(57)【要約】【課題】水質悪化を引き起こす可能性を低くできる運転支援装置を得る。【解決手段】本発明の運転支援装置は、合流ポンプ場から増補管への送水を行うゲート（６）と、降雨後に排水ポンプ場から合流ポンプ場へ貯留した下水を送水するポンプ場送水ポンプ（１０）と、管内貯留を行うか否かの基準となる結果を予測、判定する排水判定装置（１２）と、排水判定装置の結果からどのポンプ運転を行うかの判定を行う運転方法判定装置（１３）と、ゲートの開閉の指標となる管内貯留量を判断する排水ポンプ場ポンプ井水位判定装置（１４）と、処理場送水ポンプ、合流ポンプ場排水ポンプ、排水ポンプ場排水ポンプ、ポンプ場送水ポンプのそれぞれの制御、および合流ポンプ場から増補管への送水を行うゲートの開閉の制御演算を行うポンプ制御装置（１５）と、ポンプへ指令を与えるポンプ運転指令装置（１６）とを備えたものである。【選択図】　　図１
2004019111.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚水、雨水を処理場へ送水し河川へ排水する合流ポンプ場、雨水を河川へ放流する排水ポンプ場、管渠およびポンプ井等の水位を測定する水位計（２，３，４）と、ポンプの送水量を測定する流量計と、処理場へ送水する処理場送水ポンプ（７）と、合流ポンプ場から河川へ放流する合流ポンプ場排水ポンプ（８）と、排水ポンプ場から河川へ排水する排水ポンプ場排水ポンプ（９）と、計測器から収集したデータを蓄積する計測値蓄積装置（１１）と、ポンプの制御演算を行うポンプ制御装置（１５）と、各ポンプへ指令を送るポンプ運転指令装置（１６）とを備えた運転支援装置において、
前記合流ポンプ場から増補管への送水を行うゲート（６）と、降雨後に排水ポンプ場から合流ポンプ場へ貯留した下水を送水するポンプ場送水ポンプ（１０）と、管内貯留を行うか否かの基準となる結果を予測、判定する排水判定装置（１２）と、前記排水判定装置の結果からどのポンプ運転を行うかの判定を行う運転方法判定装置（１３）と、前記ゲート（６）の開閉の指標となる管内貯留量を判断する排水ポンプ場ポンプ井水位判定装置（１４）と、処理場送水ポンプ、合流ポンプ場排水ポンプ、排水ポンプ場排水ポンプ、ポンプ場送水ポンプのそれぞれの制御、および合流ポンプ場から増補管への送水を行うゲートの開閉の制御演算を行うポンプ制御装置（１５）と、前記ポンプ制御装置（１５）で演算された結果に基づいてポンプへ指令を与えるポンプ運転指令装置（１６）とを備えたことを特徴とする運転支援装置。
【請求項２】
前記排水判定装置（１２）は、合流ポンプ場へ流入する流入量を予測する流入量予測装置（１２１）、合流管の管渠水位を予測する管渠水位予測装置（１２２）、管渠内に流入した下水が増補管へ越流したか否かを判定する合流管水位判定装置（１２３）の少なくとも１つを備えたことを特徴とする請求項１記載の運転支援装置。
【請求項３】
前記ポンプ制御装置（１５）は、中降雨時に管内貯留を行うための制御を行う管内貯留制御装置（１５１）と、中降雨時に管内貯留を行わず、河川へ排水する制御を行う合流排水制御装置（１５２）と、大降雨時に河川へ排水する制御を行う排水制御装置（１５３）と、晴天時に処理場への送水を行う送水制御装置（１５４）とを備えたことを特徴とする請求項１または２記載の運転支援装置。
【請求項４】
前記ポンプ運転指令装置（１６）は、降雨後、増補管に貯留した下水を合流ポンプ場へ送水するための指令を出力するポンプ場送水ポンプ指令装置（１６１）と、合流ポンプ場へ流入した下水を処理場へ送水するポンプへの指令を出力する処理場送水ポンプ指令装置（１６２）と、合流ポンプ場へ流入した下水を河川へ排水するポンプへの指令を出力する合流ポンプ場排水ポンプ指令装置（１６３）と、排水ポンプ場へ流入した下水を河川へ排水するポンプの指令を出力する排水ポンプ場排水ポンプ指令装置（１６４）とを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の運転支援装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、合流式のポンプ場において、ポンプ場に流入する汚水、雨水を河川へ排水する量を減少させることが出来る運転支援装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の運転支援装置を図２に示す。