(57)【要約】【課題】圃場の作物にダメージを与えることなく、災害発生の可能性が高い時に多数の圃場を速やかに貯水池として機能させ、その後に河川に適切に排水可能な圃場貯水システムを提供する。【解決手段】複数の圃場で構成される圃場群への給水及び圃場群からの排水を管理する圃場水管理装置と、各圃場からの排水が流入する支川と本川との間に設置した排水機場を管理する排水機場管理装置と、を通信可能に接続した圃場貯水システムであって、排水機場管理装置は、気象データセンタから取得した降雨量予測値が設定降雨量を上回るなどの初手の条件が成立すると、圃場水管理装置にダム起動指令を送信する圃場貯水制御部を備え、圃場水管理装置は、排水機場管理装置からダム起動指令を受信すると、ダムとして貯水可能な圃場の自動排水栓を設定水位からダム貯水水位に調整するとともに、自動給水栓を閉塞する給排水制御部を備えている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の圃場で構成される圃場群への給水及び前記圃場群からの排水を管理する圃場水管理装置と、各圃場からの排水が流入する支川と本川との間に設置した排水機場を管理する排水機場管理装置と、を通信可能に接続した圃場貯水システムであって、
前記排水機場管理装置は、気象データセンタから取得した降雨量予測値が設定降雨量を上回り、本川水位が設定水位より上昇し、または流域雨量指数などの水位の予測値が設定値を上回ると、前記圃場水管理装置にダム起動指令を送信する圃場貯水制御部を備え、
前記圃場水管理装置は、前記排水機場管理装置から前記ダム起動指令を受信すると、ダムとして貯水可能な圃場の自動排水栓を設定水位からダム貯水水位に調整するとともに、自動給水栓を閉塞する給排水制御部を備えている圃場貯水システム。
【請求項２】
前記圃場貯水制御部は、前記本川水位が設定水位より低下すると、前記圃場水管理装置にダム排水指令を送信し、
前記給排水制御部は、前記排水機場管理装置から前記ダム排水指令を受信すると、前記圃場の自動排水栓を前記ダム貯水水位から前記設定水位に調整する請求項１記載の圃場貯水システム。
【請求項３】
前記ダム貯水水位は稲の生育ステージに応じて異なる値に設定され、前記ダム起動指令を受信すると、前記給排水制御部は、前記ダム貯水水位が高い圃場から優先して前記自動排水栓を前記設定水位から前記ダム貯水水位に調整する請求項１または２記載の圃場貯水システム。
【請求項４】
前記ダム貯水水位は稲の生育ステージに応じて異なる値に設定され、前記ダム排水指令を受信すると、前記給排水制御部は前記ダム貯水水位が低い圃場から優先して前記自動排水栓を前記ダム貯水水位から前記設定水位に調整する請求項１または２記載の圃場貯水システム。
【請求項５】
前記ダム排水指令を受信すると、前記給排水制御部は各圃場の前記自動排水栓を、時間差を設けて前記ダム貯水水位から前記設定水位に調整する請求項１から４の何れかに記載の圃場貯水システム。
【請求項６】
前記圃場水管理装置は、次式で示す最大有効貯水量と現在貯水量を算出する貯水量演算部を備え、
最大有効貯水量＝Σ｛（ダム貯水水位−設定水位）×圃場面積｝、
但し、Σは圃場合計値
現在貯水量＝Σ｛（現在水位−設定水位）×圃場面積｝、
但し、Σは圃場合計値
前記貯水量演算部で算出した最大有効貯水量と現在貯水量、または最大有効貯水量と現在貯水量の差分値を前記排水機場管理装置に送信する請求項１から５の何れかに記載の圃場貯水システム。
【請求項７】
複数の圃場で構成される圃場群への給水及び前記圃場群からの排水を管理する圃場水管理装置と、各圃場からの排水が流入する支川と本川との間に設置した排水機場を管理する排水機場管理装置と、を通信可能に接続した圃場貯水システムの運用方法であって、
前記排水機場管理装置は、気象データセンタから取得した降雨量予測値が設定降雨量を上回り、本川水位が設定水位より上昇し、または流域雨量指数などの水位の予測値が設定値を上回ると、前記圃場水管理装置にダム起動指令を送信し、
前記圃場水管理装置は、前記排水機場管理装置から前記ダム起動指令を受信すると、ダムとして貯水可能な圃場の自動排水栓を設定水位からダム貯水水位に調整するとともに、自動給水栓を閉塞する圃場貯水システムの運用方法。
【請求項８】
前記排水機場管理装置は、前記本川水位が設定水位より低下すると、前記圃場水管理装置にダム排水指令を送信し、
前記圃場水管理装置は、前記排水機場管理装置から前記ダム排水指令を受信すると、前記圃場の自動排水栓を前記ダム貯水水位から前記設定水位に調整する請求項６記載の圃場貯水システムの運用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の圃場で構成される圃場群への給水及び前記圃場群からの排水を管理する圃場水管理装置と、各圃場からの排水が流入する支川と本川との間に設置した排水機場管理装置と、を通信可能に接続した圃場貯水システム及び圃場貯水システムの運用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、豪雨時に水田に貯水する「田んぼダム」機能を働かせて自動的に一定水量を貯水して、河川への雨水の流出を抑制することを可能とする水田用貯水量調整装置が開示されている。
【０００３】
