(57)【要約】【課題】所定直管長を確保できない水力発電所の配管経路においても良好な精度の流量計測を実施可能とする。【解決手段】数値解析処理を行って水圧鉄管の断面流速分布データを流量毎に算定する解析工程と、水圧鉄管断面を横断する所定線上の線流速分布を流量毎に特定し所定線上の線平均流速値を流量毎に算定する線平均算定工程と、流量と所定線上の線平均流速値との対応関係を特定する対応特定工程と、水圧鉄管に超音波流量計を設置して水圧鉄管内水流の線平均流速値を測定する実測工程と、流量と所定線上の線平均流速値との対応関係のうち超音波流量計の線平均流速測定方向と同じ方向の所定線についての対応関係に超音波流量計で測定した線平均流速値を照合し該当する流量を超音波流量計の設置位置における水圧鉄管内水流の流量と特定する流量特定工程とを実行する。【選択図】図１
2008175724.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水力発電所における水圧鉄管内の流量の計測方法であって、
水圧鉄管内の流量を複数回変えて断面流速分布の数値解析処理を行い、水圧鉄管の断面流速分布データを流量毎に算定する解析工程と、
前記算定した流量毎の断面流速分布データに基づき、水圧鉄管断面を横断する所定線上の線流速分布を前記流量毎に特定し、この線流速分布に基づいて前記所定線上の線平均流速値を前記流量毎に算定する線平均算定工程と、
前記算定した流量毎の線平均流速値に基づき、流量と前記所定線上の線平均流速値との対応関係を特定する対応特定工程と、
前記水圧鉄管に超音波流量計を設置して、水圧鉄管内水流の線平均流速値を測定する実測工程と、
前記流量と前記所定線上の線平均流速値との対応関係のうち、前記超音波流量計の線平均流速測定方向と同じ方向の所定線についての対応関係に、当該超音波流量計で測定した線平均流速値を照合し、該当する流量を前記超音波流量計の設置位置における水圧鉄管内水流の流量と特定する流量特定工程と、
からなることを特徴とする流量計測方法。
【請求項２】
前記解析工程において、
前記水圧鉄管の位置と水圧鉄管内の流量とをそれぞれ複数回変えて断面流速分布の数値解析処理を行い、水圧鉄管の各位置における断面流速分布データを流量毎に算定し、
前記線平均算定工程において、
前記算定した各位置における流量毎の断面流速分布データのうち、流速分布の偏心最小となる位置についての断面流速分布データを選び出し、この流速分布の偏心最小位置の断面流速分布データに基づき、水圧鉄管断面を横断する所定線上の線流速分布を前記流量毎に特定し、この線流速分布に基づいて前記所定線上の線平均流速値を前記流量毎に算定し、
前記対応特定工程において、
前記算定した流量毎の線平均流速値に基づき、前記流速分布の偏心最小位置における流量と前記所定線上の線平均流速値との対応関係を特定し、
前記実測工程において、
前記水圧鉄管のうち前記流速分布の偏心最小位置に超音波流量計を設置して、水圧鉄管内水流の線平均流速値を測定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の流量計測方法。
【請求項３】
前記実測工程において、
前記水圧鉄管のうち前記流速分布の偏心最小位置に超音波流量計を設置すると共に、前記水圧鉄管断面を横断する所定線の方向で線平均流速値を測定するよう、前記水圧鉄管における超音波流量計の設置方向を定め、水圧鉄管内水流の線平均流速値を測定し、
前記流量特定工程において、
前記流速分布の偏心最小位置における前記所定線上の、流量と前記所定線上の線平均流速値との対応関係に、前記超音波流量計で測定した線平均流速値を照合し、該当する流量を前記超音波流量計の設置位置における水圧鉄管内水流の流量と特定する、
ことを特徴とする請求項２に記載の流量計測方法。
【請求項４】
前記解析工程において、
前記数値解析の処理対象データとして、前記水圧鉄管の属性データに加えて、前記水圧鉄管に接続される開水路または曲がり管の属性データを用いることで、前記開水路または曲がり管による影響を含めた、前記水圧鉄管の断面流速分布データを流量毎に算定する、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の流量計測方法。
【請求項５】
水力発電所における水圧鉄管内の流量計測を行うシステムであって、
演算装置と、メモリと、入力装置と、出力装置と、水路における流速分布の数値解析プログラムと水圧鉄管の属性データとを格納する記憶装置とを備え、
前記演算装置が、
前記記憶装置より水圧鉄管の属性データを読み出してメモリに格納し、
前記記憶装置より前記数値解析プログラムをメモリに読み出して、前記メモリ内の前記水圧鉄管の属性データを条件として実行し、水圧鉄管内の流量を複数回変えて断面流速分布の数値解析処理を行い、水圧鉄管の断面流速分布データを流量毎に算定してメモリに格納し、
前記メモリより、前記流量毎の断面流速分布データを読み出し、この断面流速分布データより、水圧鉄管断面を横断する所定線上の線流速値を抽出して、前記所定線上の線平均流速分布を前記流量毎に特定し、この線流速分布における線平均流速値を算定することで、前記所定線上の線平均流速値を前記流量毎に算定してメモリに格納し、
前記メモリより、前記流量毎の線平均流速値を読み出し、この流量毎の線平均流速値から、流量のデータとこれに対応する前記所定線上の線平均流速値のデータとを抽出し、流量と所定線上の線平均流速値との対応関係を定めたテーブルを生成し、メモリに格納し、
前記水圧鉄管に設置された超音波流量計における、水圧鉄管内水流の線平均流速値の測定値と、当該超音波流量計の線平均流速測定方向とを入力装置より取得してメモリに格納し、
前記メモリより前記テーブルを読み出して、前記超音波流量計の線平均流速測定方向と同じ方向の所定線について前記対応関係を定めたテーブルを特定し、ここで特定したテーブルに前記超音波流量計で測定した線平均流速値を照合し、該当する流量を前記超音波流量計の設置位置における水圧鉄管内水流の流量と特定し、これを出力装置に出力する、
