(57)【要約】【課題】管理エリア内の雨水を貯留タンクに貯留して敷地内洪水の防止と、利水活用を効率的、効果的に図ることが可能な水位管理を提供する。【解決手段】貯水タンクに雨水流入路と放水パイプと給水パイプと管理水道の補水パイプを接続配置すると共に、各パイプに開閉弁と揚水ポンプを配置し、貯水タンクの管理水位（「タンク内の出入り水量をバランスさせる目標水位」をいう）Ｇと枯渇限界水位Ｌを設定する。そして各開閉弁を開閉制御するアクチュエータと、給水ポンプと放水ポンプを駆動する制御手段を制御プログラムに従って制御する。本発明はこの制御手段を、降雨予報による降雨量が一定値（ｋ）以下のときには貯水運転モードで、一定値を超えるときには、排水運転モードで実行する。【選択図】図２
2013227849.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管理エリア内の雨水をタンクに貯留して防水と再利用を可能にするシステムであって、
管理エリアに降雨した雨水を貯留する貯水タンクと、
この貯水タンクに雨水を流入する流入路と
前記貯水タンクから所定の再利用ステーションに給水する給水路と、
前記貯水タンクから貯留水を放水河川に放出する放水路と
前記放水路に配置され放水量を調節する放水量調節手段と、
前記貯水タンク内の水位を検出する水位計測手段と、
降雨予報から予測降雨量情報を入手する予報入手手段と、
前記放水量調節手段を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、
前記予報入手手段で取得した降雨予報に基づいて、
前記流入路から流入する予定の流入水量を算出し、
その算出値に従って前記貯水タンク内に貯水空間を形成するように前記放水量調節手段を制御する水位制御プログラムを有し、
この水位制御プログラムは、
前記予測降雨量が設定された一定値を超えないときには貯水運転モードで、一定値を超えるときには排水運転モードで前記放水量調節手段を制御するように構成され、
前記貯水運転モードは、
降雨予報に基づく降雨発生時までに流入する雨水量と、前記給水路から給水する利水量とから予測降雨量を貯留する貯水空間を前記貯水タンク内に形成するように前記放水量を調整し、
前記排水運転モードは、
降雨予報に基づく降雨発生時までに前記貯水タンクの水位を予め設定した渇水限度水位とするように前記放水量を調整することを特徴とする雨水貯留システム。
【請求項２】
前記貯水タンクには、
所定の管理水道から水を補給する補水路と、
この補水路に配置された補水量調節手段と、
が配置され、
前記水位制御プログラムは、
前記給水路から再利用ステーションに給水される給水量に基づいて
前記給水量調節手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の雨水貯留タンクの水位管理システム。
【請求項３】
請求項１に記載の水位管理システムであって、
更に、前記放水路に連なる放水河川の水位情報を取得する河川水位情報入手手段を備え、
前記制御手段は、
前記河川水位情報に基づいて前記放水河川の水位が危険水位に達するか否かを判別する判別手段と、
この判別手段の判別結果に基づいて前記放水量を低減することが可能か否かを判別する手段を備えていることを特徴とする雨水貯留システム。
【請求項４】
前記制御手段は、
前記放水量を低減することが可能か否かを判別する手段の判別結果で前記放水路からの放水量を低減することが可能と判断したときには、前記放水量を低減することを特徴とする請求項３に記載の雨水貯留システム。
【請求項５】
前記河川水位情報入手手段、放水河川に設置された水位計測器、放水河川に設置された撮像装置、或いは放水河川の下流側の水位情報のいずれかであることを特徴とする請求項３に記載の雨水貯留システム。
【請求項６】
前記貯水タンクには、予め渇水限度水位が設定され、
前記制御プログラムは、
前記定常運転モードにおいて前記水位計測手段でタンク水位が渇水限度水位に達したとき、前記貯水タンクに前記補水路から送水することを特徴とする請求項２に記載の雨水貯留システム。
【請求項７】
前記貯水タンクは、互いに区割された貯水槽と、給水槽とを有し、
前記管理エリアからの雨水は、前記貯水槽に流入すると共に、
この貯水槽と給水槽とは、連通パイプで連結され、
前記補水路は管理水道から前記給水槽に送水するように連結され、
前記連通パイプには、給水槽から貯水槽に流入しないように逆止弁が設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の雨水貯留システム。
【請求項８】
前記給水路は、
複数の再利用ステーションに給水する給水パイプと、
各パイプに連結され複数の給水ポンプと、
で構成され、
前記各給水ポンプには、開閉弁を介して前記放水路を構成する排水パイプが分岐連結され、
前記制御手段は、
前記排水運転モードでは、
複数の給水ポンプの少なくとも一部を排水ポンプとして給水槽内の貯水を放水河川に向けて放水するように制御することを特徴とする請求項７に記載の雨水貯留システム。
【請求項９】
複数の管理エリアと
各管理エリアに配置された雨水貯留システムと、
前記複数の雨水貯留システムの放水計画量に関する情報を取得する個別放水情報取得手段と、
前記複数の雨水貯留システムに制御情報を提供する情報提供手段と、
前記複数の雨水貯留システムから放水される河川の水位を監視する河川水位監視手段と、
を備え、
前記雨水貯留システムは請求項１から８のいずれか１項に記載の雨水貯留システムで構成され、
前記情報提供手段は、
前記個別放水情報取得手段で取得した放水計画量と、