当該水田用貯水量調整装置は、水田側に配置する前側を開放にし、方形状底版の奥側には下端部に排水孔を設けた垂直壁を配置し、該底版の両側に一対の側壁を配置してコ字状に形成した、水田の畔近傍に設置される水田用排水桝の該排水孔に、排水管の一方端を取り付け、該排水管の他方端を排水路に連結している。
【０００４】
そして、一対の側壁の対向位置に、土留板差し戸口を設けると共に、該土留板差し戸口と前記垂直壁のほぼ中間位置に貯水量調整板差し戸口を設け、前記土留板差し戸口には、土壌面とほぼ同じ高さの土留板を垂直に差し込むとともに、該土留板上に載置した時に営農水位となる高さの営農水位調整板を垂直に差し込み、前記貯水量調整板差し戸口には、上端高さを稲の生育状態に合わせた任意の高さである貯水水位とほぼ同じ高さに形成し、下部に排水量調整孔を穿設した貯水量調整板を垂直に差し込むように構成している。
【０００５】
通常雨量の場合は、営農水位調整板を越えて貯水量調整板との間の空間部に入った雨水が、貯水量調整板の排水量調整孔から排水孔に取り付けられた排水管を介して排水路へ排水して水田の営農水位を保持し、豪雨の場合は、営農水位調整板を越えて空間部に入った雨水は排水量調整孔からの排出量を上回り、空間部の水位が徐々に上昇し、やがて雨水は貯水量調整板の上端高さに設定した貯水水位を超えて越流させて、貯水量調整高さに越流高さを加えた高さの最高貯水水位まで雨水を貯め、水田の稲の冠水、畔の損壊する事態を防止するように構成されている。
【０００６】
しかし、豪雨による水害を回避すべく圃場に貯水する必要がある度に各圃場に備えた水田用貯水量調整装置の貯水量調整板を操作する作業が必要となるばかりか、雨が降り止み圃場の水位を通常水位に戻す場合にも各圃場に備えた水田用貯水量調整装置の貯水量調整板を操作する作業が必要となり、その都度多数の圃場に備えた水田用貯水量調整装置の貯水量調整板を操作するという非常に煩雑な作業が要求される。
【０００７】
また、一部の圃場のみ雨水を貯留可能に貯水量調整板が操作されても、他の圃場で貯水量調整板が操作されなければ十分な効果が得られず、圃場の管理者がそれぞれ異なる場合に、如何にして連系して貯水量調整板を操作するように活動できるかという点でも課題があった。
【０００８】
そこで、特許文献２に示すように、本願発明者らは、圃場の排水水位を調整する排水水位調節機構と、降水を圃場に貯水する必要があるかまたは圃場から排水が可能かを判断する貯水判断部と、前記貯水判断部から貯水指令が出力されると、前記排水水位調節機構を作動して、圃場の排水水位を通常の排水水位より高い貯水水位に切り替え、貯水判断部から排水指令が出力されると、前記排水水位調節機構を作動して、圃場の排水水位を通常の排水水位に切り替える排水水位制御部と、を備え、圃場に貯留された水を自動排水する圃場排水栓を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１２−１２０５１０号公報
【特許文献２】特開２０１９−１１０８３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
近年、各圃場に備えた給水装置を圃場水管理サーバが遠隔制御することにより自動給水可能な圃場水管理システムが実用化されつつある。このような圃場水管理システムによれば稲などの作物の生育段階に応じた目標水位に調整することができる。
【００１１】
また、頭首工から取り出され揚水機場に導かれた灌漑用水を、圃場の集合体である各圃場群へ分水工などを介して配水管理する灌漑用水管理システムも提案されている。灌漑用水管理システムに備えた灌漑用水管理サーバによって、各圃場群へ必要な量の灌漑用水が配水され、各圃場水管理サーバによって各圃場への給水が調整される。
【００１２】
特許文献２に開示された貯水判断部のような機能ブロックをこのような圃場水管理サーバに備えることにより、豪雨時に各圃場に一斉に貯水することが可能となる。しかし、圃場に作付けされた作物やその生育段階によっては貯水することによって作物にダメージを受ける虞がある。
【００１３】
また、豪雨であっても洪水発生の可能性が低い場合にまで圃場に貯水を行なう必要がなく、貯水の要否を適切に判断する必要があるという問題、圃場に貯水した雨水を排水することにより二次災害が発生しないように、排水の時期を適切に判断する必要があるという問題もあった。
【００１４】
本発明の目的は、上述した問題に鑑み、圃場の作物にダメージを与えることなく、災害発生の可能性が高い時に多数の圃場を速やかに貯水池として機能させ、その後に河川からの溢水が生じないように圃場から適切に排水することができる圃場貯水システム及び圃場貯水システムの運用方法を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述の目的を達成するため、本発明による圃場貯水システムの第一の特徴構成は、複数の圃場で構成される圃場群への給水及び前記圃場群からの排水を管理する圃場水管理装置と、各圃場からの排水が流入する支川と本川との間に設置した排水機場を管理する排水機場管理装置と、を通信可能に接続した圃場貯水システムであって、前記排水機場管理装置は、気象データセンタから取得した降雨量予測値が設定降雨量を上回り、本川水位が設定水位より上昇し、または流域雨量指数などの水位の予測値が設定値を上回ると、前記圃場水管理装置にダム起動指令を送信する圃場貯水制御部を備え、前記圃場水管理装置は、前記排水機場管理装置から前記ダム起動指令を受信すると、ダムとして貯水可能な圃場の自動排水栓を設定水位からダム貯水水位に調整するとともに、自動給水栓を閉塞する給排水制御部を備えている点にある。
