(57)【要約】【課題】雨量レーダのような高価な機材、複雑な流入量予測演算を不要にし、システム全体の構築コストを低く抑えつつ、管渠内の流下・貯留状態を判定して、適切なタイミングで雨水排水ポンプ制御、流入ゲート運用を行う。【解決手段】幹線流量計４から出力される水位計測信号Ｓ１、流速計測信号Ｓ２に基づき、各変換器５によって、実測流量と理論流量とを演算させるとともに、実測流量と理論流量との偏差に基づき、プロセスコントローラ１２によって、幹線流量計設置地点が流下状態か、貯留状態かを判定させ、流入ゲート８の開閉制御、各雨水排水ポンプ１０の運転台数制御などを行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
雨水排水ポンプ場に設けられた雨水排水ポンプ、流入ゲートの運転内容を制御する雨水排水ポンプシステムにおいて、
流入幹線に設置された幹線流量計で得られる計測水位、計測流量に基づき、実績流量値を演算する実績流量値演算部と、
前記幹線流量計で得られた計測水位に基づき、理論流量値を演算する理論流量値演算部と、
前記実績流量値演算部で得られた実績流量値と理論流量値演算部で得られた理論流量値とを比較して、幹線流量計設置地点における管渠内の流下、貯留状態を判定し、判定結果に応じて、雨水排水ポンプの運転、流入ゲートの制御を行う制御部と、
を備えたことを特徴とする雨水排水ポンプシステム。
【請求項２】
請求項１に記載の雨水排水ポンプシステムにおいて、
前記制御部は、幹線流量計設置地点における貯留状態が一定時間継続しているとき、雨水排水ポンプの運転台数を増加させる、
ことを特徴とする雨水排水ポンプシステム。
【請求項３】
請求項１に記載の雨水排水ポンプシステムにおいて、
前記制御部は、幹線流量計設置地点における貯留状態が一定時間継続し、全ての雨水排水ポンプを起動させても、貯留状態が解消されないとき、流入ゲートを閉操作させる、
ことを特徴とする雨水排水ポンプシステム。
【請求項４】
請求項１に記載の雨水排水ポンプシステムにおいて、
前記制御部は、幹線流量計設置地点における貯留状態が流下状態へ変化し、その流量が減少しているとき、流入ゲートを開操作させる、
ことを特徴とする雨水排水ポンプシステム。
【請求項５】
請求項１に記載の雨水排水ポンプシステムにおいて、
前記制御部は、幹線流量計設置地点における貯留状態が流下状態へ変化し、流入ゲートを全開状態にさせても、その流量が減少しているとき、雨水排水ポンプの運転台数を低減させる、
ことを特徴とする雨水排水ポンプシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、雨水排水ポンプにより河川へ排出する雨水排水ポンプシステムに係わり、特に幹線流量計設置地点における理論流量値と実測流量値との偏差に基づき、雨水排水ポンプの制御、流入ゲートの運用を最適化させる雨水排水ポンプシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
下水や工場廃水などが流入する流入幹線を介して雨水を雨水排水ポンプ場に導き、複数の雨水排水ポンプによって河川へ排出する雨水排水ポンプシステムが知られている。この雨水排水ポンプシステムでは、流入幹線の下流に設けられた流入ゲートを介して、雨水などを雨水ポンプ井に導くとともに、雨水ポンプ井水位が一定の範囲内に収まるように、雨水排水ポンプの運転台数を制御し、雨水などにより、流入幹線を流れる流体の水位が高くなりすぎないようにしている。
【０００３】
この際、流入幹線などに電磁流量計、超音波式流量計、せき式流量計などの流量計を配置して、下水、工場廃水などの流体の流量を測定し、流入幹線などを介して、下水処理場などに流入する下水の流量を把握し、下水処理場の運転を制御することが多い。
