。
【図１２】実施形態の予測時刻の例を示す図。
【図１３】実施形態の予測値の算出手順の例を示すフローチャート。
【図１４】実施形態の取水要求量を算出する手順の例を示すフローチャート。
【図１５】実施形態の取水補正量を算出する手順の例を示すフローチャート。
【図１６】実施形態の予定時刻を送信する手順の例を示すフローチャート。
【図１７】実施形態の取水計画装置がネットワークのトークンの巡回を制御する手順の例を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施形態の取水計画装置、取水システム及び取水計画方法を、図面を参照して説明する。
【０００８】
図１は、取水システム１の構成の例を示す図である。取水システム１は、取水及び給水を実行するシステムである。取水システム１は、水源の降雨量の実績値と水源の水質の実績値との相関関係に基づいて、水源の降雨量の予測値に応じた水源の水質を予測する。取水システム１は、降雨量に応じた流量の実績値と水源の水質の実績値との相関関係に基づいて、流量の予測値に応じた水源の水質を予測してもよい。
【０００９】
水質とは、例えば、水の濁度、水の透明度である。水質の変動因子は、例えば、降雨量、水の流量、水温、水のアルカリ度、カビ臭原因物質である２−ＭＩＢ（２−メチルイソボルネオール）やジェオスミン等の量、水の放射線量である。以下、水処理に関する施設に要求する取水量を「取水要求量」という。
【００１０】
取水システム１は、水源の水質の予測結果に基づいて、取水システム１に関する取水計画情報を生成する。例えば、取水システム１は、取水システム１における取水の需要量（以下「取水需要量」という。）の総量と取水要求量の総量とが一致するように、水質の予測結果に基づいて取水要求量を施設ごとに算出する。取水システム１は、取水計画情報に基づいて水源から取水した水を、複数の需要家に対して複数の施設から供給する。
【００１１】
取水システム１は、気象情報システム２と、上流地点測定装置３−１〜３−Ｎ（Ｎは２以上の整数）と、取水地点測定装置４−１〜４−Ｎと、施設５−１〜５−Ｎと、接合井６−１〜６−（Ｎ−１）と、配水池７−１〜７−Ｎとを備える。以下、上流地点測定装置３と取水地点測定装置４と施設５とを含むグループを、「施設グループ１００」という。
【００１２】
気象情報システム２は、気象情報を提供する情報処理装置である。気象情報は、例えば、降雨量情報、気温情報である。気象情報は、時刻及び位置に対応付けられている。気象情報に対応付けられている位置は、例えば、水源の上流地点、水源の取水地点（取水場の位置）である。水源は、例えば、河川又は貯水池等の表流水水源、井戸等の地下水源、海水である。気象情報システム２は、施設５及び取水計画装置８に気象情報を送信する。
【００１３】
上流地点測定装置３は、水源２００の上流地点における水質を測定する装置である。上流地点測定装置３は、水源２００の上流地点における水質情報を、取水計画装置８に送信する。
【００１４】
取水地点測定装置４は、水源２００の取水地点における水質を測定する装置である。水源２００の取水地点（下流地点）では、水源２００の上流地点に降雨があった時刻から所定遅延時間後に水質が変化する。取水地点測定装置４は、水源２００の取水地点における水質情報を、取水計画装置８に送信する。
【００１５】
施設５は、水処理に関する施設（機場）である。施設５は、例えば、浄水場である。施設５は、水処理が施された水を、ポンプを用いて接合井６及び配水池７に送る。施設５は、下水処理場でもよい。施設５が下水処理場である場合、下水処理場の下水管（図示せず）は水源２００に相当し、下水処理場の雨水貯留管（図示せず）は接合井６及び配水池７に相当する。
【００１６】
接合井６は、異なる施設５を繋ぐ配管を有する貯水槽である。例えば、接合井６−１は、施設５−１と施設５−２とを繋ぐ配管を有する。配水池７は、水処理が施された水を一時的に貯留する貯水槽である。配水池７は、浄水場や配水場に設置される。配水池７のポンプは、水処理が施された水を需要家に送る。異なる配水池７の間には、異なる施設５に水を送るための配管が設置されている。例えば、配水池７−１と配水池７−２との間には、施設５−１と施設５−２との間で水を送るための配管が設置されている。
【００１７】
取水計画装置８は、取水計画を生成する情報処理装置である。取水計画装置８は、単体の情報処理装置でもよいし、クラウドコンピューティング技術を用いて動作する複数の情報処理装置（クラウドセンター）でもよい。
【００１８】
次に、取水システム１の各構成の詳細を説明する。
図２は、気象情報システム２の構成の例を示す図である。気象情報システム２は、実績値記憶部２０と、予測値記憶部２１と、送信部２２とを備える。実績値記憶部２０は、気象情報の実績値を、位置及び時刻に対応付けて記憶する。予測値記憶部２１は、気象情報の予測値（予報値）を、位置及び時刻に対応付けて記憶する。送信部２２は、施設５及び取水計画装置８に、気象情報の予測値を継続的に送信する。