【００１６】
本川と支川の合流点などに設置される排水機場を管理する排水機場管理装置に備えた圃場貯水制御部は、水害の発生が予測される場合、具体的には降雨量予測値が設定降雨量を上回る場合、本川水位が設定水位より上昇した場合、洪水警報・注意報の発表基準としても使用される流域雨量指数などに基づいて対象地域の本川などの水位が設定値を上回ると予測される場合の何れかの事態が発生すると、圃場水管理装置にダム起動指令を送信する。
【００１７】
圃場水管理装置に備えた給排水制御部は、ダム起動指令を受けて、ダムとして貯水可能な圃場を特定してその圃場の自動排水栓を設定水位からダム貯水水位に調整することで貯水に備えるとともに、自動給水栓を閉塞することにより給水による圃場の水位上昇を停止する。
【００１８】
同第二の特徴構成は、上述した第一の特徴構成に加えて、前記圃場貯水制御部は、前記本川水位が設定水位より低下すると、前記圃場水管理装置にダム排水指令を送信し、前記給排水制御部は、前記排水機場管理装置から前記ダム排水指令を受信すると、前記圃場の自動排水栓を前記ダム貯水水位から前記設定水位に調整する点にある。
【００１９】
ダム起動指令を出力した後、圃場貯水制御部は、本川水位が設定水位より低下したことを検知すると、支川から本川に向けた水の流れが滞るようなことがなく安全な状態に到ったと判断して、圃場水管理装置にダム排水指令を送信する。給排水制御部は、ダム排水指令を受けて圃場の自動排水栓をダム貯水水位から元の設定水位に調整することにより、圃場に貯水した水を支川に放流する。
【００２０】
同第三の特徴構成は、上述した第一または第二の特徴構成に加えて、前記ダム貯水水位は稲の生育ステージに応じて異なる値に設定され、前記ダム起動指令を受信すると、前記給排水制御部は、前記ダム貯水水位が高い圃場から優先して前記自動排水栓を前記設定水位から前記ダム貯水水位に調整する点にある。
【００２１】
圃場に貯水可能な水位を稲の生育ステージに応じて異なる値に設定することにより、稲の育成を阻害するような量までの貯水は回避される。そして、ダム起動指令を受けた給排水制御部は、ダム貯水水位が高い圃場から低い圃場の順に各圃場の自動排水栓を設定水位からダム貯水水位に調整することで、十分な貯水能力があり稲の育成を阻害する虞の少ない圃場から優先的に貯水されるようになる。その結果、長時間に亘り一定量の降雨が続く場合でも、ダム貯水水位が高い圃場１から優先して自動排水栓を設定水位からダム貯水水位に調整することで、河川の水位の急激な上昇を抑制することができる。
【００２２】
同第四の特徴構成は、上述した第一または第二の特徴構成に加えて、前記ダム貯水水位は稲の生育ステージに応じて異なる値に設定され、前記ダム排水指令を受信すると、前記給排水制御部は前記ダム貯水水位が低い圃場から優先して前記自動排水栓を前記ダム貯水水位から前記設定水位に調整する点にある。
【００２３】
圃場に貯水可能な水位を稲の生育ステージに応じて異なる値に設定することにより、稲の育成を阻害するような量までの貯水は回避される。そして、ダム排水指令を受けた給排水制御部は、ダム貯水水位が低い圃場から高い圃場の順に各圃場の自動排水栓をダム貯水水位から設定水位に調整することで、貯水能力の低い圃場から優先的に排水されるようになる。その結果、稲の育成に影響を与える可能性のある圃場から速やかに排水され、圃場から排水路や支川への排水量も抑制された状態から次第に増加するように調整されるので、二次災害の発生も回避できるようになる。
【００２４】
同第五の特徴構成は、上述した第一から第四の何れかの特徴構成に加えて、前記ダム排水指令を受信すると、前記給排水制御部は各圃場の前記自動排水栓を、時間差を設けて前記ダム貯水水位から前記設定水位に調整する点にある。
【００２５】
給排水制御部は、ダム排水指令を受けて各圃場の自動排水栓をダム貯水水位から設定水位に調整する際に、時間差を設けて調整することで、配水路や支川に一度に大量の水が排水されることによる二次災害の発生を回避することができる。例えば、時間差を設けて各圃場の自動排水栓を順番に設定水位に調整することができ、複数の圃場の自動排水栓を一斉に、しかし時間をかけて設定水位に調整することができ、それらを組み合わせることも可能である。
【００２６】
同第六の特徴構成は、上述した第一から第五の何れかの特徴構成に加えて、前記圃場水管理装置は、次式で示す最大有効貯水量と現在貯水量を算出する貯水量演算部を備え、
最大有効貯水量＝Σ｛（ダム貯水水位−設定水位）×圃場面積｝、但し、Σは圃場合計値、
現在貯水量＝Σ｛（現在水位−設定水位）×圃場面積｝、但し、Σは圃場合計値、
前記貯水量演算部で算出した最大有効貯水量と現在貯水量、または最大有効貯水量と現在貯水量の差分値を前記排水機場管理装置に送信する点にある。
【００２７】
排水機場管理装置では、圃場水管理装置から送信されたこれらの貯水量データに基づいて、圃場群にどの程度の貯水能力があるのかを把握することができる。従って、例えば、単一または複数の圃場水管理装置から送信された単一または複数の圃場群の貯水量データと降雨の状態に基づいて、貯水対象となる圃場群をスケジューリングして効率的に貯水機能を発揮させることができる。
【００２８】