前記河川水位監視手段から取得した水位情報と、
から放水河川の増水量に関する情報を前記各雨水貯留システムに提供することを特徴とする雨水貯留システム。
【請求項１０】
前記情報提供手段は、
前記個別放水情報取得手段で取得した放水計画量から前記放水河川の水位を演算して予め設定された危険水位に達するとき、前記各雨水貯留システムに放水量規制情報を提供することを特徴とする請求項９に記載の雨水貯留システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、雨水貯留タンクの水位管理システムに係わり、豪雨時の雨水をタンクに貯留して敷地内外の浸水被害を防ぎ、同時に貯留水を散水、洗浄、夏季のエアコン室外機への散水、冬季の融雪等に再利用する多目的貯水システムの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、この種の雨水貯留システムは、大規模システムとして広域ダムなど豪雨発生時に雨水を貯留して下流地域の水害を防止し、同時に貯留した水を利用して発電するなどの防災利水システムとして知られている。
また、小規模な貯留タンクについては利水タンクとして雨水を貯留して灌水などに再利用する利水システムとして広く用いられ、不動産開発時に防災システムの一環として計画されている。
【０００３】
例えば、広域ダムシステムでは施設地の中長期降雨予報で雨水の流入と排水利用のバランスを図っていることは当然に行われ、その方法は豪雨が予想されるときには降雨予測量に応じて貯水水位を低減することも行われている。
また、家庭用などの小規模の貯水タンクは降雨時に貯水し、散水などの利用時にタンクから給水するシステムとして知られ、降雨予報に応じて水位レベルを自動的に増減調整する制御コントローラ、或いは制御コンピュータなどは備えていない。
【０００４】
一方、最近の気象現象から局地的な集中豪雨が発生すると各種商業施設、公共施設など比較的広い敷地の施設、或いは利用人数が比較的多い施設では敷地内の排水システムが問題となることが知られている。
例えば地下鉄駅などの交通施設で集中豪雨のために浸水の被害が発生するなど通常の集客施設でも、集中豪雨（ゲリラ豪雨とも云う）降雨被害で敷地内の排水システムの容量を超えて局地的な洪水（浸水などの降雨被害）を招くことがある。
このような豪雨対策と同時に、地震などの震災、或いは節電、省エネの必要から雨水を貯留して再利用する利水システムも求められている。
【０００５】
例えば特許文献１には、雨水を貯留するタンクを施設内の地下に備え、貯留した水を防火用水、灌水利用、トイレなど洗浄目的で使用するシステムが開示されている。同文献では降雨予報に応じて貯留水位を増減調整して降雨が予想されるときにはタンク内に流入する予想容量の貯留水を予め放水することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２３５８７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のように規模に応じた貯留タンク（槽、池を含む）を設置し、豪雨発生時の局地的洪水を防ぐことと、タンクに貯留した水を再利用する利水活用することは特許文献１などに提案されている。
この文献に開示されているように貯留タンクに降雨時に雨水を蓄え、貯留した雨水を散水洗浄水などとして再利用することと、降雨予報でタンク内の貯留水を放流（放水）して降雨時に流入してくる雨水の収納空間を確保することは既に提案されている。
ところが雨水を貯留して洪水（地下利用空間への浸水その他の降雨被害）を防止するのと同時に、散水、防火用水、洗浄用水などに活用しようとすると次の問題に遭遇する。
【０００８】
前者の洪水対策のためにはタンク内の空きエリア（空間）を出来るだけ大容量にして降雨時の雨量を貯留する必要があり、利水再活用のためにはタンク内をできるだけ貯留水で満杯状態にすることが好ましい。この２つの相反する課題はタンクを必要以上に大容量に構成することである。このような大規模タンクは、設備費の増大と設置スペースの問題をもたらす。
【０００９】
一方、比較的小規模の貯水タンクを設置すると、設置スペースと設備費などのイニシャルコストを抑えることが出来る。しかし、降雨時に短時間例えば数分間で満杯となってオーバーフローして管理エリア内で局地的な洪水を招く恐れがある。これと同時に貯水量が小容量となり、利水時に頻繁に断水を引き起こす問題がある。
この貯留水の再利用は、例えば夏期などに冷房効率を高めるために室外機に散水する場合のように長時間散水を続ける必要がある。ところがタンク内の渇水によって散水が途絶えると冷房効率が劣り施設内の温度環境が劣悪化する。
【００１０】
そこで、タンク内の貯水量を降雨予報に応じて水位管理することが例えば特許文献１に提案されている。同文献の方法では、天気予報などの降雨予報によって予想降雨量を基準にその１．０より大きい補正係数でタンク内に空間を確保している。
この補正値は、予報降雨量を超える降雨量に備えるため、必要以上の空間をタンク内に確保している。このような水位管理では、給水時に渇水を招き、あるべき貯留水が渇水していて緊急時に活用できない問題を招く。
【００１１】
更に同文献の方法では、例えば豪雨予報の前に豪雨に至らない中レベルの降雨予報が不連続に続くときには「現在の水位を基準に（降雨予想量）×補正値（＞１．０）」を定めているため、予報時から豪雨発生時までの間の降雨量を算入することが出来ない。
従って、降雨量を補正する方法を提案しながら、予報時から実際の降雨時までにタンク内に流入する降雨量を算入することが出来ず、結果として洪水状態に陥る問題がある。