合流式のポンプ場の運転は、晴天時（小降雨含）、中降雨、大降雨の３つに分けられる。晴天時（小降雨含）は汚水が合流管に流入し、送水ポンプにより下水処理場へ送水する。中降雨時は送水ポンプによる下水処理場への送水と排水ポンプによる河川への排水が行われる。大降雨時は合流ポンプ場では送水ポンプによる下水処理場への送水と排水ポンプによる河川への排水が行われ、排水ポンプ場では分水堰から越流した雨水を河川へ排水するため排水ポンプが稼動する。
１は雨量計で、地上雨量計、レーダ雨量計などから収集した降雨量を測定する。
２は合流管水位計で汚水、雨水が混合した下水が流入する合流管の水位を測定する。
３は増補管水位計で、合流管の分水堰から越流した下水が流入する増補管の水位を測定する。
４はポンプ井水位計で、合流ポンプ場、排水ポンプ場のポンプ井の水位を測定する。
５は流量計で、ポンプ場から処理場へ送水する流量、河川へ排水する流量を測定する。
７は処理場送水ポンプで、合流ポンプ場へ流入した下水を下水処理場へ送水するポンプである。
８は合流ポンプ場排水ポンプで、処理場送水ポンプで送水してもポンプ井水位が上昇する場合に、浸水防止のために稼動するポンプである。
９は排水ポンプ場排水ポンプで、大降雨時に合流管の分水堰から越流した下水を河川へ排水するポンプである。
１１は計測値蓄積装置で、雨量計、合流管水位計、増補管水位計、ポンプ井水位計、流量計などから収集したデータを蓄積する装置である。
１５はポンプ制御装置で、送排水ポンプ制御装置１５５で構成されている。
１５５は送排水ポンプ制御装置で、ポンプ場へ流入した下水を処理場や河川へ送水、排水する。晴天時、小降雨時は合流ポンプ場へ流入した汚水を、７の処理場送水ポンプにてポンプ井水位一定制御を行い、処理場へ送水する。中降雨時は、７の処理場送水ポンプだけではポンプ場が浸水する可能性があるため、８の合流ポンプ場排水ポンプにて流入した下水を河川へ放流する。大降雨時は、７の処理場送水ポンプ、８の合流ポンプ場排水ポンプが稼動するのに加え、合流管の分水堰から越流した下水が増補管へ流入し、排水ポンプ場へ流入する。排水ポンプ場へ流入した下水は９の排水ポンプ場排水ポンプにより河川へ放流される。
１６はポンプ運転指令装置で、処理場送水ポンプ指令装置１６２、合流ポンプ場排水ポンプ指令装置１６３、排水ポンプ場排水ポンプ指令装置１６４で構成されている。
１６２は処理場送水ポンプで、晴天時、小降雨時において、１５５の送排水ポンプ制御装置にて計算された結果に基づいてポンプへ信号を送る。
１６３は合流ポンプ場排水ポンプで、中降雨時において、１５５の送排水ポンプ制御装置にて計算された結果に基づいてポンプへ信号を送る。
１６４は排水ポンプ場排水ポンプで、大降雨時において、１５５の送排水ポンプ制御装置にて計算された結果に基づいてポンプへ信号を送る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような運転支援装置では、合流ポンプ場、排水ポンプ場へ流入した下水の一部が未処理のまま河川へ放流されることになる。このような下水は、公共用水域の水質悪化を引き起こす原因となる。
そこで、本発明は増補管への下水の貯留を可能とすることにより、公共水域への下水の放流量を減少させ、水質悪化を引き起こす可能性を低くできる運転支援装置の提供を目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明はつぎの構成にしている。
