(57)【要約】【課題】貯水槽内の滞留を簡単に且つ正確に把握し、滞留を防止することができる貯水槽の管理方法及び管理システムを提供する。【解決手段】市水源より各戸に給水する水道管路に接続された貯水槽であって、一側に設けられた流入口より流入した水が流速をもって槽内を通り、他側に設けられた流出口より排出される貯水槽の管理方法において、前記貯水槽内の上層水温と下層水温とを測定し、前記上層水温と前記下層水温との温度差に基づいて、前記貯水槽の前記流入口側に設けられた弁の開度調整の要否を判断する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
市水源より各戸に給水する水道管路に接続された貯水槽であって、一側に設けられた流入口より流入した水が流速をもって槽内を通り、他側に設けられた流出口より排出される貯水槽の管理方法において、
前記貯水槽内の上層水温と下層水温とを測定し、前記上層水温と前記下層水温との温度差に基づいて、前記貯水槽の前記流入口側に設けられた弁の開度調整の要否を判断することを特徴とする貯水槽の管理方法。
【請求項２】
前記貯水槽の前記上層水温と前記下層水温との温度差が、予め設定されたしきい値以上である場合に、前記弁の開度調整を行うことを特徴とする請求項１に記載の貯水槽の管理方法。
【請求項３】
前記貯水槽の前記上層水温と前記下層水温との温度差を用いて滞留判断式に基づいて前記弁の開度量を求めることを特徴とする請求項１または２に記載の貯水槽の管理方法。
【請求項４】
前記滞留判断式は、前記貯水槽の上層と下層の２層密度流における混合条件を求めるKeulegan数の演算式であることを特徴とする請求項３に記載の貯水槽の管理方法。
【請求項５】
前記水道管路を複数含む水道管路網に前記貯水槽が複数接続されており、
前記複数の貯水槽でそれぞれ検出された前記上層水温と前記下層水温とをネットワークを介して取得し、
前記水道管路網の給水配分に基づいて、前記複数の貯水槽ごとにそれぞれ設けられた前記弁を連携して開度調整することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の貯水槽の管理方法。
【請求項６】
市水源より各戸に給水する水道管路に接続され、一側に設けられた流入口と、他側に設けられた流出口と、前記流入口側に設けられた弁とを有し、前記流入口より流入した水が流速をもって槽内を通り前記流出口より排出される貯水槽の管理システムにおいて、
前記貯水槽内の上層水温と下層水温とを測定する温度測定手段と、
前記温度測定手段で測定された前記上層水温と前記下層水温との温度差に基づいて前記弁の開度調整の要否を判断する要否判断部を有する演算手段とを備えたことを特徴とする貯水槽の管理システム。
【請求項７】
前記演算手段の前記要否判断部は、前記貯水槽の前記上層水温と前記下層水温との温度差が、予め設定されたしきい値以上である場合に、前記弁の開度調整の必要ありと判断することを特徴とする請求項６に記載の貯水槽の管理システム。
【請求項８】
前記演算手段は、前記貯水槽の前記上層水温と前記下層水温との温度差を用いて滞留判断式に基づいて前記弁の開度量を求める弁開度算出部を有することを特徴とする請求項７に記載の貯水槽の管理システム。
【請求項９】
前記温度測定手段で測定した前記上層水温と前記下層水温とを、無線通信を介して前記演算手段に送信する無線通信手段を備えることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか一項に記載の貯水槽の管理システム。
【請求項１０】
前記水道管路を複数含む水道管路網に前記貯水槽が複数接続されており、