ことを特徴とする流量計測システム。
【請求項６】
演算装置と、メモリと、入力装置と、出力装置と、水路における流速分布の数値解析プログラムと水圧鉄管の属性データとを格納する記憶装置とを備え、水力発電所における水圧鉄管内の流量計測を行うコンピュータに、
前記記憶装置より水圧鉄管の属性データを読み出してメモリに格納するステップと、
前記記憶装置より前記数値解析プログラムをメモリに読み出して、前記メモリ内の前記水圧鉄管の属性データを条件として実行し、水圧鉄管内の流量を複数回変えて断面流速分布の数値解析処理を行い、水圧鉄管の断面流速分布データを流量毎に算定してメモリに格納するステップと、
前記メモリより、前記流量毎の断面流速分布データを読み出し、この断面流速分布データより、水圧鉄管断面を横断する所定線上の線流速値を抽出して、前記所定線上の線平均流速分布を前記流量毎に特定し、この線流速分布における線平均流速値を算定することで、前記所定線上の線平均流速値を前記流量毎に算定してメモリに格納するステップと、
前記メモリより、前記流量毎の線平均流速値を読み出し、この流量毎の線平均流速値から、流量のデータとこれに対応する前記所定線上の線平均流速値のデータとを抽出し、流量と所定線上の線平均流速値との対応関係を定めたテーブルを生成し、メモリに格納するステップと、
前記水圧鉄管に設置された超音波流量計における、水圧鉄管内水流の線平均流速値の測定値と、当該超音波流量計の線平均流速測定方向とを入力装置より取得してメモリに格納するステップと、
前記メモリより前記テーブルを読み出して、前記超音波流量計の線平均流速測定方向と同じ方向の所定線について前記対応関係を定めたテーブルを特定し、ここで特定したテーブルに前記超音波流量計で測定した線平均流速値を照合し、該当する流量を前記超音波流量計の設置位置における水圧鉄管内水流の流量と特定し、これを出力装置に出力するステップと、
を実行させる流量計測プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流量計測方法、流量計測装置、および流量計測プログラムに関するものであり、具体的には、水力発電所の水圧鉄管における高精度な流量計測技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、配管内の流速を計測する技術が提案されている。例えば、配管への取り付け位置によらず精度良く流量を検出できる流量検出装置を提供することを課題とした、配管内の流れを計測するために取り付けられた複数の計測プローブの指示値に流量補正係数を乗じて流量を算出する流量計測装置において、上流側配管体系を数値モデル化し流量をパラメータとした３次元数値解析による複数の解析データをデータベースとして記憶したデータ記憶部と、上流側配管体系の計測条件を設定する条件設定部と、前記条件設定部で設定された計測条件に対応する解析データを前記データ記憶部から取り出すデータ取り出し手段と、上流側配管系統の複数の計測データの時間平均値を算出し時間平均化された計測データ群の平均値および標準偏差を算出する計測演算手段と、前記データ取り出し手段で取り出された解析データのうち前記計測演算手段で時間平均化された計測データ群の平均値および標準偏差が統計的に最も近い解析データを選定するデータ比較処理手段と、前記データ比較処理手段で選定された解析データに基づいて計測体系の流量補正係数を算出する流量補正係数算出手段とを備えたことを特徴とする流量計測装置（特許文献１参照）などが提案されている。
【特許文献１】特開２００４−２５１６９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、水力発電所においては、発電電力量の最大化や過取水防止の観点から、使用水量を正確に把握する必要がある。この使用水量の正確な把握のため、前記水力発電所の水圧鉄管などで流量計測が実施されることがある。この流量計測に際しては、ピトー管やカレントメーターなどの直接計測装置を使用したり、或いは超音波流量計を使用したりして計測作業を実施している。
【０００４】
しかしながら、前記直接計測装置を使用するには、前記水圧鉄管内の抜水が必要であり、逸失電力と多大な計測時間の発生が避けられなかった。また、超音波流量計を使用する場合、前記水圧鉄管内の抜水は必要なく、通水したまま、つまり通常運転状態での流量計測が可能であるが、良好な精度での計測を確立するには条件があった。その条件とは、計測位置から上流側、下流側双方に所定長の直管部分を必要とすることである。
【０００５】
水力発電所が地形急峻な山岳地帯もしくはその周辺に設置されがちである点を鑑みれば、水圧鉄管とそれに連なる配管経路が長きにわたって直線状である状況が多いとは言い難い。しかも水力発電所においては、水圧鉄管だけでなく水槽などの開水路が計測点近くに設置されている特有の事情が含まれる場合も多く、単純に圧力管の流量分析をコンピュータ等で行って流量を予測しても高精度の測定結果が得られる訳ではない。つまり、超音波流量計を使用すれば容易に流量計測を実行可能ではあるが、上記直管長の条件をクリアしないかぎり、良好な精度の測定値は得られないのである。
【０００６】
そこで本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、所定直管長を確保できない水力発電所の配管経路においても良好な精度の流量計測を実施可能とする技術の提供を主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する本発明の流量計測方法は、水力発電所における水圧鉄管内の流量の計測方法であって、水圧鉄管内の流量を複数回変えて断面流速分布の数値解析処理を行い、水圧鉄管の断面流速分布データを流量毎に算定する解析工程と、前記算定した流量毎の断面流速分布データに基づき、水圧鉄管断面を横断する所定線上の線流速分布を前記流量毎に特定し、この線流速分布に基づいて前記所定線上の線平均流速値を前記流量毎に算定する線平均算定工程と、前記算定した流量毎の線平均流速値に基づき、流量と前記所定線上の線平均流速値との対応関係を特定する対応特定工程と、前記水圧鉄管に超音波流量計を設置して、水圧鉄管内水流の線平均流速値を測定する実測工程と、前記流量と前記所定線上の線平均流速値との対応関係のうち、前記超音波流量計の線平均流速測定方向と同じ方向の所定線についての対応関係に、当該超音波流量計で測定した線平均流速値を照合し、該当する流量を前記超音波流量計の設置位置における水圧鉄管内水流の流量と特定する流量特定工程と、からなることを特徴とする。これによれば、所定直管長を確保できない水力発電所の配管経路においても良好な精度の流量計測が実施可能となる。