【００１９】
図３は、施設グループ１００の構成の例を示す図である。施設グループ１００−ｎ（ｎは、１〜Ｎのいずれか）は、上流地点測定装置３−ｎと、取水地点測定装置４−ｎと、施設５−ｎとを備える。上流地点測定装置３−ｎは、送信部３０−ｎを備える。送信部３０−ｎは、水源２００−ｎの上流地点における水質情報を、取水計画装置８に送信する。取水地点測定装置４−ｎは、送信部４０−ｎを備える。送信部４０−ｎは、水源２００−ｎの取水地点における水質情報を、取水計画装置８に送信する。
【００２０】
施設５−ｎは、データベース５０−ｎと、需要予測システム５１−ｎと、監視制御システム５２−ｎと、水処理システム５３−ｎとを備える。データベース５０−ｎは、例えば、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置等の不揮発性の記憶媒体（非一時的な記録媒体）を有する記憶装置を用いて構成される。データベース５０−ｎは、施設５−ｎに関する情報を記憶する。例えば、データベース５０−ｎは、水源２００−ｎの上流地点における水質の実績値（履歴情報）を、時刻に対応付けて記憶する。例えば、データベース５０−ｎは、水源２００−ｎの取水地点における水質の実績値（履歴情報）を、時刻に対応付けて記憶する。例えば、データベース５０−ｎは、施設５−ｎに関する気象情報の予測値を、時刻に対応付けて記憶する。
【００２１】
需要予測システム５１−ｎは、施設５−ｎに関する水の需要を予測する情報処理装置である。例えば、需要予測システム５１−ｎは、施設５−ｎに関する気象情報の予測値に基づいて、施設５−ｎに関する水の需要を予測する。需要予測システム５１−ｎは、施設５−ｎに関する水の需要に影響する因子の予測結果を、時刻に対応付けてデータベース５０−ｎに記録する。水の需要に影響する因子とは、例えば、平日、休日等の日種別ごとの人の移動に関する情報である。例えば、需要予測システム５１−ｎは、平日に人が都市部に移動した場合、その都市部では水の需要が増加すると予測してもよい。
【００２２】
監視制御システム５２−ｎは、水処理システム５３−ｎを監視及び制御する情報処理装置である。監視制御システム５２−ｎは、施設５−ｎにおける取水需要量を表す情報を、データベース５０−ｎから取得する。監視制御システム５２−ｎは、施設５−ｎにおける取水需要量を表す情報を、時刻に対応付けて取水計画装置８に送信する。
【００２３】
以下、取水要求量に対する取水上限量（取水可能量）の余裕量を「取水余裕量」という。取水余裕量は、取水上限量から取水要求量を減算した結果と等しい。以下、取水要求量に対する取水上限量の不足量を「取水不足量」という。取水不足量は、取水要求量から取水上限量を減算した結果と等しい。
【００２４】
監視制御システム５２−ｎは、取水上限量が取水要求量以上である場合、施設５−ｎにおける取水余裕量を表す情報を、時刻に対応付けて取水計画装置８に送信する。監視制御システム５２−ｎは、取水上限量が取水要求量未満である場合、施設５−ｎにおける取水不足量を表す情報を、時刻に対応付けて取水計画装置８に送信する。監視制御システム５２−ｎは、水処理システム５３−ｎから配水池７に送られる水の濁度（ろ過池の出口における濁度）を表す情報と、凝集剤等の薬品の注入量を表す情報とを、取水計画装置８に送信してもよい。
【００２５】
監視制御システム５２−ｎは、取水開始の予測時刻に基づく予定時刻（以下「取水開始予定時刻」という。）を表す情報を、取水計画装置８から取得する。監視制御システム５２−ｎは、取水停止の予測時刻に基づく予定時刻（以下「取水停止予定時刻」という。）を表す情報を、取水計画装置８から取得する。監視制御システム５２−ｎは、施設５−ｎに関する水の需要に影響する因子の予測結果（取水可否判定のための支援情報）を、データベース５０−ｎ又は取水計画装置８から取得してもよい。
【００２６】
監視制御システム５２−ｎは、取水開始予定時刻と取水停止予定時刻とに基づいて、水処理システム５３−ｎの取水動作を制御する。例えば、監視制御システム５２−ｎは、現在時刻が取水開始予定時刻以降となった場合、水処理システム５３−ｎが水源２００−ｎの取水地点から原水を取得するよう、水処理システム５３−ｎを制御する。例えば、監視制御システム５２−ｎは、現在時刻が取水停止予定時刻以降となった場合、次回の取水開始予定時刻になるまで水処理システム５３−ｎが原水の取得を停止するよう、水処理システム５３−ｎを制御する。
【００２７】
水処理システム５３−ｎは、原水に水処理を施すシステムである。水処理システム５３−ｎは、例えば、上水処理システム、下水処理システムである。水処理システム５３−ｎは、ポンプ５３０−ｎと、水処理部５３１−ｎとを備える。ポンプ５３０−ｎは、水源２００−ｎの取水地点から原水を取得する。単位時間あたりの取水量は、ポンプ５３０−ｎの出力に応じて変化する。水処理部５３１−ｎは、原水に凝集剤を注入する処理等の予め定められた処理を水に施す装置である。