【００１２】
このように、連続的あるいは不連続的に降雨予報が続くときには、水位をどのようにすれば良いのかコントロール不能に至る。
その要因は、複数の降雨予報が重畳的に重なるとき（例えば、「日中はときどき小雨、夕方から夜にかけて所により集中豪雨が発生する模様です」などの予報）、実際の降雨量が予測量より多いとき、少ないとき、あるいは降雨時期が早いとき、遅れたとき、更に貯留水の再利用量がその都度大きく変化すると、タンク内の水位を洪水防止と再利用給水の両面から最適値に管理することには限界が生ずる。
【００１３】
このことは、タンク内の貯水水位を洪水防止面と利水活用面のいずれも充足させる管理が難しく、ゲリラ的集中豪雨で洪水被害を招く恐れと、緊急利水時に用水が枯渇して利用できない事態を招くことは容易に想定される。
このような現象は、豪雨予報に基づいてタンク内を空に近い状態に放水しているときに、火災が発生するとタンク内の貯留水は防火用水として使用できない事態を招く。
このような事態を少なくするためには貯留タンクの容量を必要以上に大容量に設備することであるが、設置コストが膨大となる問題がある。
【００１４】
そこで本発明者は、降雨予報情報と利水予測情報の両面から貯留タンク１１内の水位を管理し、水位をコントロールする貯水運転モードと、予想降雨量が所定値以上のときには排水運転モードで水位管理することと、排水運転モードのとき発生する渇水事態を予め設定した限界水位Ｌに低下すると管理水道（上水道、井戸など）から補水して最低利水量を確保する注水運転モードの３モードで管理するとの着想に至った。
【００１５】
本発明は管理エリア内の雨水を貯留タンクに貯留して敷地内洪水の防止と、利水活用を効率的、効果的に図ることが可能な水位管理の提供をその課題としている。
更に、本発明は貯留タンクの水位管理を降雨発生の都度、学習させて設置場所に適合した水位管理を可能とするコンピュータシステムの提供をその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を達成するため本発明は、貯水タンクに雨水流入路と放水パイプと給水パイプと管理水道の補水パイプを接続配置すると共に、各パイプに開閉弁と揚水ポンプを配置し、貯水タンクの管理水位（「タンク内の出入り水量をバランスさせる目標水位」をいう）Ｇと枯渇限界水位Ｌを設定する。
そして各開閉弁を開閉制御するアクチュエータと、給水ポンプと放水ポンプを駆動する制御手段を制御プログラムに従って制御する。
本発明はこの制御手段を、降雨予報による降雨量が一定値（ｋ）以下のときには貯水運転モード（定常運転モード；以下同様）で、一定値を超えるときには、排水運転モード（非定常運転モード；以下同様）で実行する。
【００１７】
そして貯水運転モードでは、降雨予報に応じて、その降雨までに流入する雨量と、利用ステーションに給水する給水雨量と、降雨時に流入して来る雨量がバランスされるように水位調整する。この場合、給水雨量が多いときにはタンク内が渇水することがあるので、渇水限界水位を設け、この水位を下回ったときには管理水道（上水道、井戸など）から補水する（注水モード）。
【００１８】
また、排水運転モードでは、降雨予報に応じて、その降雨までにタンク内に最大の貯水空間を形成するように水位調整する。このモードでは渇水限界水位を下回ったときにも補水することなくタンク内空間の確保を優先する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は貯水タンクの水位を、降雨予報に応じて増減調整する際に、予報降雨量が所定値を超えないときには、降雨予報に応じて降雨時までに流入する雨水量と、利用給水量と、降雨時の流入吸収量をバランスするように定常運転し、一定値を超える時には貯水空間を最大限に確保するように放水優先で制御するものであるから以下の効果を奏する。
【００２０】
局地的豪雨時に、貯水タンク内に雨水を確保する際に、予報情報と現実の降雨との乖離で予想外の被害を受けるのに対し、管理エリア内に起き得る危険雨量を基準に判別して、危険と判断したときには降雨までに貯留タンクに最大限の貯水空間を確保する。
また、危険雨量に至らないときには、貯留水の再利用と予報降雨のための貯水空間をバランス良く確保するものであるから充分な利水活用と、豪雨対策を図ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明にかかわる雨水貯留システムの貯水構成の全体説明図。
【図２】図１の貯水構成における雨水の流れを示す概念説明図。
【図３】図１のシステムにおけるコントローラ部の構成を示す説明図。
【図４】図３のコントローラ部の制御動作のモードを示す概念説明図。
【図５】降雨予報情報に基づく水位の変化レベルを示すモニタ表示のイメージ図。
【図６】所定時間内のタンク内流入量（降雨量）とタンク外流出量（放水量と利水量）の関係図。
【図７】図１に示す雨水貯留システムを同一地域に複数配置し、同一の河川に放水する場合の地域統合水位管理システ示す概念図。
【図８】本発明に於ける制御プロトコル。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明は、各種集会場などの公共施設、ショッピングセンタなど商業施設、のような比較的広い敷地スペースを備え、防災対策と、環境管理を要求される施設の雨水貯留システムに係わり、図１に示す駐車場に埋設する貯水タンクについて説明する。
【００２３】
図１は、駐車場、建造物、などの管理エリア１０に集合される雨水の貯水システムＡを示す。この貯水システムＡは、貯水タンク部Ａｔと、コントローラ部Ａｃとで構成する。