【０００８】
また、前記解析工程において、前記水圧鉄管の位置と水圧鉄管内の流量とをそれぞれ複数回変えて断面流速分布の数値解析処理を行い、水圧鉄管の各位置における断面流速分布データを流量毎に算定し、前記線平均算定工程において、前記算定した各位置における流量毎の断面流速分布データのうち、流速分布の偏心最小となる位置についての断面流速分布データを選び出し、この流速分布の偏心最小位置の断面流速分布データに基づき、水圧鉄管断面を横断する所定線上の線流速分布を前記流量毎に特定し、この線流速分布に基づいて前記所定線上の線平均流速値を前記流量毎に算定し、前記対応特定工程において、前記算定した流量毎の線平均流速値に基づき、前記流速分布の偏心最小位置における流量と前記所定線上の線平均流速値との対応関係を特定し、前記実測工程において、前記水圧鉄管のうち前記流速分布の偏心最小位置に超音波流量計を設置して、水圧鉄管内水流の線平均流速値を測定する、こととしてもよい。これによれば、水圧鉄管でも流速分布の偏心が少ない箇所、つまりは高精度の測定が期待できる箇所を予め選定し、当該箇所に超音波流量計を設置して流量実測を行って、その実測値に基づいた高精度で効率的な流量特定が可能となる。
【０００９】
また、前記実測工程において、前記水圧鉄管のうち前記流速分布の偏心最小位置に超音波流量計を設置すると共に、前記水圧鉄管断面を横断する所定線の方向で線平均流速値を測定するよう、前記水圧鉄管における超音波流量計の設置方向を定め、水圧鉄管内水流の線平均流速値を測定し、前記流量特定工程において、前記流速分布の偏心最小位置における前記所定線上の、流量と前記所定線上の線平均流速値との対応関係に、前記超音波流量計で測定した線平均流速値を照合し、該当する流量を前記超音波流量計の設置位置における水圧鉄管内水流の流量と特定する、こととしてもよい。これによれば、前記流速分布の偏心最小の位置において、前記所定線に沿った超音波流量計の設置と流量実測を行うことが可能となり、さらに高精度で効率的な流量特定が可能となる。
【００１０】
また、前記解析工程において、前記数値解析の処理対象データとして、前記水圧鉄管の属性データに加えて、前記水圧鉄管に接続される開水路または曲がり管の属性データを用いることで、前記開水路または曲がり管による影響を含めた、前記水圧鉄管の断面流速分布データを流量毎に算定する、こととしてもよい。これによれば、水力発電所の水路系統に特有の開水路の存在が与える影響を確実に加味した、水圧鉄管内水流の流量特定を実施できるから、またさらに高精度で効率的な流量特定が可能となる。
【００１１】
また、本発明の流量計測システムは、水力発電所における水圧鉄管内の流量計測を行うシステムであって、演算装置と、メモリと、入力装置と、出力装置と、水路における流速分布の数値解析プログラムと水圧鉄管の属性データとを格納する記憶装置とを備え、前記演算装置が、前記記憶装置より水圧鉄管の属性データを読み出してメモリに格納し、前記記憶装置より前記数値解析プログラムをメモリに読み出して、前記メモリ内の前記水圧鉄管の属性データを条件として実行し、水圧鉄管内の流量を複数回変えて断面流速分布の数値解析処理を行い、水圧鉄管の断面流速分布データを流量毎に算定してメモリに格納し、前記メモリより、前記流量毎の断面流速分布データを読み出し、この断面流速分布データより、水圧鉄管断面を横断する所定線上の線流速値を抽出して、前記所定線上の線平均流速分布を前記流量毎に特定し、この線流速分布における線平均流速値を算定することで、前記所定線上の線平均流速値を前記流量毎に算定してメモリに格納し、前記メモリより、前記流量毎の線平均流速値を読み出し、この流量毎の線平均流速値から、流量のデータとこれに対応する前記所定線上の線平均流速値のデータとを抽出し、流量と所定線上の線平均流速値との対応関係を定めたテーブルを生成し、メモリに格納し、前記水圧鉄管に設置された超音波流量計における、水圧鉄管内水流の線平均流速値の測定値と、当該超音波流量計の線平均流速測定方向とを入力装置より取得してメモリに格納し、前記メモリより前記テーブルを読み出して、前記超音波流量計の線平均流速測定方向と同じ方向の所定線について前記対応関係を定めたテーブルを特定し、ここで特定したテーブルに前記超音波流量計で測定した線平均流速値を照合し、該当する流量を前記超音波流量計の設置位置における水圧鉄管内水流の流量と特定し、これを出力装置に出力する、ことを特徴とする。これによれば、所定直管長を確保できない水力発電所の配管経路においても良好な精度の流量計測が実施可能となるコンピュータシステムを提供できる。
【００１２】