前記演算手段は、前記水道管路網における前記貯水槽の位置情報と、各弁の開度情報とを格納した記憶部と、前記複数の貯水槽でそれぞれ検出された前記上層水温と前記下層水温とをネットワークを介して取得し、前記水道管路網の給水配分に基づいて前記複数の貯水槽ごとにそれぞれ設けられた前記弁の連携した開度量を求める弁連携開度算出部とを有することを特徴とする請求項６乃至９のいずれか一項に記載の貯水槽の管理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地下に埋設され、市水源より各戸に給水する水道管路に接続された貯水槽の管理方法及び管理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、地震等の災害に備えて給水を確保するために、市水源より各戸に給水する水道管路網に貯水槽が設けられている。貯水槽は、地下に埋設されており、水道本管に直結して水道管路網の一部として使用されている。さらに貯水槽は、災害時の緊急避難場所の公園等の地下に埋設され、災害時の利用に便なるように設置されている。
図８は一般概念の貯水槽の側断面図である。貯水槽５０は、横置円筒状に形成された槽本体５１と、槽本体５１の一側に設けられた流入口５２と、他側に設けられた流出口５５とを有する。また、流入口５２は、弁５４が設けられた流入管５３に接続され、流出口５５は流出管５６に接続されている。
【０００３】
このような貯水槽５０においては、槽内に水が滞留すると腐敗して非常時に使用できなくなってしまう。したがって、貯水槽内の水質保全管理は重要であり、従来より様々な方法が提案、実用化されている。一般的には、流入口５２より流入した水を流出口５５より排出し、常に槽内を水が流れている状態とすることにより水の滞留が発生しないようにしていた。
【０００４】
ところが、貯水槽５０内の水の通過流量は非常に小さく、微流速しか得られないため滞留の発生を防止できない場合があった。そこで、貯水槽の構造を工夫して、槽内に撹拌流れを形成する貯水槽の構成が提案されている。例えば、特許文献１（特許第３５４６１０６号公報）には、貯水槽の出口を掩蔽するように貯水槽内に円板状の遮蔽板を設置した構成が開示されている。また、特許文献２（特開平１０−２５７７６号公報）には、多数の小孔が穿設されたスパージャ管を貯水槽内に複数配置し、小孔から水を噴射する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３５４６１０６号公報
【特許文献２】特開平１０−２５７７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１や特許文献２のように、遮蔽板を設置する構成や多孔管を設置する構成を備えていても、構造上の工夫のみでは部分的な撹拌効果しか得られず、滞留領域は残るため、水の滞留は完全には防止できなかった。
そこで、貯水槽に設けられた検水管から水を抜き出し、塩素濃度を測定する検査を行っていたが、現地に赴かなければならず、複数の貯水槽を監視することは時間と手間がかかっていた。
【０００７】
したがって、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、貯水槽内の滞留を簡単に且つ正確に把握し、滞留を防止することができる貯水槽の管理方法及び管理システ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】
【０００８】
本発明者らは、上述の課題を解決すべく、貯水槽の滞留の原因について詳細な調査を行った。その結果、以下の知見が得られた。
貯水槽は地下に埋設されているため、季節を通じて温度の変化が小さい。これに対して、貯水槽に流入する水は、地上の貯水池から供給されるものであるため季節変動が大きい。したがって、貯水槽内に貯留されている水と、流入水とでは温度に差がある。例えば、夏季を例にとってみると、貯水槽は地熱で冷却され、槽内の水も冷却される。その冷却された水が底部に停滞し、外から流入するやや温度の高い水は、底部の冷却された水と混合せずに貯水槽の上層を通り抜けることがある。これが夏季の滞留発生原因と考えられる。冬季は逆に、外から流入するやや温度の低い水が、貯水槽の下層を通り抜け、上層に滞留が生じる。このことから、地下に埋設される貯水槽に地上からの水が流入する貯水槽においては、貯水と流入水との温度差が滞留を引き起こす大きな要因の一つだと考えられる。
