(57)【要約】      （修正有）【課題】放水口についての制約を考慮して貯水施設の運用を支援することができるようにする。【解決手段】貯水池の水位が第１の制約条件を満たし、放水口の水位が第２の制約条件を満たすように、各単位期間の開始時点における貯水池の水位及び放水口の水位を変化させるとともに、流入量及び変化させた貯水池の水位を電力量算出モデルに適用して電力量を算出し、変化させた放水口の水位にペナルティ係数を乗じた値を、算出した電力量から減算して電力量の評価値を算出していき、変化させた貯水池の水位及び前記変化させた放水口の水位の組合せのうち、所定期間内の前記各単位期間についての評価値の合計が最大となる組合せを最適な水位の計画として決定する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯水池からの放水を利用して水力発電を行う発電機及び前記発電機からの放水を一時的に貯めておく放水口を有する貯水施設の運用を支援するシステムであって、
前記貯水池の水位に対する第１の制約条件及び前記放水口の水位に対する第２の制約条件を記憶する制約条件記憶部と、
前記放水口の水位を評価する係数である放水口水位ペナルティ係数を記憶するペナルティ係数記憶部と、
所定期間を構成する各単位期間における前記貯水池への水の流入量の予測値を取得する流入量取得部と、
前記単位期間における前記貯水池の水位の変化量及び前記流入量並びに前記貯水池の水位に基づいて、前記発電機による前記単位期間に発電される電力量を算出するための電力量算出モデルを記憶するモデル記憶部と、
前記貯水池の水位が前記第１の制約条件を満たし、前記放水口の水位が前記第２の制約条件を満たすように、前記各単位期間の開始時点における前記貯水池の水位及び前記放水口の水位を変化させるとともに、前記流入量及び前記変化させた前記貯水池の水位を前記電力量算出モデルに適用して前記電力量を算出し、前記変化させた前記放水口の水位に前記ペナルティ係数を乗じた値を、前記算出した電力量から減算して前記電力量の評価値を算出していき、前記変化させた貯水池の水位及び前記変化させた放水口の水位の組合せのうち、前記所定期間内の前記各単位期間についての前記評価値の合計が最大となる組合せを最適な水位の計画として決定する最適水位決定部と、
を備えることを特徴とする貯水施設運用支援システム。
【請求項２】
請求項１に記載の貯水施設運用支援システムであって、
前記制約条件記憶部はさらに、前記放水口からの放水量に対する第３の制約条件を記憶し、
前記モデル記憶部はさらに、前記単位期間における前記貯水池の水位の変化量、前記流入量、及び前記単位期間における前記放水口の水位の変化量に基づいて、前記放水口からの放水量を算出するための放水量算出モデルを記憶し、
前記最適水位決定部は、前記貯水池の水位が前記第１の制約条件を満たし、前記放水口の水位が前記第２の制約条件を満たし、かつ前記貯水池の水位の変化量、前記流入量及び前記放水口の水位の変化量を前記放水量算出モデルに適用して算出される前記放水量が前記第３の制約条件を満たすように、前記貯水池の水位及び前記放水口の水位を変化させること、
を特徴とする貯水施設運用支援システム。
【請求項３】
請求項１に記載の貯水施設運用支援システムであって、
前記最適水位決定部は、前記各単位期間について、前記放水口の水位と、前記放水口の水位の基準値である放水口基準水位との差に前記放水口水位ペナルティ係数を乗じた値を、前記電力量から減算して前記評価値を算出すること、
を特徴とする貯水施設運用支援システム。
【請求項４】
請求項１に記載の貯水施設運用支援システムであって、
前記電力量に対する時間帯別の重みを記憶する電力量重み記憶部を備え、
前記最適水位決定部は、前記各単位期間が属する時間帯に対応する前記重みを前記電力量重み記憶部から読み出し、前記電力量に前記重みを乗じた値から、前記放水口の水位に前記ペナルティ係数を乗じた値を減算して前記評価値を算出すること、
を特徴とする貯水施設運用支援システム。
【請求項５】
請求項１に記載の貯水施設運用支援システムであって、
前記制約条件記憶部はさらに、前記発電機が発電のために前記貯水池から受け入れる水の量である取水量の最小値及び最大値を含む第４の制約条件を記憶し、
前記電力量算出モデルは、前記単位期間における前記貯水池の水位の変化量及び前記流入量に基づいて前記貯水池からの放水量を算出する貯水池放水量モデルと、前記取水量及び前記貯水池の水位に基づいて前記電力量を算出する電力量モデルとを含み、
前記ペナルティ係数記憶部はさらに、前記取水量及び前記発電機に与えられずに前記貯水施設から放流される水の量である無効放流量を評価する係数である無効放流ペナルティ係数を記憶し、
前記最適水位決定部は、前記各単位期間について、前記流入量及び前記変化させた前記貯水池の水位を前記貯水池放水量モデルに適用して、前記貯水池からの放水量を算出し、前記貯水池からの放水量のうち前記第４の制約条件を満たす最大の水量を前記取水量とし、前記貯水池からの放水量から前記取水量を減じて前記無効放流量を算出し、前記取水量を前記電力量モデルに適用して前記電力量を算出し、前記無効放流量に前記無効放流ペナルティ係数を乗じた値と、前記放水口の水位に前記放水口水位ペナルティ係数を乗じた値とを、前記電力量から減算して前記評価値を算出すること、
を特徴とする貯水施設運用支援システム。
【請求項６】
請求項５に記載の貯水施設運用支援システムであって、
前記制約条件記憶部はさらに、前記無効放流量に対する第５の制約条件を記憶し、
前記最適水位決定部は、前記変化させた貯水池の水位及び前記変化させた放水口の水位の組合せのうち、前記無効放流量が前記第５の制約条件を満たすものの中で、前記評価値の合計が最大となる組合せを最適な水位の計画として決定すること、
を特徴とする貯水施設運用支援システム。
【請求項７】
貯水池からの放水を利用して水力発電を行う発電機及び前記発電機からの放水を一時的に貯めておく放水口を有する貯水施設の運用を支援する方法であって、
コンピュータが、
所定期間を構成する各単位期間における前記貯水池への水の流入量の予測値を取得し、
前記単位期間における前記貯水池の水位の変化量及び前記流入量並びに前記貯水池の水位に基づいて、前記発電機による前記単位期間に発電される電力量を算出するための電力量算出モデルをメモリに記憶し、
前記貯水池の水位に対する第１の制約条件及び前記放水口の水位に対する第２の制約条件を前記メモリに記憶し、
前記放水口の水位を評価する係数である放水口水位ペナルティ係数を前記メモリに記憶し、
前記貯水池の水位が前記第１の制約条件を満たし、前記放水口の水位が前記第２の制約条件を満たすように、前記各単位期間の開始時点における前記貯水池の水位及び前記放水口の水位を変化させるとともに、前記流入量及び前記変化させた前記貯水池の水位を前記電力量算出モデルに適用して前記電力量を算出し、前記変化させた前記放水口の水位に前記ペナルティ係数を乗じた値を、前記算出した電力量から減算して前記電力量の評価値を算出していき、前記変化させた貯水池の水位及び前記変化させた放水口の水位の組合せのうち、前記所定期間内の前記各単位期間についての前記評価値の合計が最大となる組合せを最適な水位の計画として決定すること、
を特徴とする貯水施設運用支援方法。
【請求項８】
請求項７に記載の貯水施設運用支援方法であって、
前記コンピュータはさらに、前記放水口からの放水量に対する第３の制約条件を前記メモリに記憶し、前記単位期間における前記貯水池の水位の変化量、前記流入量、及び前記単位期間における前記放水口の水位の変化量に基づいて、前記放水口からの放水量を算出するための放水量算出モデルを前記メモリに記憶し、
前記コンピュータは、前記貯水池の水位が前記第１の制約条件を満たし、前記放水口の水位が前記第２の制約条件を満たし、かつ前記貯水池の水位の変化量、前記流入量及び前記放水口の水位の変化量を前記放水量算出モデルに適用して算出される前記放水量が前記第３の制約条件を満たすように、前記貯水池の水位及び前記放水口の水位を変化させること、
を特徴とする貯水施設運用支援方法。
【請求項９】
貯水池からの放水を利用して水力発電を行う発電機及び前記発電機からの放水を一時的に貯めておく放水口を有する貯水施設の運用を支援するためのプログラムであって、
コンピュータに、
所定期間を構成する各単位期間における前記貯水池への水の流入量の予測値を取得し、
前記単位期間における前記貯水池の水位の変化量及び前記流入量並びに前記貯水池の水位に基づいて、前記発電機による前記単位期間に発電される電力量を算出するための電力量算出モデルをメモリに記憶するステップと、
前記貯水池の水位に対する第１の制約条件及び前記放水口の水位に対する第２の制約条件を前記メモリに記憶するステップと、
前記放水口の水位を評価する係数である放水口水位ペナルティ係数を前記メモリに記憶するステップと、
前記貯水池の水位が前記第１の制約条件を満たし、前記放水口の水位が前記第２の制約条件を満たすように、前記各単位期間の開始時点における前記貯水池の水位及び前記放水口の水位を変化させるとともに、前記流入量及び前記変化させた前記貯水池の水位を前記電力量算出モデルに適用して前記電力量を算出し、前記変化させた前記放水口の水位に前記ペナルティ係数を乗じた値を、前記算出した電力量から減算して前記電力量の評価値を算出していき、前記変化させた貯水池の水位及び前記変化させた放水口の水位の組合せのうち、前記所定期間内の前記各単位期間についての前記評価値の合計が最大となる組合せを選択することで最適な水位の計画を決定するステップと、
を実行させるためのプログラム。
【請求項１０】
請求項９に記載のプログラムであって、
前記コンピュータにさらに、前記放水口からの放水量に対する第３の制約条件を前記メモリに記憶し、前記単位期間における前記貯水池の水位の変化量、前記流入量、及び前記単位期間における前記放水口の水位の変化量に基づいて、前記放水口からの放水量を算出するための放水量算出モデルを前記メモリに記憶するステップを実行させ、
前記最適な水位の計画を決定するステップにおいて、前記コンピュータに、前記貯水池の水位が前記第１の制約条件を満たし、前記放水口の水位が前記第２の制約条件を満たし、かつ前記貯水池の水位の変化量、前記流入量及び前記放水口の水位の変化量を前記放水量算出モデルに適用して算出される前記放水量が前記第３の制約条件を満たすように、前記貯水池の水位及び前記放水口の水位を変化させるステップを実行させること、
を特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貯水施設の運用を支援するシステム、方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水力発電を効率的に行うために、コンピュータによる運用支援システムが用いられている。例えば、特許文献１では、１日の放水水量に基づいて自動計算した発電機運転計画及び水位計画や、過去の発電機運転計画及び水位計画の実績データなどを表示し、必要に応じて修正を受け付けて発電運用計画を作成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３９８３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、貯水施設において発電機から河川に放水する水を一時的に貯水するための放水口が設けられることがある。放水口は、例えば、急激な放水により河川の極端な増水を防いだり、河川の流量を一定に保ったりする用途などに用いられ、各種の制約が設けられている。しかしながら、特許文献１に記載の装置では、放水口の制約を考慮した計画を行うことはできない。
【０００５】
本発明は、このような背景を鑑みてなされたものであり、放水口についての制約を考慮して貯水施設の運用を支援することのできる、貯水施設運用支援システム、貯水施設運用支援方法およびプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための本発明のうち主な発明は、貯水池からの放水を利用して水力発電を行う発電機及び前記発電機からの放水を一時的に貯めておく放水口を有する貯水施設の運用を支援するシステムであって、前記貯水池の水位に対する第１の制約条件及び前記放水口の水位に対する第２の制約条件を記憶する制約条件記憶部と、前記放水口の水位を評価する係数である放水口水位ペナルティ係数を記憶するペナルティ係数記憶部と、所定期間を構成する各単位期間における前記貯水池への水の流入量の予測値を取得する流入量取得部と、前記単位期間における前記貯水池の水位の変化量及び前記流入量並びに前記貯水池の水位に基づいて、前記発電機による前記単位期間に発電される電力量を算出するための電力量算出モデルを記憶するモデル記憶部と、前記貯水池の水位が前記第１の制約条件を満たし、前記放水口の水位が前記第２の制約条件を満たすように、前記各単位期間の開始時点における前記貯水池の水位及び前記放水口の水位を変化させるとともに、前記流入量及び前記変化させた前記貯水池の水位を前記電力量算出モデルに適用して前記電力量を算出し、前記変化させた前記放水口の水位に前記ペナルティ係数を乗じた値を、前記算出した電力量から減算して前記電力量の評価値を算出していき、前記変化させた貯水池の水位及び前記変化させた放水口の水位の組合せのうち、前記所定期間内の前記各単位期間についての前記評価値の合計が最大となる組合せを最適な水位の計画として決定する最適水位決定部と、を備えることとする。
