(57)【要約】【課題】浄水場等の施設において、設備能力及び規模を有効に活用し、安定した浄水処理制御が可能であるとともに、突発的に急変する需要水量に対しても容易に対応可能な浄水場トータル処理水量自動制御装置を実現する。【解決手段】トータル処理水量自動制御装置１７は、浄水池山型直線計画値演算手段１０と、需要・送水Ｘ時間移動平均取水量演算手段１２と、水位偏差換算流量補正手段１４とを備え、浄水池山型直線計画値演算手段１０は、２４時間毎の需要・送水量加工データ９を基に計画され、互いに反対方向に傾斜する単純な２つの直線により構成され、急激な水位変動制御による過大な設備負荷をかけず時刻に応じて変動する需要量を見越した、理想的な浄水池水位計画値である浄水池山型直線計画水位１１を算出する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水源から取水された水を浄水し、浄水した水を浄水池に貯留し、貯留した浄水を需要地に送水する浄水場の処理水量を制御する浄水場トータル処理水量自動制御装置において、
浄水池の計画水位を演算する計画水位演算手段と、
上記計画水位を実現するための取水量を演算する取水量演算手段と、
上記浄水池の実水位が上記計画水位と偏差を生ずる場合に、取水流量を補正する取水流量補正手段とを備え、
上記計画水位演算手段は、水需要池に応じて定められる１日の最大送水量送水時刻から上記浄水池の滞留時間を減算した時刻を、上記水需要池に応じて定められる最大水位点とし、この最大水位点から一定時間後を最小水位点とし、上記最大水位点と最小水位点とを直線で結び形成する山型直線計画水位であって、上記最小水位点は、上記水需要池に応じて定められる平均送水量と、山型直線計画水位が示す平均水位に相当する水量とが互いに等しくなるように設定されることを特徴とする浄水場トータル処理水量自動制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の浄水場トータル処理水量自動制御装置において、
上記取水量演算手段は、過去の送水量を時間移動平均により平滑化処理し、取水量を演算することを特徴とする浄水場トータル処理水量自動制御装置。
【請求項３】
請求項１記載の浄水場トータル処理水量自動制御装置において、
上記取水流量補正手段は、上記浄水池の実水位と上記山型直線計画水位との偏差量に応じた取水流量補正値により取水流量の増加減補正を行うことを特徴とする浄水場トータル処理水量自動制御装置。
【請求項４】
請求項３記載の浄水場トータル処理水量自動制装置において、上記浄水池の実水位と山型直線計画水位との偏差量を表示する表示手段を備えることを特徴とする浄水場トータル処理水量自動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、取水設備と送水設備とを備える浄水場における処理水量を制御する処理水量自動制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、浄水場、配水場等の施設では、河川水等が取水路から取水され、沈殿池、ろ過池等を有する浄水処理設備により浄水された後、浄水池に貯留され、浄水池から配水路を通して需要家または他の浄水場等に配水及び送水される。
【０００３】
この場合、需要家の水の使用量は時間変動するため、その時間変動に応じた送水を行う必要があるが、取水流量については、浄水処理の安定性等の面から、需要家の需要水量の変化等によらず、極力一定に保たれることが望まれる。
【０００４】
取水流量を安定させるために、従来から過去の送水量の時間変動や、晴雨等の天気予報や気温等の気象情報及び曜日情報に基づいて需要予測を行い、この需要予測に基づいた運転処理が行われている。
【０００５】