【０００９】
ここで、滞留発生の定量評価について説明する。
上記したように貯水槽内の水は、上層と下層とで水温が異なる場合には、２層密度流となって槽内に存在する。２層密度流は、単一流体にくらべて密度差に起因する特異な流れがみられることは、参考文献１（「基礎土木工学全書７  水理学II」、椿  東一郎著、森北出版株式会社  １９７８年４月）等に記載されている。
【００１０】
この２層密度流の混合は、Keulegan数により定量評価できる。Keulegan数は以下のように定義されている。
ρ１：上層の水の密度
ρ２：下層の水の密度
ε：（ρ１−ρ２）／ρ１
ν：水の動粘性係数
ｇ：重力加速度
Ｕ１：上層と下層の流れの相対速度
Θ：Keulegan数＝（νεｇ）＾（１／３）／Ｕ１
【００１１】
上層と下層の流れの相対速度が増加し、Keulegan数Θの値がある限界値以下になると、２層密度流の境界面に発生する内部波は砕けて上下層の流体の混合が起こる。層流の限界値は０．１２７であり、Θ＜０．１２７となる大き目な流速では上下の混合は生じるが、Θ≧０．１２７となる小さな流速では上下の混合は生じない。Keulegan数の定義によれば、２層密度流の混合に影響を与える因子は、流速と、上層の水の密度及び下層の水の密度である。水の密度は温度関数であるため、流速と、上層水温と下層水温の温度差とが２層密度流の混合を決定する因子となる。
【００１２】
上記した知見から鋭意検討した結果、本発明者らは、上層水温と下層水温の温度差を検知し、この温度差を用いて貯水槽の滞留を防止できること見出した。
すなわち、本発明の貯水槽の管理方法は、市水源より各戸に給水する水道管路（水道本管）に接続された貯水槽であって、一側に設けられた流入口より流入した水が流速をもって槽内を通り、他側に設けられた流出口より排出される貯水槽の管理方法において、前記貯水槽内の上層水温と下層水温とを測定し、前記上層水温と前記下層水温との温度差に基づいて、前記貯水槽の前記流入口側に設けられた弁の開度調整の要否を判断することを特徴とする。
【００１３】
上記したように、貯水槽の上層水温と下層水温との温度差は、貯水槽内の２層密度流の混合を決定する因子の一つである。したがって、上層水温と下層水温とを測定し、温度差を求めることにより、貯水槽内が滞留しているか否かを簡単に予測することができる。また、予測した結果に応じて応じて弁の開度調整の要否を判断することで、貯水槽内の滞留を防止する対策を講じることができる。
【００１４】
また、前記貯水槽の前記上層水温と前記下層水温との温度差が、予め設定されたしきい値以上である場合に、前記弁の開度調整を行うことが好ましい。
このように、貯水槽の上層水温と下層水温との温度差が前記しきい値以上である場合、貯水槽内が滞留している可能性が高いため、弁の開度調整を行って貯水槽内を通過する流速を高くすることにより、貯水槽内の滞留を防止することができる。
【００１５】
さらに、前記貯水槽の前記上層水温と前記下層水温との温度差を用いて滞留判断式に基づいて前記弁の開度量を求めることが好ましく、これにより弁の開度量を適正に設定することができる。
さらにまた、前記滞留判断式は、前記貯水槽の上層と下層の２層密度流における混合条件を求めるKeulegan数の演算式であることが好ましく、これにより２層密度流に起因する貯水層内の滞留を確実に防止することが可能となる。
【００１６】
また、前記水道管路を複数含む水道管路網に前記貯水槽が複数接続されており、前記複数の貯水槽でそれぞれ検出された前記上層水温と前記下層水温とをネットワークを介して取得し、前記水道管路網の給水配分に基づいて、前記複数の貯水槽ごとにそれぞれ設けられた前記弁を連携して開度調整することが好ましい。
このように、複数の貯水槽の上層水温と下層水温を検出し、水道管路網の給水配分に基づいて各弁を連携して開度調整することにより、給水配分のバランスを保ったまま貯水槽の滞留を防止することができる。
【００１７】