【０００７】
本発明の貯水施設運用支援システムによれば、貯水池の貯水量と放水口の貯水量とを変化させてシミュレーションを行い、制約を満たしつつ、電力量の評価値が最大となるような最適な貯水池の水位および放水口の水位を計画することができる。また、本発明の貯水施設運用支援システムによれば、発電電力量か、放水口水位にペナルティ係数を乗じた値を減算して電力量の評価を行うので、放水口の水位を考慮した水位の計画を行うことができる。したがって、貯水施設の運用者は、本発明の貯水施設運用支援システムからの出力に従って貯水池および放水口の水位を管理することで、最適な水位の管理を行うことが可能となり、これまで運用者の経験に基づいて管理してきた水位を、経験の浅いものに行わせることもできる。
【０００８】
また、本発明の貯水施設運用支援システムでは、前記制約条件記憶部はさらに、前記放水口からの放水量に対する第３の制約条件を記憶し、前記モデル記憶部はさらに、前記単位期間における前記貯水池の水位の変化量、前記流入量、及び前記単位期間における前記放水口の水位の変化量に基づいて、前記放水口からの放水量を算出するための放水量算出モデルを記憶し、前記最適水位決定部は、前記貯水池の水位が前記第１の制約条件を満たし、前記放水口の水位が前記第２の制約条件を満たし、かつ前記貯水池の水位の変化量、前記流入量及び前記放水口の水位の変化量を前記放水量算出モデルに適用して算出される前記放水量が前記第３の制約条件を満たすように、前記貯水池の水位及び前記放水口の水位を変化させるようにしてもよい。  
この場合、放水口からの放水量に対する制約を満たすようにしながら、発電電力量の評価値を最大にするような貯水池および放水口の水位を計画することができる。
【０００９】
また、本発明の貯水施設運用支援システムでは、前記最適水位決定部は、前記各単位期間について、前記放水口の水位と、前記放水口の水位の基準値である放水口基準水位との差に前記放水口水位ペナルティ係数を乗じた値を、前記電力量から減算して前記評価値を算出するようにしてもよい。  
この場合、放水口の水位が所定の基準からなるべく乖離しないようにしながら、発電電力量の評価値を最大にするように貯水池および放水口の水位を計画することができる。  また、本発明の貯水施設運用支援システムは、前記電力量に対する時間帯別の重みを記憶する電力量重み記憶部を備え、前記最適水位決定部は、前記各単位期間が属する時間帯に対応する前記重みを前記電力量重み記憶部から読み出し、前記電力量に前記重みを乗じた値から、前記放水口の水位に前記ペナルティ係数を乗じた値を減算して前記評価値を算出するようにしてもよい。  
この場合、時間帯別に発電電力量に重み付けをして評価することができる。したがって、例えば、電力需要の多い時間帯については、放水位の評価よりも発電電力量の評価を高くするなど、時間帯に応じた柔軟な評価を行うことができる。
【００１０】
また、本発明の貯水施設運用支援システムでは、前記制約条件記憶部はさらに、前記発電機が発電のために前記貯水池から受け入れる水の量である取水量の最小値及び最大値を含む第４の制約条件を記憶し、前記電力量算出モデルは、前記単位期間における前記貯水池の水位の変化量及び前記流入量に基づいて前記貯水池からの放水量を算出する貯水池放水量モデルと、前記取水量及び前記貯水池の水位に基づいて前記電力量を算出する電力量モデルとを含み、前記ペナルティ係数記憶部はさらに、前記取水量及び前記発電機に与えられずに前記貯水施設から放流される水の量である無効放流量を評価する係数である無効放流ペナルティ係数を記憶し、前記最適水位決定部は、前記各単位期間について、前記流入量及び前記変化させた前記貯水池の水位を前記貯水池放水量モデルに適用して、前記貯水池からの放水量を算出し、前記貯水池からの放水量のうち前記第４の制約条件を満たす最大の水量を前記取水量とし、前記貯水池からの放水量から前記取水量を減じて前記無効放流量を算出し、前記取水量を前記電力量モデルに適用して前記電力量を算出し、前記無効放流量に前記無効放流ペナルティ係数を乗じた値と、前記放水口の水位に前記放水口水位ペナルティ係数を乗じた値とを、前記電力量から減算して前記評価値を算出するようにしてもよい。  
この場合、無効放流量を考慮して発電電力量を評価することができる。
【００１１】
また、本発明の貯水施設運用支援システムでは、前記制約条件記憶部はさらに、前記無効放流量に対する第５の制約条件を記憶し、前記最適水位決定部は、前記変化させた貯水池の水位及び前記変化させた放水口の水位の組合せのうち、前記無効放流量が前記第５の制約条件を満たすものの中で、前記評価値の合計が最大となる組合せを最適な水位の計画として決定するようにしてもよい。
【００１２】
また、本発明の他の態様は、貯水池からの放水を利用して水力発電を行う発電機及び前記発電機からの放水を一時的に貯めておく放水口を有する貯水施設の運用を支援する方法であって、コンピュータが、所定期間を構成する各単位期間における前記貯水池への水の流入量の予測値を取得し、前記単位期間における前記貯水池の水位の変化量及び前記流入量並びに前記貯水池の水位に基づいて、前記発電機による前記単位期間に発電される電力量を算出するための電力量算出モデルをメモリに記憶し、前記貯水池の水位に対する第１の制約条件及び前記放水口の水位に対する第２の制約条件を前記メモリに記憶し、前記放水口の水位を評価する係数である放水口水位ペナルティ係数を前記メモリに記憶し、前記貯水池の水位が前記第１の制約条件を満たし、前記放水口の水位が前記第２の制約条件を満たすように、前記各単位期間の開始時点における前記貯水池の水位及び前記放水口の水位を変化させるとともに、前記流入量及び前記変化させた前記貯水池の水位を前記電力量算出モデルに適用して前記電力量を算出し、前記変化させた前記放水口の水位に前記ペナルティ係数を乗じた値を、前記算出した電力量から減算して前記電力量の評価値を算出していき、前記変化させた貯水池の水位及び前記変化させた放水口の水位の組合せのうち、前記所定期間内の前記各単位期間についての前記評価値の合計が最大となる組合せを最適な水位の計画として決定することとする。
【００１３】
また、本発明の貯水施設運用支援方法では、前記コンピュータはさらに、前記放水口からの放水量に対する第３の制約条件を前記メモリに記憶し、前記単位期間における前記貯水池の水位の変化量、前記流入量、及び前記単位期間における前記放水口の水位の変化量に基づいて、前記放水口からの放水量を算出するための放水量算出モデルを前記メモリに記憶し、前記コンピュータは、前記貯水池の水位が前記第１の制約条件を満たし、前記放水口の水位が前記第２の制約条件を満たし、かつ前記貯水池の水位の変化量、前記流入量及び前記放水口の水位の変化量を前記放水量算出モデルに適用して算出される前記放水量が前記第３の制約条件を満たすように、前記貯水池の水位及び前記放水口の水位を変化させるようにしてもよい。
【００１４】
また、本発明の他の態様は、貯水池からの放水を利用して水力発電を行う発電機及び前記発電機からの放水を一時的に貯めておく放水口を有する貯水施設の運用を支援するためのプログラムであって、コンピュータに、所定期間を構成する各単位期間における前記貯水池への水の流入量の予測値を取得し、前記単位期間における前記貯水池の水位の変化量及び前記流入量並びに前記貯水池の水位に基づいて、前記発電機による前記単位期間に発電される電力量を算出するための電力量算出モデルをメモリに記憶するステップと、前記貯水池の水位に対する第１の制約条件及び前記放水口の水位に対する第２の制約条件を前記メモリに記憶するステップと、前記放水口の水位を評価する係数である放水口水位ペナルティ係数を前記メモリに記憶するステップと、前記貯水池の水位が前記第１の制約条件を満たし、前記放水口の水位が前記第２の制約条件を満たすように、前記各単位期間の開始時点における前記貯水池の水位及び前記放水口の水位を変化させるとともに、前記流入量及び前記変化させた前記貯水池の水位を前記電力量算出モデルに適用して前記電力量を算出し、前記変化させた前記放水口の水位に前記ペナルティ係数を乗じた値を、前記算出した電力量から減算して前記電力量の評価値を算出していき、前記変化させた貯水池の水位及び前記変化させた放水口の水位の組合せのうち、前記所定期間内の前記各単位期間についての前記評価値の合計が最大となる組合せを選択することで最適な水位の計画を決定するステップと、を実行させることとする。
【００１５】
また、本発明のプログラムでは、前記コンピュータにさらに、前記放水口からの放水量に対する第３の制約条件を前記メモリに記憶し、前記単位期間における前記貯水池の水位の変化量、前記流入量、及び前記単位期間における前記放水口の水位の変化量に基づいて、前記放水口からの放水量を算出するための放水量算出モデルを前記メモリに記憶するステップを実行させ、前記最適な水位の計画を決定するステップにおいて、前記コンピュータに、前記貯水池の水位が前記第１の制約条件を満たし、前記放水口の水位が前記第２の制約条件を満たし、かつ前記貯水池の水位の変化量、前記流入量及び前記放水口の水位の変化量を前記放水量算出モデルに適用して算出される前記放水量が前記第３の制約条件を満たすように、前記貯水池の水位及び前記放水口の水位を変化させるステップを実行させるようにしてもよい。
【００１６】
その他本願が開示する課題やその解決方法については、発明の実施形態の欄及び図面により明らかにされる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、貯水施設についての制約を考慮して貯水施設の運用を支援することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態で想定される貯水施設を説明するための図である。
【図２】本実施形態の水位運用支援システムの全体構成を示す図である。
【図３】流入量の変化を示すグラフである。
【図４】本実施形態の流入量予測システム１０のハードウェア構成を示す図である。
【図５】本実施形態の流入量予測システム１０のソフトウェア構成を示す図である。
【図６】流入量実績データベース１５３に記憶される気象流入量実績情報の構成例を示す図である。
【図７】最適貯水位計算システム２０のハードウェア構成を示す図である。
【図８】最適貯水位計算システム２０のソフトウェア構成を示す図である。
【図９】諸元記憶部２５１に記憶される諸元情報の構成例を示す図である。
【図１０】諸元情報を入力する画面３１の一例を示す図である。
【図１１】電力価格データベース２５４の構成例を示す図である。
【図１２】運用水位データベース２５５の構成例を示す図である。
【図１３】効率試験結果データベース２５７の構成例を示す図である。
【図１４】総合変換効率モデル推計部２１４による推計処理の流れを示す図である。
【図１５】放水口水位実績データベース２５８の構成例を示す図である。
【図１６】放水口水位モデル推計部２１６による推計処理の流れを示す図である。
【図１７】河川流量実績データベース２５９の構成例を示す図である。
【図１８】河川流量モデル推計部２１７による推計処理の流れを示す図である。
【図１９】各日の運用水位のシミュレーションに用いられる画面６０の一例を示す図である。
【図２０】過去の実績水位についてシミュレーションを行った結果を示すグラフである。
【図２１】放流量の実績値と、上限値ありのシミュレーションの結果における放流量の理論値と、上限値なしのシミュレーションの結果における放流量とを比較したグラフである。
【図２２】１時間ごとの最適な貯水池水位および放水口水位をシミュレーションする際に用いられる画面７０の一例を示す図である。
【図２３】１時間ごとの最適な貯水池水位および放水口水位をシミュレーションに係る処理の流れを示す図である。
【図２４】評価値の算出処理の流れを示す図である。
【図２５】制約違反の検出処理の流れを示す図である。
【図２６】１時間ごとの最適な貯水池水位および放水口水位をシミュレーションを行った結果を示すグラフである。
【図２７】１時間ごとの最適な貯水池水位および放水口水位をシミュレーションを行った結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態に係る貯水施設における水位運用支援システムについて説明する。本実施形態の水位運用支援システムは、水力発電に用いるダムなどの貯水施設の水位の計画を支援する。