本発明による圃場貯水システムの運用方法の第一の特徴構成は、複数の圃場で構成される圃場群への給水及び前記圃場群からの排水を管理する圃場水管理装置と、各圃場からの排水が流入する支川と本川との間に設置した排水機場を管理する排水機場管理装置と、を通信可能に接続した圃場貯水システムの運用方法であって、前記排水機場管理装置は、気象データセンタから取得した降雨量予測値が設定降雨量を上回り、本川水位が設定水位より上昇し、または流域雨量指数などの水位の予測値が設定値を上回ると、前記圃場水管理装置にダム起動指令を送信し、前記圃場水管理装置は、前記排水機場管理装置から前記ダム起動指令を受信すると、ダムとして貯水可能な圃場の自動排水栓を設定水位からダム貯水水位に調整するとともに、自動給水栓を閉塞する点にある。
【００２９】
同第二の特徴構成は、上述した第一の特徴構成に加えて、前記排水機場管理装置は、前記本川水位が設定水位より低下すると、前記圃場水管理装置にダム排水指令を送信し、前記圃場水管理装置は、前記排水機場管理装置から前記ダム排水指令を受信すると、前記圃場の自動排水栓を前記ダム貯水水位から前記設定水位に調整する点にある。
【発明の効果】
【００３０】
以上説明した通り、本発明によれば、圃場の作物にダメージを与えることなく、災害発生の可能性が高い時に多数の圃場を速やかに貯水池として機能させ、その後に河川からの溢水が生じないように圃場から適切に排水することができる圃場貯水システム及び圃場貯水システムの運用方法を提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】圃場貯水システムの説明図
【図２】圃場及び給排水装置の説明図
【図３】圃場貯水システムの機能ブロック構成図
【図４】給排水制御部により実行される一定潅水処理のフローチャート
【図５】（ａ）は圃場貯水制御部により実行される圃場貯水処理のフローチャート、（ｂ）は圃場貯水制御部により実行される圃場排水処理のフローチャート
【図６】給排水制御部により実行される圃場貯水処理のフローチャート
【図７】給排水制御部により実行される圃場排水処理のフローチャート
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下に、本発明による圃場貯水システム及び圃場貯水システムの運用方法を説明する。なお、以下の説明で用いる圃場との用語は水田及び畑の双方を意味し、水源から取水口などで取水された共通の配水系統から灌漑用水が供給される複数の圃場を圃場群という。また、規模の大きな圃場群は複数のブロック圃場群の集合で構成され、ブロック圃場群単位で配水の要否が管理される。通常、共通の水源から取水された灌漑用水は分水工により分水された複数の配水系統によって異なる圃場群に給水される。本明細書では、便宜上水源から圃場群に到るまでの送水系統を配水と称し、圃場群を構成する各圃場までの送水系統を給水と称する。以下の実施形態では稲作用の圃場について説明するが、畑用の圃場であっても同様である。
【００３３】
［灌漑用水設備の構成］
図１に示すように、灌漑用水設備は、本流河川（以下、単に「本川」と記す。）１６０などの水源から取水口１３０で取水された灌漑用水を、配水池１２０を介して各圃場１に送水するための配水設備であり、配水池１２０と各圃場１とが幹線となる配水管１２１と支線となる配水管１２２および配水管１２２から配水された灌漑用水を圃場に給水するための給水管１００で接続されている。
【００３４】
配水池１２０は、各圃場群１０に供給する灌漑用水を貯水する設備で、揚水機場１３１のポンプによって灌漑用水が汲み上げられ、一定の水位を保つように調整されている。配水池１２０の配水口には水圧により灌漑用水が圧送される配水管１２１が接続されている。
【００３５】
幹線となる配水管１２１は配水池１２０から各圃場群１０に向けてそれぞれ分岐され、分岐された各給水管１００への給水量を調整するための分水工として機能する分水装置１４０が設けられている。つまり、配水池１２０から圧送された灌漑用水は、分水装置によって配水量が調整された後に各圃場群１０へ給水される。
【００３６】
支線となる配水管１２２から各圃場１に向けて給水管１００が分岐接続され、給水管１００には各圃場１へ給水する給水栓を備えた給水装置２が接続されている。また、各圃場１には排水栓を備えた排水装置４が設けられ、排水装置４を介した各圃場１からの排水が排水路９に排水され、排水路９を介して支川河川（以下、単に「支川」と記す。）１５０に放流される。
【００３７】
［圃場設備の構成］
図２に示すように、圃場１には、給水管１００に流れる灌漑用水を、導水路３を介してして圃場１に導く給水装置２、圃場１の水を、放水路５を介して排水路９に排水する排水装置４が設けられ、圃場１の近傍にはインターネットなどの通信ネットワークに接続可能な無線中継器７が設置されている。さらに、給水装置２には圃場１の水位を計測する水位センサ２Ｓが接続され、排水装置４には、近傍の排水路９の水位を計測する水位センサ４Ｓが接続されている。
【００３８】
給水装置２及び排水装置４にはソーラーパネルＳＰを備えた蓄電器、自動給水栓や自動排水栓を駆動する電動モータ、電動モータを制御する制御回路、無線中継器７を介して無線通信する通信回路などが設けられ、ソーラーパネルＳＰによる発電電力が蓄積された蓄電器の電力によって給水栓や排水栓を駆動するモータや通信回路などが作動するように構成されている。電動モータにより給水栓が開閉制御され、排水栓に組み込まれた越流堰の高さ、即ち圃場１の設定水位が調整される。