また、特許文献１には、水需要の季節変動等に対する取水流量の変更回数を少なくし、水質の安定化及び浄化設備機器の負担軽減を図るために、過去の送水量の時間変化に基づき最新の目標水位を決定し、この目標水位の極値間の時間を取水量均一時間帯とし、極値のときにのみ取水量を変更して浄水池の水位が目標水位に維持されるように、計画取水量を決定する技術が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２９９３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記した需要予測に基づく運転処理や、上記特許文献１記載の技術では、突発的に急変する需要量に容易に対応できないという問題点がある。この突発的に急変する需要量に対応するためには、取水量を変更しなければならないが、この取水量の変更のために演算された補正値は結果が検証しにくく、簡単な算式で表せない難解なものであり、容易に使用することができなかった。
【０００８】
このため、需要予測から演算された取水量に対し補正を行う場合に、取水量一定制御、水位一定制御等のように運転方法を二次的、三次的に切り替えて逐次対応しなければならず、この運転方法の適宜切替処理を行うために経験豊富な監視員を確保しなくてはならなかった。
【０００９】
また、技術文献１に記載された技術では、取水量の変更回数が少なくなり制御の安定性を確保することができるが、浄水池の貯水能力等を有効に活用しているとは言えず、水需要量に対して設備規模や能力に余力を持たせた作りとなってしまっていた。このため、現状の設備の規模、能力では、これ以上の水需要増加に対応することが困難であった。
【００１０】
本発明の目的は、浄水場等施設において、設備能力及び規模を有効に活用し、安定した浄水量制御が可能であるとともに、突発的に急変する需要水量に対しても容易に対応可能な浄水場トータル処理水量自動制御装置を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、水需要池に応じて定められる１日の最大送水量送水時刻から浄水池の滞留時間を減算した時刻を、上記水需要池に応じて定められる最大水位点とし、この最大水位点から一定時間後を最小水位点とし、最大水位点と最小水位点とを直線で結び形成する山型直線計画水位であって、最小水位点は、水需要池に応じて定められる平均送水量と、山型直線計画水位が示す平均水位に相当する水量とが互いに等しくなるように設定される。そして、設定された山型直線計画水位となるように、浄水池の水位が制御される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、設備能力及び規模を有効に活用し、安定した浄水量制御が可能であるとともに、突発的に急変する需要水量に対しても容易に対応可能となる。
【００１３】
また、需要量を見越した浄水池計画水位を第１の制御目標とし、需要に対して安全な貯水量を確保しながら計画的に取水することにより、浄水場内の処理を平滑化し、負荷を計画的に分散することができ、且つ、需要を考慮して浄水池水位を時間帯で制御することにより、滞水を作らず安心・安全な貯水量を確保でき、浄水場内の取水から送水までのバランスのとれたトータル処理水量自動制御装置及びこれを備える浄水場等施設を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１５】
本発明の第１の実施形態を図１〜図７により説明する。
【００１６】
図１は、本発明の第１の実施形態によるトータル処理水量自動制御装置とこれを適用する浄水場設備を合わせて示す概略構成図である。
【００１７】
図１において、浄水場設備は、取水流量計３と、取水量調節弁４と、滅菌・ろ過処理設備２と、浄水池１と、浄水池水位計６と、需要・送水流量計５とを備えている。
【００１８】
滅菌・ろ過処理設備２は、取水流量計３と、取水量調節弁４とを介して、取水口に接続され、取水口で取水された河川水等の水源からの水を滅菌・ろ過する。また、滅菌・ろ過処理設備２は、浄水池水位計６を備える浄水池１と接続され、滅菌・ろ過処理設備２で滅菌・ろ過された浄水は、浄水池１に貯留される。浄水池１は、需要・送水流量計５を介して配水路（水道）と接続され、浄水池１に貯留された浄水は、必要に応じて需要家、または他の浄水場に配水、または送水される。
【００１９】