また、本発明に係る貯水槽の管理システムは、市水源より各戸に給水する水道管路に接続され、一側に設けられた流入口と、他側に設けられた流出口と、前記流入口側に設けられた弁とを有し、前記流入口より流入した水が流速をもって槽内を通り前記流出口より排出される貯水槽の管理システムにおいて、前記貯水槽内の上層水温と下層水温とを測定する温度測定手段と、前記温度測定手段で測定された前記上層水温と前記下層水温との温度差に基づいて前記弁の開度調整の要否を判断する要否判断部を有する演算手段とを備えたことを特徴とする。
【００１８】
さらに、前記演算手段の前記要否判断部は、前記貯水槽の前記上層水温と前記下層水温との温度差が、予め設定されたしきい値以上である場合に、前記弁の開度調整の必要ありと判断することが好ましい。
また、前記演算手段は、前記貯水槽の前記上層水温と前記下層水温との温度差を用いて滞留判断式に基づいて前記弁の開度量を求める弁開度算出部を有することが好ましい。
【００１９】
さらに、前記温度測定手段で測定した前記上層水温と前記下層水温とを、無線通信を介して前記演算手段に送信する無線通信手段を備えることが好ましい。
このように、温度測定手段で測定した上層水温と下層水温とを無線通信を介して送信することにより、地下に埋設された貯水槽の温度を簡単に取得することができる。
【００２０】
さらにまた、前記水道管路を複数含む水道管路網に前記貯水槽が複数接続されており、前記演算手段は、前記水道管路網における前記貯水槽の位置情報と、各弁の開度情報とを格納した記憶部と、前記複数の貯水槽でそれぞれ検出された前記上層水温と前記下層水温とをネットワークを介して取得し、前記水道管路網の給水配分に基づいて前記複数の貯水槽ごとにそれぞれ設けられた前記弁の連携した開度量を求める弁連携開度算出部とを有することが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
以上記載のように本発明によれば、貯水槽の上層水温と下層水温との温度差は、貯水槽内の２層密度流の混合を決定する因子の一つである。したがって、上層水温と下層水温とを測定し、温度差を求めることにより、貯水槽内が滞留しているか否かを簡単に予測することができる。また、予測した結果に応じて弁の開度調整の要否を判断することで、貯水槽内の滞留を防止する対策を講じることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る貯水槽の管理システムの基本構成図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｃ）は貯水槽の他の構成例を示す側断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る貯水槽の管理方法のフローチャートである。
【図４】複数の貯水槽を含む給水系統を示す模式図である。
【図５】複数の貯水槽に対応した管理システムの構成図である。
【図６】管理コンピュータが保有する水温データベースを示す図である。
【図７】管理コンピュータが保有する流量データベースを示す図である。
【図８】一般概念の貯水槽の側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
図１は本発明の実施形態に係る貯水槽の管理システムの基本構成図である。
本実施形態に係る貯水槽の管理システムは、主に、貯水槽１０内に設置された温度測定装置２０と、温度測定装置２０の測定結果が入力される演算手段とを備えている。なお、演算手段として、本実施形態では管理コンピュータ３０を用いた例を示している。
【００２４】
本発明の実施形態の管理対象である貯水槽１０（１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ）は、災害時に備えて、飲料水等の生活用水や消火用水などの給水を確保するために用いられる。
図４に示すように、貯水池等の市水源４０より給水対象域４１の各戸に給水する水道管路４２に接続されている。
【００２５】