【００２０】
＝＝貯水施設の構成＝＝
図１は本実施形態において想定される貯水施設を説明するための図である。貯水施設は、貯水池１、発電機２、放水口３を含んで構成される。
【００２１】
貯水池１は、河川や山林などから水の流入４を受ける。貯水池１は水を貯めて、貯めた水を放水する。発電機２は、貯水池１から放水された水を受けて（以下、発電機２が貯水池１から受ける水の量を「取水量」といい、「Ｑ」と表記する。）発電を行う。発電機２は水車発電機であることを想定している。発電に使われた水は、発電機２を通って、一旦放水口３に貯められた後、河川に放水される。
【００２２】
貯水池１からは、常時一定の水量（以下、「維持流量」といい、「Ｓ０」と表記する。単位は「ｍ３／ｓ」である。）の水が直接河川Ａに流される。この維持流量の放水のことは責放流とも呼ばれる。貯水池１からは、発電機２にも与えられず、責放流にも使われず、貯水池１に貯水もされずに、河川Ａに放水される無効放流５も発生する。無効放流５は、例えば、貯水池１の水位が所定の最高水位を超える場合や、貯水池１が発電機２の取水量と維持流量との合計を超える放水を行う場合に発生することになる。
【００２３】
貯水施設においては各種の制約が設けられている。例えば、貯水池１の水位を所定の範囲内にしなくてはいけないという制約があり、また、放水口についても、放水口から河川Ｂへ所定量以上の放水を行う必要があるとともに、一定量以上の放水を行ってはいけないという制約がある。なお、貯水施設における制約の詳細については後述する。
【００２４】
本実施形態の水位運用支援システムでは、貯水施設への水の流入４に係る水量（以下、「流入量」といい、「Ｒ」と表記する。）を予測し、予測した流入量や気象情報などに基づいて発電される電力量及びその価格（以下、「売電額」という。）を算出し、売電額が最大となるように所定の単位期間（以下、「第１単位期間」ともいう。本実施形態では１日とする。）ごとの水位を最適化するとともに、無効放流５の水量（以下、「無効放流量」といい、「Ｓ」と表記する。単位は「ｍ３／ｓ」である。）と、放水口３の水位（以下、「放水口水位」といい、「Ｈ２」と表記する。単位は「ｍ」である。）、または放水口３の貯水量（以下、「放水口貯水量」といい、「Ｖ２」と表記する。単位は「ｍ３」である。）とを評価に加えて、第１単位期間を構成する単位期間（以下、「第２単位期間」ともいう。本実施形態では１時間とする。）ごとの水位を、上記のような各種の制約を満たしつつ最適化する。  
以下、詳細について説明する。
【００２５】
＝＝システム構成＝＝
図２は、本実施形態の水位運用支援システムの全体構成を示す図である。  
本実施形態の水位運用支援システムは、流入量を予測する流入量予測システム１０と、貯水施設における最適水位を計算する最適貯水位計算システム２０との２つのサブシステムを含んで構成されている。流入量予測システム１０及び最適貯水位計算システム２０はそれぞれ、例えば、パーソナルコンピュータやワークステーション、ＰＤＡ（Personal Digital Assistance）などのコンピュータである。流入量予測システム１０及び最適貯水位計算システム２０は、複数台のコンピュータにより構成するようにすることもできる。
【００２６】
流入量予測システム１０及び最適貯水位計算システム２０は、通信ネットワーク３０を介して互いに通信可能に接続されている。通信ネットワーク３０は、例えば、インターネットやＬＡＮ（Local Area Network）などである。通信ネットワーク３０は、例えば、イーサネット（登録商標）や公衆電話回線網、無線通信網などにより構築される。
【００２７】
＝＝流入量予測システム１０＝＝
本実施形態の流入量予測システム１０では、融雪量を考慮して流入量の予測を行うことで、予測の精度を向上している。  
図３は、流入量の変化を示すグラフである。降水や融雪などがない場合にも、例えば山林などからの滲出によって、所定の流入量は存在する。したがって、降水や融雪がないと、流入量は所定の均衡値（以下、「均衡流入量」という。）に逓減していく（ａ）。これに対し、降水があると、それに応じて流水量は一時的に増加するが、降水が止むとともに、再度均衡流入量に向けて逓減を始める（ｂ）。一方、気温が上昇すると融雪が発生し、それに応じて流水量も増加するが、融雪は降水に比べて流入量に与える影響の変化が緩やかである（ｃ）。これは、例えば冬季から春季に向けての時期などにおいて、平均気温が上昇している場合に、継続的に融雪が発生するような場合である。
【００２８】
そこで、本実施形態の流入量予測システム１０では、降水量、融雪量及び均衡流入量に着目し、過去の気温や降水量などの気象データの実績値と後述する回帰モデルとに基づいてパラメタを推計し、推計したパラメタと、例えば気象予報などにより求められる気温の予測値（以下、「予測気温」という。）及び降水量の予測値（以下、「予測降水量」という。）を回帰モデルに適用して流入量の予測値を算出する。
【００２９】
図４は、本実施形態の流入量予測システム１０のハードウェア構成を示す図である。流入量予測システム１０は、ＣＰＵ１０１、メモリ１０２、記憶装置１０３、通信インタフェース１０４、入力装置１０５及び出力装置１０６を備える。記憶装置１０３は、各種のプログラムやデータを記憶する、例えば、ハードディスクドライブやフラッシュメモリ、ＣＤ−ＲＯＭドライブなどである。ＣＰＵ１０１は、記憶装置１０３に記憶されているプログラムをメモリ１０２に読み出して実行することにより各種の機能を実現する。通信インタフェース１０４は、通信ネットワーク３０に接続するためのインタフェースであり、例えば、イーサネット（登録商標）に接続するためのアダプタや、公衆電話回線網に接続するためのモデム、無線通信を行う通信器などである。入力装置１０５は、ユーザからデータの入力を受け付ける、例えばキーボードやマウス、タッチパネル、マイクロフォンなどである。出力装置１０６は、データを出力する、例えばディスプレイやプリンタ、スピーカなどである。
【００３０】
図５は、本実施形態の流入量予測システム１０のソフトウェア構成を示す図である。本実施形態の流入量予測システム１０は、降雪気温推計部１１１、融雪量モデル推計部１１２、流入量モデル推計部１１３、予測気温取得部１１４、予測降水量取得部１１５、予測融雪量取得部１１６、流入量予測部１１７、モデル記憶部１５１、パラメタ記憶部１５２、及び気象及び流入量実績データベース１５３を備えている。なお、降雪気温推計部１１１、融雪量モデル推計部１１２、流入量モデル推計部１１３、予測気温取得部１１４、予測降水量取得部１１５、予測融雪量取得部１１６、及び流入量予測部１１７は、流入量予測システム１０のＣＰＵ１０１が、記憶装置１０３に記憶されているプログラムをメモリ１０２に読み出して実行することにより実現される。
【００３１】
気象及び流入量実績データベース１５３には、気象の各種実績値や流入量の実績値を含む情報（以下、「気象流入量実績情報」という。）の履歴が記憶される。図６は、気象及び流入量実績データベース１５３に記憶される気象流入量実績情報の構成例を示す図である。同図に示すように、気象流入量実績情報には、日付に対応付けて、気温、降水量、降雪量、積雪量、融雪量、流入量が含まれている。気温は、一日の平均気温である。降水量、降雪量、融雪量は一日の降水量、降雪量、融雪量の累積値である。積雪量は、その日に観測された積雪量である。流入量は、一日にダムなどの貯水施設に流入した水量の累計値である。気温、降水量、降雪量及び積雪量は、例えば、気象庁や民間気象会社などが提供するデータである。流入量は、貯水施設において測定した測定値である。流入量は、例えば、河川を管理する自治体などが提供する河川の流量の測定値としてもよい。融雪量は、気象庁や民間気象会社、測量会社などが測定したものであってもよいし、後述するモデルにより計算した値を実績値として記録するようにしてもよい。
【００３２】
モデル記憶部１５１には、気象流入量実績情報に基づく各種の統計モデルが記憶され、パラメタ記憶部１５２には、モデル記憶部１５１に記憶されているモデルに適用される回帰係数や定数などのパラメタが記憶される。モデル記憶部１５１には、降水量の統計モデル（以下、「降水量モデル１」という。）、降雪量の統計モデル（以下、「降雪量モデル２」という。）、積雪量の統計モデル（以下、「積雪量モデル３」という。）、融雪量の統計モデル（以下、「融雪量モデル４」という。）、及び前日からの流入量の増加量に係る統計モデル（以下、「流入量モデル５」という。）が記憶される。パラメタ記憶部１５２には、降雨が降雪に変わる気温（以下、「降雪気温」という。）δ、均衡流入量μ１、融雪が始まる気温μ２、回帰係数α１〜α３、β１、β２がパラメタ記憶部１５２に記憶される。なお、均衡流入量μ１及び融雪が始まる気温μ２については、所定の定数として、予めパラメタ記憶部１５２に記憶されているものとする。
【００３３】
なお以下の説明において、日付ｔにおける気温、降水量、降雪量、積雪量、融雪量及び流入量をそれぞれ、Ｔｔ、Ｐｔ、Ｓｔ、Ｄｔ、Ｍｔ及びＲｔとする。前日からの流入量の増加量をΔＲｔとする。気温Ｔｔがδより高い場合の降水量をＰ１ｔ、気温Ｔｔがδ以下である場合の降水量をＰ２ｔとする。
【００３４】
降水量モデル１は、降水量Ｐｔが、降雪気温δを境に、Ｐ１ｔまたはＰ２ｔとなることを示すモデルであり、次式で表される。  
2011065379.tif 000002
降雪量モデル２は、気温Ｔｔがδ以下である場合の降水量Ｐ２ｔを説明変数とし、降雪量Ｓｔを目的変数とした回帰モデルであり、次式で表される。  
2011065379.tif 000003
積雪量モデル３は、積雪量Ｄｔが、前日までの積雪量Ｄｔ−１に当日の降雪量Ｓｔを加え、そこから融雪量Ｍｔを引いたものに一致するという関係を示すモデルであり、次式で表される。  
2011065379.tif 000004
融雪量モデル４は、気温Ｔｔから融雪が始まる気温μ２を減じた値に積雪量Ｄｔを乗じた値と、Ｐ１ｔとを説明変数とし、融雪量Ｍｔを目的変数とした回帰モデルであり、次式で表される。  
2011065379.tif 000005
融雪量モデル４において、気温Ｔｔがμ２よりも低ければ第１項は０になり、前日までの積雪量Ｄｔ−１が０であれば融雪量Ｍｔは０になる。  
流入量モデル５は、均衡流入量μ１から前日の流入量Ｒｔ−１を減じた値と、当日の気温Ｔｔがδより高い場合の降水量Ｐ１ｔと、当日の融雪量Ｍｔとを説明変数とし、流入量の増加量ΔＲｔを目的変数とした回帰モデルであり、次式で表される。  
2011065379.tif 000006
【００３５】
降雪気温推計部１１１は、降水量モデル１及び気象流入量実績情報に基づいて降雪気温δを推計し、推計した降雪気温δをパラメタ記憶部１５２に登録する。具体的には、降雪気温推計部１１１は、気象及び流入量実績データベース１５３から降雪量が０より大きい気象流入量実績情報を取得し、取得した気象流入量実績情報に基づき、モデル
降雪量＝ａ×気温＋ｂ×降水量
を回帰分析して、回帰係数ａ及びｂを推計する。次に、降雪気温推計部１１１は、気温がδ以下の場合には「ａ×気象流入量実績情報の気温＋ｂ×気象流入量実績情報の降水量」、気温がδより高い場合には「０」を推計降雪量として、推計降雪量と気象流入量実績情報の降雪量との差を２乗した値が最小になるδを算出する。降雪気温推計部１１１は、例えば、所定範囲の気温を所定ステップごとに増加させたδについて、各気象流入量実績情報がδより高ければ、上記回帰係数ａを気温に乗じた値と、上記回帰係数ｂを降水量に乗じた値とを合計して推計降雪量として算出し、推計降雪量と気象流入量実績情報の降雪量との差を２乗した値を誤差の２乗として算出していき、誤差の２乗が最も小さくなったものをδとして決定することができる。なお、上記誤差の２乗が最も小さくなるように上記δを決定する処理については、一般的な統計手法を利用することが可能である。降雪気温推計部１１１は、上記のようにして決定したδを、パラメタ記憶部１５２に登録する。以上のようにして融雪気温δが決定される。
【００３６】
また、降雪気温推計部１１１は、各日付ｔについて、日付ｔに対応する気象流入量実績情報を気象及び流入量実績データベース１５３から読み出し、読み出した気象流入量実績情報の降水量及び気温と、上記推計した降雪気温δを前記降水量モデル１に適用してＰ２ｔを算出する。降雪気温推計部１１１は、気象流入量実績情報、Ｐ２ｔ、及び降雪量モデル２に基づいて回帰分析を行い、回帰変数γを推計する。降雪気温推計部１１１は、推計した回帰変数γをパラメタ記憶部１５２に登録する。  
融雪量モデル推計部１１２は、積雪量モデル３を融雪量モデル４に代入した式
2011065379.tif 000007