貯水タンク部Ａｔは、貯水タンク１１と、このタンクに管理エリア内の雨水を集合する流入路（流入パイプ）１２と、タンク内の貯水を河川などの広域排水路に放出する排水路１３で構成する。
【００２４】
図示の貯水タンク１１は流入槽１４と、貯水槽１５と給水槽１６で構成されている。各槽は一体的成型するか、図示のように３槽に分離して構成する。この場合、各槽は防水コンクリート成形或いは合成樹脂成形などで成型する。
【００２５】
そして、流入槽１４、貯水槽１５、給水槽１６の順に上流から下流に雨水が流れるように配置してあり流入槽１４には、一次浄化フィルタ１７が設けてあり、給水槽１６には、最終浄化フィルタ１８が内蔵してある。
【００２６】
このように流入槽１４と、貯水槽１５と給水槽１６の３槽構造としたのは、流入槽１４に雨水を集合させ、この槽内に一次浄化フィルタ１７を配置し、下流側の貯水槽１５と給水槽１６に異物が侵入するのを防止するためである。
従って、流入路自体に浄化フィルタを配置する構造を採用すると流入路１２から直接貯水槽１５に雨水を流入させる構成が採用可能である。
【００２７】
また給水槽１６と貯水槽１５を区割したのは、後述する管理水道１９から補水パイプ２０で補水する際に容量の大きい貯水槽１５の水位を上昇させて給水を確保する必要をなくし、比較的小容量に構成する給水槽１６の水位を確保して給水途中で不用意に断水するのを防止するためである。
【００２８】
このため、給水槽１６は貯水槽１５に比べ充分小さい容量で構成されていると共に、両槽の間の第２流路パイプ２１には逆止弁２２（図１参照）が設けてあり、貯水槽１５から給水槽１６に雨水は流れ、反対方向（給水槽から貯水槽）には流れないようになっている。
従って、本発明は貯水槽１５の容量Ｖｔと、給水槽１６の容量Ｖｑを、前者を後者より充分大きく設定（Ｖｔ＞Ｖｑ）することを特徴としている。
そして設備目的が防火用水などの給水利用面のウエイトが大きいときには、後者の給水槽１６の容量Ｖｑを大きく設定する。反対に設備目的が豪雨対策のウエイトが大きいときには、前者の貯水槽１５の容量Ｖｔを大きく設定する。
【００２９】
［貯水構成］
図１に示す貯水タンク部Ａｔを流入槽１４、貯水槽１５、給水槽１６の３槽構造とする場合の雨水流出入構造について説明する。
貯水槽１５には管理エリア１０内の雨水を集合する流入槽１４が連結されている。この流入槽１４は例えば敷地内建造物２３の雨樋２４などに連結された流水パイプ或いは敷地内の駐車スペース２５などに埋設された排水側溝で構成される。
管理エリア１０には隣接する土地から流入する雨水も必要に応じて貯水タンク１１内に流入するように設計する。この場合隣接する土地からの流入水が管理地内の浸水、洪水などを引き起こす場合には、これらの流水も流入槽１４に案内し、同時に後述する雨水の流入量に算入する。
【００３０】
流入槽１４には、流入パイプ１２と一次浄化フィルタ１７が内蔵され、雨水に混入して流入した異物（木片、砂利など）をフィルタで濾過する。濾過フィルタはナノファイバなどの繊維層で構成し、また砂礫などの異物は槽内に沈積する。
なお、流入槽内の浄化フィルタ構造は、設備の設置場所によっては必要ない場合と、浄化と同時に沈殿層構造を採用する場合、など必要に応じて適宜採用する。
【００３１】
流入槽１４と貯水槽１５の間には第１流路パイプ２６を介して流入槽１４から貯水槽１５に雨水が流れるように構成されている。このため第１流路パイプ２６は後述する貯水槽１５の管理水位Ｇより高い位置（高所）に設置されている。
これは貯水槽内の貯留水が流入槽に逆流するのを防ぐためである（貯水槽１５がオーバーフローしたときには逆流もやむを得ない構造にしてある）。
【００３２】
貯水槽１５と給水槽１６との間には、第２流路パイプ２１を介して貯水槽１５から給水槽１６に雨水が連通するように連結されている。この第２流路パイプ２１には逆止弁２２が内蔵され、貯水槽１５から給水槽側には流れるが、逆に貯水槽１５から給水槽１６には流れないようになっている。この逆止弁２２の構造は広く知られているので説明を省略する。
【００３３】
また、貯水槽１５には広域河川１３に貯留水を放流する放水路３２が連結してある。図示のものは、と貯水槽１５底部と放水河川１３との間に敷設した放水パイプ２９と揚水ポンプ２８で放水路が構成されている。この放水路は３２は河川１３と貯水槽１５との高低差で自然放水することが好ましく、この場合には揚水ポンプを必要としない。図示のものは揚水ポンプ２８で放水採作用を補助している。
なお、図示しないが貯水槽１５から下水路（例えば施設内に設置した下水道システム）に緊急放水路を設置することも可能である。これは広域河川の下流側で氾濫した場合などに備える為である。
【００３４】
［発電構成］
上述の貯水槽１５から連設された放水路１３には、発電設備３６が設けられている。これは貯水槽１５から河川に放水する水流によって発電し、これを電気として再利用するためである。その構成は放水路１３に水車タービン（不図示）を配置し、タービンの回転で発電する。
この場合に、貯水システムとは関係なく、管理エリア内に、ソーラ発電システムを敷設する。あるいは燃料電池システムを設置することによって、管理スペースの有効利用を図ることができる。例えば燃料電池システムとしては、貯留タンク内の雨水を電気分解して水素ガスを抽出し、タンクに収容する。そして利用するときには、空気中の酸素と反応させて電気を得る利用方法も可能である。
特に本発明にかかわる貯留タンクは、洪水など災害発生時に、その活用が期待されるため、貯留タンクに貯留した雨水を深夜などの余剰電気、ソーラ発電などを利用して燃料電池として蓄えることは重要である。
