(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子計算機に、貯水池の水位と、前記貯水池の放流部に上下動可能に設けられたゲートの開度とを入力し、前記放流部における水位と前記ゲートの開度との相対関係に基づいて放流状態がフリーフロー状態かオリフィス状態かを周期的に判別し、該判別結果に基づいて放流量を算出するゲート放流量算出方法であって、
前記電子計算機は、各周期の放流量算出時の前記放流状態がフリーフロー状態かオリフィス状態かを記憶しておき、今回周期における前記ゲートの開度が設定開度未満のとき、前回周期の放流量算出時に記憶された放流状態がフリーフロー状態であれば今回周期の放流状態をフリーフロー状態と判別し、オリフィス状態であれば今回周期の放流状態をオリフィス状態と判別し、該判別結果に基づいて今回周期の放流量を算出することを特徴とするゲート放流量算出方法。
【請求項２】
請求項１記載の放流量算出方法において、
前記電子計算機には、予め、貯水池の水位に対応して、前記放流状態がフリーフロー状態である最小のゲート開度がオリフィス開度、前記放流状態がオリフィス状態である最大のゲート開度がフリーフロー開度としてそれぞれ設定され、前記設定開度は前記フリーフロー開度であり、
今回周期における前記ゲート開度が、オリフィス開度≦今回周期におけるゲート開度＜フリーフロー開度のときは、前回周期の放流状態がフリーフロー状態であれば今回周期の放流状態はフリーフロー状態であり、前回周期の放流状態がオリフィス状態であれば今回周期の放流状態はオリフィス状態であると判別し、該判別結果に基づいて今回周期の放流量を算出することを特徴とするゲート放流量算出方法。
【請求項３】
貯水池の水位と、前記貯水池の放流部に上下動可能に設けられたゲートの開度を入力とし、前記放流部における水位と前記ゲートの開度との相対関係に基づいて放流状態がフリーフロー状態かオリフィス状態かを周期的に判別し、該判別結果に基づいて放流量を算出するゲート放流量演算部と、前記貯水池の水位と前記ゲートの開度及び設定された放流量を入力として前記ゲートの目標開度を算出する制御量演算部と、前記算出された目標開度をゲートの開閉信号に変換してゲートの開度を制御するゲート制御部とを備えてなるダム制御装置であって、
前記ゲート放流量演算部は、各周期の放流量算出時の前記放流状態がフリーフロー状態かオリフィス状態かを記憶する状態記憶手段と、今回周期における前記ゲートの開度が設定開度未満のとき、前回周期の放流量算出時に記憶された放流状態がフリーフロー状態であれば今回周期の放流状態をフリーフロー状態と判別し、オリフィス状態であれば今回周期の放流状態をオリフィス状態と判別する状態判別手段とを備えてなるダム制御装置。
【請求項４】
請求項３記載のダム制御装置において、
前記ゲート放流量演算部は、予め、貯水池の水位に対応してそれぞれ設定された、前記放流状態がフリーフロー状態である最小のゲート開度であるオリフィス開度、前記放流状態がオリフィス状態である最大のゲート開度であるフリーフロー開度を格納する記憶手段を備え、
前記状態判別手段は、前記設定開度を前記フリーフロー開度とし、今回周期における前記ゲート開度が、オリフィス開度≦今回周期におけるゲート開度＜フリーフロー開度のときは、前回周期の放流状態がフリーフロー状態であれば今回周期の放流状態はフリーフロー状態であり、前回周期の放流状態がオリフィス状態であれば今回周期の放流状態はオリフィス状態であると判別するように構成されていることを特徴とするダム制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダムのゲート放流量算出方法及びダム制御装置に係り、特に、ダム水位がゲート下端面近傍にある場合のゲート放流量算出精度の向上に配慮した技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダムなどの貯水池を管理するに際し、ダムで計測される貯水池水位やゲート開度その他の管理情報に基づいて求められる演算情報については、精度の向上が課題である。特にゲート放流量に関しては、その誤差によってダム下流域に対して多大な影響を及ぼす可能性があるため、より精度の高いものが要求される。
【０００３】
特許文献１には、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（貯水位やゲート開度のほか、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度に関する信号を生成する装置が開示されている。