を回帰分析して、回帰係数α２及びα３を推計する。融雪量モデル推計部１１２は、推計した回帰係数α２及びα３をパラメタ記憶部１５２に登録する。
【００３７】
流入量モデル推計部１１３は、流入量モデル５及び気象流入量実績情報に基づいて回帰係数α１、β１、及びβ２を推計する。具体的には、流入量モデル推計部１１３は、各日付ｔについて、降水量モデル１、δ及び日付ｔに対応する気象流入量実績情報の降水量に基づいてＰ１ｔを算出し、各日付ｔの気象流入量実績情報と、対応するＰ１ｔを用いて、流入量モデル５を回帰分析し、回帰係数α１、β１、及びβ２を推計する。気象流入量実績情報に融雪量がない場合は，日付ｔ−１の積雪量と日付ｔのその他の気象情報を用いて，融雪量モデル４を用いて算出したＭｔを用いて，流入量モデル５を回帰分析し、回帰係数α１、β１、及びβ２を推計することもできる。流入量モデル推計部１１３は、推計した回帰係数α１、β１、及びβ２をパラメタ記憶部１５２に登録する。
【００３８】
予測気温取得部１１４は、気温の予測値（以下、「予測気温」という。）を取得する。予測気温取得部１１４は、例えば、ユーザから予測気温の入力を受け付けてもよいし、気象庁や民間気象会社のコンピュータにアクセスして予測気温を取得するようにしてもよい。また、予測気温取得部１１４は、気象流入量実績情報に基づいて気温の予測を行うようにしてもよい。この場合、例えば、一般的な気温の予測に用いられる統計モデルをモデル記憶部１５１に記憶しておき、予測気温取得部１１４がその統計モデルと気象流入量実績情報とに基づいて回帰分析を行ってパラメタを推計し、推計したパラメタと気象流入量実績情報とを統計モデルに適用して予測気温を算出することができる。
【００３９】
予測降水量取得部１１５は、降水量の予測値（以下、「予測降水量」という。）を取得する。予測降水量取得部１１５は、例えば、ユーザから予測降水量の入力を受け付けてもよいし、気象庁や民間気象会社のコンピュータにアクセスして予測降水量を取得するようにしてもよい。また、予測降水量取得部１１５は、予測気温取得部１１４と同様に、気象流入量実績情報に基づいて降水量の予測を行うようにしてもよい。
【００４０】
予測融雪量取得部１１６は、融雪量の予測値（以下、「予測融雪量」という。）を取得する。本実施形態では、後述するように、予測融雪量取得部１１６は、融雪量モデル４に基づいて融雪量を算出するものとするが、例えば、ユーザから予測融雪量の入力を受け付けてもよいし、気象庁や民間気象会社のコンピュータにアクセスして予測融雪量を取得するようにしてもよい。また、予測融雪量取得部１１６は、融雪量の実績値の履歴を記憶しておき、実績値に基づいて予測を行うようにしてもよい。
【００４１】
流入量予測部１１７は、予測気温取得部１１４が取得した予測気温、予測降水量取得部１１５が取得した予測降水量、降雪気温推計部１１１が推計したパラメタ、気象流入量実績情報、及び流入量モデル５を用いて、流入量の予測値（以下、「予測流入量」という。）を算出する。
【００４２】
流入量予測部１１７は、パラメタ記憶部１５２からδを読み出し、降水量モデル１にδ、予測気温取得部１１４が取得した予測気温Ｔｔ及び、予測降水量取得部１１５が取得した予測降水量Ｐｔを適用してＰ１ｔを算出する。すなわち、予測気温Ｔｔがδより大きければＰ１ｔ＝Ｐｔとなり、Ｔｔがδ以下であればＰ１ｔ＝０となる。  
流入量予測部１１７は、パラメタ記憶部１５２から、α１〜α３、β１、β２、μ１、μ２を読み出し、気象及び流入量実績データベース１５３から、前日ｔ−１に対応する気象流入量実績情報を読み出す。流入量予測部１１７は、読み出した気象流入量実績情報の積雪量をＤｔ−１とし、読み出した気象流入量実績情報の流入量をＲｔ−１とする。  
予測融雪量取得部１１６は、融雪量モデル４に、α２、Ｔｔ、μ２、Ｄｔ−１、α３、Ｐ１ｔを代入して、融雪量の予測値Ｍｔを算出する。  
流入量予測部１１７は、流入量モデル５に、α１、μ１、Ｒｔ−１、β１、Ｐ１ｔ、β２、Ｍｔを代入して流入増加量の予測値ΔＲｔを算出し、Ｒｔ−１にΔＲｔを加算して、予測流入量Ｒｔを算出する。
【００４３】
以上のようにして、本実施形態の流入量予測システム１０によれば、予測気温及び予測降水量と、気象流入量実績情報とに基づいて、降水量及び融雪量を考慮した流入量の予測を行うことができる。降水がない場合にも融雪により流入量は増加するため、融雪量を考慮して流入量の予測を行うことで、予測の精度を向上することができる。
【００４４】
また、本実施形態の流入量予測システム１０によれば、融雪量は、降水量及び気温から算出することができる。降水量及び気温の予測は、気象予報の手法として様々な手法が存在し、容易に入手可能である。したがって、融雪量の予測が困難である場合でも、容易に取得可能な降水量や気温の予測値に基づいて融雪量の予測を行うことで、融雪量を考慮した流入量の予測を容易に実現することができる。
【００４５】
また、上記流入量モデル５では、第１項を均衡流入量と流入量との差であるものとして、均衡流入量を考慮に入れているので、単に流入量を説明変数とする場合に比べ、より精度の高い流入量予測を行うことができる。
【００４６】
＝＝最適貯水位計算システム２０＝＝
最適貯水位計算システム２０は、流入量予測システム１０が予測した流入量の予測値を用いて水位をシミュレーションし、最適的な水位の計画を算出する。
【００４７】
図７は、最適貯水位計算システム２０のハードウェア構成を示す図である。同図に示すように、最適貯水位計算システム２０は、ＣＰＵ２０１、メモリ２０２、記憶装置２０３、通信インタフェース２０４、入力装置２０５、及び出力装置２０６を備えている。記憶装置２０３は、各種のデータやプログラムを記憶する、例えば、ハードディスクドライブやフラッシュメモリ、ＣＤ−ＲＯＭドライブなどである。ＣＰＵ２０１は、記憶装置２０３に記憶されているプログラムをメモリ２０２に読み出して実行することにより各種の機能を実現する。通信インタフェース２０４は、通信ネットワーク３０に接続するためのインタフェースであり、例えば、イーサネット（登録商標）に接続するためのアダプタや、公衆電話回線網に接続するためのモデム、無線通信を行うための通信器などである。入力装置２０５は、データの入力を受け付ける、例えば、キーボードやマウス、タッチパネル、マイクロフォンなどである。出力装置２０６は、データを出力する、例えば、ディスプレイやプリンタ、スピーカなどである。
【００４８】
図８は、最適貯水位計算システム２０のソフトウェア構成を示す図である。同図に示すように、最適貯水位計算システム２０は、諸元入力部２１１、貯水量設定値入力部２１２、予測流入量取得部２１３、総合変換効率モデル推計部２１４、運用水位計画部２１５、放水口水位モデル推計部２１６、河川流量モデル推計部２１７、放水口水位計画部２１８、最適水位出力部２１９、諸元記憶部２５１、モデル記憶部２５２、制約記憶部２５３、電力価格データベース２５４、運用水位データベース２５５、最適水位データベース２５６を備えている。なお、諸元入力部２１１、貯水量設定値入力部２１２、予測流入量取得部２１３、総合変換効率モデル推計部２１４、運用水位計画部２１５、河川流量モデル推計部２１７、放水口水位計画部２１８、最適水位出力部２１９は、最適貯水位計算システム２０が備えるＣＰＵ２０１が、記憶装置２０３に記憶されているプログラムをメモリ２０２に読み出して実行することにより実現される。また、諸元記憶部２５１、モデル記憶部２５２、制約記憶部２５３、電力価格データベース２５４、運用水位データベース２５５、最適水位データベース２５６は、最適貯水位計算システム２０が備えるメモリ２０２や記憶装置２０３が提供する記憶領域として実現される。なお、諸元記憶部２５１、モデル記憶部２５２、制約記憶部２５３、電力価格データベース２５４、運用水位データベース２５５、最適水位データベース２５６の一部または全部を、最適貯水位計算システム２０とは異なるデータベースサーバが管理し、最適貯水位計算システム２０がそのデータベースサーバにアクセスするようにしてもよい。
【００４９】
諸元記憶部２５１（本発明の「ペナルティ係数記憶部」に該当する。）は、貯水施設、河川、発電設備などの各種の諸元の設定値を含む情報（以下、「諸元情報」という。）を記憶する。図９は、諸元記憶部２５１に記憶される諸元情報の構成例を示す図である。同図に示すように、諸元情報は、諸元名、単位、及び設定値が含まれる。本実施形態では、諸元情報には、日時別の設定値も含まれうるものとし、「日／時／別」の形式で設定されるものとする。
【００５０】
諸元入力部２１１は、諸元情報の入力を受け付け、受け付けた諸元情報を諸元記憶部２５１に登録する。諸元入力部２１１は、例えば、キーボードやマウスなどの入力装置２０５から諸元情報の各項目の入力を受け付けるようにしてもよいし、例えば、電力会社のホストコンピュータにアクセスして諸元情報を取得するようにしてもよい。図１０は、諸元入力部２１１が諸元情報の入力を受け付ける画面３１の一例を示す図である。諸元入力部２１１は、ユーザが画面３１に入力した諸元情報を受け付けて諸元記憶部２５１に登録する。
【００５１】
なお、諸元入力部２１１は予め、貯水施設に係る諸元として、最高運用水位Ｈｍａｘ、最低運用水位Ｈｍｉｎ、維持流量Ｓ０、発電機２に与えることのできる最大の水量（以下、「最大取水量」といい、「Ｑｍａｘ」と表記する。単位は「ｍ３／ｓ」である。）、発電に利用可能な最低の水量（以下、「最小取水量」といい、「Ｑｍｉｎ」と表記する。単位は「ｍ３／ｓ」である。）、発電した後に放水する高さ（以下「放水位」といい、「Ｈｏｕｔ」と表記する。単位は「ｍ」である。）、損失落差（以下、「Ｈｌｏｓ」と表記する。単位は「ｍ」である。）、無効放流量Ｓの上限値（以下、「上限無効放流量」といい、「Ｓｍａｘ」と表記する。単位は「ｍ３／ｓ」である。）、貯水池１の貯水量（以下、「貯水池貯水量」といい、「Ｖ１」と表記する。単位は「ｍ３」である。）に係る単位量（以下、「貯水池ステップ量」という。単位は「ｍ３／ｓ・日」である。）、放水口貯水量Ｖ２に係る単位量（以下、「放水口ステップ量」という。単位は「ｍ３／ｓ・時」である。）、放水口３の最高水位（以下、「最高放水口水位」といい、「Ｈ２ｍａｘ」と表記する。単位は「ｍ」である。）、放水口３の最低水位（以下、「最低放水口水位」といい、「Ｈ２ｍｉｎ」と表記する。）、無効放流量に対する負の評価係数（以下、「無効放流ペナルティ係数」といい、「γ」と表記する。）、放水口水位の基準からの乖離度合いに対する負の評価係数（以下、「放水口ペナルティ係数」といい、「δ」と表記する。）などの入力を受け付けて、受け付けた諸元についての諸元情報を作成して諸元記憶部２５１に登録しているものとする。なお、本実施形態では、最高運用水位Ｈｍａｘ、最低運用水位Ｈｍｉｎ、維持流量Ｓ０、最大取水量Ｑｍａｘ、最小取水量Ｑｍｉｎ、最高放水口水位Ｈ２ｍａｘ、最低放水口水位Ｈ２ｍｉｎ、および維持河川流量Ｌｃに係る諸元情報には、日時別の設定値が含まれているものとする。
【００５２】
電力価格データベース２５４は、日付別及び時間帯別の電力価格を記憶する。図１１は電力価格データベース２５４の構成例を示す図である。同図に示すように、電力価格データベース２５４には、日付又は時間帯に対応付けて電力価格の評価値（単位は、「円／ｋＷｈ」である。）が記憶されている。なお、電力価格は、実際に販売される電力価格と一致させる必要はなく、発電に係るコストや需要変動などを考慮した電力量についての重みを価格として設定するものとする。また、電力価格データベース２５４は、日付に代えて、月や季節などに対応する電力価格を記憶するようにしてもよいし、季節や月、日付と時間帯とに対応付けて電力価格を記憶するようにしてもよい。本実施形態では、電力価格は予めユーザから入力されて電力価格データベース２５４に登録されているものとする。
【００５３】
貯水量設定値入力部２１２は、運用計画の対象となる期間（以下、「運用期間」という。本実施形態では、運用期間の長さは６日間とする。）と、運用期間の初日の開始時点（０時）における貯水量の予定値（以下、「初期貯水量」という。）と、最終日の終了時（２４時、すなわち７日目の開始時点でもある。）における貯水量の目的値（以下、「最終目的貯水量」という。）との入力を受け付ける。なお、貯水量設定値入力部２１２は、例えば、現在の貯水施設の貯水量を取得して初期貯水量としてもよい。また、貯水量設定値入力部２１２は、過去の水位から初期貯水量及び最終目的貯水量のいずれかを予測するようにしてもよい。
【００５４】
予測流入量取得部２１３は、流入量予測システム１０にアクセスして、流入量予測システム１０が予測した、運用期間内の各日についての流入量Ｒの予測値を取得する。なお、予測流入量取得部２１３は、例えば、キーボードやマウスなどの入力装置２０５から、流入量の予測値の入力を受け付けるようにしてもよい。
【００５５】