【００３５】
［利水構成］
給水槽１６には管理エリア１０内の再利用ステーション４０に給水パイプ３３で連結されている。図示のものはトイレ洗浄用ステーション４０ａと、散水ステーション４０ｂを例示している。
この他、再利用ステーション４０としては、防火用の放水栓（消火栓）、冷房装置の冷却水、屋上散水、建造物壁面への散水、植物への灌水などに利用する。この再利用ステーション４０は設備の利用目的に応じて適宜複数個所に設置する。
【００３６】
また、給水槽１６には管理水道（上水道水、井戸水）から補水する補水パイプ２０が連結されている。図示の補水パイプ２０は上水道から給水槽１６に給水を受けるように構成されている。
これは後述する貯水槽１５に貯留水が渇水限度水位Ｌｖ２に達したとき管理水道１９から給水槽１６に水を補給する為であり、使用中の再利用ステーション４０が断水しないようにする為である。
このため後述するシステムでは再利用ステーション４０の利用水量を実測又は予測してタンク内の水位を渇水レベルから上に保持する。
【００３７】
このように本発明は、複数の再利用ステーション４０に複数の給水ポンプ３４、３５で給水する構造を採用し、後述する排水運転モードＭＯ３の時には全て、若しくは一部の給水ポンプを排水ポンプとして利用することを特徴としている。
このため、各給水ポンプ３４，３５は電磁開閉弁３９を介して排水パイプが連結された３方向（分岐）パイプ構造で構成され、各給水ポンプ３４、３５は給水槽１６から揚水した貯留水を開閉弁３９を介して再利用ステーション４０に給水する場合と、排水路１３に排水するように構成されている。
【００３８】
上述の構成の貯水槽１５は、管理エリア１０に予測し得る最大豪雨（防災予定雨量）が発生した際に、隣接地からの流入雨量も考慮して、タンク内に収容可能な雨量と、降雨時間から貯水槽１５の容積を設計する。
例えば１０mm／ｈの雨で３時間、６０mm／ｈ（大雨警報）の雨で３０分位の容量に設計する。このタンク容量は使用目的、設置地域の降雨量に応じて設計する。
【００３９】
また、貯水槽１５には貯水水位センサＳｅ１が、給水槽１６には給水水位センサＳｅ２が設けられている。各センサは、例えばフロト式水位計構造、ソナー計測器（Ｖ水位計測ソナー）或いは電気抵抗式水位計構造を採用すればよい。
そして貯水槽１５と給水槽１６の水位を検出する。この場合貯水槽１５は管理水位Ｇと渇水限度水位Ｌｖ２を識別可能に構成する。また給水槽１６は槽内のオーバーフロー水位Ｌｖ３を検出する。
【００４０】
また、貯水槽１５の容量設計と同時に貯水槽への単位時間当たりの流入量、単位時間当たりの放水量も流入パイプ１２の流量設計、放水パイプ３０の流量設計として計画する。
そして貯水槽１５に予め設定した降雨量と、タンク内の蓄積時間を確保するように設計する。例えば雨量△△mm／ｈの時、貯留時間○分のように設定した仕様に従って設計する。なお、この場合の設計値は、後述する水位算出の初期値として使用する。
【００４１】
以上貯留タンク内の雨水の利用について説明したが、雨水の再利用は、本発明にかかわる貯留システムの設備導入の目的の１つである。例えば、冷房装置（クーリングタワー）の雰囲気を散水によって低温化する。洗面所などの浄化水利用、産業用水としての再利用など、その利用が可能である。
さらに、「 緊急医療用水」としてもその利用が可能である。これは貯留タンクに貯留される雨水は不純物の少ない、危険物質を含まない用水であり、比較的簡単な方法で浄水ができる。そこで透析用の浸透水として、その利用が可能である。
【００４２】
［コントローラ部の構成］
本発明のコントローラ部Ａｃについて説明する。先に説明したように降雨予報と実際の降雨量との間には相当の乖離があり、例えば「明後日は、午前中は雨、午後はときどき小雨がぱらつき、夜半近くは大雨となる模様で、○○地方には大雨警報が発せられています。」このような降雨予報に従って、貯水槽１５の水位を管理する場合に、従来の水位管理方法（例えば特許文献１の方法）では、
タンク内空間＝（降雨による流入量）×（補正値＞１．０）−（利水量）−（放水量）を基本的な水位管理の概念としている。
【００４３】
従って、「予想降雨量と実地降雨量の誤差」「降雨時間の誤差」「再利用水の水量予測誤差」は、すべて補正値として補正する概念であり、更に降雨予報の到来時までに重畳的に降雨予報が重なったときにすべて補正値で誤差修正している。
このような方法では、貯水槽１５の容量を巨大に設備する場合は良いが、降雨時に局地的な浸水などの水害を招く恐れがあり、同時に利水用の水が枯渇したり、洗浄用水が断水したりする自態を招き、正確な水位管理とは云えない。
【００４４】
そこで本発明は、貯水槽１５を、第１の運転モードと第２の運転モードで水位管理することを特徴としている。
予め設定した降雨量一定値ｋ（例えば６０mm／ｈ）を基準に、この基準値ｋを超えない降雨予想の時には第１の運転モード（後述の貯水運転モードＭＯ２、ＭＯ１）で、基準値ｋを超える降雨予想の時には第２の運転モード（後述の排水運転モードＭＯ３）で水位管理する。
【００４５】
基準値ｋは、貯水槽１５の「流入雨量」と「利水雨量」と「放水雨量」と「貯留可能雨量（タンクの空き容量）」から設定する。
そしてこれらの需給バランスが安定した状態を貯水運転モードＭＯ２で水位管理し、これらがアンバランスとなって管理エリア内に局地的な浸水、水害が発生する蓋然性がある降雨予報のときには排水運転モードＭＯ３で水位管理する。
【００４６】