【００３９】
当該給水装置２及び排水装置４に備えた通信回路は無線中継器７を介して圃場水管理サーバ２１と通信可能に構成され、給水栓または排水栓の状態や水位センサ２Ｓで検出された各圃場１の水位が圃場水管理サーバ２１に送信されるとともに、圃場水管理サーバ２１により給水栓及び／または排水栓が遠隔制御により調整可能に構成されている。圃場水管理サーバ２１は、複数の圃場で構成される圃場群への給水及び圃場群からの排水を管理する圃場水管理装置として機能する。
【００４０】
［排水機場設備の構成］
図１に戻り、支川１５０から本川１６０への合流部には排水ゲート１５２と排水ポンプ１５３が設置された排水機場１５１が設けられ、各圃場群１０から排水路９を通して支川１５０に放流された排水は支川１５０を経て本川１６０に流下する。
【００４１】
排水機場１５１では、本川１６０と支川１５０の水位を検出する水位センサが設けられ、水位センサにより支川１５０の水位より本川１６０の水位が上昇したことが検出されると、本川１６０から支川１５０への水の逆流を回避するために排水ゲート１５２が閉じられるとともに排水ポンプ１５３が駆動されて、支川１５０から本川１６０に水が圧送される。
【００４２】
上述した水位の監視制御、排水ゲートの１５２の開閉制御、排水ポンプ１５３の運転制御などを実行する制御装置が排水機場１５１に設けられ、制御装置による制御状態を統括管理する排水機場管理サーバ５１が排水機場１５１または排水機場１５１の遠隔地に設置されている。排水機場管理サーバ５１は、各圃場１からの排水が流入する支川１５０と本川１６０との間に設置した排水機場１５１を管理する排水機場管理装置として機能する。
【００４３】
［給水管理システムの構成］
図１に戻り、配水池１２０と各圃場群１０を結ぶ配水管１２１，１２２に備えた各分水装置１４０には分水のための流量調整弁と、流量調整弁を制御する制御回路及び通信回路が設けられ、通信回路を介して灌漑用水管理サーバ３１と通信可能に構成されている。
【００４４】
配水池１２１から圧送された灌漑用水は、分水装置１４０に備えた流量調整弁が灌漑用水管理サーバ３１によって遠隔制御され、流量が調整された後に各圃場群１０を構成する個別の圃場１に送水される。
【００４５】
稲作を例に挙げると、圃場１に十分な量の水を供給して代掻きを行ない、田植え後のしばらくは稲の保護のために深水管理を継続し、ある程度安定すると浅水管理を経て間断灌水して根の成長を促し、茎の増加を抑制すべく中干した後に間断灌水を再開し、収穫時期に落水する、といったように稲の成長に伴って圃場の水位を調整する必要がある。
【００４６】
代掻きの時期などには各圃場の給水時期が重なり同時期に大量の用水を供給する必要があり、水源で確保された一定量の灌漑用水を各圃場１に公平に配水するべく、営農者の要望の下で灌漑用水設備の管理者が圃場群１０単位で給水日程を計画して管理しているが、同一の圃場群１０の圃場１でも給水管１００の水圧によってはそのときに十分な量の給水ができない場合があり、各圃場１への所定量の給水後も給水栓が解放され続けていると無駄に排水路９に排水され、他の圃場１への給水量が不足する場合もある。
【００４７】
また、稲作であっても品種が異なると給水時期が異なる場合もあり、灌漑用水設備の管理者がそれぞれの圃場１の固有の条件によって適切な時期に適切な量の給水を計画管理するのは非常に困難である。
【００４８】
そのため、上述した灌漑用水管理サーバ３１と、圃場水管理サーバ２１と、営農者などが所有する端末装置８などをインターネットなどの通信媒体を介して連系させることにより、営農者が管理する個々の圃場１の状況に応じて適切に灌漑用水を供給することを可能とする給水管理システムが構築されている。
【００４９】
給水管理システムは、端末装置８を介して営農者から送られる個々の圃場１の管理情報が圃場水管理サーバ２１で収集されて、圃場群１０の管理情報として統括管理され、各圃場群１０で必要とする水量及び時期の配水要求が灌漑用水管理サーバ３１に送られるように構成されている。そして、灌漑用水管理サーバ３１は、圃場水管理サーバ２１からの配水要求に基づいて各圃場群１０に必要量の灌漑用水が必要時期に配水されるように分水装置１４０を制御するように構成されている。
【００５０】
上述したように、稲作では、田植え時期、幼穂形成期、穂ばらみ期、出穂期、登熟期、収穫期など稲の生育ステージごとに適切に育成すべく、圃場の水位を当該時期に応じた適切な水位に管理する必要がある。
【００５１】
そのため、圃場水管理サーバ２１は、給排水制御部２１Ａを備え、端末装置８を介して各営農者から各圃場１の稼働状態、育成品種、育成状態などの管理情報を収集するとともに、各圃場１に設置した給水装置２や排水装置４から圃場の給水状態を表す管理情報を収集する。収集した管理情報は圃場１のロケーションを特定する圃場識別情報と共に記憶部２１Ｂに格納される。
【００５２】
稼働状態には栽培中または休耕中の何れかを識別する情報が含まれ、育成状態には代掻き、深水管理、浅水管理、中干し、間断灌水、落水、かけ流しなどの育成ステージごとの管理水位および適用期間に関する情報が含まれる。
【００５３】
給水装置２から給水栓の開度や水位センサ２Ｓの検出値を収集し、排水装置４から排水栓に組み込まれた越流堰の高さ（設定水位）、水位センサ４Ｓの検出値などを収集する。
【００５４】