図１において、本発明の第１の実施形態によるトータル処理水量自動制御装置１７は、以上のように構成された浄水場に設置される。
【００２０】
トータル処理水量自動制御装置１７は、需要・送水量データ加工手段７と、浄水池山型直線計画値演算手段１０と、需要・送水Ｘ時間移動平均取水量演算手段１２と、水位偏差換算流量補正手段１４と、取水流量調節手段８と、ヒューマンインターフェイス１５と、ＣＲＴ装置１６と、入出力伝送装置１９とを備えている。
【００２１】
入出力伝送装置１９は、浄水場の設備である浄水池水位計６、取水流量計３、取水量調節弁４、及び需要・送水流量計５と、トータル処理水量自動制御装置１７の内部に設置された需要・送水量データ加工手段７、取水流量調節手段８、及び水位偏差換算流量補正演算手段１４とを接続し、指令信号及びデータの送受信を行う。
【００２２】
需要・送水量データ加工手段７は、入出力伝送装置１９を介して外部機器から入力される過去の需要・送水量データを受信し、このデータを１日毎の時間データとし、需要・送水量加工データ９として加工・蓄積する。
【００２３】
浄水池山型直線計画値演算手段１０は、需要・送水量データ加工手段７により算出された需要・送水量加工データ９を基に、それぞれの浄水場に見合った、後述する浄水池山型直線計画水位１１を算出する。
【００２４】
需要・送水Ｘ時間移動平均取水量演算手段１２は、需要・送水量加工データ９と、浄水池山型直線計画水位１１を基に、需要・送水Ｘ時間移動平均取水量１３を算出する。
【００２５】
水位偏差換算流量補正手段１４は、突発的に急変する実需要・送水量が発生し、浄水池水位が浄水池山型直線計画水位１１から偏差が発生した場合に、需要・送水Ｘ時間移動平均取水量１３の補正を行う。
【００２６】
取水流量調節手段８は、需要・送水Ｘ時間移動平均取水量演算手段１２により算出された需要・送水Ｘ時間移動平均取水量１３と、入出力伝送装置１９から入力された取水量調節弁４の弁開度情報とを入力し、入出力伝送装置１９を介して弁開度操作量信号を取水量調節弁４に出力し、取水量調節弁４を制御する。
【００２７】
ヒューマンインターフェイス１５は、作業者との入出力制御を行い、ＣＲＴ１６は、ヒューマンインターフェイス１５から出力された出力データを表示する。
【００２８】
図２は、２４時間毎の需要・送水量の一例を示す図である。
【００２９】
図２において、縦軸は、送水流量Ｑ１（ｍ３／ｈ）を示し、横軸は、時間Ｔを示している。また、実線で示す曲線は時間毎の送水量を示し、点線は需要・送水量データの平均値を示している。
【００３０】
この２４時間毎の需要・送水量加工データ９は、季節により多少の違いがあるが、調査により日本全国同じようなパターンを示すことがわかった。具体的には、１日の最大需要・送水量は、９時頃になり、１日の平均需要・送水量の１３５％程度である。また、１日の最小需要・送水量は、３時頃になり、１日の平均需要・送水量の５７％程度である。
【００３１】
次に、需要・送水量加工データ９を基に、浄水池山型直線計画値演算手段１０により浄水池山型直線計画水位１１が算出される。
【００３２】
図３は、図２に示す過去の２４時間毎の需要・送水量加工データ９を基にして算出された浄水池山型直線計画水位１１を示す図であり、図４は、図２に示す過去の２４時間毎の需要・送水量と、これを基に算出された浄水池山型直線計画水位１１とを合わせて示す図である。
【００３３】
図３において、縦軸は、浄水池の水位（ｍ３）を示し、横軸は、時間Ｔを示している。また、傾斜した実線が浄水池山型直線計画水位を示し、点線はこの需要・送水量データの平均値と、浄水池の水位のピーク時間を示している。
【００３４】
この浄水池山型直線計画水位１１の頂点の時刻は、浄水場の取水点から需要・送水点までの滞留時間から算出され、谷底の時刻は、頂点の時刻から約１６時間後に定められる。
【００３５】
