(57)【要約】【課題】  本発明は、ダム状況の変化に対応して自動的に最適な制御モードに切り替えることによって、操作員の負担を軽減することができるダムゲート自動制御装置を提供する。【解決手段】  ダムで計測される貯水位やゲート開度その他の管理情報、及びこれに基づいて求められる演算情報に対応して、ダムゲートの開閉を制御するための制御モードを複数記憶するメモリ（２７ａ，２７ｂ）と、前記管理情報が入力されたとき、それに基づいて前記演算情報を求め、前記管理情報及び当該演算情報に対応する制御モードを前記メモリ（２７ａ，２７ｂ）に記憶されている複数の制御モードから選択し、当該選択した制御モードに従って前記ダムゲートの開度に関する信号を生成する制御手段（２６ａ，２６ｂ）とを備えている。【選択図】  図１
2005180133.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダムで計測される貯水位やゲート開度その他の管理情報、及びこれに基づいて求められる演算情報に対応して、ダムゲートの開閉を制御するための制御モードを複数記憶する記憶手段と、
前記管理情報が入力されたとき、それに基づいて前記演算情報を求め、前記管理情報及び当該演算情報に対応する制御モードを前記記憶手段に記憶されている複数の制御モードから選択し、当該選択した制御モードに従って前記ダムゲートの開度に関する信号を生成する制御手段とを備えたことを特徴とするダムゲート自動制御装置。
【請求項２】
請求項１記載のダムゲート自動制御装置において、前記制御手段は、前記管理情報を所定の時間間隔で受けることを特徴とするダムゲート自動制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のダムゲート自動制御装置において、前記制御手段は、選択した制御モードに従って目標放流量を求め、それに基づいて前記ダムゲートの開度に関する信号を生成することを特徴とするダムゲート自動制御装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか記載のダムゲート自動制御装置において、前記記憶手段は、前記管理情報及び前記演算情報とこれに対応する制御モードの各々とを関連付けて記憶していることを特徴とするダムゲート自動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダムゲートの開閉を自動制御するためのダムゲート自動制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ダムは、調整池や貯水池に蓄えた水を放流するためのゲートを含む放流設備を備えており、このゲートの開閉を制御することによって、ダム下流側の河川への放流量を調節している。
【０００３】
ゲート開閉による放流量の調節は、従来、「放流の原則」及び「ダムの操作規程」に従って、管理主任技術者等のダム操作を行う特定の者（以下「操作員」という。）がダム上流側の河川からの調整池への水の流入量や調整池の水位等（以下「ダム状況」という。）を監視して手動で行うか、又は、ダム状況に基づいてコンピュータが放流量を算出し、それに基づいて操作員が操作するようになっている。
【０００４】
「放流の原則」は、下流側の河川の急激な水位変動を防ぐために、洪水量（例えば、ダム下流地域の民有地の耕作その他に一般災害が生じない最大限の流量に対応するダムの地点の流量）までの放流量の増加又は減少の割合の最大限度を規定するものである。
【０００５】
「ダムの操作規程」は、河川に関する法令（例えば、河川法）の規定によると、ダムを設置しようとする者が、そのダムを水の貯留又は取水の目的で用いる場合に、政令で定めるところにより、予め定めなければならないダムの操作方法のことである。
【０００６】
ダムの操作規程には、水の貯留及び放流の方法に関する事項、ダム及びダムを操作するため必要な機械や器具等の点検及び整備に関する事項、ダムを操作するため必要な気象及び水象の観測に関する事項、放流の際にとるべき措置に関する事項、その他ダムの操作の方法に関して必要な事項を定めなければならないとされている。
【０００７】
ダムを設置しようとする者は、操作規程を定めて河川管理者の承認を受けなければならず、その承認を受けた操作規程に従ってダムを操作しなければならない。
【０００８】
ダムからの放流は、自動制御で行う場合、一般に、放流の原則に基づいて放流量を増加或いは減少させていく制御モード、流入量の立ち上がり勾配と同勾配で放流量を増加させていく制御モード、ゲート放流がフリーフローになった後にゲートを全開にする制御モードなど、複数の制御モードを用い、操作規程に従って行う。フリーフローとは、ゲートの下端と貯水池又は調整池からの放流水面とが離れた状態で放流されることをいう。
【０００９】
ダムからの放流量はダム毎に様々な方法で求められるが、例えば、ダム貯水池の上流側河川の水位や上流側河川流域の雨量等からダム貯水池への流入量の増加を予想して放流量を求める技術が、下記の特許文献１に掲載されている。
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−１７２９４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記の文献に開示された技術では、コンピュータによって放流量の算出とゲート開閉を自動制御するようになっているが、複数の制御モードを組み合わせるときは、操作員がダム状況を判断し、手動で制御モードを切り替えなければならない。
【００１２】
また、ダム操作を行う操作員には、ダム下流側の地域に災害を発生させないために安全にダム操作を行わなければならないという大きな責任がある。このため、操作員は、不眠不休でダム状況を監視しなければならず、精神的及び肉体的に大きな負担を抱えている。
【００１３】
本発明の目的は、ダム状況の変化に対応して自動的に最適な制御モードに切り替えること（以下「自動切替制御方式」という。）によって、操作員の負担を軽減することができるダムゲート自動制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明のダムゲート自動制御装置は、ダムで計測される貯水位やゲート開度その他の管理情報（貯水位及びゲート開度のほか、例えば、ダム雨量、上流河川の雨量、上流河川の水位など）、及びこれに基づいて求められる演算情報（例えば、流入量、放流量、流入量増減傾向、貯水位の上昇・下降傾向、予想流入量、現在積算放流量、現在積算流入量など）に対応して、ダムゲートの開閉を制御するための制御モードを複数記憶する記憶手段と、前記管理情報を受けたとき、それに基づいて前記演算情報を求め、前記管理情報及び当該演算情報に対応する制御モードを前記記憶手段に記憶されている複数の制御モードから選択し、当該選択した制御モードに従って前記ダムゲートの開度に関する信号を生成する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
本発明の具体的態様は、前記制御手段は、前記入力部から前記管理情報を所定の時間（例えば、後述の制御タイミング）間隔で受けることを特徴とする。
【００１６】
本発明の具体的態様は、前記制御手段は、選択した制御モードに従って目標放流量を求め、それに基づいて前記ダムゲートの開度に関する信号を生成する。
【００１７】
本発明の具体的態様は、前記記憶手段は、前記管理情報及び前記演算情報とこれに対応する制御モードの各々とを関連付けて記憶している。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のダムゲート自動制御装置によれば、制御手段が管理情報を受けたとき、それに基づいて演算情報を求め、管理情報と演算情報に基づいて、記憶手段に記憶されている複数の制御モードから最適な制御モードを選択するようになっている。これにより、選択した制御モードに従ってダムゲートの開閉を自動制御することができる。従って、操作員が抱える肉体的・精神的な負担を軽減することができる。
【００１９】
また、制御手段は、管理情報を入力部から所定の時間間隔で受けるようにすることができる。
【００２０】
また、制御手段は、選択した制御モードに従って目標放流量を求め、それに基づいてダムゲートの開閉を制御するようにしてもよい。
【００２１】