【０００４】
特に、超音波式流量計の一つである流速・水位演算方式流量計は、管径の大きい箇所にも比較的容易に対応でき、流れに対する障害が少ないなどといった特徴があり、広く用いられている。
【０００５】
ところで、このような雨水排水ポンプシステムでは、雨水排水ポンプの制御方法として、雨水排水ポンプ井の水位（雨水ポンプ井水位）に応じて、雨水排水ポンプを運転、または停止するような制御を採用することが多い。
【０００６】
また、流入ゲートの運用方法としては、雨水排水ポンプを全台運転しても、雨水ポンプ井水位が低下しない場合に、雨水ポンプ井への流入量を抑えるため、やむを得ず流入ゲートの開度を手動で絞ることが多い。
【０００７】
また、地上雨量計や降雨レーダ、管渠内水位計・流量計などから得られる情報を利用して、予測式などを用いた演算を行い、ある一定時間後の雨水流入量を予測する方法が知られている。またこの予測結果を使用して、雨水排水ポンプの制御や流入ゲートの制御を行う場合もある。
【０００８】
さらに、このような雨水排水ポンプシステムでは、流入幹線に幹線流量計を設置し、その流下あるいは貯留の状態を利用する技術として、つぎのような特許文献が公知となっている。
【０００９】
特許文献１に記載の“流入量予測装置”では、幹線流量計設置地点の管渠内の流下、貯留状態を判定し、その判定に応じて、流入量の予測演算式を切替える技術が記載されている。また、特許文献２に記載の“幹線内流下状況計測装置および方法”では、流入幹線内に電波もしくは超音波を発信する発信器を流下させ、区間ごとに発信器の流下時間を計測し、流下、貯留状態を判定する技術、およびその判定結果を利用して、雨水排水ポンプ運転、流入ゲート運用を行う技術が記載されている。
【特許文献１】特開２００３−１３８６３２号公報
【特許文献２】特開２００６−４７０３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、このような従来の雨水排水ポンプシステムでは、幹線流量計の計測情報から判定した流下あるいは貯留の状態を利用して、雨水排水ポンプの制御、流入ゲートの運用を自動的に行うようになっていないことから、幹線流量計の計測情報から判定した流下あるいは貯留の状態を利用して、雨水排水ポンプの制御、流入ゲートの運用を自動的に行うことができるシステムの開発が強く望まれていた。
【００１１】
本発明は上記の事情に鑑み、雨量レーダのような高価な機材、複雑な流入量予測演算を不要にし、システム全体の構築コストを低く抑えつつ、管渠内の流下・貯留状態を判定して、適切なタイミングで雨水排水ポンプ制御、流入ゲート運用を行うことができる雨水排水ポンプシステムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するために本発明は、請求項１では、雨水排水ポンプ場に設けられた雨水排水ポンプ、流入ゲートの運転内容を制御する雨水排水ポンプシステムにおいて、流入幹線に設置された幹線流量計で得られる計測水位、計測流量に基づき、実績流量値を演算する実績流量値演算部と、前記幹線流量計で得られた計測水位に基づき、理論流量値を演算する理論流量値演算部と、これら実績流量値演算部で得られた実績流量値と理論流量値演算部で得られた理論流量値とを比較して、幹線流量計設置地点における管渠内の流下、貯留状態を判定し、判定結果に応じて、雨水排水ポンプの運転、流入ゲートの制御を行う制御部とを備えたことを特徴としている。
【００１３】
また、前記制御部は、幹線流量計設置地点における貯留状態が一定時間継続しているとき、雨水排水ポンプの運転台数を増加させることを特徴としている。
【００１４】
また、前記制御部は、幹線流量計設置地点における貯留状態が一定時間継続し、全ての雨水排水ポンプを起動させても、貯留状態が解消されないとき、流入ゲートを閉操作させることを特徴としている。