また、本発明の流量計測プログラムは、演算装置と、メモリと、入力装置と、出力装置と、水路における流速分布の数値解析プログラムと水圧鉄管の属性データとを格納する記憶装置とを備え、水力発電所における水圧鉄管内の流量計測を行うコンピュータに、前記記憶装置より水圧鉄管の属性データを読み出してメモリに格納するステップと、前記記憶装置より前記数値解析プログラムをメモリに読み出して、前記メモリ内の前記水圧鉄管の属性データを条件として実行し、水圧鉄管内の流量を複数回変えて断面流速分布の数値解析処理を行い、水圧鉄管の断面流速分布データを流量毎に算定してメモリに格納するステップと、前記メモリより、前記流量毎の断面流速分布データを読み出し、この断面流速分布データより、水圧鉄管断面を横断する所定線上の線流速値を抽出して、前記所定線上の線平均流速分布を前記流量毎に特定し、この線流速分布における線平均流速値を算定することで、前記所定線上の線平均流速値を前記流量毎に算定してメモリに格納するステップと、前記メモリより、前記流量毎の線平均流速値を読み出し、この流量毎の線平均流速値から、流量のデータとこれに対応する前記所定線上の線平均流速値のデータとを抽出し、流量と所定線上の線平均流速値との対応関係を定めたテーブルを生成し、メモリに格納するステップと、前記水圧鉄管に設置された超音波流量計における、水圧鉄管内水流の線平均流速値の測定値と、当該超音波流量計の線平均流速測定方向とを入力装置より取得してメモリに格納するステップと、前記メモリより前記テーブルを読み出して、前記超音波流量計の線平均流速測定方向と同じ方向の所定線について前記対応関係を定めたテーブルを特定し、ここで特定したテーブルに前記超音波流量計で測定した線平均流速値を照合し、該当する流量を前記超音波流量計の設置位置における水圧鉄管内水流の流量と特定し、これを出力装置に出力するステップと、を実行させるプログラムである。これによれば、所定直管長を確保できない水力発電所の配管経路においても良好な精度の流量計測が実施可能な方法をコンピュータシステムに実行させるプログラムを提供可能となる。
【００１３】
その他、本願が開示する課題、及びその解決方法は、発明の実施の形態の欄、及び図面により明らかにされる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、所定直管長を確保できない水力発電所の配管経路においても良好な精度の流量計測が実施可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
−−−流量計測システム−−−
以下に本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は、本実施形態のの流量計測システム１００を含むネットワーク構成図である。なお、ここでの流量計測システム１００の説明においては、本発明の流量計測方法を流量計測システム１００が実行するものとして記述を行う。ただし、流量計測現場等における、コンピュータ等の演算端末の処理結果を活用し、人手による判断処理工程が互いに結びついた、工法としての流量計測方法（請求項１対応）も概念として当然に包含するものとする。
【００１６】
本実施形態においては、図に示すように、実際の水力発電所５の水圧鉄管１０における流量計測を行うべく、前記水圧鉄管１０の表面に超音波流量計２００が設置される。水圧鉄管１０の前後には、例えば、開水路６や曲がり管７が連なっている。前記開水路６は、例えば水圧鉄管１０に流れ込む水量や水勢を調節するために、上流側の導水路から供給されてきた水をここで一旦貯める貯留施設等を想定できる。また、前記曲がり管７は、水圧鉄管１０を含む各種水路構成物同士や、これら水路構成物らと水力発電所５の各種構築物や地盤形状などとの接続や取り合い関係に合わせて、水路形状をカーブさせるための管である。なお、水圧鉄管１０と開水路６や曲がり管７とを含めた流路系統全体を、図１に示すようにモデル化して本発明の流量計測方法には適用する。
【００１７】
こうした開水路６や曲がり管７の存在が、水圧鉄管１０内の水流を乱流としやすく、そのために水圧鉄管１０における流量計測を難しくている。通常は、これら開水路６や曲がり管７の影響を避けるために、流量測定箇所より上流側に管径の１５倍の長さ、下流側に管径の５倍の長さの直管長が必要とされている。しかしながら本実施形態ではこうした測定箇所付近の直管長の長さに関係なく、高精度で効率のよい流量計測方法を確立する。
【００１８】
また、前記超音波流量計２００は従来から存在する一般的な超音波流量計を採用すればよい。超音波流量計２００は、断面流速Ｖを直接測定するものではなく、発振させた超音波が測定対象（水流）を通過した線上の線平均流速ＶLを測定するものである。従来の超音波流量計２００は、測定値である線平均流速ＶLを、ゲ・イ・ビルゲルの式で得られる補正係数Ｋで除算し断面流速Ｖを得るアルゴリズムをハードウェアないしソフトウェアとして組み込んでいる。ただしこの除算処理で得られる断面流速Ｖは、測定対象の水流が層流でなければ精度良好な測定値とはならない。つまり、水圧鉄管１０を流れる水流が、管中心で流速最大となり、この管中心と管内壁との距離に応じて徐々に流速が減少し、管内壁で流速最小となる、といった流速分布をとるものでなければ必ず測定誤差が生じてしまう。しかしながらこうした断面流速分布の偏心具合にも囚われずに、本実施形態では高精度で効率のよい流量計測方法を確立する。
【００１９】
なお、前記超音波流量計２００は、ネットワーク１６０または流量計測システム１００の通信インターフェイス（後述のＮＩＣ１０７）を介して、流量計測システム１００に接続され、流量測定値をシステム側に提供する。ここで超音波流量計２００からシステム１００が得る流量測定値は、前記線平均流速値となる。
【００２０】
一方、前記流量計測システム１００（以下、システム１００）は、前記水力発電所５における水圧鉄管内１０の流量計測を行うコンピュータシステムであって、本発明の流量計測方法を実行すべくハードディスクドライブ１０１などに格納されたプログラム１０２をＲＡＭ１０３（メモリ）に読み出し、演算装置たるＣＰＵ１０４により実行する。
【００２１】
また、前記システム１００は、コンピュータ装置が一般に備えている各種キーボードやボタン類などの入力インターフェイス１０５（入力装置）、ディスプレイなどの出力インターフェイス１０６（出力装置）、ならびに、超音波流量計２００などとの間のデータ授受を担うＮＩＣ（Network Interface Card）１０７などを有している。
【００２２】
前記システム１００は、前記ＮＩＣ１０７により、前記超音波流量計２００と例えばインターネットやＬＡＮなどの各種ネットワーク１６０を介して接続し、データ授受を実行する。また、システム１００は、フラッシュＲＯＭ１０８と、各部１０１〜１０８を接続するバスを中継するブリッジ１０９と、電源１２１とを有する。