また、記憶手段は、管理情報及び演算情報とこれらの情報に対応する制御モードの各々とを関連付けて記憶するのがよい。これにより、管理情報及び演算情報に対応する制御モードを容易に選択することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１は、本発明の第１実施例のダムゲート自動制御装置１を用いたダム操作システムの構成を示す。
【００２３】
一般に、ダムは、上流河川流域の雨量を計測するための上流雨量計２、上流河川の水位を計測するための上流水位計３、上流雨量計２と上流水位計３からの雨量データ及び水位データを送信するテレメータ送信装置４を含む上流側設備と、
テレメータ送信装置４からのデータを受信するテレメータ受信装置５、ダム付近の雨量を計測するためのダム雨量計６、ダムの貯水位を計測するためのダム水位計７、ダムゲートを開閉させるためのゲート駆動装置８、及びダムゲートの開度を計測するためのゲート開度計９を含むダム管理設備とを備えている。
【００２４】
第１実施例のダムゲート自動制御装置１は、
上記のダム管理設備との間で情報及び信号の入出力を行うための入出力中継装置１０と、
入出力中継装置１０から取得した情報及びそれから求められる後述の演算情報に基づいてダムゲートの開閉を自動制御する操作表示卓１１と、
テレメータ受信装置５が受信したダム管理に必要な上流河川の情報等並びにダムゲート自動制御装置１の各機器からの諸情報を電力所１２に送信するための通信制御部１４及びデータ伝送部１３を含む情報伝送装置１５と、
日付、時間、貯水位、所定の時間間隔における水位差、貯留量、ゲート開度、ゲート放流量、ダム放流量、発電使用水量、責任放流量、貯水池放流量、流入量、予想流入量、及び予定（目標）放流量など、ダム管理に必要な事項を出力するための操作記録プリンタ１６と、
日付、時間、上流雨量、上流河川水位など、気象・水文情報を出力するための観測記録プリンタ１７と、
ダムゲート自動制御装置１に備えられた上記の各機器の運転状態を監視するためのシステム監視卓（例えば、パソコン）２０と
を備えている。
【００２５】
また、ダムゲート自動制御装置１に備えられた各機器は、２系列構成の通信回線（例えば、ＬＡＮケーブル）２１ａ，２１ｂにより互いに接続されている。これにより、一方の系に故障が発生した場合でも、ダムゲート自動制御装置１は正常に機能することができるようになっている。
【００２６】
次に、第１実施例のダムゲート自動制御装置１における入出力中継装置１０及び操作表示卓１１の具体的な機能について説明する。
【００２７】
入出力中継装置１０は、ダム雨量計６、ダム水位計７及びゲート開度計９からの情報（これらを総称して「管理情報」という。）を入力し、後述のダムゲートの開度に関する信号をゲート駆動装置８に送出するための入出力部２２と、この入出力部２２が行う上記の情報や信号の入出力を制御するための２つの処理部（一方を「優先処理部」２３ａ、他方を「待機処理部」２３ｂとする。）とを含んでいる。
【００２８】
このように処理部を優先処理部２３ａと待機処理部２３ｂの２部構成とすることにより、一方の処理部に故障等のトラブルが発生した場合でも、ダムゲート自動制御装置１は正常に機能できるようになっている。また、優先処理部２３ａと待機処理部２３ｂは、同時に同じデータ及び信号を受信するようにしておき、トラブルが無い場合には優先処理部２３ａのみが入出力部２２の制御を行い、待機処理部２３ｂは、任意のトラブルに対応して即時に系の切替えを行えるように待機状態にしておくのがよい。
【００２９】
操作表示卓１１は、ダムゲート自動制御装置１の主要部であり、ダムゲート開閉の制御を行う２つの制御部（例えば、ＣＰＵ）２４ａ，２４ｂと、出水予測、操作訓練、通知・通報、帳票作製等の支援機能を使用するための支援端末２５及び操作表示端末２８ａ，２８ｂとで構成されている。
【００３０】
制御部２４ａ，２４ｂは、入出力中継装置１０の２つの処理部２３ａ，２３ｂを介して入出力部２２からの管理情報を受けたとき、それに基づいて流入量、放流量、及びそれらの積算量などの演算情報を求め、管理情報と演算情報とに対応してダムゲートの開閉を制御するための最適な制御モードを、後述の記憶手段（２７ａ，２７ｂ）に記憶された複数の制御モードから選択し、その制御モードに従ってダムゲートの開度に関する信号（以下「開度信号」という。）を生成するための制御手段２６ａ，２６ｂと、管理情報と演算情報とに対応してダムゲートの開閉を制御するための複数の制御モードを記憶している記憶手段（例えば、メモリ）２７ａ，２７ｂとを備えている。
【００３１】
第１実施例のダムゲート自動制御装置１では、制御部２４ａ，２４ｂの制御手段２６ａ，２６ｂは、生成した開度信号を入出力中継装置１０に出力する。制御手段２６ａ，２６ｂから送られた開度信号は、入出力中継装置１０の処理部２３ａ，２３ｂを介して入出力部２２に送られてゲート駆動装置８に送信される。ゲート駆動装置８は、この開度信号に従ってダムゲートの開閉を行うようになっている。
【００３２】
また、制御部２４ａ，２４ｂは複数あり、前述のように一方にトラブルが発生したときでもダムゲート自動制御装置１を正常に動作させるための演算処理を実行できるようになっている。また、一方の制御部（例えば、制御部２４ａ）を優先制御部、他方の制御部（例えば、制御部２４ｂ）を待機制御部と位置付けておき、通常は優先制御部２４ａの制御手段２６ａが演算処理を行い、待機制御部２４ｂはトラブルに応じてその演算処理を引き継ぐことができるように待機状態にしておくのがよい。さらに、待機制御部２４ｂには、ゲート操作訓練ができるような演算機能を備えておくのが好ましい。
【００３３】
図１のダム操作システムでは、ダムゲート自動制御装置１の制御部２４ａ，２４ｂが、管理情報と演算情報とに応じて、複数の制御モードから最適な制御モードを選択し、選択した制御モードに従って目標放流量と目標ゲート開度を求め、それに応じてダムゲートを開閉するための開度信号をゲート駆動装置８に送り、当該信号に基づいてダムゲートの開閉を制御する。
【００３４】
次に、ダムゲートの開閉を制御するための制御モードについて説明する。
【００３５】
Ａ）“基本放流増制御モード”及び“基本放流減制御モード”
この２つの制御モードでは、それぞれ前記「放流の原則」に基づいて放流量が増加又は減少するようにダムゲートの開閉を制御する。具体的には、図２（ａ），（ｂ）に示す放流の原則に基づく放流量の１０分間の許容増減量を示すグラフ及び表に従って、現在放流量に対応する１０分間の放流量の許容増減量を求め、それを現在放流量に加算又は減算して目標放流量とする。すなわち、目標放流量は以下の計算式により求められる。
【００３６】
目標ダム放流量＝現在ダム放流量＋許容増量  ……（１）
目標ダム放流量＝現在ダム放流量−許容減量  ……（２）
式（１）は基本放流量増制御モードの場合、式（２）は基本放流量減制御モードの場合である。ここで、ダム放流量はゲート放流量と自由越流部越流量の和である。また、図２（ａ），（ｂ）は、例えば、現在放流量が１００ｍ３／ｓであって、かつ、流入量が増加している場合には、１０分間で現在放流量＋８．００ｍ３／ｓまで放流量を増加することができることを表している。これとは逆に、流入量が減少している場合には、１０分間で現在放流量−８．００ｍ３／ｓまで放流量を減少させることができることを表している。
【００３７】
許容増減量を定める時間的基準を“１０分間”としたのは、河川法の精神（放流の原則）に則って、放流量の変化をできるだけ滑らかにするためである。そして、制御開始から１０分後には、改めて管理情報と演算情報を求め、それらに応じて最適の制御モードを選択することになる。単一の目標放流量又は目標水位などの情報だけでは、ダムゲートの的確な制御が行われないからである。また、この２つの制御モード各々のダムゲート制御時間として“１０分間”が設定されているが、この時間は、制御モード毎に「制御タイミング」として個別に定められており、従来のダムゲート操作の態様に応じてダム毎に調整（例えば、５分間や１５分間にするなど）するのがよい。
【００３８】
Ｂ）“設定流量制御モード”