【０００４】
特許文献１記載の装置は、ダム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放流量を算出し、算出された放流量に合わせてダムゲートの開度を算出する。
【０００５】
ゲート放流量の算出方式は、オリフィス状態とフリーフロー状態によって異なる。フリーフロー状態とは、ゲート下面が放流される水に接することなく放流される状態であり、オリフィス状態とは、ゲート下面が放流される水に接して放流される状態である。
【０００６】
前記特許文献１記載の装置は、１つの貯水池水位に対して１つのフリーフロー開度（フリーフロー状態で放流される最小開度）を決定し、現在開度と現在水位に対応するフリーフロー開度を比較する。現在開度が現在水位に対応するフリーフロー開度より小さいとき、放流状態はオリフィス状態と判別し、現在開度が現在水位に対応するフリーフロー開度より大きいとき、放流状態はフリーフロー状態であると判別する。
【０００７】
オリフィス状態の場合、現在水位および現在開度より、ゲート放流量（オリフィス流量）が算出される。一方フリーフロー状態の場合、現在開度に関係なく、現在水位のみでゲート放流量（フリーフロー流量）が算出される。
【０００８】
なお、ここでいうゲートは、ダムの放流堤の上方に、上下動可能に配置され、ゲート下面と放流堤上面の間隔（ゲートの開度）を変化させることで放流量を調整する構造のものである。
【０００９】
【特許文献１】特開２００５-１８０１３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、ゲートが上昇し、放流状態がオリフィス状態からフリーフロー状態に移行するとき、あるいはダムの水位が低下して放流状態がオリフィス状態からフリーフロー状態に移行するときは、図２（ａ）に示す通り、ゲート前面水位は実際の貯水池水位にほぼ等しい。つまり、ゲートが上昇する場合、ゲート開度がフリーフロー開度Ａになったとき、放流状態がオリフィス状態からフリーフロー状態に移行する。
【００１１】
一方、フリーフロー状態では、図２（ｂ）に示すように、ダム水面は、ゲート前面に近づくにつれて低下する。このため、ゲートを下降させてフリーフロー状態からオリフィス状態に移行するときは、実際の貯水池水位（ゲートから十分はなれた位置での貯水池水位）が前記図２（ａ）と同じであっても、ゲート開度が前記フリーフロー開度Ａより小さいオリフィス開度Ｂになる位置にゲートを下降させないとオリフィス状態にならない。逆にフリーフロー状態からダムの水位が上昇してくる場合、実際の貯水池水位が前記図２（ａ）と同じになっても、ゲート開度が前記フリーフロー開度Ａであれば、放流状態はオリフィス状態のままである。
【００１２】
したがって、ゲート下面位置が貯水池水面位置に近く、かつ貯水池水面位置より低い位置にあるときは、同じ貯水池水位でも、オリフィス状態からフリーフロー状態になる場合のゲート開度（フリーフロー開度Ａ）と、フリーフロー状態からオリフィス状態になる場合のゲート開度（オリフィス開度Ｂ）が異なるため、同じ貯水池水位・開度でも、実際のゲート放流量は異なることになる。
【００１３】
ところが、従来の技術では、フリーフロー状態からオリフィス状態になる場合も、「フリーフロー開度Ａ」のみ使用してゲート状態を判定しているため、図２（ｂ）の場合はオリフィスとみなしてゲート放流量を算出することとなり、ゲート放流量が実際より少なく算出されてしまい、算出されたゲート放流量の精度が低下するという問題がある。  特許文献１においても、前記の場合を判別してゲート放流量を算出することは記載されていない。
【００１４】
本発明の課題は、ゲート放流量算出の精度を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記課題は、ゲート放流量算出時に、前回のゲート放流量算出時に記憶しておいたゲート状態をもとに現在のゲート状態を判別することで達成できる。
【００１６】
前記課題を解決する本発明の手段は、具体的には、電子計算機に、貯水池の水位と、前記貯水池の放流部に上下動可能に設けられたゲートの開度とを入力し、前記放流部における水位と前記ゲートの開度との相対関係に基づいて放流状態がフリーフロー状態かオリフィス状態かを周期的に判別し、該判別結果に基づいて放流量を算出するゲート放流量算出方法であって、前記電子計算機は、各周期の放流量算出時の前記放流状態がフリーフロー状態かオリフィス状態かを記憶しておき、今回周期における前記ゲートの開度が設定開度未満のとき、前回周期の放流量算出時に記憶された放流状態がフリーフロー状態であれば今回周期の放流状態をフリーフロー状態と判別し、オリフィス状態であれば今回周期の放流状態をオリフィス状態と判別し、該判別結果に基づいて今回周期の放流量を算出することを特徴とする。