【００２３】
なお、前記フラッシュＲＯＭ１０８には、ＢＩＯＳ１２０が記憶されている。ＣＰＵ１０４は、電源１２１の投入後、先ずフラッシュＲＯＭ１０８にアクセスしてＢＩＯＳ１２０を実行することにより、システム１００のシステム構成を認識する。また、ハードディスクドライブ１０１には、各機能部やデータベース類の他に、ＯＳ１１８が記憶されている。このＯＳ１１８は、ＣＰＵ１０４がシステム１００の各部１０１〜１０８を統括的に制御して、後述する各機能部を実行するためのプログラムである。ＣＰＵ１０４は、ＢＩＯＳ１２０に従い、ハードディスクドライブ１０１からＯＳ１１８をＲＡＭ１０３にロードして実行する。これにより、ＣＰＵ１０４は、システム１００の各部を統括的に制御する。
【００２４】
続いて、前記システム１００が、例えばプログラム１０２に基づき構成・保持する機能部につき説明を行う。なお、前記システム１００は、流量と所定線上の線平均流速値との対応関係を定めたテーブル１２５を格納する対応関係データベース１５０と、水路における流速分布の数値解析プログラムを格納するプログラムデータベース１５１と、水圧鉄管１０の属性データを格納する属性データベース１５２とをハードディスクドライブ１０１などの適宜な記憶装置に有しているものとする。
【００２５】
前記システム１００は、記憶装置たるハードディスクドライブ１０１の前記属性データベース１５２より水圧鉄管１０の属性データを読み出してＲＡＭ１０３に格納する、属性取得部１１０を備える。
【００２６】
また、前記システム１００は、前記ハードディスクドライブ１０１のプログラムデータベース１５１より前記数値解析プログラムをＲＡＭ１０３に読み出して、前記ＲＡＭ１０３内の前記水圧鉄管１０の属性データを条件として実行し、水圧鉄管内の流量を複数回変えて断面流速分布の数値解析処理を行い、水圧鉄管１０の断面流速分布データを流量毎に算定してＲＡＭ１０３に格納する、数値解析部１１１を備える。なお、数値解析の処理対象データとして、前記水圧鉄管１０の属性データに加えて、前記水圧鉄管１０に接続される開水路６または曲がり管７の属性データを用いることで、前記開水路６または曲がり管７による影響を含めた、前記水圧鉄管１０の断面流速分布データを流量毎に算定できる。
【００２７】
また、前記システム１００は、前記ＲＡＭ１０３より、前記流量毎の断面流速分布データを読み出し、この断面流速分布データより、水圧鉄管断面を横断する所定線上の線流速値を抽出して、前記所定線上の線平均流速分布を前記流量毎に特定し、この線流速分布における線平均流速値を算定することで、前記所定線上の線平均流速値を前記流量毎に算定してＲＡＭ１０３に格納する、線平均算定部１１２を備える。
【００２８】
また、前記システム１００は、前記ＲＡＭ１０３より、前記流量毎の線平均流速値を読み出し、この流量毎の線平均流速値から、流量のデータとこれに対応する前記所定線上の線平均流速値のデータとを抽出し、流量と所定線上の線平均流速値との対応関係を定めたテーブル１２５を生成し、ＲＡＭ１０３または前記ハードディスクドライブ１０１の対応関係データベース１５０に格納する、対応特定部１１３を備える。
【００２９】
また、前記システム１００は、前記水圧鉄管１０に設置された超音波流量計２００における、水圧鉄管内水流の線平均流速値の測定値と、当該超音波流量計２００の線平均流速測定方向とを、入力装置１０５（計測作業員等がデータ入力に使用する入力インターフェイス）または前記ＮＩＣ１０７（超音波流量計２００と直接またはネットワーク１６０で接続）より取得してＲＡＭ１０３に格納する、実測値取得部１１４を備える。
【００３０】
また、前記システム１００は、前記ＲＡＭ１０３または対応関係データベース１５０より前記テーブル１２５を読み出して、前記超音波流量計２００の線平均流速測定方向と同じ方向の所定線について前記対応関係を定めたテーブルを特定し、ここで特定したテーブル１２５に前記超音波流量計２００で測定した線平均流速値を照合し、該当する流量を前記超音波流量計２００の設置位置における水圧鉄管内水流の流量と特定し、これを出力装置１０６に出力する、流量特定部１１５を備える。
【００３１】
なお、前記数値解析部１１１は、前記水圧鉄管１０の位置と水圧鉄管内の流量とをそれぞれ複数回変えて断面流速分布の数値解析処理を行い、水圧鉄管１０の各位置における断面流速分布データを流量毎に算定するとすれば好適である。この場合、前記線平均算定部１１２は、前記算定した各位置における流量毎の断面流速分布データのうち、流速分布の偏心最小となる位置についての断面流速分布データを選び出し、この流速分布の偏心最小位置の断面流速分布データに基づき、水圧鉄管断面を横断する所定線上の線流速分布を前記流量毎に特定し、この線流速分布に基づいて前記所定線上の線平均流速値を前記流量毎に算定することとなる。更に、前記対応特定部１１３は、前記算定した流量毎の線平均流速値から、流量のデータとこれに対応する前記所定線上の線平均流速値のデータとを抽出し、前記流速分布の偏心最小位置における流量と前記所定線上の線平均流速値との対応関係を定めたテーブル１２５を生成することとなる。また、前記実測値取得部１１４は、前記水圧鉄管１０のうち前記流速分布の偏心最小位置に設置された超音波流量計２００より、水圧鉄管内水流の線平均流速値の測定値と線平均流速測定方向とを取得する。
【００３２】
なお、前記水圧鉄管１０のうち前記流速分布の偏心最小位置に超音波流量計２００が設置され、前記水圧鉄管断面を横断する所定線の方向で線平均流速値を測定するよう、前記水圧鉄管１０における超音波流量計２００の設置方向が定められている場合、前記流量特定部１１５は、前記流速分布の偏心最小位置における前記所定線上の、流量と前記所定線上の線平均流速値との対応関係を定めたテーブル１２５を対応関係データベース１５０より抽出し、このテーブル１２５に、前記超音波流量計２００で測定した線平均流速値を照合することで、該当流量を前記超音波流量計２００の設置位置における水圧鉄管内水流の流量と特定する。