この制御モードでは、予め設定された目標放流量（ＭＱｏ）と現在放流量（Ｑｏ）とを所定の時間毎に（例えば、１０秒間隔で）対比してその差（｜ＭＱｏ−Ｑｏ｜）が所定の量を超えた場合、放流の原則に従って（図２参照）設定流量に近づくようにダムゲートの開閉を制御する。具体的には、｜ＭＱｏ−Ｑｏ｜が次式（３）で表される条件を満たすかどうかを判別する。目標放流量の設定範囲は、１ｍ３／ｓ〜洪水量Ｑｓとし、ダムゲートの開度が１ｃｍ以上となることが必要である。
【００３９】
｜ＭＱｏ−Ｑｏ｜≦Ｑｏ×Ｋ１＋Ｋ２  ……（３）
｜ＭＱｏ−Ｑｏ｜が上記の条件を満たす場合は、現在のゲート開度を維持するようになっている。ここで、定数Ｋ１，Ｋ２は、ダム毎に実際上の操作に合わせて適宜に定めればよく、例えば、Ｋ１＝０．７，Ｋ２＝１とする。設定流量制御モードでの制御タイミングは、例えば１０分間にすればよい。
【００４０】
Ｃ）“設定水位制御モード”
この制御モードでは、予め設定した水位を維持するようにダムゲートの開閉を制御する。具体的には、操作員の入力した水位が現在（設定水位制御モード開始時）水位±３ｃｍ（不感帯）以内で、かつ、流入量と放流量の差（Ｑｉ−Ｑｏ）が以下の条件を満たすかどうかを判別する。
【００４１】
｜Ｑｉ−Ｑｏ｜＜Ｋ３×Ｑｏ＋Ｋ４  ……（４）
上記の現在水位の条件と式（４）を共に満たす場合にのみ、入力した水位は妥当な値であるとして設定され、その水位を維持するように制御を行う。
【００４２】
また、水位が設定された後所定の時間間隔（例えば、１０秒間隔）で貯水位を監視し、貯水位が前述の「現在水位の条件」を満たさなくなったときに目標放流量を更新する。この制御モードにおける目標放流量と定数Ｋ３，Ｋ４の決定方法については、後述の“定水位放流制御モード”及び“定水位ＭＡＸ放流制御モード”において説明する。設定水位制御モードでの制御タイミングは、１０分間（５分間でもよい）にすればよい。
【００４３】
Ｄ）“流入量勾配相当放流制御モード”
この制御モードでは、流入量の立ち上がり勾配と同勾配で放流量が増加するようにダムゲートの開閉を制御する。具体的には、現在積算ダム放流量に所定の時間（例えば、１０分間）の流入量増加分を加算して目標放流量とする。
【００４４】
目標ダム放流量＝現在積算ダム放流量
＋（現在積算流入量−１０分前積算流入量）……（５）
ここで、現在積算ダム放流量とは、所定の時間（例えば、１０分間）継続して５秒毎にダム放流量を計測し、その積算値を計測回数（ここでは１０分÷５秒＝“１２０”回）で割った値である。現在積算ダム流入量もこれと同様の考え方であり、また、１０分前積算流入量とは、現時点から１０分前の時点を基準として求めた値をいう。これらは、ダムを管理するための情報として、常時算出している値であり、以下、“現在積算○○量”と表された値であって特に定義付けされていない場合には、上記と同様の考え方に基づいて算出される値とする。
【００４５】
この制御モードでは、流入量が減少している場合、制御を行わない。また、流入量勾配相当放流制御モードの制御タイミングは、例えば１０分間にすればよい。
【００４６】
Ｅ）“定量放流制御モード”
この制御モードでは、開始時の放流量を後述の所定の範囲内で維持するようにダムゲートを制御する。具体的には、所定の時間間隔（例えば、１０秒間隔）で放流量を求めてそれと開始時の放流量とを比較し、所定の範囲から外れたとき、改めて開始時の放流量を目標放流量としてゲート開度を求める。この制御モードにおける目標放流量は、以下の式により求められる。
【００４７】
目標ダム放流量＝開始時積算ダム放流量  ……（６）
上記の式（６）において、開始時積算ダム放流量とは、定量放流制御モード開始時に求めた“現在積算ダム放流量”のことをいう。この制御モードにおいて、放流量が所定の範囲にあるか否かの判定は、“設定流量制御モード”における式（３）を用いて行えばよい。式（３）の条件を満たす場合には、ゲート開度を維持し、式（３）の条件を満たさない場合には、式（６）に基づいて目標放流量を更新する。
【００４８】
Ｆ）“定水位放流制御モード”及び“定水位ＭＡＸ放流制御モード”
この２つの制御モードでは、貯水位を予め定めた水位（例えば、予備放流水位＝２．２ｍ）に保つために流入量相当の放流を行うようにダムゲートを制御する。定水位放流制御モードでは貯水位の変化に応じて目標放流量を更新し、定水位ＭＡＸ放流制御モードでは定水位放流制御で目標放流量の増減を「放流の原則」の範囲で行う。具体的には、以下の式に従って目標放流量を計算する。
【００４９】
ＫＭＱｏｄ＝Ｑｏ＋Ｋ３×Δｈ＋Ｋ４×ΔＨ  ……（７）
ここで、ＫＭＱｏｄ：目標貯水池放流量（ｍ３／ｓ）
Ｑｏ：現在積算貯水池放流量（ｍ３／ｓ）
Δｈ：設定水位と現在水位との差
ΔＨ：現在水位と所定時間（例えば、５分）前の水位との差
とする。
【００５０】
定数Ｋ３，Ｋ４は、過去の出水記録に基づく実際の流入波形に対して、式（７）を適用した定水位制御シミュレーションを行い、所定の条件を満たす値が見つかるまでこのシミュレーションを繰り返すことによって決定される。定水位制御シミュレーションには、過去最大流入波形、洪水流量以上の流入波形、洪水流量程度の流入波形、洪水流量以下の流入波形など、ダムゲート操作の実情に合わせて複数の流入波形を用いるのがよい。
【００５１】
定水位制御シミュレーションにおける定数Ｋ３，Ｋ４の決定条件は、例えば、以下のように定められる。
【００５２】
・流入量と放流量の増減傾向が同じであること
・放流量は流入量の８０〜１２０％程度であること
・制御回数をなるべく少なくできること
・水位変動（設定水位に対するズレ）が小さいこと
・人工洪水を生じないこと。
【００５３】
また、定水位制御シミュレーションを行うにあたって、定数Ｋ３，Ｋ４等の初期条件は下記のように定められる。これらの定数を仮定するに当たって、予め種々条件（設定水位など）下でシミュレーションを行い、予想される値をデータベース化しておくのがよい。これにより、定数とすべき値を無作為に探る必要がなく、効率的にシミュレーションを行うことができる。
【００５４】
＜シミュレーション条件＞
・定数Ｋ３…等分増加させることとし、予め実施した定水位制御シミュレーションの結果に基づいて、貯水位の「１ｃｍ／１０分間」の水位変化に相当する流量の１／１０の流量（例えば、０．１０ｍ３／ｓ）
・定数Ｋ４…予め実施した定水位制御シミュレーション結果に基づいて、１ｃｍ／５分間の水位変化に相当する流量（例えば、２．０ｍ３／ｓ）
・設定水位…予備放流水位（例えば、２．２ｍ）
・対象出水：過去最大流量の流入波形（例えば、昭和６３年７月）
洪水流量以上の流入波形（例えば、平成５年７月）
洪水流量程度の流入波形（例えば、平成３年９月）
洪水流量以下の流入波形（例えば、平成２年６月）
洪水流量以下の流入波形（例えば、平成４年８月）。
【００５５】
上記のように設定した定数Ｋ３，Ｋ４を基本とし、Ｋ３の初期設定値（０．１０ｍ３／ｓ）の０．４〜０．１６倍の値に対する定水位制御シミュレーションを実施した。これにより、水位振幅（設定水位に対するズレ）が小さく、過放流とならない定数Ｋ３の値を先に選定する。
【００５６】
＜シミュレーション結果＞
図３は、上記の定数Ｋ３，Ｋ４の決定条件及び初期設定値等に基づいて実施したシミュレーションの結果を示す表である。この表に示すように、洪水流量以下の流入波形（平成２年６月出水記録）については、設定水位に対して最大１７ｃｍ程度の水位振幅であるが、洪水流量以上の流入波形（平成５年７月出水記録）については７６ｃｍ以上、洪水流量程度の流入波形（平成３年９月出水記録）については３４ｃｍ程度の水位振幅が発生することがわかる。
【００５７】
各出水記録に対するシミュレーション結果を比較すると、定数Ｋ３の値を大きくすれば、水位振幅は小さくなる傾向にあることがわかる。また、｜貯水位−設定水位｜の平均値で表される平均振幅も小さくなることがわかる。従って、定数Ｋ３は、このシミュレーションの結果に基づいて、定数Ｋ３の最大値（０．１６）を選定した。
【００５８】
＜シミュレーション条件＞
次に、上記のシミュレーション結果に基づき、以下の条件の下で更に定水位制御シミュレーションを実施した。
【００５９】
・定数Ｋ３：０．１６（固定）
・定数Ｋ４：図４に示す一覧表の各値
・設定水位：１．０ｍ，１．５ｍ，２．２ｍ
図４に示す定数Ｋ４の値は、予め様々な出水状況及び設定水位に基づいて実施した定水位制御シミュレーション結果から選定された値である。このように、シミュレーションで用いる定数を予め幾つか用意しておけば、Ｋ４の値を無作為に探る必要がなく、そこから最適なものを選択することができる。