（１）汚水、雨水を処理場へ送水し河川へ排水する合流ポンプ場、雨水を河川へ放流する排水ポンプ場、管渠およびポンプ井等の水位を測定する水位計と、ポンプの送水量を測定する流量計と、処理場へ送水する送水ポンプと、合流ポンプ場から河川へ放流する合流ポンプ場排水ポンプと、排水ポンプ場から河川へ排水する排水ポンプ場排水ポンプと、計測器から収集したデータを蓄積する計測値蓄積装置と、ポンプの制御演算を行うポンプ制御装置と、各ポンプへ指令を送るポンプ運転指令装置とを備えた運転支援装置において、管内貯留を行うため、合流ポンプ場から増補管への送水を行うゲートと、降雨後に排水ポンプ場から合流ポンプ場へ貯留した下水を送水するポンプ場送水ポンプと、管内貯留を行うかの基準となる結果を予測、判定する排水判定装置と、前記排水判定装置の結果からどのポンプ運転を行うかの判定を行う運転方法判定装置と、ゲートの開閉の指標となる管内貯留量を判断する排水ポンプ場ポンプ井水位判定装置と、処理場送水ポンプ、合流ポンプ場排水ポンプ、排水ポンプ場排水ポンプ、ポンプ場送水ポンプの制御、合流ポンプ場から増補管への送水を行うゲートの開閉の制御演算を行うポンプ制御装置と、前記ポンプ制御装置で演算された結果に基づいてポンプへ指令を与えるポンプ運転指令装置とを備えたものである。
（２）前記排水判定装置は、合流ポンプ場へ流入する流入量を予測する流入量予測装置、合流管の管渠水位を予測する管渠水位予測装置、管渠内に流入した下水が増補管へ越流したかを判定する合流管水位判定装置を備えたものである。
（３）前記ポンプ制御装置は、中降雨時に管内貯留を行うための制御を行う管内貯留制御装置と、中降雨時に管内貯留を行わず、河川へ排水する制御を行う合流排水制御装置と、大降雨時に河川へ排水する制御を行う排水制御装置と、晴天時に処理場への送水を行う送水制御装置とを備えたものである。
（４）前記ポンプ運転指令装置は、降雨後、増補管に貯留した下水を合流ポンプ場へ送水するための指令を出力するポンプ場送水ポンプ指令装置と、合流ポンプ場へ流入した下水を処理場へ送水するポンプへの指令を出力する処理場送水ポンプ指令装置と、合流ポンプ場へ流入した下水を河川へ排水するポンプへの指令を出力する合流ポンプ場排水ポンプ指令装置と、排水ポンプ場へ流入した下水を河川へ排水するポンプの指令を出力する排水ポンプ場排水ポンプ指令装置とを備えたものである。
上記手段により、本発明は、合流ポンプ場にゲートの設置、排水ポンプ場にポンプ場送水ポンプの設置、ポンプ制御、管渠水位の監視を行うことで、増補管へ下水の貯留が可能となるため公共水域への下水の放流量を減少させることが可能となる。また、流入量予測、水位予測を行うことで浸水の可能性を低くした管内貯留を行うことができる
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図１を参照して詳細に説明する。図１は本発明の運転支援装置を示す模式図である。従来技術と同じ符号のものは説明を省略する。
１０はポンプ場送水ポンプであり、降雨後、増補管内貯留した下水を合流ポンプ場へ送水する。
１２は排水判定装置であり、流入量予測装置１２１、管渠水位予測装置１２２、増補管水位判定装置１２３のいずれかで構成される。
１２１は流入量予測装置であり。合流ポンプ場へ流入する流入量を予測する。前記計測値蓄積装置１１から入力されたデータを自己回帰モデルに適用するためのデータ作成と計測値蓄積装置１１に蓄積された降雨量と水位と流入量の直近数十分のデータを作成する。直近数十分間、雨量計１において、降雨量が観測されたかどうかをチェックし、自己回帰モデルに入力するデータ列を作成する。天候チェック時にチェックされた結果が晴天日の時はデータ列の加工を行わず、雨天日の時は、直近に計測された降雨量、水位、流入量のみをデータ列に追加する。このようにしてデータの加工を行い、降雨量、水位、流入量の関係を明確にモデル化できるようにした。しかし、雨天期間が終了しても、しばらく雨の影響を受けるため雨天期間終了後、数十分間はデータの追加を行う。作成されたデータ列から自己回帰モデルを作成する。作成されたモデルと直近のデータから、流入量の予測値を演算する。
いま、時刻ｎにおけるプロセスの状態をｋ次元の全変数ベクトルＸ（ｎ）、時刻ｎよりｍ時点前の全変数ベクトルをＸ（ｎ−ｍ）、白色ノイズベクトルをＵ（ｎ）、自己回帰モデルの回帰係数をＡ（ｍ）、自己回帰モデルの最適次数をＭで表すと、その自己回帰表現は、
【０００６】
【数１】
2004019111.tif 000003
【０００７】
で表される。
従って自己回帰モデルの作成とは、自己回帰係数、白色ノイズベクトルの分散および自己回帰モデルの最適次数の決定に帰結される。
自己回帰係数Ａ（ｍ）は、要素をＡｉｊ（ｍ）とし、次の連立方程式をｉ＝１，２，３，・・・・，ｋについて解くことにより求められる。