図３の場合には、当該浄水場の取水点から需要・送水点までの滞留時間が２時間であるため、図２に示した過去の２４時間毎の需要・送水量加工データ９のピーク時間である９時から２時間前倒しして（減算して）、山型直線の頂点は７時に設定され、この山型の頂点から１６時間後である２３時に谷底の時刻が設定される。また、最大水位は、１日の平均水位の１２１％とし、最少水位は１日の平均水位の７８％程度を計画値としている。この浄水池山型直線計画水位１１は、最大水位を設定した後、山型直線計画水位１１の２４時間平均値に対応する貯水量が、点線で示した需要・送水量データの平均値と一致するように最小水位が設定される。
【００３６】
このように、算出された浄水池山型直線計画水位１１は、互いに反対方向に傾斜する単純な２つの直線により構成され、急激な水位変動制御による過大な設備負荷をかけず時刻に応じて変動する需要量を見越した、理想的な浄水池計画水位となる。
【００３７】
次に、需要・送水量加工データ９と、浄水池山型直線計画水位１１とを基に、需要・送水Ｘ時間移動平均取水量演算手段１２により、需要・送水Ｘ時間移動平均取水量１３が算出される。
【００３８】
図５は、図２に示す過去の２４時間毎の需要・送水量加工データ９から算出された需要・送水Ｘ時間移動平均取水量１３の一例を示す図であり、図６は、図２に示す過去の２４時間毎の需要・送水量加工データ９と、これを基に算出された浄水池山型直線計画水位１１と、需要・送水Ｘ時間移動平均取水量１３とを合わせて示す図である。
【００３９】
図５において、縦軸は、取水流量Ｑ２（ｍ３／ｈ）を示し、横軸は、時間Ｔを示している。また、実線で示す曲線は、取水流量の変動を示し、点線はこの取水流量の平均値と、取水流量のピーク時間を示している。
【００４０】
需要・送水Ｘ時間移動平均取水量演算手段１２は、図２に示した過去の２４時間毎の需要・送水量加工データ９をＸ時間分移動平均し、更に浄水場の取水点から需要・送水点までの滞留時間を前倒しすることにより需要・送水Ｘ時間移動平均取水量１３を算出する。
【００４１】
この需要・送水Ｘ時間移動平均取水量１３は、移動平均の分母Ｘ時間が、大きければ大きいほどその曲線は滑らかなものとなり、１日分の合計を２４時間で割った値は１日の平均値となる。
【００４２】
下記式（１）が演算式である。
【００４３】
【数１】
2007023710.tif 000003
【００４４】
ただし、上記式（１）において、Ｑ１は需要・送水量、Ｑ２は取水量、ｔは時間、α２は取水量遅れ時間、Ｓ２は取水量損失係数（％）を示す。
【００４５】
また、需要・送水Ｘ時間移動平均取水量１３は、図３に示す、浄水池１の貯水量、浄水池山型直線計画水位１１が勘案され、且つ図２に示す過去の需要・送水量加工データ９の特性から導かれなければならない。
【００４６】
以下に６時間移動平均し、滞留時間分２時間前倒しした場合の演算式（２）を示す。
【００４７】
【数２】
2007023710.tif 000004
【００４８】
ただし、上記式（２）において、Ｑ１は需要・送水量、Ｑ２は取水量、ｔは時間、α２は取水時間遅れ時間、Ｓ２は取水量損失係数（％）である。
【００４９】
こうして求められた需要・送水Ｘ時間移動平均取水量１３は、過去の２４時間毎の需要・送水量加工データ９を平滑化したものであり、かつ滞留時間を考慮したものとなり、突発的な需要変化がなければ浄水池山型直線計画水位１１を計画通りに実現するものとなる。
【００５０】
次に水位偏差換算流量補正を説明する。
【００５１】
図７は、水位偏差換算流量補正を説明するための説明図であり、この図７に相当するものがＣＲＴ１６に表示される。
【００５２】
図７において、左側は水位偏差を示し、右側は流量補正後の取水流量設定値を示し、水位の変動が図示する矢印で示される。図７の中央に示すＷＬは計画水位であり、水位偏差のＬＷＬ１からＨＷＬ１の間は、不感帯を示す。また、水位が超過しているＨＷＬ１からＨＷＬ２は減流量１領域、ＨＷＬ２からＨＷＬ３は減流量２領域、ＨＷＬ３を超える領域は減流量３領域を示す。また、水位が低下しているＬＷＬ１からＬＷＬ２は増流量１領域、ＬＷＬ２からＬＷＬ３は増流量２領域、ＬＷＬ３を下回る領域は増流量３領域を示している。
【００５３】
浄水池水位は突発的に急変する実需要・送水量により、計画水位通りにならない偏差が発生する場合があり、この場合には水位偏差換算流量補正手段１４により図７に示す水位偏差換算流量補正を行う。