【００６０】
＜シミュレーション結果＞
図５は、上記の条件に基づいて実施した定水位制御シミュレーションの設定水位＝２．２ｍの場合の結果を示す。このシミュレーション結果によれば、各ケースを通して最大水位振幅は１５〜２４ｃｍの範囲内にあることがわかる。ここでは、比較的水位振幅が小さく、過放流などの危険な制御が少なかった定数Ｋ４(9)を選定した。
【００６１】
次に、上記の定水位制御シミュレーションで選定した定数Ｋ４(9)に基づいて、最適な定数Ｋ３，Ｋ４を求めるために定数Ｋ３，Ｋ４の各々の値を修正しながら定水位シミュレーションを繰り返し、最終的には、放流量の乱高下（ハンチング）をなるべく発生させない定数Ｋ３を選定した。
【００６２】
＜シミュレーション結果＞
図６にシミュレーションの最終結果を示す。この結果によれば、定数Ｋ３＝０．１８のときに最大水位振幅が最小値を示していることがわかる。また、５分間変動量も比較的小さな値を示している。しかしながら、洪水流量以下の流入波形（平成４年８月出水記録）に対しては、設定水位＝１．０ｍのときにハンチングが発生したことがわかっている。従って、最大水位振幅が比較的小さく、ハンチングの発生が少ない定数Ｋ３（０．１４，等分増加）を最良の定数として設定し、図７に示す定数Ｋ３，Ｋ４の一覧表を作成した。
【００６３】
従って、“設定水位制御モード”、“定水位放流制御モード”、及び“定水位ＭＡＸ放流制御モード”における目標放流量は、Δｈの値に応じて図７の一覧表から定数Ｋ３，Ｋ４を選び出し、式（７）に代入して算出すればよい。“定水位放流制御モード”及び“定水位ＭＡＸ放流制御モード”での制御タイミングは、例えば１０分間（５分間でもよい）にすればよい。
【００６４】
Ｇ）“時間遅れ制御モード”
この制御モードでは、一定時間前の流入量に相当する量を放流するようにダムゲートを制御する。具体的には、一定時間（例えば、６０分）前の積算流入量を目標貯水池放流量とする。時間遅れ制御モードの制御タイミングは、例えば、１０分間にすればよい。
【００６５】
Ｈ）“ゲート全開制御モード”
この制御モードでは、ゲート放流がフリーフローになった後、ダムゲートが全開になるように制御する。具体的には、貯水位とゲート開度を監視して放流水面とダムゲート下端の差が１．０〜２．０ｍの範囲内にあるかどうかを逐次判別し、上記範囲を外れたとき、放流水面とゲートの差が１．５ｍとなるようにダムゲートを制御する。このゲート全開制御モードでの制御タイミングは、例えば５分間にすればよい。
【００６６】
Ｉ）“ゲート予備降下制御モード”
この制御モードは、全開中のダムゲートを次のゲート制御に備えて放流水面付近まで降下させる。具体的には、貯水位が指定水位に到達したとき、全てのダムゲートを放流水面＋５０ｃｍの位置まで下降させる。
【００６７】
Ｊ）“水位放流量制御モードＩ”
この制御モードでは、貯水位の上昇に応じて放流量を増加させていくようにダムゲートを制御する。具体的には、洪水流量以下の放流において、貯水位が予備放流水位に達したとき、放流量が洪水流量と等しくなるように放流量を増加させていく。この制御モードにおける目標放流量は、以下の式により求められる。
【００６８】
目標ダム放流量＝ＳＱｏｄ＋Ｋ５・（Ｈ−Ｈｏ）３／２  ……（８）
式（８）でＫ５は、以下の式により求められる。
【００６９】
【数１】
2005180133.tif 000003
【００７０】
ここで、Ｑｓ：洪水流量
ＳＱｏｄＩ：水位放流制御モードＩ開始直前（開始時）のダム放流量
Ｈ：水位放流制御モードＩ開始直前（開始時）の貯水位
Ｈｏ：５分前の水位
とする。この水位放流制御モードＩでの制御タイミングは、例えば、５分間にすればよい。
【００７１】
Ｋ）“水位放流量制御モードＩＩ”
この制御モードでは、流入量が洪水流量以下の状態で貯水位がクレスト水位に到達したとき、全てのダムゲートがフリーフロー放流とならないように貯水位上昇に合わせて放流量を増加させていく。この制御モードにおける目標放流量は、以下の式により求められる。
【００７２】
目標ダム放流量＝ＳＱｏｄ＋Ｋ６（Ｈ−Ｈｏ）３／２  ……（１０）
式（１０）でＫ６は、以下の式により求められる。
【００７３】
【数２】
2005180133.tif 000004
【００７４】
ここで、ＳＱｏｄII：水位放流制御モードＩＩ開始直前（開始時）のダム放流量
Ｈ：水位放流制御モードＩＩ開始直前（開始時）の貯水位
Ｈｏ：５分前の水位
とする。この水位放流制御モードＩＩでの制御タイミングは、例えば、５分間にすればよい。
【００７５】
Ｌ）“水位放流量制御モードＩＩＩ”
この制御モードでは、放流量が洪水流量以下の状態で、かつ、水位放流量制御Ｉで対処することができる所定の水位より貯水位が高い場合、貯水位が予備放流水位に達したときに放流量が洪水流量に等しくなるように貯水位に比例して放流量を増加させていく。この制御モードにおける目標放流量は、以下の式により求められる。
【００７６】
【数３】
2005180133.tif 000005
【００７７】
ここで、ＳＱｏｄIII：水位放流制御モードＩＩＩ開始直前（開始時）のダム放流量
Ｈｓ：予備放流水位
Ｈ：水位放流制御モードＩＩＩ開始直前（開始時）の貯水位
Ｈｏ：５分前の水位
とする。この制御モードに基づく目標放流量より基本放流増制御モードに基づく目標放流量の方が多い場合、目標放流量を基本放流増制御モードに基づく目標放流量としてもよい。また、水位放流制御モードＩＩＩの制御タイミングは、例えば、５分間にすればよい。
【００７８】
上記ダムゲート自動制御装置１は、制御タイミング毎に管理情報及び演算情報に基づき、上記のような複数の制御モードから最適な制御モードを選択し、当該制御モードでダムゲートの開閉を自動制御する。
【００７９】
ここで、最適な制御モード選択の基本的な考え方は、以下のとおりである。
【００８０】
操作規程に定められた放流量の範囲内で制御を行うこと、
下流河川水位１．５０ｍ相当量（無害流量Ｑｎ）に達するまでは、放流の原則に基づいて制御を行うこと、
上記の放流の原則に基づく制御中において、流入量の立ち上がりが急激な場合には、流入量勾配相当放流制御モードを用いること、
放流開始が遅れた場合には、河川の従前の機能を維持することを最優先とした制御を行うこと、
ダムゲート操作の経験者の意見を充分に踏まえたものとすること等。
【００８１】
第１実施例では、上記の基本的な考え方に従って決定される最適制御モードの決定条件は、以下の事項を基準とした。
【００８２】
（１）Ｑｏｓ：貯水池放流量（又は、Ｑｏｄ：ダム放流量）
（２）Ｑｉ：流入量
（３）Ｈ：貯水位
（４）ΔＱｉ：流入量の過去５分間の増分
（５）貯水位の変動傾向（増加↑、減少↓、安定→）
（６）流入量の変動傾向（増加↑、減少↓、安定→）
（７）予想流入量の変動傾向（増加↑、減少↓、安定→）
（８）ΔＶ：現在水位から予備放流水位までの貯水容量
（９）Ｑｆフリーフローダム放流量
（１０）ＫＭＱｏｄ：目標ダム放流量
（１１）Σ（Ｑｏｓ−ＰＱｉ）：現在貯水池放流量を維持して予備放流を行った場合の予想予備放流総量（ＰＱｉは予想流入量）。
【００８３】
上記の事項のうち、（５）貯水位の変動傾向、（６）流入量の変動傾向、及び（７）予想流入量の変動傾向の判定方法について説明する。これらの変動傾向（増加↑、減少↓、又は安定→）は、傾向判定値Ｋ７の値に基づいて判定される。傾向判定値Ｋ７は、過去の出水記録（例えば、上述の平成６年２月出水記録など）に基づいてシミュレーションを繰り返し、貯水位及び流入量（予想流入量）の実際の傾向と同様の傾向を示す値を選定する。
【００８４】
貯水位と流入量（予想流入量）の変動傾向を示す傾向判定値Ｋ７は、以下の式により求められる。
【００８５】
Ｋ７＝Ｋ８＋Ｋ９  ……（１３）
ここで、Ｋ７：傾向判定値
Ｋ８：位置関係値
Ｋ９：傾向関係値
Ｋ７の範囲：−４≦Ｋ７≦４
とする。貯水位及び流入量（予想流入量）の各々の変動傾向を示す傾向判定値Ｋ７の求め方は同様であるため、以下、貯水位の変動傾向を示す傾向判定値Ｋ７の求め方について説明する。
【００８６】
位置関係値Ｋ８は、貯水位の５分間、１０分間、２５分間それぞれの変化量の平均値を比較し、図８の一覧表に示す条件に従って設定すればよい。ここで、Ｄ２（５分移動平均値）は、５分前から現在までの貯水位の変化量の平均値であり、Ｄ３（１０分移動平均値）は、１０分前から現在までの貯水位の変化量の平均値であり、Ｄ６（２５分移動平均値）は、２５分前から現在までの貯水位の変化量の平均値である。