また、図１に示すように、貯水槽１０は、横置円筒状の槽本体１１と、槽本体１１の一側に設けられた流入口１２と、流入口１２に接続された流入管１３と、他側に設けられた流出口１４と、流出口１４に接続された流出管１５と、流入口１２側の流出管１３に設けられた弁１６とを有する。流入管１３は水道管路４２（水道本管）に直結されて、市水源４０からの給水が供給される。流出管１５は、水道管路４２に直結されて、給水対象域４１に給水する。貯水槽１０は、流入口１２より流入した水が流速をもって槽内を通り、流出口１４より排出される。さらに、貯水槽１０は、上部に非常用の取水口１７を有するとともに、槽内の塩素濃度等を検査する検水管（図示略）を有している。
【００２６】
ここでは一例として、貯水槽１０の流入口１２は、槽本体１１断面の上部、中心部、下部の３か所に設け、これに対向して流出口１４も上部、中心部、下部の３か所に設けた構成を示している。
図２（Ａ）〜（Ｃ）は貯水槽１０の他の構成例を示す側断面図である。図２（Ａ）は、鉛直方向に設けられた５か所の流入口１２ａと、同様に５か所の流出口１４ａを有しており、いずれも槽本体１１の端部側に向いている。図２（Ｂ）は、槽本体１１の側壁に沿って設けられた多孔管で流入口１２ｂが形成され、他の側壁に沿って設けられた多孔管で流出口１４ｂが形成されている。図２（Ｃ）は、槽本体１１の軸方向に流入口１２ｃ及び流出口１４ｃが設けられているとともに、流入口１２ｄにより旋回流を発生させるようになっている。
【００２７】
図１に戻り、温度測定装置２０は、少なくとも、貯水槽１０の上層水温を測定する測定部２１と、下層水温を測定する測定部２３とを有している。好ましくは、中層水温を測定する測定部２２、あるいは鉛直方向に異なる高さの他の部位を測定する測定部を有し、鉛直方向の温度分布を測定してもよい。
また、温度測定装置２０には、測定した温度データを無線通信を介して管理コンピュータ３０に送信する無線通信装置２５が接続されていることが好ましい。このように、温度測定装置２０で測定した上層水温と下層水温とを無線通信を介して送信することにより、地下に埋設された貯水槽１０の温度を簡単に送ることができる。
【００２８】
管理コンピュータ３０は、温度測定装置２０で測定された上層水温と下層水温との温度差に基づいて、弁１６の開度調整の要否を判断する。具体的には、管理コンピュータ３０は、温度測定装置２０の温度データを入力する入力部３１と、弁開度や上下温度差やしきい値を記憶する記憶部３２と、弁制御要否判断部３５とKeulegan数算出部３５と弁開度量算出部３６とを含む演算部３３と、演算結果を出力する出力部３７とを有している。
【００２９】
弁制御要否判断部３４は、貯水槽１０の上層水温と下層水温との温度差に基づいて、貯水槽１０の弁１６の開度調整の要否を判断する。
Keulegan数算出部３５は、上述したKeulegan数の演算式に基づいてKeulegan数を算出する。
弁開度量算出部３６は、貯水槽１０の上層水温と下層水温との温度差が、予め設定されたしきい値以上である場合に、弁１６の開度量を算出する。しきい値は、実験的に求めてもよいし、Keulegan数に基づいて設定してもよい。
【００３０】
図３は本発明の実施形態に係る貯水槽の管理方法の一例を示すフローチャートである。
まず、温度測定装置２０により貯水槽１０の上層水温と下層水温とを測定する（Ｓ１）。測定した温度データは、温度測定装置２０に接続された無線通信装置２５により管理コンピュータ３０に送信する。
管理コンピュータ３０では、最初に弁制御要否判断部３４により滞留予測を行う（Ｓ２）。滞留予測は、上層水温と下層水温との温度差と、予め設定されたしきい値とを比較し（Ｓ３）、温度差がしきい値よりも大きい場合には滞留の可能性があると予測し、弁開度調整の要否を判断する。次いで、Keulegan算出部３５によりKeulegan数を算出する（Ｓ４）。
Keulegan数が、限界値０．１２７よりも大きい場合には（Ｓ６）、滞留の危険性が大きいと判断し（Ｓ５）、弁開度量算出部３６により弁開度量を算出する（Ｓ７）。上層水温と下層水温との温度差がしきい値以下である場合（Ｓ３）、及びKeulegan数が限界値０．１２７以下である場合には、貯水槽１０内が滞留していないと判断する（Ｓ８）。