【００２８】
図４は、取水計画装置８の構成の例を示す図である。取水計画装置８は、通信部８０と、取水補正量算出部８１と、データベース８２と、水質予測部８３と、時刻管理部８４と、取水要求量算出部８５とを備える。
【００２９】
通信部８０と、取水補正量算出部８１、水質予測部８３、時刻管理部８４及び取水要求量算出部８５のうち一部又は全部は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサが、記憶部に記憶されたプログラムを実行することにより機能するソフトウェアにより実現される。また、これらの機能部のうち一部又は全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のハードウェアにより実現されてもよい。
【００３０】
通信部８０は、取水計画装置８及び気象情報システム２の間の通信を、ネットワークを介して実行する。例えば、通信部８０は、気象情報を気象情報システム２から取得する。通信部８０は、取水計画装置８及び施設グループ１００の間の通信を、ネットワークを介して実行する。例えば、通信部８０は、取水開始予定時刻を表す情報と、取水停止予定時刻を表す情報とを、施設５に送信する。例えば、通信部８０は、取水要求量を表す情報を、少なくとも一つの施設５に送信する。例えば、通信部８０は、施設５に関する水の需要に影響する因子の予測結果（取水可否判定のための支援情報）を、施設５に送信する。
【００３１】
例えば、通信部８０は、水源２００の上流地点における水質情報を、上流地点測定装置３から取得する。例えば、通信部８０は、水源２００の取水地点における水質情報を、取水地点測定装置４から取得する。例えば、通信部８０は、施設５における取水需要量を表す情報を施設５から取得する。通信部８０は、施設５における取水余裕量を表す情報を施設５から取得する。通信部８０は、施設５における取水不足量を表す情報を施設５から取得する。
【００３２】
取水補正量算出部８１は、取水余裕量が算出された施設５を、取水余裕量を表す情報に基づいて特定する。これによって、取水補正量算出部８１は、取水要求量の追加（上乗せ）が可能である施設５を特定することができる。取水補正量算出部８１は、取水不足量が算出された施設５を、取水不足量を表す情報に基づいて特定する。これによって、取水補正量算出部８１は、取水要求量の削減が必要である施設５を特定することができる。
【００３３】
取水補正量算出部８１は、水の濁度の予測値を、施設５ごとに取得する。取水補正量算出部８１は、施設５−１〜５−Ｎの全体（事業者全体）における取水需要量（以下「取水需要総量」という。）を表す情報を取得する。取水補正量算出部８１は、施設５−１〜５−Ｎの全体における取水要求量（以下「取水要求総量」という。）を表す情報を取得する。取水補正量算出部８１は、取水需要総量及び取水要求総量の差を算出する。これによって、取水補正量算出部８１は、取水需要総量に対する取水要求総量の余裕量（以下「取水余裕総量」という。）又は不足量（以下「取水不足総量」という。）を算出することができる。
【００３４】
取水補正量算出部８１は、濁度の予測値に基づいて、取水要求量の補正量（以下「取水補正量」という。）を施設５ごとに算出する。例えば、取水補正量算出部８１は、濁度の予測値が小さい期間に優先的に取水要求量を増加させるように、取水補正量を施設５ごとに算出する。取水補正量算出部８１は、取水補正量だけ取水要求量を増減させて、取水要求量を更新する。
【００３５】
データベース８２は、例えば、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置等の不揮発性の記憶媒体（非一時的な記録媒体）を有する記憶装置を用いて構成される。データベース８２は、取水需要総量を表す情報を記憶する。
【００３６】
データベース８２は、水源２００の上流地点における水質情報と、水源２００の取水地点における水質情報とを、施設５−１〜５−Ｎについて記憶する。例えば、データベース８２は、降雨量の実績値と濁度の実績値とを、時刻ごとに記憶する。データベース８２は、降雨量の実績値と濁度の実績値とを、降雨地点や取水地点等の位置ごとに記憶する。
【００３７】
図５は、降雨量及び濁度の実績値の相関関係の例を示す図である。図５に示すグラフ（相関関係データベース）では、水源２００の取水地点における降雨量並びに濁度の上昇時及び下降時について、降雨量及び濁度の実績値が時刻ごとに表されている。降雨量の実績値と濁度の実績値とには、相関関係がある。図５では、降雨量の実績値が大きくなるほど、濁度の実績値は大きくなる。
【００３８】
なお、データベース８２は、水源２００における水の流量の実績値を、時刻ごとに記憶してもよい。降雨量の実績値が大きくなるほど水の流量の実績値が大きくなるので、水源２００における水の流量の実績値が大きくなるほど、水源２００における水の濁度は高くなる。降雨量と濁度との相関関係は、流量と濁度との相関関係で表されてもよい。