給水状態には給水装置２から得られる給水栓の開度、水位センサ２Ｓの検出値である現在水位、排水装置４から得られる越流堰の高さつまり設定水位、水位センサ４Ｓの検出値である排水路９の水位が含まれる。
【００５５】
［圃場貯水システム］
図３に示すように、梅雨時期や台風時期の大量の降雨により河川が氾濫して引き起こされる水害を回避するために、圃場１を一時的な貯水装置つまり田圃ダムとして機能させるべく、圃場水管理サーバ２１と排水機場管理サーバ５１とを通信可能に接続した圃場貯水システム３００が構築されている。
【００５６】
排水機場管理サーバ５１は、所定の条件が成立したときに、圃場水管理サーバ２１にダム起動指令を送信する圃場貯水制御部５１Ａを備え、圃場水管理サーバ２１は、排水機場管理サーバ５１からダム起動指令を受信すると、ダムとして貯水可能な圃場１の自動排水栓を設定水位からダム貯水水位に調整するとともに、自動給水栓を閉塞する給排水制御部２１Ａを備えている。
【００５７】
給排水制御部２１Ａは、上述した給水管理システムで灌漑用水管理サーバ３１との間で灌漑用水の各圃場群１０への送水（配水）制御や各圃場１への給水制御を実行する機能ブロックでもある。
【００５８】
所定の条件には、気象データセンタから取得した降雨量予測値が設定降雨量を上回るか否か、本川水位が設定水位より上昇したか否か、または流域雨量指数などの水位の予測値が設定値を上回るか否かの何れかの条件が含まれ、何れかの条件が成立すると圃場水管理サーバ２１にダム起動指令が出力される。
【００５９】
気象データセンタとは、例えば民間気象会社により運営される気象情報提供サーバなどをいい、気象庁などの情報に基づいて地域ごとに詳細な降雨予測値などが提供される。降雨量予測値が河川の氾濫を招くような値である設定降雨量を上回ると、圃場水管理サーバ２１にダム起動指令が出力される。
【００６０】
また、排水機場５１が設置された本川の水位が氾濫する虞がある設定水位より上昇すると、圃場水管理サーバ２１にダム起動指令が出力される。
【００６１】
気象庁などから出される流域雨量指数などの水位の予測値が、本川の氾濫を招く虞があるとされる設定値を上回ると、圃場水管理サーバ２１にダム起動指令が出力される。
【００６２】
圃場水管理装置２１に備えた給排水制御部２１Ａは、ダム起動指令を受けて、ダムとして貯水可能な圃場１を特定してその圃場１の自動排水栓を設定水位からダム貯水水位に調整することで貯水に備えるとともに、自動給水栓を閉塞することにより給水による圃場の水位上昇を停止する。
【００６３】
ダムとして貯水可能な圃場１であるか否か、また貯水可能な水位がどの程度であるかは、圃場水管理サーバ２１により管理される各圃場の管理情報に含まれる。具体的には、端末装置８を介して各営農者から入力される各圃場１の稼働状態、育成品種、育成状態などの管理情報に、貯水可能であるか貯水禁止であるかの情報が含まれ、貯水可能である場合に貯水可能水位情報が含まれる。貯水可能水位情報は育成品種及び／または育成状態に関連付けて予め異なる値に設定されるように構成されている。
【００６４】
排水機場管理サーバ５１は、単一の排水機場５１を管理するもののみならず、本川に沿って設置された複数の排水機場５１を管理するものであってもよい。そして、本川に沿って点在する複数の圃場群１０を一時的な貯水装置として有機的に活用すべく、複数の圃場管理サーバ２１に対して選択的に、或いは一斉にダム起動指令を出力するように構成することができる。
【００６５】
複数の圃場管理サーバ２１に対して選択的にダム起動指令を出力する場合には、本川に沿って点在する複数の圃場群１０の上流側に位置する圃場群から下流側に位置する圃場群に所定の時間差を持たせて順番にダム起動指令を出力することで、下流側への影響を抑制することができる。
【００６６】
排水機場管理サーバ５１は、ダム起動指令を出力する前に、圃場管理サーバ２１に対して貯水可能量を要求することが好ましく、圃場管理サーバ２１から得られた貯水可能量に基づいて、ダム起動指令を出力する時期を調整することができるようになる。
【００６７】
圃場水管理サーバ２１は、次式で示す最大有効貯水量と現在貯水量を算出する貯水量演算部２１Ｃを備え、貯水量演算部２１Ｃで算出した最大有効貯水量と現在貯水量、または最大有効貯水量と現在貯水量の差分値を排水機場管理サーバ５１に送信するように構成されている。
【００６８】
最大有効貯水量＝Σ｛（ダム貯水水位−設定水位）×圃場面積｝、但し、Σは圃場合計値である。
現在貯水量＝Σ｛（現在水位−設定水位）×圃場面積｝、但し、Σは圃場合計値である。
【００６９】
排水機場管理サーバ５１では、圃場水管理サーバ２１から送信されたこれらの貯水量データに基づいて、各圃場群１０にどの程度の貯水能力があるのかを把握することができる。従って、例えば、単一または複数の圃場水管理サーバ２１から送信された単一または複数の圃場群１０の貯水量データと降雨の状態に基づいて、貯水対象となる圃場群１０をスケジューリングして効率的に貯水機能を発揮させることができる。
【００７０】
圃場水管理サーバ２１に備えた給排水制御部２１Ａは、ダム起動指令を受信すると、各圃場１に備えた自動排水栓を設定水位からダム貯水水位に一斉に調整し、或いは、ダム貯水水位が高い圃場１から優先して自動排水栓を設定水位からダム貯水水位に調整する何れかのモードで動作するように構成されている。
【００７１】