この場合、「流入雨量」は、管理エリア内に降雨した雨量と隣接地から流入した雨量であり、簡単にはエリア面積と降雨量から算出しても良いが、実測することが好ましい。
「利水雨量」は、散水、灌水、洗浄水など利用ステーションによって異なる。この利用水量は例えば給水パイプに流量計を内蔵して実測して平均的な利水量を求めることも可能であるが、集客施設などでは利用者数によって、稼働時間帯によって、利水量が大幅に異なるので確率論的に利水量を求める方法を後述する。
【００４７】
「放水雨量」は、貯水槽１５から河川などの広域排水路１３に排水する時間当たりの水量であり、自然放流可能な場合には貯水槽１５の排水パイプ３０のパイプ径によって定められる。「貯留可能雨量」は貯水槽１５のタンク容量と、管理水位Ｇ（コントロールする管理水位）からタンクの空き容量を求める。
【００４８】
そこで上述の各雨量に基づいて降雨量の一定値ｋ（以下「異常管理降雨量」と云う）を設定する。この異常管理降雨量ｋ（単位字間当たりの降雨量）を貯水槽１５から外部排水路に排出する放水雨量より、（管理エリア内からの）流入雨量が大きく、かつ貯水槽１５の貯留可能雨量が設定された時間（バッファ時間；例えば３時間）より早く満水となって溢れ出す降雨量に設定する。
以下、便宜上この異常管理降雨量を６０mm／ｈとして上記第１第２の運転モードＭＯ２、ＭＯ３について説明する。
【００４９】
図３は、コントローラ部Ａｃのソフトウェア構成を、図４はモード内容の説明図である。図示の装置は、コントローラ部Ａｃをパーソナルコンピュータで構成する場合を示している。コントローラ部Ａｃは、表示装置５０と本体制御部５１と、外部記憶装置５２で構成されている。
インターネット接続部は通信ネットワークで「降雨予報」を受信するための通信回線で構成されている。
【００５０】
外部記憶装置５２は、ハードディスクなどでデータベースを構築する。このデータベースは、予測降雨量に対する雨水流入量、一定値（ｋ）などの値を降雨の都度、記憶する。これは、各パラメータの最適値を得るためである。
またこの提供をもその課題としている。このデータベースには後述する手動運転モードＭＯ５で設定した各種パラメータも記録する。そして過去の降雨状況から、将来（今後）の降雨時の各種パラメータ設定に利用することを特徴としている
【００５１】
また表示装置５０は通常のディスプレイで構成されている。特に本発明はこのディスプレイに、降雨量が所定値ｋを超え、その量が貯留バッファ時間を下回るときには異常豪雨としてディスプレイにその状態を表示し、警報音などでオペレータ警告する。この表示によってオペレータは水害などの降雨被害に備える。
【００５２】
制御ＣＰＵ５１には、このほか水位センサ（前述の貯水槽の水位センサＳｅ１と給水槽のスイスにセンサＳｅ２）の検出値と、各揚水ポンプの吐出量計測器の検出値が伝達されるように構成されている。
また、制御ＣＰＵ５１は各開閉弁の電磁弁３９を調整して流量調整及び各揚水ポンプの出力量を調整するように電気的に接続されている。
【００５３】
そこで制御ＣＰＵ５１は、図４に示す動作モードを備えている。図示装置は、設定モードＭＯ１と手動運転モードＭＯ５と貯水運転モードＭＯ２と排水運転モードＭＯ３及び注水モードＭＯ４の異なる５つの制御モードを備えている。
この５種類に限らず本発明は、少なくとも貯水運転モードＭＯ２と排水運転モードＭＯ３を備え、降雨量が一定値ｋを超えないときには貯水運転モードＭＯ２で、一定値を超えるときには排水運転モードＭＯ３として貯水タンクへの雨水の入出量を制御すことを特徴としている。
【００５４】
従来（特開２００９−２３５８７２；特許文献１と云う）のように降雨予報に基づいてタンク内の貯水量を、降雨が到来するまでに流入する雨量（予想値）と、給水などに利用する水量（予想値）を考慮してタンク空間を形成することは、すべてが予測値であるため困難である。
これに対し、本発明は降雨予報量が一定値ｋを超えないときには、貯水運転モードＭＯ２として特許文献１と同様の水位管理を行い、一定値ｋを超えるときには排水運転モードＭＯ３として貯留タンク１５を実質的に空にすることを特徴としている。
【００５５】
なお、前掲特許文献１には具体的な水位演算方法が開示されていないが、以下本発明はその具体的演算方法と共に各モードの制御内容を説明する。
ここで説明の都合上、「運転」とはパイプ流出入量の調整とポンプ吐出量の調整を意味し、各パイプの流出入調整は開閉弁（電磁弁）の開口量調節でおこない、ポンプ吐出量の調整はポンプの回転量あるいは稼働時間調整でおこなう。なお弁構造、ポンプ構造によって調整方が異なることはもちろんである。
【００５６】
「設定モードＭＯ１」
水位管理に係わる各種パラメータを設定する。図示のものは「Ｇ」「μ」「Ｌ」を設定するようにしてある。
「Ｇ」は貯水槽の水位の管理レベルであり、この水位Ｇを予測降雨量に相当する雨量が流入しても、オーバーフローすることがないレベルにコントロールする。初期値は、タンク容量に応じて、予報降雨量が少ない場合であっても短時間にオーバーフローすることもまた渇水することもない、バランス水位に設定する。
【００５７】
「μ」は、予め設定した単位時間（例えば１時間）の間に利用する水量（例えば１立方メートル；以下「利水量」と云う）の平均値であり、給水状況によって異なり、好ましくは設備設置時に実験によって求める。
なお本発明にあって利水量「μ」は、現在の利水量ではなく、将来の予想利水量を意味する。例えばは現在から１時間以内単位時間の間に需要が予想される水量を平均利水量という。
この利水量は、利水ステーション４０ａ、４０ｂの状況に応じて変化する。例えば冷房用給水システムに使用する場合には、管理、施設内に入場する予想利用者総数に平均利用水量を乗じた水量となる。この場合の平均利用水量は現地計測、実験などで設定する。