【００３９】
図６は、降雨量及び濁度の実績値の第１例を示す図である。横軸は時刻を示す。左の縦軸は、上流地点における降雨量の実績値を示す。右の縦軸は、取水地点における水の濁度の実績値を示す。時刻ｔ１０（降雨開始時刻）における降雨量は、０である。遅延時間長（ｔ＿ｒａｇ）だけ時刻ｔ１０から経過した時刻ｔ１１に、濁度は増加を開始している。時刻ｔ１２における降雨量は、Ｋ（ｔ１２）である。時刻（ｔ１＿ｄｈ１）における濁度は、Ｄ（ｔ１＿ｄｈ１）である。なお、時刻ｔ１０から時刻１２までの期間ｊｋ１の時間長と、時刻ｔ１１から時刻（ｔ１＿ｄｈ１）までの期間ｊｄ１の時間長とは、同じ時間長でなくてもよい。
【００４０】
図７は、降雨量及び濁度の実績値の第２例を示す図である。横軸は時刻を示す。左の縦軸は、上流地点における降雨量の実績値を示す。右の縦軸は、取水地点における水の濁度の実績値を示す。時刻ｔ２０（降雨開始時刻）における降雨量は、０である。時刻ｔ２１に、濁度は増加を開始している。時刻ｔ２２に、降雨量の増加の傾き（変化率）（微分値）は緩やかになっている。時刻ｔ２３における降雨量は、Ｋ１（ｔ２３）である。時刻ｔ２３に、濁度の増加の傾きは緩やかになっている。時刻ｔ２３から時刻ｔ２４までの期間ｊｄ２において、濁度は増加している。また、少なくとも時刻ｔ２３から時刻ｔ２５までの期間ｊｋ２において、降雨量は増加している。
【００４１】
図８は、降雨量及び濁度の実績値の第３例を示す図である。横軸は時刻を示す。左の縦軸は、上流地点における降雨量の実績値を示す。右の縦軸は、取水地点における水の濁度の実績値を示す。図８に示すグラフと図７に示すグラフとは、例えば、異なる日の同じ時間帯における同じ場所での水質の実績値を表すグラフである。
【００４２】
時刻ｔ２０（降雨開始時刻）における降雨量は、０である。時刻ｔ２１に、濁度は増加を開始している。時刻ｔ２２に、降雨量の増加の傾きは緩やかになっている。時刻ｔ２３における降雨量は、Ｋ２（ｔ２３）である。降雨量Ｋ２（ｔ２３）の値は、図７に示す降雨量Ｋ１（ｔ２３）の値よりも大きい。時刻ｔ２３に、濁度の増加の傾きは緩やかになっている。時刻ｔ２３における濁度は、Ｄ（ｔ２３）である。濁度Ｄ（ｔ２３）は、図６に示す濁度Ｄ（ｔ１＿ｄｈ１）に許容値εを加算した値である。許容値εを定める方法は、特定の方法に限定されない。例えば、許容値εは、比較される濁度の実績値同士の差の２乗和が所定範囲内になるように予め定められてもよい。時刻ｔ２３から時刻ｔ２４までの期間ｊｄ３において、濁度は増加している。また、少なくとも時刻ｔ２３から時刻ｔ２５までの期間ｊｋ３において、降雨量は増加している。
【００４３】
水質予測部８３は、図６から図８までに例示された時系列の実績値群を、複数のパターンに分類する。水質予測部８３は、時系列の実績値群を表す数式のパターン（ｙ＝ａｘ、ｙ＝定数、ｙ＝−ｂｘ等、ここでａ及びｂは係数）で、所定期間の時系列の実績値群を分類してもよい。水質予測部８３は、グラフにおける波形のパターン（直線、曲線、長方形、台形、三角形等）で、所定期間の時系列の実績値群を分類してもよい。水質予測部８３は、所定期間の時系列の実績値群の分類結果を、データベース８２に記録してもよい。
【００４４】
水質予測部８３は、時系列の降雨量の予測値を、気象情報システム２又はデータベース８２から取得する。
【００４５】
図９は、降雨量の予測値の例を示す図である。横軸は時刻を示す。縦軸は、上流地点における降雨量の予測値を示す。時刻ｔ１０は、降雨開始時刻である。時刻ｔ１２は、時刻ｔ１０から期間ｙｋ１が経過した時刻である。時刻ｔ１２における降雨量の予測値は、Ｋ（ｔ１２）＋εである。時刻ｔ１３は、時刻ｔ１２から期間ｙｋ２が経過した時刻である。時刻ｔ１３における降雨量の予測値は、Ｋ（ｔ１３）＋εである。なお、図９において、時刻ｔ１３以降の降雨量の予測値が存在してもよい。
【００４６】
水質予測部８３は、水源２００の降雨量の実績値と水源２００の水質の実績値との相関関係を表す実績値群を、水源２００の降雨量の実績値と水源２００の水質の実績値を含む実績値群から抽出する。例えば、水質予測部８３は、図６から図８までに例示された時系列の降雨量の実績値から、図９に例示された時系列の降雨量の予測値に類似する実績値群を、所定期間ごとに抽出する。所定期間は、雨の降り方が急激でないと予測された場合には基準期間よりも長い期間に定められ、雨の降り方が急激であると予測された場合には基準期間よりも短い期間に定められる。水質予測部８３は、降雨量の予測値に類似する降雨量の実績値群が複数のグラフに存在している場合、降雨開始時刻ｔ１０において取水地点における水の濁度の平均値に最も近い濁度を示すグラフから、降雨量の実績値群を抽出（特定）してもよい。
【００４７】
水源２００の降雨量の実績値と水源２００の水質の実績値との相関関係は、水源の降雨量の予測値と水源の水質の予測値との間にも成立すると考えられる。そこで、水質予測部８３は、水源２００の降雨量の実績値と水源２００の水質の実績値との相関関係に基づいて、水源の降雨量の予測値（説明変数、独立変数）に応じた水源の水質（目的変数、従属変数）を時刻ごとに予測する。