【００８７】
傾向関係値Ｋ９は、貯水位の現在の変化量の平均値（５分間、１０分間、２５分間）と一定時間前（５分間、１０分間、２５分間）における変化量の平均値（５分間、１０分間、２５分間）との差に基づいて定められる値（傾向関係値）の和として定義される。具体的には、以下の式により求められる。
【００８８】
Ｋ９＝ＫＤ２＋ＫＤ３＋ＫＤ６  ……（１４）
ここで、Ｋ９：傾向関係値
ＫＤ２：５分間の傾向条件値
ＫＤ３：１０分間の傾向条件値
ＫＤ６：２５分間の傾向条件値
とする。傾向条件値ＫＤ２，ＫＤ３，ＫＤ６の各値は、図９の表に従って定めればよい。図９の表において、“差分”とは、Ｄ２と５分前におけるＤ２との差、Ｄ３と１０分前におけるＤ３との差、及びＤ６と２５分前におけるＤ６との差であり、それぞれの値と定数“α”の値との大小関係から傾向条件値ＫＤ２，ＫＤ３，ＫＤ６の値が決定される。
【００８９】
流入量及び予想流入量の変動傾向の判定方法については、上記の「貯水位の変動傾向」の判定方法の説明において“貯水位の変化量の平均値”としていたところを“流入量（又は予想流入量）の変化量の平均値”とすればよい。
【００９０】
図９の表における“α”の値は、貯水位の傾向を判定する場合と、流入量及び予想流入量を判定する場合とによって異なる。具体的には、貯水位の傾向を判定する場合には、予め実施したシミュレーション等の結果によれば、基本的には２〜３ｃｍ程度とすればよいことがわかっており、この範囲内で値を調整しながらシミュレーションを行えばよい。流入量及び予想流入量の傾向を判定する場合には、基本的には１０分間で１ｃｍの水位変化に相当する流量（例えば、１．０ｍ３／ｓ）とし、シミュレーションの初期設定値とする。また、“α”の値を修正する場合には、予め実施したシミュレーションの結果によれば、初期設定値の０．５〜２倍にすればよいことがわかっている。このように予め実施したシミュレーションの結果などを参照するのは、前述のように定数“α”の値を無作為に探るよりも効率的だからである。
【００９１】
このシミュレーションは、未確定の値である“Ｋ８”と“α”の２つの最適な値を選定するために実施されるが、上述のように“Ｋ８”については、既に一覧表が与えられているため、特別な場合（実際の傾向と判定結果が著しく異なっている場合など）を除き、特に変更する必要はない。すなわち、シミュレーションにおける定数の修正は、“α”についてのみ行えばよい。
【００９２】
シミュレーション結果に基づく“α”の評価における基本的な考え方は、
短時間における傾向判定の急激な変化（上昇傾向↑から下降傾向↓、又はその逆）が発生しない（すなわち、傾向判定は、上昇、安定、下降の順に変化する）こと、
流入量のハンチング等の一時的な逆方向への変化に対しては、できるだけ反応しないこと、
ある程度緩やかな勾配に対しても反応していること（“α”の値を小さくすれば、緩やかな勾配に対しても的確に反応して傾向を示すことができるが、この場合、小さなハンチングに対しても傾向判定の変化が発生しやすくなる。従って、非常に緩やかな勾配を示しているときに急に小さなハンチングが発生した場合には、安定傾向であると判定する。）、
実際の変化に対して、傾向判定結果の遅れが少ないこと
などである。
【００９３】
＜シミュレーション条件＞
上記の考え方に基づく最適な“α”の値を選定するために、“α”の値を変化させながら過去の複数の出水記録（例えば、上述の平成４年８月出水記録など）を用いたシミュレーションを実施する。シミュレーション条件は、以下のように設定した。
【００９４】
貯水位傾向判定シミュレーションの条件：
α＝１．０，２．０，３．０，４．０（ｃｍ）
流入量（予想流入量）傾向判定シミュレーションの条件：
α＝０．５，１．０，１．５，２．０（ｍ３／ｓ）
共通条件：
対象出水記録：過去最大流量の流入波形（例えば、昭和６３年７月）
洪水流量以上の流入波形（例えば、平成５年７月）
洪水流量程度の流入波形（例えば、平成３年９月）
洪水流量以下の流入波形（例えば、平成２年６月）
洪水流量以下の流入波形（例えば、平成４年８月）
上記のようにαを設定し、各出水記録に対してシミュレーションを実施した。
【００９５】
＜シミュレーション結果＞
貯水位傾向判定シミュレーション、流入量（予想流入量）傾向判定シミュレーションの各々の結果の一例を図１０及び図１１に示す。
【００９６】
貯水位傾向判定シミュレーションでは、α＝２．０ｃｍの場合には、傾向判定が敏感（例えば、僅かな水位変動に対して反応していた）になり過ぎていたため、図１０に示すように多少鈍感となるようにα＝３．０ｃｍを最適定数として選定した。
【００９７】
流入量（予想流入量）傾向判定シミュレーションでは、“α”の値を５分間で１ｃｍの水位変化に相当する流量（例えば、２．０ｍ３／ｓ）に設定したとき、図１１に示すように傾向判定が多少鈍感となったので、このα＝２．０を最適定数として選定した。
【００９８】
また、上記の定水位制御シミュレーション、貯水位傾向判定シミュレーション、又は流入量（予想流入量）傾向判定シミュレーションの条件には、過去最大流入波形、洪水流量以上の流入波形、洪水流量程度の流入波形、洪水流量以下の流入波形を示した出水記録の他、１山設計洪水波形や２山設計洪水波形等、ダムゲート操作の実情に即した適宜の流入波形を用いることができる。
【００９９】
次に、最適制御モード決定条件の基準となる事項の（１１）Σ（Ｑｏｓ−ＰＱｉ）について説明する。
【０１００】
ダムゲート自動制御装置１では、制御部２４ａ又は２４ｂの制御手段２６ａ又は２６ｂ（図１）は、最適制御モードの選択に際し、貯水位が予備放流の領域（貯水位が予備放流水位より上で流入量が洪水流量より小さい場合）であって、かつ、現在から定量制御を行うと仮定した場合において、予想流入量と放流量とが等しくなるときに貯水位が予備放流水位まで下がるかどうかを判定するためのシミュレーション（以下「予備放流シミュレーション」という。）を行う。
【０１０１】
図１２は、予備放流シミュレーションの考え方を示す模式図である。図の斜線部分がΣ（Ｑｏｓ−ＰＱｉ）を表している。本発明のダムゲート自動制御装置１では、このΣ（Ｑｏｓ−ＰＱｉ）とΔＶ（現在水位から予備放流水位までの貯水容量）との大小関係を最適制御モードの決定条件の１つとして採用している。具体的には、“Σ（Ｑｏｓ−ＰＱｉ）≧ΔＶ”の状態、すなわち予想流入量と放流量が等しくなるときにＨ≦Ｈｓである状態を、定量放流制御モードの選択条件の１つに設定し、“Σ（Ｑｏｓ−ＰＱｉ）＜ΔＶ”の状態、すなわち予想流入量と放流量とが等しくなるときにＨ＞Ｈｓである状態を、流入量勾配相当制御モード及び基本放流増制御モードの選択条件の１つに設定している。Σ（Ｑｏｓ−ＰＱｉ）は、ダムを管理する上で必要な情報として所定の時間間隔（例えば、１０秒間隔）で常時計算するようにしておくのがよい。
【０１０２】
次に、最適制御モードの選択方法について説明する。ダムゲート制御装置１では、図１３〜図２３に示すように、“ダム放流量Ｑｏｄ”と“流入量変動傾向（上昇↑又は下降↓）”とに関連付けられた複数のページ（例えば、１１ページ）から成るモード移行表に基づいて最適制御モードが選択される。モード移行表を構成する各ページは、貯水位及び流入量の条件に基づいて複数（例えば、４つ）の領域に分けられており、それぞれの領域内には、幾つかの制御モードとそれぞれの制御モードに対応する制御モード決定条件が細かく設定されている。これにより、任意に取得した前述の管理情報及び演算情報に応じて、ダムゲートの開閉を制御するための最適制御モードを自動的に選択することができる。
【０１０３】
モード移行表では、各制御モード名や制御モード決定条件等が略記されているので、それらについて説明する。
【０１０４】
各制御モード名について、“基本増”は“基本放流増制御モード”、“基本減”は“基本放流減制御モード”、“流入勾配”は“流入量勾配相当放流制御モード”、“定量”は“定量放流制御モード”、“定水位（ＭＡＸ）”は“定水位（ＭＡＸ）放流制御モード”、“全開”は“ゲート全開制御モード”、及び“予備降下”は“ゲート予備降下制御モード”のことである。
【０１０５】