【００１７】
貯水池がある水位にあるとき、ダム放流部の水流とゲートの相対関係（以下、ゲート状態あるいは放流状態という）は、フリーフロー状態もしくはオリフィス状態であり、貯水池水位及びゲート状態によって放流量は異なる。したがって、放流量の算出に際しては、前記ゲート状態を判別し、ゲート状態に応じた算出を行う必要がある。
【００１８】
一方、貯水池水位が一定であっても、フリーフロー状態の放流部に上方からゲートを下降させて放流部がオリフィス状態に切り換わる時のゲート開度（オリフィス開度）は、放流部がオリフィス状態のときにゲートを上昇させてフリーフロー状態に切り換わるときのゲート開度（フリーフロー開度）よりも小さい。つまり、フリーフロー開度とオリフィス開度の間のゲート開度では、ゲートがフリーフロー状態の水流に対して下降してきたときはフリーフロー状態であるのに、ゲートがオリフィス状態の放流部から上昇してきた場合はオリフィス状態である。すなわち、前回周期におけるゲート状態により、今回周期におけるゲート状態を判別できる。
【００１９】
上記本願発明の構成によれば、放流量を周期的に算出する際に、算出時のゲート状態をその都度記憶しておき、放流量算出時に前回算出周期のゲート状態を参照して今回周期のゲート状態を判定するから、ゲート開度が前記フリーフロー開度とオリフィス開度の間の開度であっても、現在のゲート状態を正しく判定することができ、放流量算出の精度が向上する。
【００２０】
さらに具体的には、上記手段において、予め、貯水池の水位に対応して、前記放流状態がフリーフロー状態である最小のゲート開度がオリフィス開度、前記放流状態がオリフィス状態である最大のゲート開度をフリーフロー開度としてそれぞれ設定しておき、前記設定開度は前記フリーフロー開度であり、今回周期における前記ゲート開度が、オリフィス開度≦今回周期におけるゲート開度＜フリーフロー開度のときは、前回周期の放流状態がフリーフロー状態であれば今回周期の放流状態はフリーフロー状態であり、前回周期の放流状態がオリフィス状態であれば今回周期の放流状態はオリフィス状態であると判別し、該判別結果に基づいて今回周期の放流量を算出する手順を含んで構成するのが望ましい。
【００２１】
前記課題はまた、貯水池の水位と、前記貯水池の放流部に上下動可能に設けられたゲートの開度を入力とし、前記放流部における水位と前記ゲートの開度との相対関係に基づいて放流状態がフリーフロー状態かオリフィス状態かを周期的に判別し、該判別結果に基づいて放流量を算出するゲート放流量演算部と、前記貯水池の水位と前記ゲートの開度及び設定された放流量を入力として前記ゲートの目標開度を算出する制御量演算部と、前記算出された目標開度をゲートの開閉信号に変換してゲートの開度を制御するゲート制御部とを備えてなるダム制御装置であって、前記ゲート放流量演算部は、各周期の放流量算出時の前記放流状態がフリーフロー状態かオリフィス状態かを記憶する状態記憶手段と、今回周期における前記ゲートの開度が設定開度未満のとき、前回周期の放流量算出時に記憶された放流状態がフリーフロー状態であれば今回周期の放流状態をフリーフロー状態と判別し、オリフィス状態であれば今回周期の放流状態をオリフィス状態と判別する状態判別手段とを備えてなるダム制御装置によっても、解決される。
【００２２】
前記ゲート放流量演算部は、予め、貯水池の水位に対応してそれぞれ設定された、前記放流状態がフリーフロー状態である最小のゲート開度であるオリフィス開度、前記放流状態がオリフィス状態である最大のゲート開度であるフリーフロー開度を格納する記憶手段を備え、前記状態判別手段は、前記設定開度を前記フリーフロー開度とし、今回周期における前記ゲート開度が、オリフィス開度≦今回周期におけるゲート開度＜フリーフロー開度のときは、前回周期の放流状態がフリーフロー状態であれば今回周期の放流状態はフリーフロー状態であり、前回周期の放流状態がオリフィス状態であれば今回周期の放流状態はオリフィス状態であると判別するように構成されていることが望ましい。
【発明の効果】
【００２３】