【００１５】
また、前記制御部は、幹線流量計設置地点における貯留状態が流下状態へ変化し、その流量が減少しているとき、流入ゲートを開操作させることを特徴としている。
【００１６】
また、前記制御部は、幹線流量計設置地点における貯留状態が流下状態へ変化し、流入ゲートを全開状態にさせても、その流量が減少しているとき、雨水排水ポンプの運転台数を低減させることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、雨量レーダのような高価な機材、複雑な流入量予測演算を不要にし、システム全体の構築コストを低く抑えつつ、管渠内の流下・貯留状態を判定でき、適切なタイミングで雨水排水ポンプ制御、流入ゲート運用を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は本発明による雨水排水ポンプシステムの一実施形態を示す概略構成図である。
【００１９】
この図に示す雨水排水ポンプシステム１は、下水、工場廃水などの流体２が流入する各流入幹線３に配置される複数の幹線流量計４と、各幹線流量計４から出力される水位計測信号Ｓ１、流速計測信号Ｓ２を取り込んで、実測流量値と理論流量値を求め、計測信号Ｓ３を出力する複数の変換器５と、エリア内の各箇所における雨量を計測し、雨量計測信号Ｓ４を出力する複数の雨量計６と、雨水排水ポンプ場の流入渠７に設けられ、入力された流入ゲート操作指令Ｓ５に応じて、開度を調整しながら、開度状態などを示す流入ゲート状態信号Ｓ６を出力する流入ゲート８と、流入ゲート８を通過した流体２を貯留する雨水ポンプ井９と、雨水ポンプ井９に設けられ、入力された雨水排水ポンプ制御指令Ｓ７に応じて、雨水ポンプ井９内の流体２を汲み出し、河川などに排水しながら、排水状態を示す雨水排水ポンプ状態信号Ｓ８を出力する複数の雨水排水ポンプ１０と、各雨水排水ポンプ１０に設けられ、吐出弁制御指令Ｓ９に応じて、弁開度を調節し、雨水排水ポンプ１０の吐出量を調整しながら、吐出弁状態を示す吐出弁状態信号Ｓ１０を出力する複数の吐出弁１１とを備えている。
【００２０】
さらに、雨水排水ポンプシステム１は、各変換器５から出力される計測信号Ｓ３、各雨量計６から出力される雨量計測信号Ｓ４、流入ゲート８から出力される流入ゲート状態信号Ｓ６、各雨水排水ポンプ１０から出力される雨水排水ポンプ状態信号Ｓ８、各吐出弁１１から出力される吐出弁状態信号Ｓ１０などを取り込み、実測流量と理論流量との偏差を演算し、幹線流量計設置地点が流下状態か、貯留状態かを判定するとともに、判定結果に応じた流入ゲート操作指令Ｓ５、複数の雨水排水ポンプ制御指令Ｓ７、複数の吐出弁制御指令Ｓ９を生成して、流入ゲート８、各雨水排水ポンプ１０、各吐出弁１１に各々、供給し、流入幹線３内を流れる流体２の水位を許容定水位以下に保持させるプロセスコントローラ１２と、雨水排水ポンプ場内に敷設され、各ノード１３に接続された各機器間の通信をサポートするＬＡＮ１４と、雨水排水ポンプ場の監視制御室などに配置され、ＬＡＮ１４を介して、プロセスコントローラ１２から出力される稼動状況情報などを取り込み、雨水排水ポンプ場の稼動状況などを図面表示する監視装置１５とを備えている。
【００２１】
そして、各変換器５から出力される計測信号Ｓ３、各雨量計６から出力される雨量計測信号Ｓ４、流入ゲート８から出力される流入ゲート状態信号Ｓ６、各雨水排水ポンプ１０から出力される雨水排水ポンプ状態信号Ｓ８、各吐出弁１１から出力される吐出弁状態信号Ｓ１０などに基づき、プロセスコントローラ１２が実測流量と理論流量との偏差を演算し、幹線流量計設置地点が流下状態か、貯留状態かを判定する。また、判定結果に応じた流入ゲート操作指令Ｓ５、複数の雨水排水ポンプ制御指令Ｓ７、複数の吐出弁制御指令Ｓ９を生成して、流入ゲート８、各雨水排水ポンプ１０、各吐出弁１１を制御し、流入幹線３内を流れる流体２の水位を許容水位下に保持する。