【００４８】
図１０は、降雨量の予測値に基づく濁度の予測途中経過の例を示す図である。横軸は時刻を示す。左の縦軸は、上流地点における降雨量を示す。右の縦軸は、取水地点における水の濁度の予測値を示す。
【００４９】
図９及び図１０に例示された期間ｙｋ１の降雨量の変化率（グラフの傾き）は、図６に例示された期間ｊｋ１の降雨量の変化率とほぼ等しい。図９及び図１０に例示された時刻ｔ１２の降雨量の予測値Ｋ（ｔ１２）＋εは、図６に例示された時刻ｔ１２の降雨量の実績値Ｋ（ｔ１２）とほぼ等しい。このように、図９及び図１０に例示された期間ｙｋ１の降雨量の予測値群は、変化率等の点で、図６に例示された期間ｊｋ１の降雨量の実績値群と類似している。そこで、水質予測部８３は、図９及び図１０に例示された期間ｙｋ１の降雨量の予測値群に類似する実績値群（近似可能実績値群）として、図６に例示された期間ｊｋ１の降雨量の実績値群を特定する。
【００５０】
水質予測部８３は、期間ｙｋ１の降雨量の予測値群を、図６に例示された期間ｊｋ１の降雨量の実績値群で近似する。時刻ｔ１１は、時刻ｔ１０から遅延時間長（ｔ＿ｒａｇ）だけ経過した時刻である。水質予測部８３は、図６において期間ｊｋ１の降雨量の実績値群と相関関係のある期間ｊｄ１の濁度の実績値群を、時刻ｔ１１から期間ｙｄ１の濁度の予測値群と定める。相関関係のある期間（対応している期間）であるか否かは、例えば、相関関係因子を盛り込んだ帰結（相関関数等）に基づいて定められる。なお、期間ｙｋ１と期間ｙｄ１とは、同じ時間長でなくてもよい。
【００５１】
図１１は、降雨量の予測値に基づく濁度の予測結果（相関関係）の例を示す図である。横軸は時刻を示す。左の縦軸は、上流地点における降雨量を示す。右の縦軸は、取水地点における水の濁度の予測値を示す。なお、図１１では、降雨量の予測値が降雨量の実測値で近似されているので、降雨量の予測値を示す細線は、降雨量の実測値を示す太線に隠されている。
【００５２】
図９から図１１までに例示された期間ｙｋ１の降雨量の積算値は、図７に例示された時刻ｔ２０から時刻ｔ２３までの降雨量の積算値とほぼ等しい。直前までの降雨量の積算値がほぼ等しい場合、濁度もほぼ等しくなると考えられる。図９から図１１までに例示された期間ｙｋ２の降雨量の予測値群は、期間の時間長と変化率との点で、図７に例示された期間ｊｋ２の降雨量の実績値群と類似している。そこで、水質予測部８３は、図９から図１１までに例示された期間ｙｋ２の降雨量の予測値群に類似する実績値群（近似可能実績値群）として、図７に例示された期間ｊｋ２の降雨量の実績値群を特定する。
【００５３】
水質予測部８３は、期間ｙｋ２の降雨量の予測値群を、図７に例示された期間ｊｋ２の降雨量の実績値群で近似する。期間ｙｋ２の時間長と期間ｊｋ２の時間長とは、例えば、同じ時間長である。水質予測部８３は、図７において期間ｊｋ２の降雨量の実績値群と相関関係のある期間ｊｄ２の濁度の実績値群を、時刻ｔ１＿ｄｈ１から期間ｙｄ２の濁度の予測値群と定める。水質予測部８３は、時刻ｔ１３以降についても、相関関係を同様に推定する。なお、期間ｙｋ２の時間長と期間ｙｄ２の時間長とは、同じ時間長でなくてもよい。
【００５４】
図９から図１１までに例示された時刻ｔ１＿ｄｈ１の濁度の予測値Ｄ（ｔ１＿ｄｈ１）は、図８に例示された時刻ｔ２３の濁度の実績値Ｄ（ｔ２３）（＝Ｄ（ｔ１＿ｄｈ１）＋ε）とほぼ等しい。図９から図１１までに例示された期間ｙｋ２の降雨量の予測値群は、期間の時間長と変化率との点で、図８に例示された期間ｊｋ３の降雨量の実績値群と類似している。そこで、水質予測部８３は、図９から図１１までに例示された期間ｙｋ２の降雨量の予測値群に類似する実績値群（近似可能実績値群）として、図８に例示された期間ｊｋ３の降雨量の実績値群を特定してもよい。
【００５５】
水質予測部８３は、期間ｙｋ２の降雨量の予測値群を、図８に例示された期間ｊｋ３の降雨量の実績値群で近似してもよい。期間ｙｋ２の時間長と期間ｊｋ３の時間長とは、例えば、同じ時間長である。水質予測部８３は、図８において期間ｊｋ３の降雨量の実績値群と相関関係のある期間ｊｄ３の濁度の実績値群を、時刻ｔ１＿ｄｈ１から期間ｙｄ２の濁度の予測値群と定める。水質予測部８３は、時刻ｔ１３以降についても、相関関係を同様に推定する。なお、期間ｙｋ２の時間長と期間ｙｄ３の時間長とは、同じ時間長でなくてもよい。
【００５６】
なお、水質予測部８３は、降雨量の予測値と実際の降雨量とが異なっている場合、実際の降雨量を降雨量の実績値群で近似してもよい（リアルタイム補正）。
【００５７】
時刻管理部８４は、施設５ごとの取水開始予定時刻を、取水要求量算出部８５に送信する。時刻管理部８４は、施設５ごとの取水開始予定時刻を、通信部８０を介して施設５に送信する。時刻管理部８４は、施設５ごとの取水停止予定時刻を、取水要求量算出部８５に送信する。時刻管理部８４は、施設５ごとの取水停止予定時刻を、通信部８０を介して施設５に送信する。