従って、この「μ」は昼夜、営業時間、夏期  冬期などで大きく異なる場合には複数の値をテータテーブルとして準備する。
【００５８】
「Ｌ」は、貯水槽１５の渇水限度水位であり、例えばｔ時間以内に渇水する限度水位を設定する。この時間は給水ステーションの利用状況と、断水時の事態（困窮度）によって設定する。
例えば灌水利用のみで断水しても大きな問題がなければ、渇水限度水位レベルを低く設定する。逆に、防火用水利用であれば、初期消火に必要な水位レベル以上に設定する。これらの「Ｇ」「μ」「Ｌ」のディフォルト値は、下記の手動運転モードＭＯ５で変更可能に構成する。
【００５９】
「手動運転モードＭＯ５」
手動による運転モードであり、コントローラ部Ａｃからオペレータがコマンドを送信してすべてのパイプの流出入量の調整とすべてのポンプの吐出量の調整を実行する。これは、定常運転モード或いは非定常運転モードでは期待出来ない作用、期待出来ない効果のとき実行するモードである。
【００６０】
例えば降雨予報が連続している台風シーズンの時には、予測降雨量では貯水運転モードＭＯ２であっても、豪雨対策する必要が生じたとき、手動運転モードＭＯ５で排水運転モードＭＯ３に変更する。
或いは、夏気季の冷房使用時に、省エネのため屋上或いは建造物の壁面に散水するとき、運転モードが排水運転モードＭＯ３であっても、これを貯水運転に戻して運転する。そして夜間に集中放流させて水位を予定水位（非定常水位）に戻す。
【００６１】
このような運転を手動運転モードＭＯ５で行えるように構成する。この手動運転モードＭＯ５は、すべてのパイプの流出入量調整とすべてのポンプの吐出量調整をそれぞれ指示するコマンドデータ、或いは予め段階的に制御データをテーブルに記憶させて実行させる方法のいずれであっても良い。
【００６２】
「貯水運転モードＭＯ２」
コントローラの電源投入で自動的にこのモードで運転する。このモードは貯水槽１５内の雨水を多目的に活用するのと同時に通常の降雨量のときの雨水をタンク内に貯留する。このモードでは、タンク内への雨水流入量と、利水給水量をバランスよく水位管理する。
このため、予想降雨量は後述する確率論によってできるだけ正確に予測し、同時に利用水量は、利用人数、昼夜、営業時間、などのパラメータで後述する確率論によってできるだけ正確に予測することを特徴としている。
特に本発明は、貯水タンクに限界水位Ｌを設定し、この水位を下回るときには管理水道から注水（補水）する（注水モード運転）ことを特徴としている。
【００６３】
更に、この補水する際に、貯水タンクを貯水槽１５と給水槽１５に区割し、主に貯水槽に雨水を蓄え、給水槽から雨水を利用ステーションに給水するように構成し、このとき貯水槽１５の容量を給水槽の容量より、充分大きく設定したことを特徴としている。
更に、本発明は給水槽１６と貯水槽１５との間の連通パイプ（第２流路パイプ２１）に逆止弁２２を設けて、給水槽１６に補水した水が貯水槽１５に流入（逆流）しないようにしたことを特徴としている。
【００６４】
高水位状態の定義である「Ｇ」の値を初期状態に設定する。またネットから降雨量の予測値を取得し、１２時間以内に１０mm/h以上の降雨がないか否か判定する。あれば、「Ｇ」の値を豪雨予測時に合わせて再設定しなおす。
現状の水位が「Ｇ」を上回っていれば、つまりオーバーフローが起こっていれば排水モードに移行する。逆に水位が低水位状態の定義である「Ｌ」を下回った場合には、注水モードに移行する。「Ｌ」の値は夏季・冬季、昼間・夜間等で異なる。コマンド投入により、手動モードもしくは設定モードに移行する。
【００６５】
［排水運転モードＭＯ３］
降雨予報が一定値ｋを超える予測降雨量のとき、貯水運転モードＭＯ２から移行する。その時の水位Ｌと、降雨が到来するまでの時間Ｔをもとに目標水位Ｇが限界水位Ｌと一致するまでの放水量を算出する。なおこの場合、限界水位Ｌによらず、貯水槽を空にするように放水量を算出しても良い。
【００６６】
また、この排水運転モードＭＯ３では、複数の注水ポンプ、図示のものは、２個所の利水ステーション４０ａ、４０ｂに給水する給水パイプに連結された揚水ポンプ３４、３５を排水ポンプとして使用する。
このため、給水パイプは３方向に分岐されたパイプ構造で、電磁開閉弁３９が設けてある。そして非定常運転モードでは、給水ポンプを排水ポンプとして利用している。
【００６７】
このように本発明は複数の再利用ステーション４０に給水槽１６から給水パイプ３３で給水する際に、複数の給水ポンプ３３（揚水ポンプ）を配置する。
このポンプは、例えばトイレ洗浄用ポンプ、消火栓ポンプ、冷房散水用ポンプなど用途別に複数配置することが好ましい。これらの複数のポンプは各給水パイプに連結するのと同時に、排水パイプに開閉弁を介して連結する。
【００６８】
そして排水運転モードＭＯ３のとき、制御手段は排水パイプに連なる開閉弁を開放して給水ポンプ３３から排水パイプに注水する。
この場合制御手段５１は、例えば再利用ステーション４０で給水していないことを確認（例えば夜間の営業外時間）して排水処理することが好ましい。
【００６９】
なお、本発明は、降雨量、タンク内への流入量、給水量、放出量などすべての水量を単位量（例えば１ｍ３）で離散化することを特徴としている。
これは、雨水流量は、連続的に変化するアナログ値であるため、これを単位容積の流れに置き換えてデジタルテータとして扱うためである。この為本発明は連続的に流れる水量を単位量（立方メートル）で離散化する。
【００７０】