【００２２】
次に、図１に示す概略構成図、図２、図３に示すフローチャート、図４、図５に示す模式図を参照しながら、雨水排水ポンプシステム１の動作を説明する。
【００２３】
まず、流入幹線３に設置された幹線流量計４が流速・水位演算方式流量計である場合には、幹線流量計４によって、流入幹線３を流れる流体２の水位、流量が計測されて、流入幹線３を流れる流体の水位、流量を示す水位計測信号Ｓ１、流量計測信号Ｓ２が出力される。
【００２４】
そして、図２のフローチャートに示す如く変換器５によって、これら水位計測信号Ｓ１、流速計測信号Ｓ２が取り込まれて（ステップＳＴ１）、実測流量値、理論流量値が演算され（ステップＳＴ２、ＳＴ３）、これら実測流量値、理論流量値を含む計測信号Ｓ３が生成され、プロセスコントローラ１２に供給されるとともに（ステップＳＴ４）、流入ゲート８から出力される流入ゲート状態信号Ｓ６、各雨水排水ポンプ１０から出力される雨水排水ポンプ状態信号Ｓ８、各吐出弁１１から出力される吐出弁状態信号Ｓ１０などがプロセスコントローラ１２に供給される。
【００２５】
この際、変換器５によって、図４に示すように、幹線流量計４内の水位センサにより計測される水位から流体２の断面積が求められ、また幹線流量計４内の流速センサにより測定される流速（点流速）から平均流速が求められ、これら断面積と平均流速との積から実測流量値が算出される。
【００２６】
ここで、点流速“Ｖｐ”と、平均流速“Ｖａ”との関係は、次式で表される。
【００２７】
Ｖａ＝Ｋｐ・Ｖｐ    …（１）
但し、Ｋｐ：補正係数
そして、管渠内の流速分布が対数則で表され、管路が粗面であると想定した場合、次式などで点流速を平均流速に変換する補正係数が求められる。
【数１】
2008057187.tif 000003
【００２８】
但し、ｎ：管路面の粗度係数
Ｒ：水路形状および水位により変化する径深
ｙ：点流速測定水深
ｇ：重力加速度
なお、これら（２）式、（３）式を使用して、補正係数を求める際、最大流速位置を加味して補正することもある。
【００２９】
したがって、粗度係数“ｎ”、点流速測定水深“ｙ”、水路形状、水位を与えることで、補正係数曲線“Ｋｐ”が決まる。そして、（１）式により、平均流速“Ｖａ”が求められる。この平均流速“Ｖａ”に断面積を乗ずることにより、流量の実績値（実測流量値）が求められる。
【００３０】
また、この動作と並行し、次式に示すManning式などが使用されて、幹線流量計４内の水位センサにより計測される水位から平均流速が算出される。
【数２】
2008057187.tif 000004
【００３１】
但し、ｎ：粗度係数
Ｒ：水路形状および水位により変化する径深
Ｉ：管路勾配
したがって、粗度係数“ｎ”、管路勾配“１”、水路形状、水位を与えることで、平均流速“Ｖａ”が求まる。この平均流速“Ｖａ”に断面積を乗ずることにより、流量の理論値（理論流量値）が求められ、これら実測流量値、理論流量値を示す計測信号Ｓ３が生成される。
【００３２】
また、この動作と並行し、図３のフローチャートに示す如くプロセスコントローラ１２によって、各変換器５から出力される各計測信号Ｓ３が取り込まれて（ステップＳＴ１０）、これら計測信号Ｓ３で示される各時刻毎の実測流量値と、理論流量値とが比較され、図５のグラフに示す如く実測流量値と、理論流量値との偏差が一定範囲以内であれば（ステップＳＴ１１、ＳＴ１２）、管渠内において理想的な流れ（等流）が継続している状態（流下状態）であると判定され（ステップＳＴ１３）、管渠内の流れが貯留状態から流下状態に変化してから、一定時間が経過したかどうかがチェックされる。