【００３３】
また、これまで示したシステム１００における各機能部１１０〜１１５は、ＲＡＭなどのメモリやＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）などの適宜な記憶装置に格納したプログラムとして実現してもよいし、ハードウェアとして実現するとしてもよい。各機能部がプログラムとして実現されている場合、前記ＣＰＵ１０４がプログラム実行に合わせて記憶装置１０１より該当プログラムをＲＡＭ１０３に読み出して、これを実行することとなる。
【００３４】
また、前記ネットワーク１６０に関しては、インターネット、ＬＡＮの他、ＡＴＭ回線や専用回線、ＷＡＮ（Ｗｉｄｅ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）、電灯線ネットワーク、無線ネットワーク、公衆回線網、携帯電話網、シリアル・インターフェース通信線など様々なネットワークを採用することも出来る。また、ＶＰＮ（Ｖｉｒｔｕａｌ  Ｐｒｉｖａｔｅ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）など仮想専用ネットワーク技術を用いれば、インターネットを採用した際にセキュリティ性を高めた通信が確立され好適である。なお、前記シリアル・インターフェイスは、単一の信号線を用いて１ビットずつ順次データを送るシリアル伝送で、外部機器と接続するためのインターフェースを指し、通信方式としてはＲＳ−２３２Ｃ、ＲＳ−４２２、ＩｒＤＡ、ＵＳＢ、ＩＥＥＥ１３９４、ファイバ・チャネルなどが想定できる。或いは、超音波流量計２００での測定データをシステム１００に提供するために、超音波流量計２００で出力した測定データに基づいて、作業員がシステム１００の入力装置１０５を介して前記測定データの入力を行い、これによりシステム１００が前記測定データを取得するとしてもよい。
【００３５】
−−−データベース構造−−−
次に、本実施形態におけるシステム１００が利用可能なデータベースの構造について説明する。図２は本実施形態における、（ａ）対応関係データベース１５０、（ｂ）プログラムデータベース１５１、（ｃ）属性データベース１５２の各データ構造例を示す図である。
【００３６】
前記対応関係データベース１５０は、流量と所定線上の線平均流速値との対応関係を定めたテーブル１２５を格納するデータベースである。この対応関係データベース１５０は、例えばテーブルＩＤをキーとして、計測位置（水圧鉄管１０における測定対象位置で、所定の基点からの距離などで示す）、計測線方向（水圧鉄管１０の断面頂部を０度とし、時計回りに３５９度）、テーブルファイルといった情報を関連づけたレコードの集合体となっている。
【００３７】
また、前記プログラムデータベース１５１は、水路における流速分布の数値解析プログラムを格納するデータベースである。このプログラムデータベース１５１は、例えばプログラム名をキーに、プログラムファイルを対応付けたレコードの集合体となっている。
【００３８】
また、前記属性データベース１５２は、前記数値解析プログラムが解析処理に利用する水圧鉄管１０の属性データを、水圧鉄管毎に格納するデータベースである。この属性データベース１５２は、例えば水圧鉄管ＩＤをキーに、水圧鉄管１０の傾斜、内径、落差、直管長、曲がり管の管長、開水路の容量、開水路の水頭レベル、などといった情報を対応付けたレコードの集合体となっている。
【００３９】
−−−測定の実行手順例１−−−
以下、本実施形態における流量計測方法の実際手順について、図に基づき説明する。まずはここで、コンピュータ等の演算端末の処理結果を活用し人手による判断処理工程が互いに結びついた工法としての流量計測方法の実際例を説明する。
【００４０】
図３は本実施形態における流量計測方法の処理手順例１を示す図である。ここではまず、作業員等が、前記数値解析プログラムをコンピュータで起動し、この数値解析プログラムに、水圧鉄管１０の測定想定箇所毎（測定が想定される複数箇所：一定間隔毎としてよい）に、水圧鉄管内の流量を複数回変えた条件下で、断面流速分布の数値解析処理を実行させる（ｓ１００）。そして、この処理で数値解析プログラムは、水圧鉄管１０における前記測定想定箇所毎の断面流速分布データを流量毎に算定する（ｓ１０１）。前記ステップｓ１００とｓ１０１が解析工程となる。
【００４１】
前記数値解析処理の解析対象モデルとしては、例えば、図１に示したような、開水路６たる水槽と、この水槽に接続された曲がり管７と、この曲がり管７に接続された直管状の水圧鉄管１０と、この水圧鉄管１０に接続された曲がり管７とからなる水路系統を想定する。また、数値解析処理の条件としては、例えば、前記水圧鉄管１０や曲がり管７の管径が２（ｍ）であり、変化させる流量を、７、８、９、１０、１１（ｍ３／ｓ）などとする。
【００４２】
上記解析対象モデルは、必要な直管長が確保できていない条件下にあるから、前記数値解析プログラムが算定した断面流速分布データ２０は、例えば図５に示すように、流速分布が同心円状とはならず、偏心してしまっている。このように断面流速分布が偏心している状況で、従来と同じ方法で流量値を算定するとしても、上述したように誤差が大きい。
【００４３】
そこで次に、前記算定された各測定想定箇所における流量毎（７、８、９、１０、１１（ｍ３／ｓ））の断面流速分布データ２０に基づき、水圧鉄管断面を横断する所定線上の線流速分布を前記流量毎に特定する（ｓ１０２）。この特定処理は、前記断面流速分布データ２０において、所定方向の計測線２１を複数想定し、各計測線２１上の断面流速値を読み取っていく作業となる。この作業は、作業員が行っても良いが、当該作業を実現するプログラムを備えたコンピュータが実行すれば好適である。
【００４４】