ゲート放流量算出時に、前回のゲート放流量算出時に記憶しておいたゲート状態をもとに現在のゲート状態を正確に判別することにより、より精度の高いゲート放流量の算出が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の実施の形態に係るダム制御システムを図４に示す。図示のダム制御システムは、貯水池の放流堤の上方に上下動可能に設けられたゲート３１０と、ゲート３１０に開閉信号を送ってその動作を制御するダム制御装置３０１と、予め定められた時間間隔、例えば数秒乃至数十秒間隔でゲート３１０の開度を検出してダム制御装置３０１に伝送する開度計３０９と、前記予め定められた時間間隔でダムの水位を検出してダム制御装置３０１に伝送する水位計３０８とを含んで構成されている。
【００２５】
ダム制御装置３０１は電子計算機であり、前記水位計３０８及び開度計３０９の出力が入力されるデータ入出力部３０６と、データ入出力部３０６に接続され、前記水位計３０８及び開度計３０９の出力を入力として流入量、ゲート放流量を含むダム諸量を前記予め定められた時間間隔で算出するダム諸量演算部３０３と、ダム諸量演算部３０３に接続され、ダム諸量演算部３０３で算出されたダム諸量を画面表示するとともに、目標放流量が入力される表示端末部３０２と、表示端末部３０２及びデータ入出力部３０６に接続された制御量演算部３０５と、入力側をデータ入出力部３０６に接続され、出力側を前記ゲート３１０に接続されたゲート制御部３０７とを含んで構成されている。
【００２６】
制御量演算部３０５は、表示端末部３０２から入力される目標放流量、データ入出力部３０６から入力されるダムの現在水位、ゲート開度を入力として目標開度を算出し、データ入出力部３０６を介してゲート制御部３０７に出力する。ゲート制御部３０７は、入力された目標開度を開閉信号に変換し、ゲート３１０を動作させる。
【００２７】
ダム諸量演算部３０３は、ゲート放流量演算部３０４を含んで構成され、ゲート放流量演算部３０４は、貯水池水位と、ゲート開度と、貯水池水位に対応して設定されたフリーフロー開度及びオリフィス開度と、それらに対応するゲート放流量の関係を示す「水位−開度−ゲート放流量変換テーブル」を記憶する記憶手段と、ゲート放流量算出ごとに前記放流堤（以下、放流部という）における水流と前記ゲートの相対関係（以下、ゲート状態あるいは放流状態という）がフリーフロー状態かオリフィス状態を記憶する状態記憶手段とを備え、各ゲート放流量算出時に、前回のゲート放流量算出時に記憶したゲート状態に基づいて現在のゲート状態を判別してゲート放流量を算出するようになっている。
【００２８】
図３に、ゲート放流量演算部３０４に格納された「水位−開度−ゲート放流量変換テーブル」を示す。「水位−開度−ゲート放流量変換テーブル」のＸ１〜Ｘ４はダムの水位を示し、Ｙ１″〜Ｙ４″は、それぞれ上段に記載されたダム水位に対応するオリフィス開度（図２（ｂ）のオリフィス開度Ｂに相当）、Ｙ１′〜Ｙ４′は、それぞれ上段に記載されたダム水位に対応するフリーフロー開度（図２（ａ）のフリーフロー開度Ａに相当）である。Ｚ１〜Ｚ４は、それぞれ上段に記載されたダム水位に対応するフリーフロー流量である。Ｙ１〜Ｙ４は、Ｙ１″〜Ｙ４″よりも小さいゲート開度であり、太線で囲まれた枠内のＺ１１〜Ｚ４４は、それぞれ上段の水位と左端のゲート開度に対応するオリフィス流量である。
【００２９】
本実施の形態では、前述のように、ダムの水位がゲートから十分離れた、フリーフロー放流による水面低下の影響のない位置におけるダム水位がある水位にあるとき、ゲートをオリフィス状態から上昇させてフリーフロー状態になるときのゲート開度をフリーフロー開度、同じダム水位でフリーフロー状態からゲートを下降させてオリフィス状態になるときのゲート開度をオリフィス開度に設定する。
【００３０】
すなわち、現在のゲート開度が、オリフィス開度≦現在のゲート開度＜フリーフロー開度のときは、放流状態がオリフィス状態なのかフリーフロー状態なのかは、前回周期における放流状態（ゲート状態）がフリーフロー状態だったのか、オリフィス状態だったのかによって決まる。つまり、現在のゲート開度が、オリフィス開度≦現在のゲート開度＜フリーフロー開度のときは、前回周期における放流状態（ゲート状態）がフリーフロー状態であれば現在の放流状態（ゲート状態）はフリーフロー状態であり、前回周期における放流状態（ゲート状態）がオリフィス状態であれば現在の放流状態（ゲート状態）はオリフィス状態である。
【００３１】