短時間に大量の降雨がある場合に、各圃場１に備えた自動排水栓を設定水位からダム貯水水位に一斉に調整することで短時間の貯水能力を確保することができ、長時間に亘り一定量の降雨が続く場合に、ダム貯水水位が高い圃場１から優先して自動排水栓を設定水位からダム貯水水位に調整することで、河川の水位の急激な上昇を抑制することができる。
【００７２】
給排水制御部２１Ａが圃場１の水位上昇をモニタしてその上昇速度に基づいて設定水位からダム貯水水位への切替態様を選択することができる。圃場１の水位上昇をモニタする場合には、降雨量を適切に検知できるモニタ用の圃場１を設けておくことが好ましい。水位上昇速度に基づいて設定水位からダム貯水水位に調整するタイミングを調整することができる。
【００７３】
圃場貯水制御部５１Ａから出力されるダム起動指令に何れのモードで実行するかを特定するパラメータを付加するように構成してもよい。
【００７４】
圃場貯水制御部５１Ａは、ダム起動指令を出力した後に、本川水位が設定水位より低下すると、支川から本川に向けた水の流れが滞るようなことがなく安全な状態に到ったと判断して、圃場水管理装置２１にダム排水指令を送信するように構成されている。
【００７５】
給排水制御部２１Ａは、排水機場管理装置５１Ａからダム排水指令を受信すると、各圃場１に備えた自動排水栓をダム貯水水位から設定水位に一斉に調整し、或いは、ダム貯水水位が低い圃場１から優先して自動排水栓をダム貯水水位から設定水位に調整する何れかのモードで動作するように構成されている。
【００７６】
貯水量がそれほど大量でない場合には、圃場１に備えた自動排水栓をダム貯水水位から設定水位に一斉に調整することで、圃場１を正常な状態に早期に復帰させることができる。また、貯水量が大量である場合には、一斉に排水することで排水路や支川が氾濫する虞があるため、ダム貯水水位が低い圃場１から優先して設定水位に調整することで、圃場１からの排水量を徐々に増量するように排水する。
【００７７】
給排水制御部２１Ａは、ダム排水指令を受信すると、各圃場１の自動排水栓を、時間差を設けてダム貯水水位から設定水位に調整するように構成してもよい。
【００７８】
ダム排水指令を受けて各圃場１の自動排水栓をダム貯水水位から設定水位に調整する際に、時間差を設けて調整することで、配水路や支川に一度に大量の水が排水されることによる二次災害の発生を回避することができる。例えば、時間差を設けて各圃場１の自動排水栓を順番に設定水位に調整することができ、例えば、複数の圃場の自動排水栓を一斉に、しかし時間をかけて設定水位に調整することができ、それらを組み合わせることも可能である。
【００７９】
ダム起動指令に応答して、自動排水栓を設定水位からダム貯水水位に一斉に調整するモードと、ダム貯水水位が高い圃場１から優先して自動排水栓を設定水位からダム貯水水位に調整するモードを備え、何れのモードを選択するかを切り替え可能に構成することが好ましく、ダム排水指令に応答して、自動排水栓をダム貯水水位から設定水位に一斉に調整するモードと、ダム貯水水位が低い圃場１から優先して自動排水栓をダム貯水水位から設定水位に調整するモードを備え、何れのモードを選択するかを切替可能に構成することが好ましい。さらには、ダム排水指令に応答して、時間差を設けてダム貯水水位から設定水位に調整するモードをさらに備え、何れかを切替可能に構成することが好ましい。
【００８０】
何れのモードを選択するかを、ダム起動指令やダム排水指令にモードを指定するパラメータを付加して切り替えることができる。或いはモニタ用の圃場１の水位上昇速度や、排水路の水位に基づいて切り替えることもできる。例えば、モニタ用の圃場１の水位上昇速度が所定速度より早い場合にはダム貯水水位に一斉に調整するモードで動作し、排水路の水位が設定水位より高い場合にはダム貯水水位が低い圃場１から優先して自動排水栓をダム貯水水位から設定水位に調整するモードで排水すればよい。
【００８１】
以上説明したように、本発明による圃場貯水システムの運用方法は、複数の圃場で構成される圃場群への給水及び圃場群からの排水を管理する圃場水管理装置と、各圃場からの排水が流入する支川と本川との間に設置した排水機場を管理する排水機場管理装置と、を通信可能に接続した圃場貯水システムの運用方法であって、排水機場管理装置は、気象データセンタから取得した降雨量予測値が設定降雨量を上回り、本川水位が設定水位より上昇し、または流域雨量指数などの水位の予測値が設定値を上回ると、圃場水管理装置にダム起動指令を送信し、圃場水管理装置は、排水機場管理装置からダム起動指令を受信すると、ダムとして貯水可能な圃場の自動排水栓を設定水位からダム貯水水位に調整するとともに、自動給水栓を閉塞するように構成されている。
【００８２】
また、排水機場管理装置は、本川水位が設定水位より低下すると、圃場水管理装置にダム排水指令を送信し、圃場水管理装置は、排水機場管理装置からダム排水指令を受信すると、圃場の自動排水栓をダム貯水水位から設定水位に調整するように構成されている。
【００８３】
図４には、圃場の水位を一定に調整して稲を育成する一定潅水モードにおける給排水制御部２１Ａの動作が示されている。給排水制御部２１Ａは各圃場１の識別情報、及び生育ステージに対応した設定水位を記憶部２１Ｂから読み出し（ＳＡ１）、各圃場１が設定水位となるように排水装置に設定水位情報を送信し排水栓を設定水位より僅かに高い水位に調整する（ＳＡ２）。各圃場１の水位センサ６によって計測された水位を取得して（ＳＡ３）、設定水位と計測水位の値を比較し（ＳＡ４）、計測水位が設定水位未満では給水栓を開放し（ＳＡ５）、計測水位が設定水位以上になると給水栓を閉塞する（ＳＡ６）。一連の処理が各圃場１に対して実行される。