運用水位データベース２５５は、運用期間中の各日における貯水池１の最適な水位（以下、「運用水位」という。以下、貯水池１の水位を「貯水池水位」といい、「Ｈ１」と表記する。単位は「ｍ」である。）を記憶する。図１２は、運用水位データベース２５５の構成例を示す図である。同図に示すように、運用水位データベース２５５は、運用期間中の各日（０〜６日目）について、運用水位Ｈ１を記憶する。
【００５６】
運用水位計画部２１５（本発明の「最適貯水量決定部」に該当する。）は、シミュレーションにより、運用水位を算出し、算出した各日の運用水位Ｈ１を運用水位データベース２５５に登録する。運用水位計画部２１５がシミュレーションに用いる統計モデルは、モデル記憶部２５２に記憶されている。モデル記憶部２５２には、以下のモデルＡ１〜Ａ１４が記憶されている
モデルＡ１は、貯水池貯水量Ｖ１に基づいて運用水位Ｈ１を算出するためのもの（水位算出モデル）であり、次式により表される。なお、ａ１、ｂ１、ｃ１は貯水施設に固有の定数である。  
2011065379.tif 000008
モデルＡ２は、貯水池水位の最高値（以下、「最高運用水位」といい、「Ｈ１ｍａｘ」と表記する。単位は「ｍ」である。）に基づいて貯水池貯水量の上限値（以下、「上限貯水量」といい、Ｖ１ｍａｘと表記する。単位は「ｍ」である。）を算出するためのものであり、次式により表される。  
2011065379.tif 000009
モデルＡ３は、貯水池水位の最低値（以下、「最低運用水位」といい、「Ｈ１ｍｉｎ」と表記する。単位は「ｍ」である。）に基づいて貯水池貯水量の下限値（以下、「下限貯水量」といい、「Ｖ１ｍｉｎ」と表記する。単位は「ｍ」である。）を算出するためのものであり、次式により表される。  
2011065379.tif 000010
【００５７】
モデルＡ４は、１日の０時から２４時（すなわち次の日の０時）の貯水量に基づいて、単位期間の開始時点から終了時点までの貯水池貯水量の差（以下、「貯水量差」といい、「ΔＶ１」と表記する。）を算出するものであり、ある日付ｔの０時における貯水池貯水量をＶ１ｔとして、次式により表される。  
2011065379.tif 000011
モデルＡ５は、流入量から維持流量及び貯水量差を引いた水量（Ｒ０）を算出するためのものであり、次式により表される。  
2011065379.tif 000012
モデルＡ６は、最小取水量Ｑｍｉｎ、最大取水量Ｑｍａｘ、及びＲ０に基づいて、取水量Ｑを決定するためのもの（取水量算出モデル）であり、次式により表される。  
2011065379.tif 000013
すなわち、Ｒ０が、最小取水量Ｑｍｉｎ以上であり、かつ、最大取水量Ｑｍａｘ以下である場合には、Ｒ０が取水量Ｑとなり、Ｒ０が最小取水量Ｑｍｉｎよりも小さい場合には最小取水量Ｑｍｉｎが取水量Ｑとなり、Ｒ０が最大取水量よりも大きい場合には最大取水量Ｑｍａｘが取水量Ｑとなる。
【００５８】
モデルＡ７は、Ｒ０及び取水量Ｑに基づいて、無効放流量Ｓを算出するためのものであり、次式により表される。  
2011065379.tif 000014
モデルＡ８は、１日の終了時点における運用水位、放水位Ｈｏｕｔ及び損失落差Ｈｌｏｓに基づいて、有効落差ｈｎを算出するためのものであり、日付ｔの０時における運用水位をＨｔとし、水位を海抜高さに変換するための所定の定数をｄとして、次式により表される。  
2011065379.tif 000015
【００５９】
モデルＡ９（総合変換効率モデル）及びモデルＡ１０（電力量算出モデル）は、取水量Ｑ及び有効落差ｈｎに基づいて１日に発電される発電電力Ｐｎを算出するためのものであり、発電機２における水力発電の変換効率（以下、「総合変換効率」という。）をｃｅ、重力加速度をｇとして、次式により表される。なお、後述するように、モデルＡ９を用いて、総合変換効率ｃｅを目的変数とし、有効落差ｈｎおよび取水量Ｑの１〜ｎ乗を説明変数として回帰分析が行われる。ａ２およびｂ２１〜ｂ２ｎはその回帰分析により求められる回帰係数であり、ｃ２は定数である。  
2011065379.tif 000016
2011065379.tif 000017
モデルＡ１１は、発電電力Ｐｎに基づいて１日に発電される発電電力量Ｅｎ（単位は「ＭＷｈ」である。）を算出するためのもの（電力量算出モデル）であり、次式により表される。  
2011065379.tif 000018
モデルＡ１２は、ある日付についての発電電力量Ｅｎと、その日付に対応する電力価格とに基づいて売電額（単位は「千円」である。）を算出するためのものであり、次式により表される。  
2011065379.tif 000019
【００６０】
モデルＡ１３は、放水口貯水量Ｖ２に基づいて放水口水位Ｈ２を決定するためのもの（放水口水位算出モデル）であり、次式により表される。なお、後述するように、モデルＡ１３を用いて、放水口水位Ｈ２を目的変数とし、放水口貯水量Ｖ２の１〜ｎ乗を説明変数として回帰分析が行われる。ａ３１〜ａ３ｎはその回帰分析により求められる回帰係数であり、ｃ３は定数である。  
2011065379.tif 000020
【００６１】
モデルＡ１４は、河川の流量に基づいて河川の水位を決定するためのもの（河川流量モデル）であり、次式により表される。なお、後述するように、モデルＡ１４を用いて、河川Ｂの水位（以下、「河川水位」といい、「Ｈ３」と表記する。単位は「ｍ」である。）を目的変数とし、河川Ｂの流量（以下、「Ｌ」と表記する。単位は「ｍ３／ｓ」である。）の１〜ｎ乗を説明変数として回帰分析が行われる。ａ４１〜ａ４ｎはその回帰分析により求められる回帰係数であり、ｃ４は定数である。  
2011065379.tif 000021
【００６２】
制約記憶部２５３（本発明の「制約条件記憶部」に該当する。）には、貯水施設における各種の制約を表すモデル（以下、「制約モデル」という。）が記憶される。制約記憶部２５３には、次の制約モデルＢ１〜Ｂ８が記憶されている。
【００６３】
貯水池１には次のような制約がある。すなわち、貯水池貯水量は下限貯水量Ｖ１ｍｉｎ以上、かつ、上限貯水量Ｖ１ｍａｘ以下でなければならない。また、貯水池水位Ｈ１は、最低運用水位Ｈ１ｍｉｎ以上、かつ、最高運用水位Ｈ１ｍａｘ以下でなければならない。一方で、無効放流量Ｓは、上限無効放流量Ｓｍａｘより少なくてはならない。これらの制約は次の制約モデルＢ１〜Ｂ３で表される。  
2011065379.tif 000022
2011065379.tif 000023
2011065379.tif 000024
なお、水位Ｈ１は貯水池貯水量Ｖ１に応じて一意に定まるので、上記制約モデルＢ１およびＢ２は等価である。
【００６４】
発電機２には、次のような制約がある。すなわち、発電機２の取水量（以下、「Ｑ」と表記する。）は、所定の最小水量（以下、「最小取水量」といい、「Ｑｍｉｎ」と表記する。単位は「ｍ３／ｓ」である。）以上、かつ、所定の最大水量（以下、「最大取水量」といい、「Ｑｍａｘ」と表記する。単位は「ｍ３／ｓ」である。）以下でなければならない。この制約は次の制約モデルＢ４で表される。  
2011065379.tif 000025
【００６５】
放水口３には、次のような制約がある。すなわち、放水口貯水量Ｖ２は、所定の下限値（以下、「下限放水口貯水量」といい、「Ｖ２ｍｉｎ」と表記する。）以上であり、かつ、所定の上限値（以下、「上限放水口貯水量」といい、「Ｖ２ｍａｘ」と表記する。）以下でなければならない。また、放水口水位Ｈ２は、最低放水口水位Ｈ２ｍｉｎ以上、かつ、最高放水口水位Ｈ２ｍａｘ以下でなければならない。さらに、放水口３から河川Ｂに放水される水量（以下、「放水量」といい、「Ｆ」と表記する。）の所定の単位時間（本実施形態では、３０分とするが、１０分や１５分など、第２単位時間よりも短い任意の時間とすることができる。）あたりの変化量の絶対値（以下、「放水量変化量」といい、「ΔＦ」と表記する。）が所定の閾値（以下、「放水許容値」といい、「ΔＦｍａｘ」と表記する。）を超えてはならない。その一方で、河川Ｂの流量Ｌが所定の最低量（以下、「維持河川流量」といい、「Ｌｃ」と表記する。単位は「ｍ３／ｓ」である。）以上になるように、放水口３から河川Ｂに放水が行われなくてはならない。これらの制約は次の制約モデルＢ５〜Ｂ８で表される。  
2011065379.tif 000026
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2011065379.tif 000028
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なお、上述したように放水口３の水位Ｈ２は、放水口３の貯水量Ｖ２に基づいて一意に定まるので、上記式Ｂ５およびＢ６は等価である。
【００６６】
また、本実施形態では、河川Ｂへの放水量の制約は、３０分あたりの河川Ｂの水位（以下、「河川水位」といい、「Ｈ３」と表記する。単位は「ｍ」である。）の増加量（以下、「ΔＨ３」と表記する。単位は「ｍ」である。）に対する上限値（以下、「ΔＨ３ｍａｘ」と記載する。単位は「ｃｍ／３０分」である。）として指定されるものとする。すなわち、ΔＨ３ｍａｘは、例えば、３０分あたり河川水位の増加量ΔＨ３は１０ｃｍを超えない１０（ｃｍ／３０分）と設定される。したがって、放水許容値ΔＦｍａｘは次の式のように表される。  
2011065379.tif 000030
【００６７】
総合変換効率モデル推計部２１４は、総合変換効率ｃｅと有効落差ｈｎ及び取水量Ｑとの関係を示すモデルＡ９に係る推計を行う。総合変換効率ｃｅの説明変数として、有効落差ｈｎ及び取水量Ｑを選定した経緯は以下の通りである。
【００６８】
フランシス水車のような反動水車は、有効落差ｈｎや取水量Ｑの変動に対して効率が変化する特性を有している。例えばフランシス水車では、水の圧力が速度に変わり流水の反動でランナーが回転することにより発電を行う。有効落差ｈｎが変化すると、水の速度も変化するため、有効落差ｈｎが下がると、水車発電機２におけるランナー出力も低下し、総合変換効率ｃｅは低下することになる。また、水車発電機２では、取水量Ｑにかかわらず一定の損失があるため、取水量Ｑが少なくなると、取水により得られるエネルギーに対して相対的にこの損失が大きくなり、やはり総合変換効率ｃｅは低下することになる。逆に、取水量Ｑが大きくなった場合にも、例えば、ランナーを回転させた後の水が排出される吸出管における流水が乱流となって損失が大きくなることがある。このように、総合発電効率ｃｅは、有効落差ｈｎ及び取水量Ｑに影響を受けることから、本実施形態では、総合変換効率ｃｅの説明変数として有効落差ｈｎ及び取水量Ｑを選定した。
【００６９】
総合変換効率ｃｅと有効落差ｈｎ及び取水量Ｑとの関係については予め実験がなされているものとする。その実験結果が効率試験結果データベース２５７に記憶される。図１３は、効率試験結果データベース２５７の構成例を示す図である。同図に示すように、効率試験結果データベース２５７は、有効落差、取水量および総合変換効率を対応付けて記憶している。総合変換効率モデル推計部２１４は、効率試験結果データベース２５７に記憶されているレコードをモデルＡ９に適用して回帰分析を行う。
【００７０】
図１４は、総合変換効率モデル推計部２１４による推計処理の流れを示す図である。総合変換効率モデル推計部２１４は、ｎに１を設定する（Ｓ４０１）。総合変換効率モデル推計部２１４は、ｎが１より大きければ（Ｓ４０２：ＹＥＳ）、効率試験結果データベース２５７に記憶されている各レコードについてＱのｎ乗を算出し、算出したＱのｎ乗をレコードの新たな項目として追加する（Ｓ４０３）。総合変換効率モデル推計部２１４は、総合変換効率ｃｅを目的変数とし、ｈｎと、Ｑの１乗からＱのｎ乗のそれぞれを説明変数とするモデルＡ９を生成し、生成したモデルＡ９に効率試験結果データベース２５７の各レコードの内容を適用して回帰係数ａ２、ｂ２１〜ｂ２ｎ及びｃ２の推計を行う（Ｓ４０４）。総合変換効率モデル推計部２１４は、統計検定を行い（Ｓ４０５）、検定結果が有意でなければ（Ｓ４０６：ＮＯ）、ｎをインクリメントして（Ｓ４０７）、ステップＳ４０２からの処理を行う。なお、ステップＳ４０６においては、総合変換効率モデル推計部２１４は、効率試験結果データベース２５７の各レコードについて、レコードに含まれる効率と、レコードに含まれるｈｎおよびＱの１乗からＱのｎ乗までをモデルＡ９に適用した結果との差を算出し、算出した差の合計が所定の閾値以下であるか否かを判断してもよい。また、総合変換効率モデル推計部２１４は、回帰式の決定係数が所定値以上であるか否かを判定してもよい。総合変換効率モデル推計部２１４は、検定結果が有意であれば（Ｓ４０６：ＹＥＳ）、総合変換効率ｃｅを目的変数とし、有効落差ｈｎと、取水量Ｑの１乗からＱのｎ乗のそれぞれを説明変数とする回帰式に、上記回帰計算により算出した回帰係数を含むモデルＡ９を作成してモデル記憶部２５２に登録する（Ｓ４０８）。
【００７１】