【００５８】
図１２は、予測時刻の例を示す図である。横軸は時刻を示す。縦軸は、取水地点における水の濁度の予測値を示す。時刻管理部８４は、濁度の予測値が取水停止の基準濁度以上となる時刻を、取水停止の予測時刻と定める。時刻管理部８４は、取水停止の予測時刻に基づいて取水停止予定時刻を定める。時刻管理部８４は、濁度の予測値が取水開始（再開）の基準濁度以下となる時刻を、取水開始の予測時刻と定める。時刻管理部８４は、取水開始の予測時刻に基づいて取水開始予定時刻を定める。
【００５９】
取水要求量算出部８５は、濁度等の水質の予測値に応じて、施設５ごとの重み付け値を算出する。取水要求量算出部８５は、施設５ごとの重み付け値に基づいて、取水需要総量Ｑを施設５に按分する。すなわち、取水要求量算出部８５は、取水需要総量Ｑと重み付け値とに基づいて、取水要求量を施設５ごとに算出する。なお、取水要求量算出部８５は、取水補正量に基づいて、取水補正量算出部８１の代わりに取水要求量を更新してもよい。
【００６０】
取水要求量の算出方法の一例を説明する。取水システム１の全体（事業者全体）において、一例として、施設５−１の取水地点の水の濁度が２ｍｇ／リットルであり、施設５−２の取水地点の水の濁度が濁度３ｍｇ／リットルであり、施設５−３の取水地点の水の濁度が４ｍｇ／リットルである。
【００６１】
取水要求量算出部８５は、各濁度の最小公倍数を算出する。例えば、取水要求量算出部８５は、濁度「２」、「３」及び「４」の最小公倍数「１２」を算出する。取水要求量算出部８５は、算出された最小公倍数に基づいて、濁度の逆数の整数比を重み付け値として算出する。例えば、取水要求量算出部８５は、最小公倍数「１２」を各濁度で除算することによって、濁度の逆数の整数比（６:４:３）（＝（１２／２）：（１２／３）：（１２／４））を重み付け値として算出する。
【００６２】
取水要求量算出部８５は、濁度の逆数の整数比の成分値の合計を算出する。例えば、取水要求量算出部８５は、濁度の逆数の整数比の成分値「６」、「４」及び「３」の合計「１３」を算出する。取水要求量算出部８５は、濁度の逆数の整数比に応じて、取水需要総量Ｑを施設５に按分する。例えば、取水要求量算出部８５は、施設５−１の取水要求量を（（６／１３）×Ｑ）と定める。例えば、取水要求量算出部８５は、施設５−２の取水要求量を（（４／１３）×Ｑ）と定める。例えば、取水要求量算出部８５は、施設５−３の取水要求量を（（３／１３）×Ｑ）と定める。
【００６３】
取水要求量算出部８５は、取水補正量を取水要求量に加算又は減算することによって、取水要求量を更新してもよい。取水要求量算出部８５は、取水を継続することが可能である施設５に、更新後の取水要求量を要求する。
【００６４】
次に、取水計画装置８の動作を説明する。
図１３は、予測値の算出手順の例を示すフローチャートである。水質予測部８３は、降雨量の予測値を、気象情報システム２から取得する（ステップＳ１０１）。水質予測部８３は、ステップＳ１０５に処理を進める。
【００６５】
水質予測部８３は、降雨量の実績値を取得しているか否かを判定する（ステップＳ１０２）。水質予測部８３が降雨量の実績値を取得していない場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）、水質予測部８３は、降雨量の実績値を施設グループ１００又はデータベース８２から取得する（ステップＳ１０３）。
【００６６】
水質予測部８３は、降雨量の実績値を継続的にデータベース８２に蓄積する（ステップＳ１０４）。水質予測部８３は、水質予測部８３が予め推定した相関関係と降雨量の予測値とに基づいて、濁度の予測値を時刻に対応付けて予測する。水質予測部８３は、施設５−１〜５−Ｎについて、濁度の予測値を取水要求量算出部８５に送信する（ＹＳ）。
【００６７】
図１４は、取水要求量を算出する手順の例を示すフローチャートである。取水要求量算出部８５は、取水需要総量Ｑを表す情報を、施設５−１〜５−Ｎから取得する（ステップＳ２０１）。取水要求量算出部８５は、濁度の予測値と取水補正量とに基づいて、取水要求量を施設５ごとに算出する（ステップＳ２０２）。
【００６８】
取水要求量算出部８５は、取水開始予定時刻を表す情報と取水停止の予定時刻を表す情報とを、施設５ごとに時刻管理部８４から取得する。取水要求量算出部８５は、取水を継続することが可能である施設５に対して取水不足総量を均等に割り当てた取水要求量を、取水を継続することが可能である施設５に追加要求する。以下、取水を継続することが可能である施設５に対して取水不足総量を均等に割り当てる制御を、「均等割り当て制御」という。取水を継続することが可能である施設５とは、現在時刻が取水停止予定時刻前である施設５である（ステップＳ２０３）。取水要求量算出部８５は、施設５−ｎの取水要求量を表す情報と、取水開始予定時刻を表す情報と、取水停止予定時刻を表す情報とを、通信部８０を介して施設５−ｎに送信する（ステップＳ２０４）。