制御モード決定条件について、例えば、図１４の“ページ２”の領域“２−１”において、“定水位”の決定条件となっている“前回定水位ＭＡＸ”は、直前に（前回）行われていたダムゲート制御が“定水位ＭＡＸ放流制御モード”を用いていたことを意味している。以下、制御モード決定条件として“前回〜”と記された場合には、これと同様の考え方に基づいて定められた条件である。また、同領域において、“定量”の決定条件が“Ｑｏｓ−ＰＱｉ＞基本２Ｓｔｅｐ”と定められているが、この“基本２Ｓｔｅｐ”とは、現時点のダム放流量に対する放流の原則に基づいた１０分間の許容増減量（図２参照）の２倍の値をいう。以下、モード移行表の制御モード決定条件中に「“ｎ”Ｓｔｅｐ」と表されている場合には、これと同様に現時点のダム放流量に対する放流の原則に基づく１０分間の許容増減量の“ｎ”倍の値をいう。さらに、領域“２−１”において、“定量”の決定条件が上記の条件とは別個に定められている。ここで定められた条件は、“ΣＱｏｓ−ＰＱｉ≧ΔＶ”、“Ｑｏｓ＞Ｑｉ”、“Ｈ↓”の３つであるが、このように複数の決定条件が列記されている場合には、それら全ての条件を満たすことも決定条件の１つとなる。以下、制御モード決定条件が複数定められている場合には、これと同様とする。“Ｈ↓”は、貯水位の増減傾向を示しており、“↓”は貯水位が下降傾向にあることを表している。
【０１０６】
図１５の領域“３−２”において、“全開”の決定条件となっている“定水ＫＭＱｏｄ≧Ｑｆ”及び“全門フリー”について、“定水ＫＭＱｏｄ≧Ｑｆ”とは、直前（前回）のダムゲート制御が“定水位放流制御モード”で行われ、目標放流量がフリーフロー流量より大きい値となっていることを表しており、“全門フリー”とは、“ゲート放流が全ゲートにおいてフリーフローになっている”ことを表している。また、同領域において、“予備降下”の決定条件となっている“Ｑｆ＋Ｑｐ≧Ｑｉ”の“Ｑｐ”は発電使用水量を表している。
【０１０７】
また、上記と同領域“３−２”において、“予備降下”の決定条件として採用された水位に関する値“ｍ”は、ダム毎に適宜定められる値（例えば、５０ｃｍ）である。例えば、ゲート全開制御モードにおいてフリーフロー（ゲート下端と水面との間隔が約１．５ｍ）となっている場合には、水位が所定の水位（例えば、Ｈ＝Ｈｓ＋ｍ）まで下降したときに予備降下制御モードに移行し、水位が予備放流水位Ｈｓに達した時点で放流量が洪水量Ｑｓとなるようにダムゲート制御が行われる。ダムゲートの開閉速度は、比較的遅い（例えば、０．５ｍ／分）ため、このように水位が所定の水位（例えば、Ｈ＝Ｈｓ＋ｍ）に達した時点で予めダムゲートを下降させることによって、操作遅れを防ぐことができる。
【０１０８】
図２４は、本発明のダムゲート自動制御装置１に備えた制御部２４ａ，２４ｂの制御手段２６ａ，２６ｂによるモード移行処理のフローチャートである。ここでいう“モード移行処理”とは、制御部２４ａ，２４ｂの制御手段２６ａ，２６ｂ（図１）が前述の管理情報と演算情報とに対応して最適な制御モードを決定する演算処理をいう。以下、制御手段２６ａ及び２６ｂが行う演算処理は同じなので、以下制御手段２６ａの演算処理として説明する。
【０１０９】
制御手段２６ａは、まず“ダム放流量Ｑｏｄ”と“流入量変動傾向（上昇↑又は下降↓）”とに基づいてモード移行表から適宜の１ページを選択し（ステップ［以下、ＳＴと表記する］１）、ＳＴ２へ移る。具体的には、図２５に示すモード移行表のページ決定条件に従ってページを決定する。
【０１１０】
次に、貯水位と流入量の条件に基づいて、ＳＴ１で選択したページ内を区切る複数の領域から適宜の領域を選択し（ＳＴ２）、ＳＴ３へ移る。具体的には、貯水位Ｈと予備放流水位Ｈｓとの大小関係、及び流入量Ｑｉと洪水流量Ｑｓとの大小関係に基づいて領域を選択する。
【０１１１】
そして、ＳＴ２で選択された領域内に定められた条件に基づいて最適制御モードを選択する（ＳＴ３）。具体的には、例えば、ＳＴ１で“ページ２”が決定され、ＳＴ２で“領域２−１”が選択された場合には、選択可能な制御モードは、図１４のモード移行表のページ２の領域２−１に定められた３種類の制御モードである。制御手段２６ａは、前述の管理情報と演算情報とを領域２−１に示された条件に照らし合わせる。例えば、“Σ（Ｑｏｓ−ＰＱｉ）≧ΔＶ”、“Ｑｏｓ＞Ｑｉ”、及び“Ｈが下降傾向↓にある”の３つの条件を全て満たす場合には、定量放流制御モードを最適制御モードとして選択することになる。予備放流シミュレーションは、このＳＴ３で行われる。
【０１１２】
次に、本発明のダムゲート自動制御装置１によってダムゲート制御を行うときの優先制御部２４ａ（又は待機制御部２４ｂ）の制御手段２６ａ（又は２６ｂ）の演算処理を図２６，２７のメインフローチャートに基づいて説明する。
【０１１３】
まず、制御手段２６ａは、制御開始ボタンが押下されたか否かを判別する（ＳＴ１０）。具体的には、操作員が制御開始ボタンを押下することによって発生する所定の信号が入力されたかどうかを判別する。制御開始時にこのように操作員の意思表示を必要とすることにより、安全にダム操作を行うことができる。また、制御停止時も、これと同様に操作員の意思表示を必要とするのがよい。
【０１１４】
ＳＴ１０の判別が“ＹＥＳ”であれば、以下に示す初期条件を満足しているか否かを判別する（ＳＴ１１）。
【０１１５】
＜初期条件＞
（１）制御対象ゲートの選択が行われていること、
（２）制御方式が選択されていること（具体的には、最適制御モードを自動的に選択する自動切替制御方式、設定水位制御モード，設定流量制御モードによる単モード制御方式のいずれかが選択されていること）、
（３）設定水位制御モード（単モード制御）方式が選択された場合には、前述の現在水位の条件と式（４）を共に満たしていること、
（４）設定流量制御モード（単モード制御）方式が選択された場合には、目標放流量が設定されていること、
（５）制御開始時刻が設定されていること、
（６）制御区分が選択されていること（具体的には、開度信号に基づくダムゲートの目標開度が算出される度に操作員の了承を要する“半自動制御”、又は操作員の了承を必要としない“自動制御”のいずれかが選択されていること）など。
【０１１６】
上記の全ての条件を満たす場合にのみ判別結果が“ＹＥＳ”となり、１つでも条件を満たさない場合には、判別結果は“ＮＯ”となる。
【０１１７】
ＳＴ１１の判別が“ＮＯ”であれば、満たされていない条件に関するエラー情報（例えば、的確な値の入力を要求するメッセージや未選択項目に関する情報など）を操作表示端末２８ａ，２８ｂに表示する（ＳＴ１２）。
【０１１８】
ＳＴ１１の判別が“ＹＥＳ”であれば、選択された制御方式が“自動切替制御方式”である否かを判別する（ＳＴ１３）。
【０１１９】
ＳＴ１３の判別が“ＹＥＳ”であれば、前述のモード移行処理（図２４）を行い（ＳＴ１４）、最適制御モードを１つ選択する。
【０１２０】
ＳＴ１３の判別が“ＮＯ”又はＳＴ１４の後、すなわちダムゲート制御を行う一の制御モードが選択された場合には、当該選択された制御モードが“定水位制御モード”又は“設定水位制御モード”であるか否かを判別する（ＳＴ１５）。
【０１２１】
ＳＴ１５の判別が“ＹＥＳ”、すなわち“定水位制御モード”又は“設定水位制御モード”が選択されている場合には、設定された水位が不感帯から外れているか否かを判別する（ＳＴ１６）。
【０１２２】
ＳＴ１５の判別が“ＮＯ”、すなわち“定水位制御モード”及び“設定水位制御モード”以外の制御モードが選択されている場合、又はＳＴ１６の判別が“ＹＥＳ”、すなわち設定された水位が不感帯（例えば、現在水位と設定水位との差が±３ｃｍ以内の範囲）から外れている場合、選択されている制御モード固有の制御タイミングに到達したか否かを判別する（ＳＴ１７）。
【０１２３】
ＳＴ１７の判別が“ＮＯ”、即ち制御タイミングに到達していない場合には、ＳＴ１３の処理へ移り、上述のように演算処理を繰り返す。
【０１２４】
ＳＴ１７の判別が“ＹＥＳ”、即ち制御タイミングに到達したときは、選択された制御モードに従って目標放流量を求め（ＳＴ１８）、次のステップに移る。
【０１２５】
次に、選択された制御モードが“定水位制御モード”又は“設定水位制御モード”のいずれかであるか否かを判別する（ＳＴ１９）。
【０１２６】
ＳＴ１９の判別が“ＹＥＳ”、すなわち“定水位制御モード”又は“設定水位制御モード”のいずれかが選択されている場合には、ＳＴ１８で求めた目標放流量が、放流の原則（図２）に従って放流量を増加させた値より大きいか否かを判別する（ＳＴ２０）。