こうして得られるのが、図６に示す線流速分布２２である。この線流速分布２２は、測定想定箇所毎、計測線２１の方向ごとに得られるものであり、前記計測線２１上の一端から他端までの距離と、前記計測線２１上の各距離での流速値との対応関係を示すデータとなり、図６では一例としてグラフ形式になっている（テーブル等でも勿論構わない）。
【００４５】
また、この線流速分布２２に基づいて、前記計測線２１上の線平均流速値を前記流量毎に算定する（ｓ１０３）。前記ステップｓ１０２とｓ１０３が線平均算定工程となる。前記線平均流速値の算定は、前記線流速分布２２の構成データに一般的な平均値算定の手法を適用して求めればよい（この処理も前記数値解析プログラムが実行するとしてもよい）。このステップｓ１０３の工程で、各測定想定箇所における各計測線２１の、前記流量（７、８、９、１０、１１（ｍ３／ｓ））毎の、線平均流速値が得られた。
【００４６】
そこで次に、前記算定した流量毎の線平均流速値に基づき、流量と前記計測線２１上の線平均流速値との対応関係を特定する（ｓ１０４）。このステップｓ１０４が対応特定工程となる。前記対応関係を特定する作業は、各測定想定箇所における各計測線２１の、前記流量（７、８、９、１０、１１（ｍ３／ｓ））と前記線平均流速値との関係を、例えば図７に示すようにグラフ２３とする。或いは前記流量（７、８、９、１０、１１（ｍ３／ｓ））と前記線平均流速値との関係を、測定想定箇所毎のテーブル１２５として作成する。こうしたグラフ化やテーブル作成の作業は、作業員が行ってもよいし、当該作業を実現するプログラムを備えたコンピュータが実行してもよい。
【００４７】
次に、水力発電所５の水圧鉄管１０の表面において、作業員等が超音波流量計２００を設置する（ｓ１０５）。この設置に際しては、前記測定想定箇所のいずれかの位置であり、前記計測線２１のいずれかと同じ方向で水圧鉄管１０の断面に超音波走査が可能な設置角度に、超音波流量計２００の取付けを行う。こうして設置された超音波流量計２００は、水圧鉄管１０の水流に向けて超音波を発振し、水圧鉄管内水流の線平均流速値を測定する（ｓ１０６）。前記ステップｓ１０５とｓ１０６が実測工程となる。
【００４８】
前記超音波流量計２００による線平均流速値の実測値は、当該超音波流量計２００のメモリに蓄積される。或いは、超音波流量計２００の備える表示装置に表示されるか、プリンタ等の印字手段によりプリントアウトされる。
【００４９】
最後に、前記流量と前記計測線２１上の線平均流速値との対応関係を示すグラフ２３のうち、超音波流量計２００の設置箇所と測定方向とが同じ条件のグラフ（つまり、いずれかの測定想定箇所におけるいずれかの計測線２１に関するグラフ２３）に、当該超音波流量計２００で測定した線平均流速値（実測値）を照合し、該当する流量を前記超音波流量計２００の設置位置における水圧鉄管内水流の流量と特定する（ｓ１０７）。このステップｓ１０７が流量特定工程となる。この工程での作業は、前記超音波流量計２００の表示値を作業員が読み取って、この表示値、つまり実測値を前記グラフ２３上の該当箇所に当てはめて読むことで行ってもよいし、当該作業を実現するプログラムを備えたコンピュータが実行してもよい。
【００５０】
なお、ステップｓ１０１で算定した各位置における流量毎の断面流速分布データのうち、流速分布の偏心最小となる位置についての断面流速分布データを選び出し、この流速分布の偏心最小位置の断面流速分布データに基づき、ステップｓ１０２における、所定線上の線流速分布を流量毎に特定する処理を実行するとしてもよい。この場合、ステップｓ１０４においては、前記流速分布の偏心最小位置における流量と前記所定線上の線平均流速値との対応関係を定めたグラフ２３やテーブル１２５を生成することとなる。また、ステップｓ１０５においては、前記水圧鉄管１０のうち前記流速分布の偏心最小位置に超音波流量計２００を設置する。
【００５１】
こうした状況では、前記流速分布の偏心最小位置における前記所定線上の、流量と前記所定線上の線平均流速値との対応関係を定めたグラフ２３に、前記超音波流量計２００で測定した線平均流速値を照合することで、該当流量を前記超音波流量計２００の設置位置における水圧鉄管内水流の流量と特定する。
【００５２】
−−−測定の実行手順例２−−−
次に、流量計測システム１００が主体的に流量計測方法の処理を実行する例について説明する。図４は、本実施形態における流量計測方法の処理手順例２を示す図である。この例の場合、流量計測方法に対応する各種動作を、前記システム１００が前記ＲＡＭ１０３に読み出して実行するプログラムによって実現する。なお、前記のプログラムは、以下に説明される各種の動作を行うためのコードから構成されている。
【００５３】
このフローにおいて、前記システム１００の属性取得部１１０は、記憶装置たるハードディスクドライブ１０１の前記属性データベース１５２より、水圧鉄管１０のＩＤ等をキーにして該当水圧鉄管の属性データを読み出してＲＡＭ１０３に格納する（ｓ２００）。
【００５４】
そして、前記システム１００の数値解析部１１１は、前記ハードディスクドライブ１０１のプログラムデータベース１５１より前記数値解析プログラムをＲＡＭ１０３に読み出して、前記ＲＡＭ１０３内の前記水圧鉄管１０の属性データを条件として実行し、水圧鉄管内の流量を複数回変えて断面流速分布の数値解析処理を行い、水圧鉄管１０の断面流速分布データを流量毎に算定してＲＡＭ１０３に格納する（ｓ２０１）。
【００５５】
なお、数値解析の処理対象データとして、前記水圧鉄管１０の属性データに加えて、前記水圧鉄管１０に接続される開水路６または曲がり管７の属性データを用いることで、前記開水路６または曲がり管７による影響を含めた、前記水圧鉄管１０の断面流速分布データを流量毎に算定できる。
【００５６】
次に、前記システム１００の線平均算定部１１２は、前記ＲＡＭ１０３より、前記流量毎の断面流速分布データを読み出し、この断面流速分布データより、水圧鉄管断面を横断する所定線上の線流速値を抽出して、前記所定線上の線平均流速分布を前記流量毎に特定し、この線流速分布における線平均流速値を算定することで、前記所定線上の線平均流速値を前記流量毎に算定してＲＡＭ１０３に格納する（ｓ２０２）。この処理は、前記線平均算定部１１２が、前記プログラムデータベース１５１より、線平均流速算定処理を担うプログラムをＲＡＭ１０３に読み出して実行することで実現することが想定できる。