但し、Ｘｉ、Ｘｊの相互分散をＲｉｊ（ｌ）、自己回帰係数の要素をＡｉｊ（ｍ）とすると
【０００８】
【数２】
2004019111.tif 000004
【０００９】
という連立一次方程式をｉ＝１，２，．．．，ｋについて解けばＡｉｊ（ｍ）が求められる。
白色ノイズベクトルＵ（ｎ）の要素をεｉ（ｎ）とすると、その残差分散値σｉ２は次のようになる。
【００１０】
【数３】
2004019111.tif 000005
【００１１】
なお、モデルの最適次数Ｍは予測誤差を表す（５）式のＭＦＰＥ（Ｍ）を最小にする値である。
【００１２】
【数４】
2004019111.tif 000006
【００１３】
但し、Ｎはデータ数、‖ｄＭ‖はＵ（ｎ）の分散共分散行列推定値である。またＭＦＰＥはＭｕｌｔｉｐｌｅ　Ｆｉｎａｌ　Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ　Ｅｒｒｏｒの頭文字である。
このようにして自己回帰係数、白色ノイズの分散および最適モデル次数が求められ、自己回帰モデルが作成される。従って、流入量の予測を行うために必要な、流入量と水位と降雨量との関係式を自己回帰モデルから求めることができる。自己回帰モデルの更新は、直近のデータを使用することを目的に１日１回行う。そして、自己回帰モデルで作成したモデルに入力するためのデータ列を作成する。作成した自己回帰モデルと予測値用データで作成したデータ列から統計的に類推可能な流入量の数十分先の予測値を演算する。自己回帰モデルを用いた時の数十分先の予測は次のように表される。
【００１４】
【数５】
2004019111.tif 000007
【００１５】
しかし、１点先以上の予測が必要なため、１点先以上の予測には、流入量は予測値を使用し、水位、降雨量は前回の降雨量を使用する。また、数時間先まで予測した降雨量データがあれば、流入量の予測にそれを利用し、数時間先の流入量も予測することができる。このようにして得られた流入量の予測値Ｑ（０）ｐ，Ｑ（１）ｐ・・・を運転方法判定装置１３に出力する。
１２２は管渠水位予測装置で、流入量予測装置１２１と同様に自己回帰モデルを適用し、水位の予測を行う。自己回帰モデルに適用するシステム変数は降雨量と水位である。モデル式は流入量予測装置と同様のため省略する。水位の予測結果を運転方法判定装置１３に出力する。
１２３は合流管水位判定装置で、合流管を越流して増補管へ下水が流入したかどうかを判定する装置である。水位が管径になった時、増補管への流入があると判定する。その結果を運転方法判定装置１３に出力する。
１３は運転方法判定装置で、排水判定装置１２で得られた結果を基に、どのポンプ運転を行うかを判定する。１２１流入量予測装置、１２２管渠水位予測装置の予測結果、１２３合流管水位判定装置での水位が判定基準値を超えたかどうかを判定する。流入量、水位の予測値、合流管水位のいずれも上限値の判定基準値より低ければ、晴天とみなし、１５４の送水制御装置へ結果を出力する。流入量、水位の予測値、合流管水位のいずれかが判定基準値を超えていれば、大降雨とみなし、１５３の排水制御装置へ出力する。流入量、水位の予測値、合流管水位のいずれも上限値の判定基準値を超えていなくて、合流管の水位が下限値の判定基準値より高ければ、中降雨とみなし１４の排水ポンプ場ポンプ井水位判定装置へ出力する。
１４は排水ポンプ場ポンプ井水位判定装置で、管内貯留量を確認するため排水ポンプ場のポンプ井水位を判定する。ポンプ井水位が判定基準値を超えた場合、これ以上の管内貯留はできないため、その結果を１５２の合流排水制御装置へ出力する。排水ポンプ場のポンプ井水位が判定基準値を超えていなければ、管内貯留は可能なためその結果を１５１の管内貯留制御装置へ出力する。
１５はポンプ制御装置で、管内貯留制御装置１５１と合流排水制御装置１５２と排水制御装置１５３と送水制御装置１５４で構成されている。
１５１は管内貯留制御装置で、中降雨時、排水ポンプ場にて管内貯留を行う。処理場送水ポンプは合流ポンプ場へ流入した下水をポンプ井水位一定などの運転を行い処理場へ下水を送水する。合流ポンプ場排水ポンプはポンプ井水位が上昇しないようにポンプの制御を行い、下水を河川へ放流する。また、増補幹線にて管内貯留を行うため６のゲートは開とする。