【００３３】
そして、管渠内の流れが貯留状態から流下状態に変化してから一定時間が経過しているとき（ステップＳＴ１４）、プロセスコントローラ１２によって、流入ゲート８が全開状態になっているかどうかがチェックされ、流入ゲート８が全開状態になっていなければ（ステップＳＴ１５）、流入ゲート８に対し、開操作を指示する流入ゲート指令が生成されて、流入ゲート８が開操作され、雨水取得制限の解除が開始される（ステップＳＴ１６）。
【００３４】
また、流入ゲート８が全開状態になっているかどうかがチェックされたとき、流入ゲート８が全開状態になっていれば（ステップＳＴ１５）、プロセスコントローラ１２によって、管渠内の水位（または、流量）が低下中かどうかがチェックされ、管渠内の水位などが低下中であるとき（ステップＳＴ１７）、動作している各雨水排水ポンプ１０の１つに対し、停止を指示する雨水排水ポンプ制御指令Ｓ７が生成されて、雨水排水ポンプ１０の１つが停止させられる（ステップＳＴ１８）。
【００３５】
また、実測流量値と、理論流量値との偏差が一定範囲以内であるかどうかがチェックされたとき、実測流量値と理論流量値との偏差がある一定範囲内から外れた状態、例えば実測値が理論値の９０％より下回る状態であれば（ステップＳＴ１２）、プロセスコントローラ１２によって、管渠内の流れが貯留状態にあると判定され（ステップＳＴ１９）、管渠内の流れが流下状態から貯留状態に変化してから一定時間が経過したかどうかがチェックされる。
【００３６】
そして、管渠内の流れが流下状態から貯留状態に変化してから一定時間が経過しているとき（ステップＳＴ２０）、プロセスコントローラ１２によって、全ての雨水排水ポンプ１０が起動状態になっているかどうかがチェックされ、起動していない雨水排水ポンプ１０があれば（ステップＳＴ２１）、起動していない各雨水排水ポンプ１０の１つに対し、起動を指示する雨水排水ポンプ制御指令Ｓ７が生成されて、雨水排水ポンプ１０の１つが起動させられる（ステップＳＴ２２）。
【００３７】
また、全ての雨水排水ポンプ１０が起動状態になっているかどうかがチェックされたとき、全ての雨水排水ポンプ１０が起動状態になっていれば（ステップＳＴ２１）、プロセスコントローラ１２によって、管渠内の水位（または、流量）が増加中かどうかがチェックされ、管渠内の水位などが増加中であるとき（ステップＳＴ２３）、流入ゲート８に対し、閉操作を指示する流入ゲート指令が生成されて、流入ゲート８が閉操作される（ステップＳＴ２４）。
【００３８】
これにより、流入渠７から雨水ポンプ井９に流れ込む流体２の流量が制限されて、雨水排水ポンプ場の処理能力を超えた流量の流体２が雨水ポンプ井９に流れ込まないようにされて、雨水排水ポンプ場が保護される。
【００３９】
このように、この実施形態では、幹線流量計４から出力される水位計測信号Ｓ１、流速計測信号Ｓ２に基づき、各変換器５は実測流量と理論流量とを演算するとともに、実測流量と理論流量との偏差に基づき、プロセスコントローラ１２は幹線流量計設置地点が流下状態か、貯留状態かを判定し、流入ゲート８の開閉制御、各雨水排水ポンプ１０の運転台数制御などを行うようにしている。このため、雨量レーダのような高価な機材、複雑な流入流量予測演算を不要にでき、システム全体の構築コストを低く抑えつつ、管渠内の流下・貯留状態を判定でき、適切なタイミングで雨水排水ポンプ制御、流入ゲート運用を行うことができる。
【００４０】
また、この実施形態では、幹線流量計設置地点における貯留状態が一定時間継続しているとき、プロセスコントローラ１２によって、雨水排水ポンプ１０の運転台数を追加するようにしている。このため、管渠内に流入する雨水などの流量が増大しているとき、雨水排水ポンプ１０の運転台数を増加させて、河川に対する放流量を増大させ、管渠内に雨水などが滞留しないようにすることができる。