【００６９】
監視制御システム５２は、取水要求量を表す情報と、取水開始予定時刻と、取水停止予定時刻とを、データベース５０に記録する（ステップＳ２０５）。監視制御システム５２は、取水上限量が取水要求量未満であるか否かを判定する（ステップＳ２０６）。取水上限量が取水要求量未満である場合（ステップＳ２０６：ＹＥＳ）、監視制御システム５２は、取水不足量（＝取水要求量−取水上限量）を算出する。監視制御システム５２は、ステップＳ２１０に処理を進める。
【００７０】
取水上限量が取水要求量以上である場合（ステップＳ２０６：ＮＯ）、監視制御システム５２は、取水要求量を浄水処理システム５３に送信する（ステップＳ２０８）。監視制御システム５２は、取水余裕量（＝取水上限量−取水要求量）を算出する。監視制御システム５２は、取水余裕量又は取水不足量を、取水計画装置８に送信する（ステップＳ２０９）。取水補正量算出部８１は、取水余裕量又は取水不足量を、通信部８０を介して取得する（ステップＳ２１０）。
【００７１】
図１５は、取水補正量を算出する手順の例を示すフローチャートである。取水補正量算出部８１は、均等割り当て制御が実行されているか否かを判定する（ステップＳ３０１）。均等割り当て制御が実行されていない場合（ステップＳ３０１：ＮＯ）、取水補正量算出部８１は、取水余裕量が算出された施設５を特定し（ステップＳ３０２）、取水不足量が算出された施設５を特定する（ステップＳ３０３）。取水補正量算出部８１は、濁度の予測値を施設５ごとに取得する（ステップＳ３０４）。
【００７２】
取水補正量算出部８１は、取水需要総量と取水要求総量との差を算出する（ステップＳ３０５）。取水補正量算出部８１は、濁度の予測値に基づいて、取水補正量を施設５ごとに算出する。取水補正量算出部８１は、取水不足量が算出された施設５から取水不足量を引き取り、取水余裕量が算出された施設５に取水不足量を割り当てるよう、取水補正量を施設５ごとに算出する。
【００７３】
取水補正量算出部８１は、取水余裕量が算出された施設５のうち濁度の予測値が最も小さい施設５に対して、他の施設５の取水不足量の全てを割り当ててもよい。取水補正量算出部８１は、取水余裕量が算出された施設５のうち濁度の予測値が小さい複数の施設５に対して優先的に、他の施設５の取水不足量を割り当ててもよい（ステップＳ３０５）。均等割り当て制御が実行されている場合（ステップＳ３０１：ＹＥＳ）、取水要求量算出部８５は、図１４に示すステップＳ２０２を実行する。
【００７４】
図１６は、予定時刻を送信する手順の例を示すフローチャートである。時刻管理部８４は、取水停止の基準濁度をデータベース８２から取得する（ステップＳ４０１）。時刻管理部８４は、時系列の濁度の予測値が基準濁度以上になるか否かを判定する（ステップＳ４０２）。時系列の濁度の予測値が基準濁度以上にならない場合（ステップＳ４０２：ＮＯ）、時刻管理部８４は、ステップＳ４０２の処理を繰り返す。
【００７５】
時系列の濁度の予測値が基準濁度以上になる場合（ステップＳ４０２：ＹＥＳ）、時刻管理部８４は、時系列の濁度の予測値が基準濁度以上になる時刻を、取水停止予定時刻と定める。時刻管理部８４は、取水停止予定時刻以降に取水の開始（再開）が可能であるか否かを判定する（ステップＳ４０３）。
【００７６】
取水停止予定時刻以降に取水の開始が可能でない場合（ステップＳ４０３：ＮＯ）、時刻管理部８４は、ステップＳ４０３の処理を繰り返す。取水停止予定時刻以降に取水の開始が可能である場合（ステップＳ４０３：ＹＥＳ）、時刻管理部８４は、取水開始予定時刻を表す情報を、通信部８０を介して施設５に送信する（ステップＳ４０４）。時刻管理部８４は、ステップＳ４０５に処理を進める。
【００７７】
時系列の濁度の予測値が基準濁度以上になる場合（ステップＳ４０２：ＹＥＳ）、時刻管理部８４は、取水停止予定時刻を表す情報を、通信部８０を介して施設５に送信する（ステップＳ４０５）。監視制御システム５２は、取水停止予定時刻を表す情報と取水開始予定時刻を表す情報とを、データベース５０に記録する（ステップＳ４０６）。
【００７８】
図１７は、取水計画装置８がネットワークのトークン（送信権）の巡回を制御する手順（トークンパッシング方式）の例を示すフローチャートである。トークンは、例えば、取水補正量を変更する権利を管理者が得るための送信権である。取水不足総量の解消に貢献しようとする意思がある管理者の監視制御システム５２は、監視制御システム５２のキーボード等を管理者が操作してトークンを得ることによって、施設５の取水補正量を変更することができる。
【００７９】
通信部８０は、取水停止予定時刻を表す情報と取水開始予定時刻を表す情報とを、ネットワークを介して施設５に配信する（ステップＳ５０１）。通信部８０は、複数の施設５の間で、ネットワークを介してトークンを巡回させる。通信部８０は、トークンを巡回させる回数の上限を定めてもよい（ステップＳ５０２）。