１５２は合流排水制御装置で、中降雨時、管内貯留量が満水のため、管内貯留を行わない運転を行う。処理場送水ポンプは合流ポンプ場へ流入した下水をポンプ井水位一定などの運転を行い処理場へ下水を送水する。合流ポンプ場排水ポンプはポンプ井水位が上昇しないようにポンプの制御を行い、下水を河川へ放流する。また、増補幹線にて管内貯留を行わないため６のゲートは閉とする。
１５３は排水制御装置で、大降雨時に、処理場送水ポンプは合流ポンプ場へ流入した下水が処理場の負荷にならない量の下水を送水する。合流ポンプ場排水ポンプはポンプ井水位が上昇しないようにポンプの制御を行い、河川へ下水を放流する。排水ポンプ場では、増補管へ下水が流入した場合は、浸水防除を第一に考えるため管内貯留は行わず、流入した下水を河川へ放流する。
１５４は送水制御装置で、処理場送水ポンプは合流ポンプ場へ流入した下水をポンプ井水位一定などの運転を行い、下水を処理場へ送水する。ポンプ場送水ポンプは降雨後、増補管に貯留した下水を処理場へ送水するため、先ず合流ポンプ場へ送水する。
１６はポンプ運転指令装置で、ポンプ場送水ポンプ指令装置１６１、処理場送水ポンプ指令装置１６２、合流ポンプ場排水ポンプ指令装置１６３、排水ポンプ場排水ポンプ指令装置１６４で構成されている。
１６１はポンプ場送水ポンプ指令装置で、晴天時において、１５のポンプ制御装置にて計算された結果に基づいてポンプへ信号を送る。
１６２は処理場送水ポンプ指令装置で、晴天時、小降雨時において、１５のポンプ制御装置にて計算された結果に基づいてポンプへ信号を送る。
１６３は合流ポンプ場排水ポンプ指令装置で、中降雨時において、１５のポンプ制御装置にて計算された結果に基づいてポンプへ信号を送る。
１６４は排水ポンプ場排水ポンプ指令装置で、大降雨時において、１５のポンプ制御装置にて計算された結果に基づいてポンプへ信号を送る。
つぎに、動作について説明する。
雨天時、下水は合流管に流れ込み合流ポンプ場に流入する。排水判定装置１２で流入量が多いと判定された場合は、処理場へ送水することが不可能であり、その場合は、運転方法判定装置１３にて管内貯留を可能と判定する。そして、排水ポンプ場ポンプ井水位判定装置１４で下水の管内貯留量を判定し、ポンプ制御装置１５の制御で、貯留量が基準値になるまでゲート６を開にし、下水の管内貯留量が基準値になるとゲート６を閉にする。
排水判定装置１２で、流入量がさらに多いと判定された場合は、合流管の分水堰から下水が越流する。その場合、運転方法判定装置１３で管内貯留が不可能と判定され、ポンプ制御装置１５からの指令で、排水ポンプ場へ流入した下水を、直ちに河川へ排水する。
【００１６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の運転支援装置によれば、合流ポンプ場へのゲートの設置、排水ポンプ場へのポンプ場送水ポンプの設置、流入量予測、水位予測、ポンプ制御、管渠水位の監視を行うことにより、増補管へ下水の貯留を可能とし公共水域への下水の放流量を減少させることができ、公共水域の水質悪化を引き起こす可能性を低くした管内貯留ができるなどの効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の運転支援装置を示す模式図。
【図２】従来の運転支援装置を示す模式図。
【符号の説明】
１　雨量計
２　合流管水位計
３　増補管水位計
４　ポンプ井水位計
５　流量計
６　ゲート
７　処理場送水ポンプ
８　合流ポンプ場排水ポンプ
９　排水ポンプ場排水ポンプ
１０　ポンプ場送水ポンプ
１１　計測値蓄積装置
１２　排水判定装置
１２１　流入量予測装置
１２２　管渠水位予測装置
１２３　合流管水位判定装置
１３　運転方法判定装置
１４　排水ポンプ場ポンプ井水位判定装置
１５　ポンプ制御装置
１５１　管内貯留制御装置
１５２　合流排水制御装置
１５３　排水制御装置
１５４　送水制御装置
１５５　送排水制御装置
１６　ポンプ運転指令装置
１６１　ポンプ場送水ポンプ指令装置
１６２　処理場送水ポンプ指令装置
１６３　合流ポンプ場排水ポンプ指令装置
１６４　排水ポンプ排水ポンプ指令装置
【図１】
2004019111.tif 000008
【図２】
2004019111.tif 000009