【００８４】
図５（ａ）には、排水機場管理サーバ５１により実行される圃場を貯水装置として機能させる圃場貯水処理の手順の一例が示されている。
排水機場管理サーバ５１に備えた圃場貯水制御部５１Ａは、気象データセンタから降雨量予測値を取得するとともに本川と支川の水位を取得し（ＳＢ１）、降雨量予測値が設定降水量を上回るか、本川の水位が支川の水位を上回ると、河川の氾濫の虞があると判断して（ＳＢ２）、圃場水管理サーバ２１に各圃場群で貯水可能な最大有効貯水量と現在貯水量を要求して各圃場群１０で可能な貯水容量を把握する（ＳＢ３）。
【００８５】
得られた最大有効貯水量と現在貯水量と、降雨量予測値の時間推移に基づいて、必要と判断した圃場群１０で貯水を開始すべく、圃場水管理サーバ２１にダム起動指令を送信するとともに（ＳＢ４）、排水ゲートを閉じて排水ポンプを起動する（ＳＢ５）。ステップＳＢ１からステップＳＢ５を繰り返し、降水量の変化に応じて追加の貯水が必要となる圃場水管理サーバ２１にダム起動指令を送信する。
【００８６】
図５（ｂ）には、排水機場管理サーバ５１により実行される圃場を貯水装置として機能させた後の圃場排水処理の手順の一例が示されている。
排水機場管理サーバ５１に備えた圃場貯水制御部５１Ａは、気象データセンタから降雨量予測値を取得するとともに本川と支川の水位を取得し（ＳＣ１）、降雨量予測値が設定降水量を大きく下回るとともに、本川の水位が支川の水位より低下すると、河川の氾濫の虞が解消されたと判断して（ＳＣ２）、排水ゲートを開放して排水ポンプを停止し（ＳＣ３）、圃場水管理サーバ２１にダム排水指令を送信する（ＳＣ４）。
【００８７】
図６には、圃場水管理サーバ２１で実行される圃場貯水処理の手順の一例が示されている。
排水機場管理サーバ５１からダム起動指令を受信すると（ＳＤ１）、ダム起動指令に付加されているパラメータに基づいて同時貯水か優先貯水かを識別し、同時貯水であれば（ＳＤ２，Ｙ）、貯水可能な全圃場の排水栓に対して現状の設定水位から予め設定されているダム貯水水位に調整するように制御し（ＳＤ３）、優先貯水であれば（ＳＤ２，Ｎ）、貯水可能な全圃場の排水栓に対して予め設定された優先順位の高い圃場１（ダム貯水水位の高い圃場が優先される）に対して現状の設定水位から予め設定されているダム貯水水位に調整するように制御する処理を（ＳＤ４）、一定時間間隔で繰り返し実行し（ＳＤ５）、貯水が許容されている全圃場１に対してダム貯水水位への調整が完了すると、処理を終了する（ＳＤ６）。
【００８８】
図７には、圃場水管理サーバ２１で実行される圃場排水処理の手順の一例が示されている。
排水機場管理サーバ５１からダム排水指令を受信すると（ＳＥ１）、ダム排水指令に付加されているパラメータに基づいて同時排水か優先排水かを識別し、同時排水であれば（ＳＥ２，Ｙ）、全圃場の排水栓に対して現状のダム貯水水位から元の設定水位に調整するように制御し（ＳＥ３）、優先排水であれば（ＳＥ２，Ｎ）、排水可能な全圃場の排水栓に対して予め設定された優先順位の高い圃場１（ダム貯水水位の低い圃場が優先される）に対して現状のダム貯水水位から元の設定水位に調整するように制御する処理を（ＳＥ４）、一定時間間隔で繰り返し実行し（ＳＥ５）、貯水されている全圃場１に対して元の設定水位への調整が完了すると、処理を終了する（ＳＥ６）。
【００８９】
以上説明したフローチャートは、本発明の一例であり、この処理手順及び処理内容に限るものではなく、実施形態に記載した様々な態様を適宜組み合わせて圃場貯水システムを構築することが可能である。
【００９０】
上述した実施形態では、ダム起動指令の出力の可否を判断する所定の条件が、気象データセンタから取得した降雨量予測値が設定降雨量を上回るか否か、本川水位が設定水位より上昇したか否か、または流域雨量指数などの水位の予測値が設定値を上回るか否かの何れかの条件が含まれ、何れかの条件が成立する場合を説明したが、上述の三つの条件の何れか複数の条件が成立した場合にダム起動指令を出力するように構成してもよい。
【００９１】
以上説明した実施形態は本発明の一例に過ぎず、該記載により本発明の技術的範囲が限定されることを意図するものではなく、圃場給排水栓、圃場水管理サーバ及び排水機場管理サーバの具体的な構成は本発明による作用効果を奏する範囲において適宜変更設計可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００９２】
１：圃場
２：給水装置（給水栓）
４：配水装置（排水栓）
１０：圃場群
２１：圃場水管理サーバ（圃場水管理装置）
２１Ａ：給排水制御部
５１：排水機場管理サーバ（排水機場管理装置）
５１Ａ：圃場貯水制御部
１５０：支川
１５１：排水機場
１６０：本川
３００：圃場貯水システム
【図１】
2022002485.tif 000003
【図２】
2022002485.tif 000004
【図３】
2022002485.tif 000005
【図４】
2022002485.tif 000006
【図５】
2022002485.tif 000007
【図６】
2022002485.tif 000008
【図７】
2022002485.tif 000009