本発明は上記事項を用いてダム放流量を算定するもので、以下、本発明の実施の形態に係るゲート放流量算出処理フローを図１に示す。本フローは、ゲート放流量演算部３０４の、所定の計算周期における１回の処理の流れを示すものである。
【００３２】
装置が起動され、ゲート放流量計算が開始される（手順１０１）と、まず、データ入出力部３０６から現在のダム水位、ゲート開度が取り込まれ、内蔵された「水位−開度−ゲート放流量変換テーブル」から、取り込まれた現在のダム水位に基づいてオリフィス開度、フリーフロー開度が読み込まれる（手順１０２）。
【００３３】
次いで、現在開度と読み込まれたオリフィス開度が比較される（手順１０３）。「現在開度＜オリフィス開度」の場合、手順１０６に進み、現在のゲート状態はオリフィス状態と判定して、前記「水位−開度−ゲート放流量変換テーブル」からゲート放流量（オリフィス流量）が算出される。次いで手順１０７に進み、今回計算周期のゲート状態がオリフィスと記憶され、今回周期のゲート放流量計算が終了して（手順１１０）、手順１０２に戻る。
【００３４】
手順１０３で「現在開度≧オリフィス開度」の場合、手順１０４に進み、現在開度と読み込まれたフリーフロー開度が比較される。「現在開度≧フリーフロー開度」の場合、手順１０８に進み、現在のゲート状態はフリーフロー状態と判定して、「水位−開度−ゲート放流量変換テーブル」から現在水位に対する「水位」と「フリーフロー流量」の一次補間計算にてゲート放流量（フリーフロー流量）が算出される。次いで手順１０９に進み、今回計算周期のゲート状態がフリーフローと記憶され（図２（ａ）の状態が該当）、今回周期のゲート放流量計算が終了して（手順１１０）、手順１０２に戻る。
【００３５】
手順１０４で「現在開度＜フリーフロー開度」の場合、手順１０５に進み、前回計算周期のゲート状態がオリフィスかどうかが判定される。前回計算周期のゲート状態がオリフィスの場合、手順１０６に進み、現在状態はオリフィス状態と判定して、「水位−開度−ゲート放流量変換テーブル」からゲート放流量（オリフィス流量）が算出される。次いで手順１０７で今回計算周期のゲート状態がオリフィスと記憶され、今回周期のゲート放流量計算が終了して（手順１１０）、手順１０２に戻る。
【００３６】
手順１０５で前回計算周期のゲート状態がフリーフローの場合、手順１０８に進み、現在状態はフリーフロー状態と判定して、「水位−開度−ゲート放流量変換テーブル」から現在水位に対する「水位」と「フリーフロー流量」の一次補間計算にてゲート放流量（フリーフロー流量）が算出される。次いで手順１０９で今回計算周期のゲート状態がフリーフローと記憶され（図２（ｂ）の状態が該当）、今回周期のゲート放流量計算が終了して（手順１１０）、手順１０２に戻る。
【００３７】
いずれの場合も、手順１１０の後、前記予め定められた時間間隔が経過したら、次周期の演算処理が実行される。
【００３８】
上記手順において、手順１０７が状態記憶手順であり、手順１０２〜手順１０５が状態判別手順である。
【００３９】
図３の「水位−開度−ゲート放流量変換テーブル」の「フリーフロー開度」および「フリーフロー流量」については、水位毎に（例えば予め準備した演算式を用いることにより）設定可能である。また、「オリフィス開度」については、過去の実績を元に水位毎に設定する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態に係るゲート放流量算出処理を示す手順図である。
【図２】ゲートがオリフィス状態からフリーフロー状態に移行する時のダム水位とゲートの相対位置及びゲートがフリーフロー状態からオリフィス状態に移行する時のダム水位とゲートの相対位置を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る水位−開度−ゲート放流量変換テーブル」の例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るダム制御装置の要部構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４１】
３０１  ダム制御装置
３０２  表示端末部
３０３  ダム諸量演算部
３０４  ゲート放流量演算部
３０５  制御量演算部
３０６  データ入出力部
３０７  ゲート制御部
３０８  水位計
３０９  開度計
３１０  ゲート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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