【００５７】
また、前記システム１００の対応特定部１１３は、前記ＲＡＭ１０３より、前記流量毎の線平均流速値を読み出し、この流量毎の線平均流速値から、流量のデータとこれに対応する前記所定線上の線平均流速値のデータとを抽出し、流量と所定線上の線平均流速値との対応関係を定めたテーブル１２５を生成し、ＲＡＭ１０３または前記ハードディスクドライブ１０１の対応関係データベース１５０に格納する（ｓ２０３）。
【００５８】
また、前記システム１００の実測値取得部１１４は、前記水圧鉄管１０に設置された超音波流量計２００における、水圧鉄管内水流の線平均流速値の測定値と、当該超音波流量計２００の線平均流速測定方向とを、入力装置１０５（計測作業員等がデータ入力に使用する入力インターフェイス）または前記ＮＩＣ１０７（超音波流量計２００と直接またはネットワーク１６０で接続）より取得してＲＡＭ１０３に格納する（ｓ２０４）。
【００５９】
そして、前記システム１００の流量特定部１１５は、前記ＲＡＭ１０３または対応関係データベース１５０より前記テーブル１２５を読み出して、前記超音波流量計２００の線平均流速測定方向と同じ方向の所定線について前記対応関係を定めたテーブルを特定し、ここで特定したテーブル１２５に前記超音波流量計２００で測定した線平均流速値を照合し、該当する流量を前記超音波流量計２００の設置位置における水圧鉄管内水流の流量と特定し、これを出力装置１０６に出力する（ｓ２０５）。
【００６０】
なお、前記数値解析部１１１は、前記水圧鉄管１０の位置と水圧鉄管内の流量とをそれぞれ複数回変えて断面流速分布の数値解析処理を行い、水圧鉄管１０の各位置における断面流速分布データを流量毎に算定するとすれば好適である。
【００６１】
この場合、前記線平均算定部１１２は、前記算定した各位置における流量毎の断面流速分布データのうち、流速分布の偏心最小となる位置についての断面流速分布データを選び出し、この流速分布の偏心最小位置の断面流速分布データに基づき、水圧鉄管断面を横断する所定線上の線流速分布を前記流量毎に特定し、この線流速分布に基づいて前記所定線上の線平均流速値を前記流量毎に算定することとなる。
【００６２】
更に、前記対応特定部１１３は、前記算定した流量毎の線平均流速値から、流量のデータとこれに対応する前記所定線上の線平均流速値のデータとを抽出し、前記流速分布の偏心最小位置における流量と前記所定線上の線平均流速値との対応関係を定めたテーブル１２５を生成することとなる。
【００６３】
また、前記実測値取得部１１４は、前記水圧鉄管１０のうち前記流速分布の偏心最小位置に設置された超音波流量計２００より、水圧鉄管内水流の線平均流速値の測定値と線平均流速測定方向とを取得する。
【００６４】
なお、前記水圧鉄管１０のうち前記流速分布の偏心最小位置に超音波流量計２００が設置され、前記水圧鉄管断面を横断する所定線の方向で線平均流速値を測定するよう、前記水圧鉄管１０における超音波流量計２００の設置方向が定められている場合、前記流量特定部１１５は、前記流速分布の偏心最小位置（対応関係データベース１５０における“計測位置”との対応を見る）における前記所定線上（対応関係データベース１５１における“計測線方向”との対応を見る）の、流量と前記所定線上の線平均流速値との対応関係を定めたテーブル１２５を対応関係データベース１５０より抽出し、このテーブル１２５に、前記超音波流量計２００で測定した線平均流速値を照合することで、該当流量を前記超音波流量計２００の設置位置における水圧鉄管内水流の流量と特定する。
【００６５】
本発明によれば、所定直管長を確保できない水力発電所の配管経路においても良好な精度の流量計測が実施可能となる。
【００６６】
以上、本発明の実施の形態について、その実施の形態に基づき具体的に説明したが、これに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本実施形態の流量計測システムを含むネットワーク構成図である。
【図２】本実施形態における、（ａ）対応関係データベース、（ｂ）プログラムデータベース、（ｃ）属性データベースの各データ構造例を示す図である。
【００６８】
（ａ）、（ｂ）の各データ構造例を示す図である。
【図３】本実施形態における流量計測方法の処理手順例１を示す図である。
【図４】本実施形態における流量計測方法の処理手順例２を示す図である。
【図５】本実施形態における断面流速分布データの例を示す図である。
【図６】本実施形態における線流速分布の例を示す図である。
【図７】本実施形態における流量と線平均流速値との関係例を示す図である。
【符号の説明】
【００６９】
５  水力発電所
６  開水路
７  曲がり管
１０  水圧鉄管
１００  流量計測システム
１０１  ＨＤＤ（Hard Disk Drive）
１０２  プログラム
１０３  ＲＡＭ（メモリ）
１０４  ＣＰＵ（演算装置）
１０５  入力インターフェイス（入力装置）
１０６  出力インターフェイス（出力装置）
１０７  ＮＩＣ（Network Interface Card）
１０８  フラッシュＲＯＭ
１０９  ブリッジ
１１０  属性取得部
１１１  数値解析部
１１２  線平均算定部
１１３  対応特定部
１１４  実測値取得部
１１５  流量特定部
１１８  ＯＳ
１２０  ＢＩＯＳ
１２５  テーブル
１５０  対応関係データベース
１５１  プログラムデータベース
１５２  属性データベース
１６０  ネットワーク
２００  超音波流量計
【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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