以上のようにして、有効落差ｈｎ及び取水量Ｑと総合変換効率ｃｅとの関係を有意なモデルＡ９とした表現することができるので、発電電力量のシミュレーションを正確に行うことが可能となる。
【００７２】
運用水位計画部２１５は、諸元記憶部２５１から貯水池ステップ量を読み出し、貯水量設定値入力部２１２が受け付けた初期貯水量を運用期間の初日の貯水池貯水量Ｖ１１とし、貯水量設定値入力部２１２が受け付けた最終目的貯水量を７日目の貯水池貯水量Ｖ１７として、各日付ｔ（ｔ＝２〜６）について、０時における貯水池貯水量Ｖ１ｔをＶ１ｍｉｎ，ｔからＶ１ｍａｘ，ｔの間で、貯水池ステップ量で変化させてシミュレーションを行い、運用期間のＥｎの総和が最大となるようにＶ１ｔの組合せを決定する。運用水位計画部２１５は、このシミュレーションにおいて、動的計画法を用いるものとする。動的計画法を用いることで、最適なＶ１ｔの組合せを迅速に算出することができる。
【００７３】
放水口水位モデル推計部２１６は、放水口水位Ｈ２と放水口貯水量Ｖ２との関係を示すモデルＡ１３に係る推計処理を行う。放水口水位Ｈ２及び放水口貯水量Ｖ２の実績値は予め放水口水位実績データベース２５８に登録されているものとし、放水口水位モデル推計部２１６は、放水口水位実績データベース２５８に記憶されているレコードをモデルＡ１３に適用して回帰分析を行う。図１５は、放水口水位実績データベース２５８の構成例を示す図である。同図に示すように、河川流量実績データベース２５９は、河川水位と河川流量とを対応付けて記憶している。
【００７４】
図１６は、放水口水位モデル推計部２１６による推計処理の流れを示す図である。放水口水位推計部２１６は、ｎに１を設定する（Ｓ４２１）。放水口水位推計部２１６は、ｎが１より大きければ（Ｓ４２２：ＹＥＳ）、放水口水位実績データベース２５８に記憶されている各レコードについて放水口貯水量Ｖ２のｎ乗を算出し、算出したＶ２のｎ乗をレコードの新たな項目として追加する（Ｓ４２３）。放水口水位推計部２１６は、放水口水位Ｈ２を目的変数とし、放水口貯水量Ｖ２の１乗からＶ２のｎ乗のそれぞれを説明変数としたモデルＡ１３を生成し、生成したモデルＡ１３に放水量水位実績データベース２５８の各レコードの内容を適用して回帰係数ａ３１〜ａ３ｎ及びｃ３の推計を行う（Ｓ４２４）。放水口水位推計部２１６は、統計検定を行い（Ｓ４２５）、検定結果が有意でなければ（Ｓ４２６：ＮＯ）、ｎをインクリメントして（Ｓ４２７）、ステップＳ４２２からの処理を行う。なお、ステップＳ４２６においては、放水口水位推計部２１６は、放水口水位実績データベース２５８の各レコードについて、レコードに含まれる放水口水位Ｈ２と、レコードに含まれる放水口貯水量Ｖ２の１乗からＶ２のｎ乗までをモデルＡ１３に適用した結果との差を算出し、算出した差の合計が所定の閾値以下であるか否かを判断してもよい。また、放水口水位推計部２１６は、回帰式の決定係数が所定値以上であるか否かを判定してもよい。放水口水位推計部２１６は、検定結果が有意であれば（Ｓ４２６：ＹＥＳ）、放水口水位Ｈ２を目的変数とし、放水口貯水量Ｖ２の１乗からＶ２のｎ乗のそれぞれを説明変数とする回帰式に、上記回帰計算により算出した回帰係数を含むモデルＡ１３を作成し、モデル記憶部２５２に登録する（Ｓ４２８）。  
以上のようにして、放水口貯水量と放水口水位との関係を示すモデルＡ１３がモデル記憶部２５２に登録される。
【００７５】
河川流量モデル推計部２１７は、河川水位Ｈ３と河川流量Ｌとの関係を示すモデルＡ１４に係る推計処理を行う。河川水位Ｈ３の説明変数として河川流量Ｌを選定した経緯は以下の通りである。
【００７６】
河川や人口水路などの流速の算定には次のマニングの公式が用いられている。  
2011065379.tif 000031
【００７７】
ここでｖ（ｍ／ｓ）は流速、ｎは粗度係数、ｒは径深（ｍ）、ｉは動水勾配である。長方形水路の場合、水路幅Ｂ、水深ｈであれば、流積Ａ＝Ｂ×ｈであり、潤辺長Ｃ＝Ｂ＋２ｈである。径深ｒ＝流積Ａ÷潤辺長Ｃであるから、上記公式は次のように変形できる。  
2011065379.tif 000032
ここで、水路幅Ｂが水深ｈに比して十分広い（ｈ＜＜Ｂ）とすると、ｖは次式に近似できる。  
2011065379.tif 000033
流量Ｌ＝流積Ａ×流速ｖであり、Ａ＝Ｂｈであるから、流量Ｌは次式により表される。  
2011065379.tif 000034
したがって、水深ｈは、流量Ｌの３／５乗に比例することが分かる。そこで、本実施形態では、河川水位Ｈ３の説明変数として河川流量Ｌを説明変数として選定した。
【００７８】
河川水位Ｈ３及び河川流量Ｌの実績値は予め河川流量実績データベース２５９に登録されているものとし、河川流量モデル推計部２１７は、河川流量実績データベース２５９に記憶されているレコードをモデルＡ１４に適用して回帰分析を行う。図１７は、河川流量実績データベース２５９の構成例を示す図である。同図に示すように、河川流量実績データベース２５９は、河川水位と河川流量とを対応付けて記憶している。
【００７９】
図１８は、河川流量モデル推計部２１７による推計処理の流れを示す図である。河川流量モデル推計部２１７は、ｎに１を設定する（Ｓ４４１）。河川流量モデル推計部２１７は、ｎが１より大きければ（Ｓ４４２：ＹＥＳ）、河川流量実績データベース２５９に記憶されている各レコードについて河川流量Ｌのｎ乗を算出し、算出したＬのｎ乗をレコードの新たな項目として追加する（Ｓ４４３）。河川流量モデル推計部２１７は、河川水位Ｈ３を目的変数とし、河川流量Ｌの１乗からＬのｎ乗のそれぞれを説明変数としたモデルＡ１４を生成し、生成したモデルＡ１４に河川流量実績データベース２５９の各レコードの内容を適用して回帰係数ａ４１〜ａ４ｎ及びｃ４の推計を行う（Ｓ４４４）。河川流量モデル推計部２１７は、統計検定を行い（Ｓ４４５）、検定結果が有意でなければ（Ｓ４４６：ＮＯ）、ｎをインクリメントして（Ｓ４４７）、ステップＳ４４２からの処理を行う。なお、ステップＳ４４６においては、河川流量モデル推計部２１７は、河川流量実績データベース２５９の各レコードについて、レコードに含まれる水位Ｈ３と、レコードに含まれるＬの１乗からＬのｎ乗までをモデルＡ１４に適用した結果との差を算出し、算出した差の合計が所定の閾値以下であるか否かを判断してもよい。また、河川流量モデル推計部２１７は、回帰式の決定係数が所定値以上であるか否かを判定してもよい。河川流量モデル推計部２１７は、検定結果が有意であれば（Ｓ４４６：ＹＥＳ）、河川水位Ｈ３を目的変数とし、河川流量Ｌの１乗からＬのｎ乗のそれぞれを説明変数とする回帰式に、上記回帰計算により算出した回帰係数を含むモデルＡ１４を作成し、モデル記憶部２５２に登録する（Ｓ４４８）。  
以上のようにして、河川流量と河川水位との関係を示すモデルＡ１４がモデル記憶部２５２に登録される。
【００８０】
放水口水位計画部２１８（本発明の「最適水位決定部」に該当する。）は、運用水位データベース２５５に記憶されている各日の水位に基づいて、毎時の最適な水位を計画する。放水口水位計画部２１８は、上述したＡ１〜Ａ６の制約を満たすように、貯水池貯水量Ｖ１と、放水口貯水量Ｖ２とを変化させるシミュレーションを行う。放水口水位計画部２１８は、次のモデルＡ１５により発電電力量の評価値Ｅを算出し、発電電力量の評価値Ｅが最大となるような貯水池１および放水口３の水位を決定する。  
2011065379.tif 000035
【００８１】
ここで、ｔは時間であり、ｗｆｔは時間帯別の重み係数である。本実施形態において、ｗｆｔは電力価格データベース２５４に登録されている時間帯別の電力価格とする。Ｈ０ｔは、放水口水位の基準となる水位（以下、「放水口基準水位」という。）であり、本実施形態では、最高放水口水位Ｈ２ｍａｘ，ｔと最低放水口水位Ｈ２ｍｉｎ，ｔとの中間水位（Ｈ２ｍａｘ，ｔ＋Ｈ２ｍｉｎ，ｔ）÷２とするが、任意の水位を放水口基準水位として例えば諸元記憶部２５１に記憶するようにしてもよいし、所定の規則に応じて変化するようにしてもよい。なお、上記モデルＡ１５は予めモデル記憶部２５２に記憶されているものとする。
【００８２】
放水口水位計画部２１８は、最適化処理の対象日における０時から２４時までの各時について、貯水池１の水位Ｈ１（貯水量Ｖ１）と放水口３の水位Ｈ２（貯水量Ｖ２）とのシミュレーションを行う。放水口水位計画部２１８は、対象日を受け付け、対象日に対応する運用水位を運用水位データベース２５５から読み出し、読み出した運用水位を０時の貯水池水位Ｈ１０とし、対象日の翌日に対応する運用水位を運用水位データベース２５５から読み出し、読み出した運用水位を２４時の貯水池水位Ｈ１２４とする。また、放水口水位計画部２１８は、０時の水位Ｈ１０及び２４時の水位Ｈ１２４とモデルＡ１とに基づいて、０時及び２４時の貯水池貯水量Ｖ１０及びＶ１２４を算出する。放水口水位計画部２１８は、諸元記憶部２５１から放水口初期貯水量及び放水口目標貯水量を読み出して、０時及び２４時の放水口貯水量Ｖ２０及びＶ２２４とする。放水口水位計画部２１８は、諸元記憶部２５１から貯水池ステップ量及び放水口ステップ量を読み出し、０時から２４時までの各時に対応する電力価格を電力価格データベース２５４から読み出し、１時から２３時までの各時ｔについて、貯水池水位Ｈ１ｔを貯水池ステップ量で変化させ、放水口水位Ｈ２ｔを放水口ステップ量で変化させてシミュレーションを行い、Ａ１〜Ａ９の制約を全て満たすＨ１ｔ及びＨ２ｔ（ｔ＝０〜２４）の組合せの推移（計画）のうち、モデルＡ１５の評価値Ｅが最大となるような計画を決定する。放水口水位計画部２１８は、決定したＨ１ｔ及びＨ２ｔの組合せの計画を最適化水位データベース２５６に登録する。
【００８３】
最適水位出力部２１９は、運用水位データベース２５５に記憶されている運用水位や、最適水位データベース２５６に記憶されている最適水位を、出力装置２０６に出力する。
【００８４】
＝＝日別の最適水位のシミュレーション＝＝
図１９は、第１単位期間ごとの運用水位のシミュレーションに用いられる画面６０の一例を示す図である。画面６０には、運用期間の入力欄６１１、初期貯水量の入力欄６１２、最終目的貯水量の入力欄６１３、及び各種諸元の表示欄６２１〜６２７が設けられている。
【００８５】
運用水位計画部２１５は、諸元記憶部２５１から、最低運用水位及び最高運用水位に対応する設定値（Ｈ１ｍｉｎ及びＨ１ｍａｘ）を読み出し、読み出したＨ１ｍｉｎ及びＨ１ｍａｘを表示欄６２１及び表示欄６２２に表示する。運用水位計画部２１５は、諸元記憶部２５１から、維持流量に対応する設定値（Ｓ０）を読み出し、読み出したＳ０を表示欄６２３に表示する。運用水位計画部２１５は、諸元記憶部２５１から、最小取水量及び最大取水量に対応する設定値（Ｑｍｉｎ及びＱｍａｘ）を読み出し、読み出したＱｍｉｎ及びＱｍａｘを表示欄６２４及び６２５にそれぞれ表示する。運用水位計画部２１５は、諸元記憶部２５１から、放水位に対応する設定値（Ｈ１ｏｕｔ）を読み出し、読み出したＨ１ｏｕｔを表示欄６２６に表示する。運用水位計画部２１５は、諸元記憶部２５１から、損失落差に対応する設定値（Ｈ１ｌｏｓ）を読み出し、読み出したＨ１ｌｏｓを表示欄６２７に表示する。
【００８６】
また、運用水位計画部２１５は、上述したモデルＡ２及びモデルＡ３を用いて、Ｖ１ｍａｘ及びＶ１ｍｉｎを算出し、算出したＶ１ｍａｘ及びＶ１ｍｉｎを表示欄６３１及び表示欄６３２にそれぞれ表示する。
【００８７】
予測流入量取得部２１３は、流入量予測システム１０にアクセスして、流入量予測システム１０が予測した、運用期間内の各日についての流入量Ｒの予測値を取得し、取得したＲを表示欄６３３に表示する。
【００８８】
入力欄６１１、６１２及び６１３に運用期間、初期貯水量及び最終目的貯水量が入力され、ボタン６４１が押下されると、貯水量設定値入力部２１２は、入力欄６１１、６１２及び６１３に入力された運用期間、初期貯水量、及び最終目的貯水量の入力を受け付け、運用水位計画部２１５は、運用期間中の各日について貯水量Ｖをシミュレーションする。運用水位計画部２１５は、例えば以下のようにして貯水量Ｖのシミュレーションを行う。なお、図１９の例では、貯水施設に固有の係数ａ＝３００００であり、水位を海抜高さに変換する定数ｂ＝５００であるものとしている。
【００８９】
運用水位計画部２１５は、入力欄６１２に入力された初期貯水量を第１日目の貯水池貯水量Ｖ１１とし、入力欄６１３に入力された最終目的貯水量を第７日目の貯水量Ｖ１７とし、第１日目から第６日目までの貯水量Ｖ１ｔのシミュレーションを行い、貯水量Ｖ１を表示欄６５１に表示する。
【００９０】
運用水位計画部２１５は、各日付についての貯水量Ｖ１をモデルＡ１に適用して運用水位Ｈを算出し、算出した運用水位Ｈを表示欄６５２に表示する。運用水位計画部２１５は、１〜６日目の日付ｔについて、Ｖ１ｔ及びＶ１ｔ＋１をモデルＡ４に適用して、各日付ｔについての貯水量差ΔＶ１ｔを算出し、算出した貯水量差ΔＶ１ｔを表示欄６５３に表示する。