【００４１】
また、この実施形態では、幹線流量計設置地点における貯留状態が一定時間継続し、全ての雨水排水ポンプ１０が起動しても、貯留状態が解消されないとき、流入ゲート８を閉操作するようにしている。このため、管渠内に想定以上の雨水などが流入しても、流入ゲート８を閉じることで雨水排水ポンプ場を保護することができる。
【００４２】
また、この実施形態では、幹線流量計設置地点における貯留状態が流下状態へ変化し、その流量が減少しているとき、流入ゲート８を開操作するようにしている。このため、管渠内に流入する雨水などの流量が想定以上の値から、通常の値に戻ったとき、雨水排水ポンプ場の雨水取り込み量制限を解除して、通常の処理を再開させることができる。
【００４３】
また、この実施形態では、幹線流量計設置地点における貯留状態が流下状態へ変化し、流入ゲート８を全開状態にしても、その流量が減少しているとき、雨水排水ポンプ１０の運転台数を低減するようにしている。このため、管渠内に流入する雨水などの流量が減少しているとき、雨水排水ポンプ１０の運転台数を低減して運転コストを低減させることができる。
【００４４】
なお、上述した実施形態では、下水、工場廃水などの流体２が流入する各流入幹線３の任意の位置に幹線流量計４を配置するようにしているが、各幹線流量計４を設置可能な各箇所のうち、雨水排水ポンプ場に近くで、かつ雨水が無いときに各雨水排水ポンプ１０を全台停止させても流下状態と判定され、さらに途中流入の影響をなるべく受けない箇所に設置することが望ましい。
【００４５】
また、上述した実施形態では、実測流量値と、理論流量値との偏差に基づき、管渠内の流れが流下状態か、貯留状態かを判定し、この判定結果に基づき、各雨水排水ポンプ１０の運転台数と、流入ゲート８の開度とを制御するようにしているが、判定結果に基づき、各雨水排水ポンプ１０の運転台数制御、または流入ゲート８の開度制御のいずれか一方を行わせたり、各雨水排水ポンプ１０の運転台数を制御し、全ての雨水排水ポンプ１０が停止した状態、または起動した状態になった後、流入ゲート８の開度を制御するようにしても良い。
【００４６】
さらに、上述した実施形態では、管渠を例にして、本発明による雨水排水ポンプシステム１を説明しているが、開渠に対して本発明による雨水排水ポンプシステム１を適用するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明による雨水排水ポンプシステムの一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１に示す変換器の動作例を示すフローチャートである。
【図３】図１に示すプロセスコントローラの動作例を示すフローチャートである。
【図４】図１に示す雨水排水ポンプシステムの流下状態、貯留状態の判定動作例を示す模式図である。
【図５】図１に示す雨水排水ポンプシステムの流下状態、貯留状態の判定基準例を示す模式図できる。
【符号の説明】
【００４８】
１：雨水排水ポンプシステム
２：流体
３：流入幹線
４：幹線流量計
５：変換器（実績流量値演算部、理論流量値演算部）
６：雨量計
７：流入渠
８：流入ゲート
９：雨水ポンプ井
１０：雨水排水ポンプ
１１：吐出弁
１２：プロセスコントローラ（制御部）
１３：ノード
１４：ＬＡＮ
１５：監視装置
【図１】
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【図２】
2008057187.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
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