【０１２７】
ＳＴ２０の判別が“ＹＥＳ”、すなわちＳＴ１８で求めた目標放流量では、放流の原則を守ることができない場合には、目標放流量を所定の流量で頭打ちにする「目標放流量頭打ち処理」を行い（ＳＴ２１）、次のステップに移る。具体的には、「目標放流量＝現在積算放流量＋放流の原則に基づく放流量の増加量」の式に基づいて目標放流量を改めて計算する。
【０１２８】
次に、目標放流量を更新する（ＳＴ２２）。具体的には、目標放流量を、ＳＴ１９又はＳＴ２０の判別が“ＮＯ”の場合にはＳＴ１８で求めた値、或いはＳＴ２０の判別が“ＹＥＳ”の場合にはＳＴ２１で求めた値に更新する。
【０１２９】
目標放流量を更新した（ＳＴ２２）後、現在のダムゲート開度、現在放流量、及び算出した目標放流量などに基づいて、当該目標放流量を達するために必要なゲート開度を求める（ＳＴ２３）。この処理では、求めたゲート開度に基づいてゲート駆動装置８（図１）を作動させるための開度信号を生成した後、次のステップ（図２７）に移るようにした。
【０１３０】
ＳＴ２３の後、選択された制御区分が“自動制御”であるか否かを判別する（ＳＴ２４）。
【０１３１】
ＳＴ２４の判別が“ＹＥＳ”、すなわち“自動制御”が選択されている場合には、１回目の制御であるか否かを判別する（ＳＴ２５）。「１回目の制御」の基本的な考え方を説明する。第１実施例のダムゲート自動制御装置１では、優先制御部２４ａ（又は待機制御部２４ｂ）の制御手段２６ａ（又は２６ｂ）が、このメインフローチャートのＳＴ１３〜ＳＴ２７の演算処理を繰り返すことによって、ダムゲートを制御する。そこで、ＳＴ２５では、ＳＴ２７の演算処理を行った回数を基準として１回目の制御であるか否かを判別する。
【０１３２】
ＳＴ２４の判別が“ＮＯ”、すなわち“半自動制御”が選択されている場合、又はＳＴ２５の判別が“ＹＥＳ”、すなわち１回目制御の場合には、ダムゲート制御を実行してもよいか否かを判別する（ＳＴ２６）。具体的には、ＳＴ１８又はＳＴ２１で求めた目標放流量やＳＴ２３で求めたゲート開度がダムゲート制御上安全な値であるか否かなどの観点から、操作員がスタートスイッチを押下するなどして所定の信号が入力されたか否かを判別することになる。このように、制御区分が“半自動制御”である場合、又は“自動制御”かつ“１回目制御”の場合には、安全なダムゲート操作を考慮して、操作員による意思表示がなければ制御が実行されないようにしておくことが好ましい。
【０１３３】
従って、ＳＴ２６の判別が“ＮＯ”、すなわち操作員によりダムゲート制御を行うことができないと判断され、ストップスイッチが押下されるなどして制御停止を表す信号を受けた場合には、優先制御部２４ａ（又は待機制御部２４ｂ）の制御手段２６ａ（又は２６ｂ）は演算処理を終了する（ＥＮＤ）。
【０１３４】
ＳＴ２５の判別が“ＮＯ”、すなわち制御区分が“自動制御”であって、２回目以降の制御である場合、又はＳＴ２６の判別が“ＹＥＳ”、すなわち制御開始を示す信号が入力された場合、ＳＴ２３で求めた開度信号に基づいて、対象ダムゲートの開閉を制御する（ＳＴ２７）。具体的には、優先制御部２４ａ（又は待機制御部２４ｂ）の制御手段２６ａ（又は２６ｂ）は、ＳＴ２３で求めたゲート開度に基づく開度信号を入出力中継装置１０（図１）の優先処理部２３ａ（又は待機処理部２３ｂ）に送る。開度信号を受けた優先処理部２３ａ（又は待機処理部２３ｂ）は、それを入出力部２２を介してゲート駆動装置８へ送る。開度信号を受けたゲート駆動装置８は、それに従って対象ダムゲートの開閉を行う。
【０１３５】
次に、ダムゲート制御を続行するか否かを判別する（ＳＴ２８）。具体的には、操作員が制御停止ボタンを押下するなどして制御停止を要求する信号が入力されたとき、それに従ってダムゲート制御を中止する。第１実施例のダムゲート制御装置１では、ダムゲート制御開始時において操作員の意思表示を要求しているように、ダムゲート制御終了（停止）時においても操作員の意思表示を要求するようにした。
【０１３６】
図２６，２７のメインフローチャートに示すように、ダムゲート自動制御装置１によれば、制御部２４ａ，２４ｂの制御手段２６ａ，２６ｂがＳＴ１０〜ＳＴ２８の演算処理を実行することによって、最適制御モードを自動的に選択し、ダムゲートの開閉を自動的に制御することができるようになっているが、上記のように開始時と終了（中止）時に操作員による手動操作（意思表示）を介入させることによって、ダムゲート操作を安全に行うことができる。
【０１３７】
図２８〜図３０は、第１実施例のダムゲート自動制御装置１によって実際にダムゲートの開閉を制御したときの制御記録（ハイドログラフ）である。図２８は初期水位Ｈが予備放流水位Ｈｓより高い場合、図２９は初期水位Ｈが予備放流水位Ｈｓより低い場合、及び図３０は予備放流が遅れて予備放流水位を確保できなかった場合を示す。
【０１３８】
以上のように、ダムゲートの開閉を行うための複数の制御モードを、上流河川の雨量及び水位、貯水池の雨量及び水位、ゲート開度などの管理情報と、これから求められる放流量、流入量、予想流入量、現在積算流入量、現在積算放流量、予想流入量増減傾向、貯水位増減傾向などの演算情報とに関連付けておくことによって、任意のタイミングで取得した管理情報及び演算情報に対応して最適制御モードを選択することができるようになっている。このように、複数の制御モードを自動的に選択して連続的に組み合わせてダム制御を行うことによって、従来の操作員による手動操作（複数の単モードを手動で組み合わせていく操作）と同様の態様でダムゲートの自動制御を行うことができる。
【０１３９】
以上、第１実施例について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。以下、本発明の第２実施例について説明する。
【０１４０】
第１実施例で説明したモード移行表は、“水位放流量制御モードＩ”，“水位放流量制御モードＩＩ”，“水位放流量制御モードＩＩＩ”の３つの制御モードを含んでいない。そこで、本発明の第２実施例として、これら３つの制御モードをモード移行表に含ませた場合について説明する。装置の構成については、第１実施例のダムゲート自動制御装置１と同様とする。
【０１４１】
図３１は、貯水位Ｈとダム放流量Ｑｏｄの関係に基づいて設定された複数の領域（例えば、“領域Ａ〜Ｇ”と“あり得ない領域”の８つの領域）を示す図である。第１実施例のモード移行表（図１３〜２３）では、貯水位Ｈの条件に基づく領域区分は、予備放流水位Ｈｓのみを基準としていたが、第２実施例では、図３１に示すようにページ内の領域を区分するための貯水位Ｈの条件として予備放流水位Ｈｓのほかに複数の水位を設定した。例えば、「Ｈｓ−ｍ１」、「Ｈｓ−ｍ２」、及び「Ｈｎ」の３つの水位である。
【０１４２】
「Ｈｓ−ｍ１」における定数“ｍ１”の値は、ダム毎に定められる値であり、例えば、５ｃｍとすればよい。ダムゲートの自動制御においては、この「Ｈｓ−ｍ１」の示す水位が“水放流量制御モードＩ”による目標水位とされる。
【０１４３】
「Ｈｓ−ｍ２」における定数“ｍ２”の値は、ダム毎に定められる値であり、例えば、１５ｃｍとすればよい。この「Ｈｓ−ｍ２」の示す値は、予備放流時において目標水位とされる値である。
【０１４４】
「Ｈｎ」は、ダム放流量Ｑｏｄ＝Ｑｎ（下流ネック地点水位１．５ｍ相当流量）のときに“水位放流量制御モードＩ”を用いることができる最高水位を示している。すなわち、ダム放流量Ｑｏｄ＝Ｑｎであって、かつ、現在水位Ｈ＞Ｈｎである場合には、“水位放流量制御モードＩ”を用いることができないことになる。
【０１４５】
このように貯水位Ｈに基づくページ内の領域区分の条件として複数の基準（水位）を設定することによって、管理情報と演算情報とに対応して一層的確なダムゲート制御を行うことができる。
【０１４６】
図において、“水放Ｉ”、“水放ＩＩ”とあるのは、“水位放流量制御モードＩ”、“水位放流量制御モードＩＩ”のことであり、貯水位とダム放流量の関係がそれぞれの“ライン”より高い位置にある場合には、“水位放流量制御モードＩ”又は“水位放流量制御モードＩＩ”によるダムゲート制御を行うことができないようになっている。従って、この条件も踏まえてモード移行表が作成される。また、“フリーフローライン”は、フリーフロー放流時の貯水位とダム放流量の関係を示すラインである。このように、水位放流量制御モードＩ，ＩＩ，ＩＩＩを用いる場合には、貯水位Ｈとダム放流量Ｑｏｄの関係を表す領域を区切るために斜め（又は曲線）のラインを用いることになる。従って、第１実施例のモード移行表（図１３〜２３）のように、各ページ内の領域を貯水位に基づいて単純に横に区切ることができない。そこで、図３１に示すように貯水位Ｈとダム放流量Ｑｏｄの関係に基づいて複数の領域（例えば、“Ａ”〜“Ｇ”など）を設定した。