【００９１】
運用水位計画部２１５は、流入量の予測値Ｒ、維持流量Ｓ０、及び貯水量差ΔＶ１をモデルＡ５に適用してＲ０を算出し、モデルＡ６によりＲ０に応じた取水量Ｑを決定し、決定した取水量Ｑを表示欄６５４に表示する。運用水位計画部２１５は、Ｒ０及び取水量ＱをモデルＡ７に適用して無効放流量Ｓを算出し、算出したＳを表示欄６５５に表示する。
【００９２】
運用水位計画部２１５は、１〜６日目の各日ｔについて、上記算出した運用水位Ｈ１ｔ＋１、放水位Ｈ１ｏｕｔ及び損失落差Ｈ１ｌｏｓをモデルＡ８に適用して、有効落差ｈｎｔを算出し、算出したｈｎｔを表示欄６５６に表示する。
【００９３】
運用水位計画部２１５は、取水量Ｑ、有効落差ｈｎをモデルＡ９に適用して、発電電力Ｐｎを算出するとともに、算出したＰｎをモデルＡ１１に適用して発電電力量Ｅｎを算出し、算出した発電電力Ｐｎを表示欄６５７に表示し、算出したＥｎを表示欄６６０に表示する。
【００９４】
運用水位計画部２１５は、運用期間中の各日の日付に対応する電力価格を電力価格データベース２５４から読み出すとともに、上記Ｅｎ及び読み出した電力価格をモデルＡ１２に適用して、売電額を算出し、読み出した電力価格を表示欄６５９に表示し、算出した売電額を表示欄６５８に表示する。
【００９５】
運用水位計画部２１５は、貯水量Ｖ１ｔ（ｔ＝２〜６）を最大Ｖ１ｍｉｎ，ｔからＶ１ｍａｘ，ｔまで変化させて、上記の処理を繰り返すことによりシミュレーションを行い、運用期間中の売電額の合計額が最大となる貯水量Ｖ１ｔの組合せを決定する。なお、運用水位計画部２１５は、動的計画法により、貯水量Ｖ１ｔの組合せを決定することで、効率的に最適な貯水量を決定することができる。運用水位計画部２１５は、決定した貯水量Ｖ１ｔの組合せに対応するように表示欄６５１〜６６０を表示する。
【００９６】
＝＝日別の最適水位シミュレーションの結果＝＝
図２０は、ある貯水施設において、過去の実績水位についてシミュレーションを行った結果を示すグラフである。  
図２０（ａ）は、比較的豊水期として知られている２００３年７月における取水量及び運用水位の変化を示すグラフである。貯水施設では、運用者の経験によって運用水位が決定されており、２００３年７月期における売電額の実績値は約２５８（百万円）であった。これに対して、上記シミュレーションの結果の貯水量Ｖの組合せに対応する売電額は約２６９（百万円）となった。すなわち、約４％の売電額の上昇がみられた。  
図２０（ｂ）は、比較的渇水期として知られている２００７年４月における取水量および運用水位の変化を示すグラフである。２００７年４月期における売電額の実績値は１０７（百万円）であったところ、上記シミュレーションの結果の貯水量Ｖの組合せに対応する売電価格は１１４（百万円）となり、約６％の上昇がみられた。  
このように、上記シミュレーションにより、売電額が最大になるように貯水量Ｖの組合せを決定して運用水位Ｈを運用することで、運用者の経験による運用に比べて売電額の上昇が可能になることが確認された。
【００９７】
以上説明したように、本実施形態の水位運用支援システムによれば、初期貯水量及び最終目的貯水量に応じて、売電額が最大になるような運用水位を提示することができる。したがって、貯水施設の運用者は、水位運用支援システムからの提示を参考にして、貯水位施設の水位を運用することで、より効率的かつ効果的に水力発電を行うことができる。
【００９８】
＝＝時別の最適水位のシミュレーション＝＝
図２２は、第２単位期間（１時間）ごとの最適な貯水池水位および放水口水位をシミュレーションする際に用いられる画面７０の一例を示す図である。また、図２３は、上記シミュレーションに係る処理の流れを示す図である。
【００９９】
放水口水位計画部２１８は、シミュレーションの対象となる日（以下、「対象日」という。）の指定を受け付ける（Ｓ８０１）。放水口水位計画部２１８は、例えば、上述した図１９に示す画面６０の表示欄６１１に表示されている日がクリックされることにより、対象日の指定を受け付けるようにすることができる。放水口水位計画部２１８は、対象日に対応する運用水位を運用水位データベース２５５から読み出し、読み出した運用水位と水位算出モデルＡ１から貯水池貯水量Ｖ１を算出してＶ１０とし（Ｓ８０２）、受け付けた日の次の日に対応する運用水位を運用水位データベース２５５から読み出し、読み出した運用水位と水位算出モデルＡ１から貯水池貯水量Ｖ１を算出してＶ２２４とする（Ｓ８０３）。放水口水位計画部２１８は、図２２に示す画面７０の表示欄７１１にＶ１０を表示し、表示欄７１２にＶ２２４を表示する。
【０１００】
放水口水位計画部２１８は、諸元記憶部２５１から、維持流量（Ｓ０）、放水口初期貯水量（Ｖ２０）、放水口目標貯水量（Ｖ２２４）、放水位（Ｈｏｕｔ）、損失落差（Ｈｌｏｓ）、維持河川流量（Ｌｃ）を読み出す（Ｓ８０４）。放水口水位計画部２１８は、読み出した維持流量Ｓ０を表示欄７１３に表示し、放水口初期貯水量Ｖ２０を表示欄７１４に表示し、放水口目標貯水量Ｖ２２４を表示欄７１５に表示し、河川維持流量Ｌｃを表示欄７１６に表示する。
【０１０１】
放水口水位計画部２１８は、対象日に対応する、上記予測流入量取得部２１３が取得した流入量Ｒの予測値を２４で割って各時の予測流入量Ｒｔ（ｔ＝０〜２３）とし（Ｓ８０５）、予測流入量Ｒｔを表示欄７２１に表示する。なお、放水口水位計画部２１８は、流入量取得部２１３が予め予測流入量Ｒｔの入力を受け付けておき、受け付けておいて予測流入量Ｒｔを表示するようにしてもよい。
【０１０２】
放水口水位計画部２１８は、発電電力量の評価値Ｅの最大値Ｅｍａｘに「−９９９９９」などの極めて小さな値を設定し（Ｓ８０６）、最適な各時の貯水池貯水量および放水口貯水量の組合せ（以下、「最適計画」という。）を空のリストとする（Ｓ８０７）。
【０１０３】
放水口水位計画部２１８は、各時の貯水池貯水量Ｖ１ｔ（ｔ＝１〜２３）を下限貯水量Ｖ１ｍｉｎから上限貯水量Ｖ１ｍａｘまで貯水池ステップ量ずつ変化させるとともに、放水口貯水量Ｖ２ｔ（ｔ＝１〜２３）を下限放水口貯水量Ｖ２ｍｉｎから上限放水口貯水量Ｖ２ｍａｘまで放水口ステップ量ずつ変化させた、全てのＶ１ｔおよびＶ２ｔの組合せのそれぞれについて、以下の処理を行う。
【０１０４】
放水口水位計画部２１８は、図２４に示す評価値の算出処理を行う（Ｓ８０８）。  
放水口水位計画部２１８は、貯水池貯水量Ｖ１ｔを表示欄７２２に表示し、放水口貯水量Ｖ２ｔを表示欄７２３に表示し、各時ｔ（ｔ＝１〜２３）のそれぞれについて以下の処理を行う。
【０１０５】
放水口水位計画部２１８は、Ｖ１ｔを水位算出モデルＡ１に適用して貯水池水位Ｈ１ｔを算出し（Ｓ８２１）、貯水池水位Ｈ１ｔを表示欄７３１に表示する。放水口水位計画部２１８は、Ｖ２ｔをモデルＡ１３に適用して放水口水位Ｈ２ｔを算出し（Ｓ８２２）、放水口水位Ｈ２ｔを表示欄７３２に表示する。放水口水位計画部２１８は、ｔ時における河川Ｂの流量の予測値Ｌｔを取得する（Ｓ８２３）。放水口水位計画部２１８は、例えば、ユーザから河川Ｂの流量Ｌｔの入力を受け付けるようにしてもよいし、河川流量実績データベース２５９に記憶されている河川流量に基づいて予測するようにしてもよい。放水口水位計画部２１８は、取得したＬｔを表示欄７３３に表示する。放水口水位計画部２１８は、取得したＬｔをモデルＡ１４に適用して河川水位Ｈ３ｔを算出する（Ｓ８２４）。放水口水位計画部２１８は、電力価格データベース２５４からｔに対応する電力価格を読み出してｗｆｔとする（Ｓ８２５）。以上の処理を繰り返すことにより、各時ｔ（ｔ＝１〜２３）についてのＨ１ｔ、Ｈ２ｔ、Ｌｔ、Ｈ３ｔ、ｗｆｔが算出される。
【０１０６】
次に放水口水位計画部２１８は、各時ｔ（ｔ＝１〜２３）のそれぞれについて、Ｖ１ｔおよびＶ１ｔ＋１をモデルＡ４に適用して貯水量差ΔＶ１ｔを算出し（Ｓ８２６）、流入量Ｒｔ、維持流量Ｓ０ｔ、および貯水量差ΔＶ１ｔをモデルＡ５およびＡ６に適用して、取水量Ｑｔを算出する（Ｓ８２７）。放水口水位計画部２１８は、取水量Ｑｔを表示欄７３４に表示する。放水口水位計画部２１８は、流入量Ｒｔ、維持流量Ｓ０ｔ、貯水量差ΔＶ１ｔおよび取水量ＱｔをモデルＡ５およびＡ７に適用して、無効放流量Ｓｔを算出し（Ｓ８２８）、無効放流Ｓｔを表示欄７３５に表示する。放水口水位計画部２１８は、次の時間の貯水量水位Ｈ１ｔ＋１、放水位Ｈｏｕｔおよび損失落差ＨｌｏｓをモデルＡ８に適用して有効落差ｈｎｔを算出し（Ｓ８２９）、ｈｎｔおよびＱｔをモデルＡ９に適用して総合変換効率ｃｅｔを算出する（Ｓ８３０）。放水口水位計画部２１８は、総合変換効率ｃｅｔを表示欄７３６に表示する。放水口水位計画部２１８は、最低放水口水位Ｈ２ｍｉｎ，ｔと最高放水口水位Ｈ２ｍａｘ，ｔとを足して２で割った値をＨ０ｔとし（Ｓ８３１）、総合変換効率ｃｅｔ、取水量Ｑｔ、重み係数ｗｆｔ、無効放流量Ｓｔ、放水口水位Ｈ２ｔ、上記Ｈ０ｔをモデルＡ１０およびモデルＡ１５に適用することで、発電電力量の評価値Ｅｔを算出する（Ｓ８３２）。放水口水位計画部２１８は、評価値Ｅｔを表示欄７３７に表示する。放水口水位計画部２１８は、放水口貯水量Ｖ２ｔに取水量Ｑｔを加算し、そこからＶ２ｔ＋１を引くことにより、放水量Ｆｔを算出する（Ｓ８３３）。放水口水位計画部２１８は、放水量Ｆｔを表示欄７３８に表示する。放水口水位計画部２１８は、放水量ＦｔからＦｔ−１を引いた値の絶対値をとり、放水量変化量ΔＦｔを算出する（Ｓ８３４）。放水口水位計画部２１８は、河川Ｂの流量Ｌｔに放水量Ｆｔを加算した値を表示欄７３９に表示する。以上の処理を繰り返すことにより、各時ｔ（ｔ＝１〜２３）についてのＱｔ、Ｓｔ、Ｆｔ、ΔＦｔなどが算出される。  
放水口水位計画部２１８は、各時についてのＥｔを合計して評価値Ｅを算出する（Ｓ８３５）。
【０１０７】
図２２に戻り、放水口水位計画部２１８は、図２５に示す制約違反の検出処理を行う（Ｓ８０９）。  
図２５の制約違反の検出処理では、放水口水位計画部２１８は、各時ｔ（ｔ＝１〜２３）について、貯水池貯水量Ｖ１ｔが、下限貯水量Ｖ１ｍｉｎ以上であり、かつ上限貯水量Ｖ１ｍａｘ以下であり（Ｓ８４１：ＹＥＳ）、放水口貯水量Ｖ２ｔが、下限放水口貯水量Ｖ２ｍｉｎ以上であり、かつ上限放水口貯水量Ｖ２ｍａｘ以下であり（Ｓ８４２：ＹＥＳ）、無効放流量Ｓｔが上限無効放流量Ｓｍａｘ未満であり（Ｓ８４３：ＹＥＳ）、取水量Ｑｔが、最小取水量Ｑｔ以上であり、かつ、最大取水量Ｑｍａｘ以下であるか、またはＱｔが０であり（Ｓ８４４：ＹＥＳ）、貯水量差ΔＦｔが、放水許容値ΔＦｍａｘ以下であり（Ｓ８４５：ＹＥＳ）、河川Ｂの流量Ｌｔに放水量Ｆｔを加算した値が、維持河川流量Ｌｃ以上であれば（Ｓ８４６：ＹＥＳ）、全ての制約を満たすと判定し（Ｓ８４７）、そうでなければ制約に違反すると判定する（Ｓ８４８）。
【０１０８】
図２２に戻り、放水口水位計画部２１８は、全ての制約を満たすと判定した場合に（Ｓ８１０：ＹＥＳ）、評価値ＥがＥｍａｘより大きければ（Ｓ８１１：ＹＥＳ）、ＥをＥｍａｘとし（Ｓ８１２）、Ｖ１ｔ（ｔ＝０〜２４）、Ｖ２ｔ（ｔ＝０〜２４）を最適計画とする（Ｓ８１３）。
【０１０９】
以上の処理をＶ１ｔおよびＶ２ｔの全ての組合せについて繰り返すことにより、１日における発電電力量の評価値Ｅが最大となる貯水池貯水量および放水口貯水量の組合せを決定することができる。
【０１１０】
＝＝時別の最適水位シミュレーションの結果＝＝
図２６は、ある貯水施設において、過去の実績水位についてシミュレーションを行った結果を示すグラフである。図２６（ａ）に示すように、２００８年４月２日から４月１０日までの土日（４月５日、６日）を除く各日について、放水口水位計画部２１８による毎時の貯水池水位および放水口水位の最適化を行ったところ、実際の貯水施設における実績に比して、発電電力量の増加が確認された。４月２日から４月１０日までの平日７日間の発電電力量の合計では、約０．３２％の増加が見られた。なお、４月３日には、電力増加率が１００％を下回っているが、これは図２６（ｂ）に示すように、実際の貯水施設では、９時の時点に制約モデルＢ７に係る制約が満たされず、１９時の時点に制約モデルＢ８に示す制約が満たされていなかったためである。図２７のグラフは、上記シミュレーションに係る取水量Ｑの単位量あたりの発電電力量（「電水比」と呼ばれている。）について、実績とシミュレーションによる最適化後の計画によるものとを比較したものである。電水比についても、４月４日〜１０日までの間に向上が見られた。  
このように、上記シミュレーションにより、各種の制約を満たしつつ、発電電力量の増加が可能になることが確認された。
【０１１１】
以上説明したように、本実施形態の最適水位計算システム２０によれば、貯水池貯水量と放水口貯水量とを変化させてシミュレーションを行い、各種の制約を満たしつつ発電電力量の評価値が最大となるような貯水池および放水口の水位を計画することができる。また、モデルＡ１５では、放水口水位と放水口基準水位との差の２乗に放水口ペナルティ係数を乗じた値を発電電力量から減算して、発電電力量を評価することができる。したがって、放水口における適切な水位を保ちつつ、発電電力量をなるべく大きくなるように貯水池および放水口の水位を計画することができる。