【００５４】
水位偏差換算流量補正手段１４は、実水位が計画水位不感帯から外れた場合、取水流量設定値に対し、その偏差量に応じた取水流量補正値により増加減補正を行い、浄水池の実水位を計画水位である浄水池山型直線計画水位１１に近づける。
【００５５】
このように、水位偏差換算流量補正手段１４が、浄水池水位と、計画水位との偏差を監視し、取水流量を制御して、浄水池水位を計画水位に近づけさせると共に、その状況をＣＲＴ１６に表示する。したがって、運転監視員は水位偏差を把握して、容易に補正量を理解でき、手動による補助補正も可能となり、安全な運転監視を行うことができる。
【００５６】
また、山型直線水位計画値に基づく取水量補正であれば、従来のように演算で算出した補正値を取水量一定制御、水位一定制御等により二次的、三次的に切り替えて逐次対応する必要がないため、運転方法を適宜切替処理できる経験豊富な監視員を確保する必要もない。
【００５７】
以上のように構成された本発明の一実施形態によれば、需要量を見越した浄水池計画水位１１を第１の制御目標とし、需要に対して安全な貯水量を確保しながら計画的に取水することにより、浄水場内の処理を平滑化し、負荷を計画的に分散することができ、且つ、需要を考慮して浄水池水位を時間帯で制御することにより、滞水を作らず安心・安全な貯水量を確保でき、浄水場内の取水から送水までのバランスのとれたトータル処理水量自動制御装置を実現することができる。
【００５８】
また、水位偏差換算流量補正を行うことにより、従来のように演算で算出した補正値を取水量一定制御、水位一定制御等により二次的、三次的に切り替えて逐次対応する必要がなく、運転方法を適宜切替処理できる経験豊富な監視員の確保も必要とせずに、安全な運転監視を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の一実施形態によるトータル処理水量自動制御装置の概略構成図である。
【図２】２４時間毎の需要・送水量の一例を示す図である。
【図３】図２に示す２４時間毎の需要・送水量を基にして算出された浄水池山型直線計画水位を示す図である。
【図４】図２に示す２４時間毎の需要・送水量と、これを基に算出された浄水池山型直線計画水位とを合わせて示す図である。
【図５】図２に示す２４時間毎の需要・送水量から算出された需要・送水Ｘ時間移動平均取水量の一例を示す図である。
【図６】図２に示す２４時間毎の需要・送水量と、これを基に計画された浄水池山型直線計画水位と、需要・送水Ｘ時間移動平均取水量とを合わせて示す図である。
【図７】本発明における水位偏差換算流量補正を説明する図である。
【符号の説明】
【００６０】
１          浄水池
２          滅菌、ろ過処理設備
３          取水流量計
４          取水量調節弁
５          需要・送水流量計
６          浄水池水位計
７          需要・送水量データ加工手段
８          取水流量調節手段
９          需要・送水量加工データ
１０        浄水池山型直線計画値演算手段
１１        浄水池山形直線計画水位
１２        需要・送水Ｘ時間移動平均取水量演算手段
１３        需要・送水Ｘ時間移動平均取水量
１４        水位偏差換算流量補正手段
１５        ヒューマンインターフェイス
１６        ＣＲＴ装置
１７        トータル処理水量自動制御装置
１９        信号入出力装置
【図１】
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【図２】
2007023710.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
2007023710.tif 000009
【図６】
2007023710.tif 000010
【図７】
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