【０１４７】
図３２〜図３８は、図３１の領域Ａ〜Ｇに対応させて制御モードを設定した第２実施例のモード移行表である。ダムゲート自動制御装置１の制御部２４ａ，２４ｂの制御手段２６ａ，２６ｂは、モード移行処理において図３１の領域図を参照して現時点の貯水位Ｈとダム放流量Ｑｏｄの関係に基づく領域をＡ〜Ｇから選択する。具体的には、図２４のモード移行処理のＳＴ２（領域選択）において、貯水位Ｈとダム放流量Ｑｏｄとを比較し、図３１の表から１つの領域を選択する。この選択結果と流入量Ｑｉの条件（洪水量Ｑｓとの大小関係）とに基づいてモード移行表のページ内の領域を選択する。第２実施例のモード移行表作成において、最適制御モード選択の基本的な考え方は、第１実施例の場合と同様である。
【０１４８】
第２実施例のダムゲート自動制御装置１で採用したモード移行表では、第１実施例のモード移行表と同様に、制御モード名や制御モード決定条件等が略記されている。基本的には、第１実施例で用いたモード移行表の表現と同様であるが、第２実施例のモード移行表において“水放Ｉ”、“水放ＩＩ”、“水放ＩＩＩ”と記された場合には、それぞれ“水位放流量制御モードＩ”、“水位放流量制御モードＩＩ”、“水位放流量制御モードＩＩＩ”を表している。
【０１４９】
制御モード決定条件については、例えば、モード移行表の“ページ２”で貯水位の条件が“Ｄ領域，Ｈｓ−ｍ２＜Ｈ≦Ｈｓ”である場合において、“水放ＩＩＩ”の決定条件として採用された“Ｃ→Ｄ”とは、貯水位がＣ領域からＤ領域（図３１）へ上昇したことを表している。以下、同モード移行表において“Ｃ→Ｄ”と表された場合には、これと同様である。
【０１５０】
図３９〜４１は、第２実施例のモード移行表を用いてダムゲートの開閉を制御したときの制御記録（ハイドログラフ）である。図３９は初期水位Ｈが予備放流水位Ｈｓより高い場合、図４０は初期水位Ｈが予備放流水位Ｈｓより低い場合、及び図４１予備放流が遅れて予備放流水位Ｈｓを確保できなかった場合を示している。ダムゲート自動制御装置１は、このようにさまざまなダムの状態に対応して、従来の操作員による手動操作と同様の自動制御を行うことができる。
【０１５１】
図４０の初期水位Ｈが予備放流水位Ｈｓより低い場合のハイドログラフでは、“Ａ”、“Ｂ”、“Ｃ”と記された３種類の初期水位に対する制御記録が重ねて記されている。この３種類の初期水位は、それぞれクレスト水位Ｈｃ以下であり、１回目の制御モードとして“水位放流量制御モードＩＩ”が適用される可能性を有している。しかしながら、図４０のいずれの制御記録においても“水位放流量制御モードＩＩＩ”が適用されていない。“水位放流量制御モードＩＩＩ”が適用されるためには、放流量が洪水量以下の状態において“水位放流量制御モードＩ”を適用可能な水位よりも現在水位が高い必要があるからである。具体的には、図３１に示した“水放Ｉライン”より水位が高い必要があるが、ここでは図４０の“Ａ”、“Ｂ”、“Ｃ”のいずれの場合においても、この条件が満たされなかったということである。
【０１５２】
以上、実施例について説明したが、本発明は上記実施例に限られず、例えば、遅らせ方式を採用しているダムに対しては、手動操作によるダムゲート制御の実情に合わせて、前述の“時間遅れ制御モード”をモード移行表に組み入れればよい。
【０１５３】
また、第１実施例のダムゲート自動制御装置１では、制御部２４ａ，２４ｂが備える制御手段２６ａ，２６ｂと記憶手段２７ａ，２７ｂとを用いてダムゲートの開閉を制御するようになっているが、例えば、ダムゲートを開閉するための制御モードを複数記憶する記憶手段を、制御部２４ａ，２４ｂの外部に設けることができる。具体的には、制御手段をＣＰＵとして、記憶手段をＲＯＭ、ＲＡＭ、又はハードディスク等の任意の手段とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１５４】
【図１】第１実施例のダムゲート自動制御装置をダムに適用したときの構成を示すブロック図。
【図２】ａは、放流の原則に基づく放流量の１０分間における許容増減量を示すグラフ。ｂは、ａのグラフに基づく表。
【図３】定数Ｋ４を固定し、過去の流入波形に対して定水位制御モードを適用したシミュレーション結果を示す表。
【図４】Δｈの値に対する定数Ｋ４の設定値の一覧表。
【図５】図４の一覧表に基づく定数Ｋ４を用いて定水位制御モードを適用したシミュレーション結果を示す表。
【図６】定水位制御モードを適用したシミュレーションの最終結果を示す表。
【図７】定水位制御モードを適用したシミュレーションに基づいて決定した定数Ｋ３，Ｋ４の一覧表。
【図８】位置関係値Ｋ８の設定条件とそれに対応する値を示す表。
【図９】傾向条件値ＫＤ２，ＫＤ３，ＫＤ６の設定条件とそれに対応する値を示す表。
【図１０】α＝３．０のときの貯水位傾向判定シミュレーションの結果を示すグラフ。
【図１１】α＝２．０のときの流入量傾向判定シミュレーションの結果を示すグラフ。
【図１２】予備放流シミュレーションの考え方を示す模式図。
【図１３】第１実施例のモード移行表のページ１。
【図１４】第１実施例のモード移行表のページ２。
【図１５】第１実施例のモード移行表のページ３。
【図１６】第１実施例のモード移行表のページ４。
【図１７】第１実施例のモード移行表のページ５。
【図１８】第１実施例のモード移行表のページ６。
【図１９】第１実施例のモード移行表のページ７。
【図２０】第１実施例のモード移行表のページ８。
【図２１】第１実施例のモード移行表のページ９。
【図２２】第１実施例のモード移行表のページ１０。
【図２３】第１実施例のモード移行表のページ１１。
【図２４】制御部の制御手段が行うモード移行処理のフローチャート。
【図２５】モード移行表のページ決定条件を示す表。
【図２６】ダムゲート自動制御のメインフローチャート。
【図２７】ダムゲート自動制御のメインフローチャート。
【図２８】初期水位が予備放流水位より高い場合のゲート制御を示すハイドログラフ。
【図２９】初期水位が予備放流水位より低い場合のゲート制御を示すハイドログラフ。
【図３０】予備放流が遅れ、予備放流水位を確保できなかった場合のゲート制御を示すハイドログラフ。
【図３１】貯水位と放流量の関係に基づいて設定された領域を示す図。
【図３２】第２実施例のモード移行表のページ１。
【図３３】第２実施例のモード移行表のページ２。
【図３４】第２実施例のモード移行表のページ３。
【図３５】第２実施例のモード移行表のページ４。
【図３６】第２実施例のモード移行表のページ５。
【図３７】第２実施例のモード移行表のページ６。
【図３８】第２実施例のモード移行表のページ７。
【図３９】初期水位が予備放流水位より高い場合のゲート制御を示すハイドログラフ。
【図４０】初期水位が予備放流水位より低い場合のゲート制御を示すハイドログラフ。
【図４１】予備放流が遅れ、予備放流水位を確保できなかった場合のゲート制御を示すハイドログラフ。
【符号の説明】
【０１５５】
１…ダムゲート自動制御装置、２…上流雨量計、３…上流水位計、４…テレメータ送信装置、５…テレメータ受信装置、６…ダム雨量計、７…ダム水位計、８…ゲート駆動装置、９…ゲート開度計、１０…入出力中継装置、１１…操作表示卓、１２…電力所（電力センタ）、１３…データ伝送部、１４…通信制御部、１５…情報伝送装置、１６…操作記録プリンタ、１７…観測記録プリンタ、２０…システム監視卓、２１ａ，２１ｂ…通信回線、２２…入出力部、２３ａ…優先処理部、２３ｂ…待機処理部、２４ａ…優先制御部、２４ｂ…待機制御部、２５…支援端末、２６ａ，２６ｂ…制御手段、２７ａ，２７ｂ…記憶手段、２８ａ，２８ｂ…操作表示端末。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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