【０１１２】
本実施形態では、放水口における水位は、放水口からの放水量の増減を調整し易い、最低放水口水位Ｈ２ｍｉｎと最高放水口水位Ｈ２ｍａｘとの中間を放水口基準水位としている。したがって、突然の気象状況の変化により、例えば、降水による増水時には放水口から河川等への放水を制限し、日照量や気温の上昇などによる河川の流量が不足するときには放水口からの放水を増加させるといった放水口の運用を適切かつ確実に行うようにすることができる。
【０１１３】
また、モデルＡ１５では、無効放流量Ｓの２乗に無効放流ペナルティ係数を乗じた値を発電電力量から減算して、発電電力量を評価することができる。したがって、無効放流発生前に対応が必要な放流河川へのパトロール等に伴う支出軽減も考慮して、貯水池水位および放水口水位を調整することができる。
【０１１４】
また、貯水施設のオペレータは本実施形態の最適水位計算システム２０からの出力を参考に水位を参考に貯水池および放水口の水位を運用することにより、高い発電電力量を確保することができるので、これまで運用者の経験に基づいて管理してきた水位を、経験の浅いものに行わせることも可能となる。
【０１１５】
なお、本実施形態の最適貯水位計算システム２０では、売電額が最大になるように貯水量Ｖの組合せを決定するものとしたが、発電電力量Ｅｎが最大となるような組合せを決定するようにしてもよい。この場合、価格の変動に関わらず、より効率的な発電を行うことが可能となる。
【０１１６】
また、最適貯水位計算システム２０は、無効放流量Ｓの上限を設けて、シミュレーションを行うようにしてもよい。この場合、運用水位計画部２１５は、ユーザから上限値の入力を受け付けて、無効放流量Ｓが上限値を超えない貯水量Ｖの組合せのうち、売電額が最大になるものを決定するようにする。図２１は、上記２００３年７月期における放流量Ｓの実績値と、上限値を設けなかった場合に売電額が最大になるときの放流量Ｓの理論値と、上限値を１５ｍ３／ｓと設定した場合に売電額が最大になるときの放流量Ｓの理論値とを比較したグラフである。図２１に示すように、例えば、７月２４日では、放流量Ｓが２５（ｍ３／２）近くまで増加している。この場合の売電額も、約２６９（百万円）となり、約４％の上昇がみられた。したがって、実際の貯水施設の運用時には、例えば、釣り人やキャンプをしている人などがいる場合などの、下流への影響を考慮して、放流量には上限値を設けることが行われるが、上限値を設けたとしても、上記のシミュレーションの結果に従って貯水施設の水位を運用することで、より効率的な発電を行うことが可能となる。
【０１１７】
また、最適貯水位計算システム２０は、最低運転出力の下限を設けて、シミュレーションを行うようにしてもよい。この場合、運用水位計画部２１５は、ユーザから下限値の入力を受け付けて、運転出力が下限値を下回らない貯水量Ｖの組合せのうち、売電額が最大になるものを決定するようにする。実際の発電所運転では、水車の機械的制約から著しく小さい取水で運転することができないので、より実態に合ったシミュレーションが可能となる。
【０１１８】
最低運転出力値を「Ｑ０ｍｉｎ」と表記すると、モデルＡ６は、最小取水量Ｑｍｉｎ、最大取水量Ｑｍａｘ、及びＲ０に基づいて、取水量Ｑを決定するためのもの（取水量算出モデル）であり、次式により表される。  
Ｑ０ｍｉｎ≦Ｑｍｉｎの場合、
2011065379.tif 000036
Ｑ０ｍｉｎ＞Ｑｍｉｎの場合、
2011065379.tif 000037
【０１１９】
また、本実施形態の流入量予測システム１０では、ダムなどの貯水施設に河川から流入する水量についての予測を行うものとしたが、河川を流れる水量の予測を行うシステムにも容易に適用することができる。この場合、河川の上流域における気温や降水量の予報値及び実績値などを取得及び記録するものとする。
【０１２０】
また、本実施形態の流入量予測システム１０では、均衡流入量μ１及び融雪が始まる気温μ２については、予めパラメタ記憶部１５２に記憶されているものとしたが、これに限らず、過去の気象流入量実績情報に基づいて当てはまりのよい値を推計するようにしてもよい。また、本実施形態の各回帰モデルについて、誤差項に系列相関があるような場合には、降雪気温推計部１１１がPrais-Winstein変換やコクラン・オーカット法によりパラメタを推計するようにしてもよい。この場合、流入量モデルＡ５は、１期前の流入量Ｒｔ−１ではなく、系列相関がなくなる所定期（ｎ期）前の流入量Ｒｔ−ｎを説明変数とするようにしてもよい。
【０１２１】
また、本実施形態の最適貯水位計算システム２０では、流入量予測システム１０から流入量Ｒを取得するものとしたが、これに限らず、例えば、流入量Ｒの入力をユーザから受け付けるようにしてもよい。また、過去の流入量の実績値をデータベースに記憶しておき、過去の実績値をＲとして読み出してシミュレーションするようにしてもよい。
【０１２２】
また、本実施形態の最適貯水位計算システム２０では、予め電力価格は電力価格データベース２５４に記憶されているものとしたが、例えば、日本卸電力取引所における電力価格（ＪＥＰＸ価格）を自動的に取得するようにしてもよい。この場合、電力価格データベース２５４を省略して、運用水位計画部２１５によるシミュレーションの度に、ＪＥＰＸ価格を取得するようにすることもできる。また、電力価格に代えて電力需要に応じた重み係数や電力会社における最上積み発電単価（増分燃料費）を記憶しておき、この重み係数や発電単価を発電電力量に乗じた値が最大となるように、貯水池水位や放水口水位を計画するようにしてもよい。
【０１２３】
また、本実施形態の最適貯水位計算システム２０では、放水口水位のシミュレーションを計算する期間を２４時間であるものとしたが、これに限らず、４８時間や７２時間など適宜な長さの計算期間についてシミュレーションを行うようにしてもよい。この計算期間は、諸元入力部２１１が入力を受け付けて諸元記憶部２５１に登録しておくようにすることもできる。
【０１２４】
また、本実施形態の最適貯水位計算システム２０では、毎時、すなわち１時間毎の放水口貯水量についてシミュレーションを行うものとしたが、これに限らず、例えば、６時間毎や３時間毎などの放水口貯水量についてシミュレーションを行うようにしてもよい。
【０１２５】
また、本実施形態では、ｔ時点の貯水池貯水量Ｖ１ｔと放水口貯水量Ｖ２ｔとを変化させてシミュレーションを行うものとしたが、貯水池水位Ｈ１ｔと放水口水位Ｈ２ｔを変化させるようにしてもよい。
【０１２６】
また、本実施形態の最適貯水位計算システム２０では、貯水池貯水量Ｖ１ｔおよび放水口貯水量Ｖ２ｔ（ｔ＝０〜２３）の全ての組合せについて発電電力量の評価値Ｅを算出し、評価値Ｅが最大となる組合せを最適計画として決定するようにしたが、組合せの最適化に動的計画法を用いるようにしてもよい。動的計画法を用いることにより、貯水池貯水量と放水口貯水量の膨大な組合せから最適なものを効率よく決定することができる。
【０１２７】
また、本実施形態の最適貯水位計算システム２０では、発電電力量の評価値Ｅを算出するモデルＡ１５において、放水口水位に対する負の評価には、放水口基準水位と放水口水位との差の２乗に放水口ペナルティ係数を乗じた値を用いるものとしたが、放水口基準水位と放水口水位との差の絶対値に放水口ペナルティ係数を乗じた値を用いるようにしてもよい。この場合、モデルＡ１５は、次のＡ１５’のようになる。  
2011065379.tif 000038
【０１２８】
同様に、モデルＡ１５において、無効放流量Ｓの評価についても、Ｓｔを２乗せず、絶対値｜Ｓｔ｜を用いてもよい。また、無効放流量Ｓｔは負になることはないので、Ｓｔそのものを用いてもよい。
【０１２９】
また、本実施形態の最適貯水位計算システム２０では、１日の予測流入量を２４で割って各時の予測流入量を算出するものとしたが、流入量予測システム１０が各時の流入量の予測を行い、最適貯水位計算システム２０の予測流入量取得部２１３が毎時の流入量の予測値を取得するようにしてもよい。この場合、流入量予測システム１０は、例えば、１時間単位での気象流入量実績情報を記憶しておくようにし、各時の気象流入量実績情報を用いて流入量モデル５を推計し、予測流入量を算出するようにすることができる。また、流入量予測システム１０は、任意の時間（例えば６時間）ごとの気象流入量実績情報を記憶しておくようにし、上記任意の時間ごとの気象流入量実績情報を用いて流入量モデル５を推計し、上記任意の時間ごとの流入量の予測値を算出し、上記任意の時間ごとの流入量の予測値を第２単位時間（１時間）単位に割って毎時の流入量とすることもできる。
【０１３０】
また、本実施形態の最適貯水位計算システム２０では、総合変換効率を取水量Ｑに応じて変動する値であるものとしたが、所定の定数として用いることもできる。この場合、上記モデルＡ９に代えて、総合変換効率ｃｅを定数とし、モデルＡ１０を、次のモデルＡ１０’とすることができる。  
2011065379.tif 000039
【０１３１】
以上、本実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物も含まれる。
【０１３２】
例えば、本実施形態では、流入量予測システム１０と最適貯水位計算システム２０とは異なるコンピュータであるものとしたが、１台のコンピュータにより実現することもできる。また、流入量予測システム１０及び最適貯水位計算システム２０の少なくともいずれかを、複数台のコンピュータにより実現するようにすることもできる。
【符号の説明】
【０１３３】
１    貯水池
２    発電機
３    放水口
４    流入
５    無効放流
１０  流入量予測システム
２０  最適貯水位計算システム
３０  通信ネットワーク
１０１  ＣＰＵ
１０２  メモリ
１０３  記憶装置
１０４  通信インタフェース
１０５  入力装置
１０６  出力装置
１１１  降雪気温推計部
１１２  融雪量モデル推計部
１１３  流入量モデル推計部
１１４  予測気温取得部
１１５  予測降水量取得部
１１６  予測融雪量取得部
１１７  流入量予測部
１５１  モデル記憶部
１５２  パラメタ記憶部
１５３  気象及び流入量実績データベース
２０１  ＣＰＵ
２０２  メモリ
２０３  記憶装置
２０４  通信インタフェース
２０５  入力装置
２０６  出力装置
２１１  諸元入力部
２１２  貯水量設定値入力部
２１３  予測流入量取得部
２１４  総合変換効率モデル推計部
２１５  運用水位計画部
２１７  河川流量モデル推計部
２１８  放水口水位計画部
２１９  最適水位出力部
２５１  諸元記憶部
２５２  モデル記憶部
２５３  制約記憶部
２５４  電力価格データベース
２５５  運用水位データベース
２５６  最適水位データベース
２５７  効率試験結果データベース
２５８  放水口水位実績データベース
２５９  河川流量実績データベース
【図１】
2011065379.tif 000040
【図２】
2011065379.tif 000041
【図３】
2011065379.tif 000042
【図４】
2011065379.tif 000043
【図５】
2011065379.tif 000044
【図６】
2011065379.tif 000045
【図７】
2011065379.tif 000046
【図８】
2011065379.tif 000047
【図９】
2011065379.tif 000048
【図１０】
2011065379.tif 000049
【図１１】
2011065379.tif 000050
【図１２】
2011065379.tif 000051
【図１３】
2011065379.tif 000052
【図１４】
2011065379.tif 000053
【図１５】
2011065379.tif 000054
【図１６】
2011065379.tif 000055
【図１７】
2011065379.tif 000056
【図１８】
2011065379.tif 000057
【図１９】
2011065379.tif 000058
【図２０】
2011065379.tif 000059
【図２１】
2011065379.tif 000060
【図２２】
2011065379.tif 000061
【図２３】
2011065379.tif 000062
【図２４】
2011065379.tif 000063
【図２５】
2011065379.tif 000064
【図２６】
2011065379.tif 000065
【図２７】
2011065379.tif 000066