【００８０】
監視制御システム５２は、トークンを取得したか否かを判定する（ステップＳ５０３）。トークンを取得していない場合（ステップＳ５０３：ＮＯ）、監視制御システム５２は、ステップＳ５０３を繰り返す。トークンを取得した場合（ステップＳ５０３：ＹＥＳ）、監視制御システム５２は、キーボード等の操作部に対する手動操作を受け付ける（ステップＳ５０４）。通信部８０は、トークンの巡回を一時停止させる（ステップＳ５０５）。
【００８１】
以上のように、実施形態の取水計画装置８は、水質予測部８３と、取水要求量算出部８５と、通信部８０とを持つ。水質予測部８３は、降雨量の実績値と水質の実績値との相関関係に基づいて、降雨量の予測値に応じた水質を予測する。取水要求量算出部８５は、取水要求量を水質の予測結果に基づいて施設５ごとに算出する。通信部８０は、取水要求量を表す情報を少なくとも一つの施設５に送信する。
【００８２】
これにより、実施形態の取水計画装置８は、取水システム１の給水能力を向上させることができる。
【００８３】
実施形態の取水計画装置８は、異なる水源２００の水を異なる施設５の間で融通して、取水システム１の給水能力を向上させることができる。実施形態の取水計画装置８は、取水停止予定時刻と取水開始予定時刻とを、施設５の管理者に通知することができる。施設５の管理者は、取水停止予定時刻と取水開始予定時刻とに基づいて、取水停止及び取水開始のための操作を確実に実行することができる。
【００８４】
実施形態の取水計画装置８は、施設５のデータベース５０に予め記録されている実績値群に基づいて、施設５に関する水の濁度等を予測することができる。実施形態の取水計画装置８は、施設５の構成に関する情報を取得しなくても、取水システム１の給水能力を向上させることができる。施設５の構成に関する情報とは、例えば、送水管の径に関する情報、ポンプの取水能力を表す情報である。実施形態の取水計画装置８は、施設５の水に関する相関関係を実績値に基づいて機械学習することによって、水源の水質の予測値に関する相関関係を推定することができる。実施形態の取水計画装置８は、取水システム１の運用コストを低減することができる。実施形態の取水計画装置８は、環境負荷を低減することができる。
【００８５】
また、人口が減少している日本の社会情勢を考慮すれば、水道事業全体には、解決すべき課題（ａ）〜（ｄ）がある。
【００８６】
（ａ）給水人口の減少に伴う料金収入の低下の解消
（ｂ）技術者及び現場作業員の退職による人的資源の不足の解消と、技術者及び現場作業員のノウハウ等の技術の継承
（ｃ）高度成長期に急速に整備された施設の改良及び更新と、施設の改良及び更新のピークの平滑化と、施設の改良及び更新の財源の確保
（ｄ）下記（ｉ）〜（ｉｉｉ）に示す課題の解決を踏まえた、施設の統廃合の対応と、広域化運営の推進
【００８７】
（ｉ）原水の水質が悪化した非常時における、原水の濁度が上昇することによって浄水処理に障害が発生することを低減
（ｉｉ）原水の水質の悪化に伴い取水の停止又は制限が発生して渇水しないよう、非常時における給水能力の向上
（ｉｉｉ）より清浄な原水を優先的に取水することによる、水道事業に伴う費用及び環境負荷を低減
【００８８】
重要なライフラインである水道事業の使命は、人口が減少している社会情勢下にあっても、可能な限り給水を継続することである。水道事業の使命は、原水の水質が悪化した非常時であっても、通常時と変わらない。実施形態の取水計画装置８は、原水の水質が悪化した非常時でも給水能力が向上しているので、課題（ｉ）〜（ｉｉｉ）を解決することができる。
【００８９】
以上述べた少なくともひとつの実施形態によれば、降雨量の実績値と水質の実績値との相関関係に基づいて、降雨量の予測値に応じた水質を予測する水質予測部と、水処理に関する施設に要求する取水量である取水要求量を水質の予測結果に基づいて施設ごとに算出する取水要求量算出部とを持つことにより、取水システムの給水能力を向上させることができる。
【００９０】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００９１】
１…取水システム、２…気象情報システム、３…上流地点測定装置、４…取水地点測定装置、５…施設、６…接合井、７…配水池、８…取水計画装置、２０…実績値記憶部、２１…予測値記憶部、２２…送信部、３０…送信部、４０…送信部、５０…データベース、５１…需要予測システム、５２…監視制御システム、５３…水処理システム、８０…通信部、８１…取水補正量算出部、８２…データベース、８３…水質予測部、８４…時刻管理部、８５…取水要求量算出部、１００…施設グループ、２００…水源、５３０…ポンプ、５３１…水処理部
【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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