【００３１】
また、本実施形態に変形例として、図４に示すように、水道管路４２を複数含む水道管路網に貯水槽１０Ａ〜１０Ｃが接続されている場合の貯水槽の管理システムを説明する。貯水槽１０Ａ〜１０Ｃには、それぞれ流入口側に弁１６Ａ〜１６Ｃが設けられている。また、水道管路網には、給水配分を選択するための弁４３Ａ〜４３Ｃが設けられている。
図５は複数の貯水槽１０に対応した管理システムの構成図である。
このシステムでは、複数の貯水槽１０Ａ〜１０Ｃで測定された温度データが、無線通信手段２５Ａ〜２５Ｃとネットワーク２９を介して管理コンピュータ３０に送られる。また、管理コンピュータ３０で求められた弁開度量が、各弁１６Ａ〜１６Ｃの近くの端末２８Ａ〜２８Ｃに送られ、弁の開度が調整される。
【００３２】
管理コンピュータ３０は、図１に示した構成に加えて、温度測定装置２０で測定された上層水温及び下層水温と、水道管路網の給水配分とに基づいて複数の貯水槽１０Ａ〜１０Ｃごとにそれぞれ設けられた弁１６Ａ〜１６Ｃの連携した開度量を求める弁連携開度算出部３８をさらに有している。
また、記憶部３２には、図６及び図７に示すように、貯水槽を認識するための貯水槽番号と貯水槽通過流量と関係弁開度とがそれぞれ関連づけられた流量データベースと、貯水槽番号と上層水温と下層水温とがそれぞれ関連づけられた水温データベースとが格納されている。
【００３３】
上記システムにおいて、各貯水槽１０Ａ〜１０Ｃに設けられた弁１６Ａ〜１６Ｃがそれぞれ変更されたら、その都度、流量データベースの関係弁開度データを更新する。同時に、弁開度データから求められる貯水槽通過流量（流速に対応）データも更新する。また、各貯水槽１０Ａ〜１０Ｃでは、断続的または連続的に温度測定装置２０で上層水温及び下層水温を測定し、これらの水温を無線通信手段２５Ａ〜２５Ｃで送信し、ネットワーク２９を介して管理コンピュータ３０の入力部３５から入力する。入力された各貯水槽１０Ａ〜１０Ｃの水温データにより、水温データベースに格納されている前回の水温データを更新する。そして、流量データベースに格納された最新の貯水槽通過流速と、水温データーベースに格納された最新の上層水温及び下層水温とに基づいて、各弁１６Ａ〜１６Ｃのそれぞれにおいて図３に示すフローに基づいて弁開度量を算出し、この算出された弁開度量と、給水対象域４１への給水配分とを満たすような各弁１６Ａ〜１６Ｃ、４３Ａ〜４３Ｃの弁開度を連携弁開度量算出部３８で算出する。算出された弁開度に基づいて、各弁１６Ａ〜１６Ｃ、４３Ａ〜４３Ｃの開度を調整する。なお、ここでいう弁の開度調整とは、開度を変更しない場合を含む。
このように、複数の貯水槽の上層水温と下層水温を検出し、水道管路網の給水配分に基づいて各弁を連携して開度調整することにより、給水配分のバランスを保ったまま貯水槽の滞留を防止することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ  貯水槽
１１  槽本体
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ  流入口
１３  流入管
１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ  流出口
１５  流出管
１６、１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ  弁
２０  温度測定装置
２１、２２、２３  測定部
３０  管理コンピュータ
３２  記憶部
３３  演算部
３４  弁制御要否判断部
３５  Keulegan数算出部
３６  弁開度量算出部
【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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