これと共に、本発明は降雨量を降雨予報に応じて（正確には整数倍又は整数分の１）流量設定し、降雨予報が異なったときには、更新された降雨情報によって流量調整することを特徴としている。つまり、降雨量予報は何時間毎のような時間区間で発信される。
従って貯水槽１５の水位管理をこの予報発信タイミングに合わせて制御することが幸便である。
【００７１】
次に本発明は、時間的に間隔を隔てて繰り返される降雨予報について、その取扱いを前後異なる予報が発せられたときには、最新の降雨量情報に従って目標水位Ｇを設定し、雨水量を設定する。
【００７２】
次に上述の排水運転モードＭＯ３について補足説明する。この制御プログラムは、降雨予報と、現在の貯水槽の水位と、降雨の到来時から「水害予知」が可能である。これは予測降雨量が膨大で、設置した貯水槽１５で、且つ確保した空き空間（タンクの空容量）では、予定された時間（例えば３０分）貯水することが出来ず、管理エリア内に浸水被害などの水害が発生する場合がある。
【００７３】
そこで制御手段５１は、予測降雨量が水害予告ラインに達したときには、表示ディスプレイ５０に総雨量線図などでシミュレーション表示する、これと共に警報音でオペレータに告知する。オペレータはこの警報に従って水害予防対策を施す。
【００７４】
なお、図示の装置における制御手段５１は、オペレータの設定によって再利用ステーション４０から安全な管理エリアに放水することによって浸水などの水害を防ぐことができるようになっている。
このため排水運転モードＭＯ３では、予測降雨量が予め設定した危険雨量を超えるときには、再利用ステーション４０から放水するように設定されている。
【００７５】
このように再利用ステーション４０には、給水槽１６から給水した水が貯水タンク１１に還流する場合（例えば散水など）と、還流することなく使用される場合（例えばトイレ洗浄など）があり、排水運転モードＭＯ３では、降雨時には設定された再利用ステーション４０から放水するように構成することも可能である。
【００７６】
この場合、再利用ステーション４０には、放水した水が貯水タンク１１に環流するステーション（環流給水）と、環流することなく他の排水ルートに流れるステーション（消費給水）に区分けされている。例えばトイレ洗浄のための給水は、貯水タンク１１に還流することなく下水道に放流される。
従って排水運転モードＭＯ３のとき予め設定した危険雨量を超える時には再利用ステーション４０（消費給水系）から放水するように構成することも可能である。
【００７７】
水位がＧの値を上回った時貯水モードより排水モードに移行する。その時点でのＬの値と、降雨が生起するまでの時間Ｔをもとに目標値Ｇ（Ｌ，Ｔ)を算出し、水位がＧと合致するように排水ポンプを稼働させる。この処理は１時間毎に更新され、実行される。
水位がＧと一致するもしくは、時間帯が豪雨中となった場合は、排水ポンプを止め貯水運転モードＭＯ２に移行する。また必要に応じてコマンド投入により手動運転モードＭＯ５に移行する。このモードで実行する処理の目的は、豪雨被害を緩和するため、豪雨直前までにできる限り貯水槽を空に近い状態とすることである。
したがって実際に豪雨が起こっているときは貯水運転モードＭＯ２に移行し、豪雨が長時間続く時は、再度排水運転モードＭＯ３に復帰するため２つのモード間を何回か繰り返すことになる。
【００７８】
［注水運転モードＭＯ４］
主貯水槽から最終槽に向かうバルブを閉じ、上水からのバルブを開いて、上水を導入する。最終槽の水位が一定値βを超えた場合は、上水バルブを閉じ、主貯水槽、最終槽間のバルブを開いて貯水モードに移行する。
【００７９】
各モードでの処理内容と、遷移状態をまとめると次のようになる。
【表１】
2013227849.tif 000003
【００８０】
水量制御を考察する場合、長期にわたって断続的な降雨が持続する場合が特に問題となる。つまり貯水モードと排水モード間の切り替えのタイミングである。
従来の方式（豪雨緩和を目的とした雨水貯留システム）では、降雨中は貯水槽が満水となるまで排水せず、満水になった場合はオーバーフローした雨水が排水されてしまうというものがほとんどであった。この方式では豪雨の最中に排水するという可能性もあり、豪雨緩和という初期の目的にそぐわないものとなってしまう。
このような問題点を考慮し本方式での雨水制御は次のように行われる。
【００８１】
［貯水モードから排水モードへの切り替え］
切り替えが早すぎると渇水状態を招いてしまい、雨水利用が有効になされない。一方、遅すぎると容易に満水となってしまう可能性があり、豪雨の緩和という初期の目的が達成されない。このため雨量予測値に基づき、たとえ降雨中であっても排水モードへの切り替えが行われることがある。
また排水に際しては、流出する河川の状態等を河川管理者から入手することで、河川氾濫の危険が生じないことを確認の上でモードを切り替える。
【００８２】
［排水モードから貯水モードへの切り替え］
豪雨が予測される場合、この切り替えが行われるが、切り替えが早すぎると容易に満水となってしまう可能性がある。一方遅すぎると、降雨が去った後雨水利用が続くと、渇水状態を招いてしまい有効な雨水利用がなされない。
このため降雨量予測と利用量予測とから、適切なタイミングでの切り替えを行う。
【００８３】
以上説明した「貯水運転モードＭＯ２」における水位管理には、次の待ち行列理論の適用が可能である。つまり雨水タンク（貯水槽）からの放水、多目的の雨水利用、短時間での気象データ（例えばアメダス）からの降雨予報は待ち行列理論によりモデル化可能である。
そこで上述した定常運転モードでは、Ｍ／Ｍ／１モデル，Ｍ／Ｄ／１モデル，およびＧ／Ｇ／１モデルなどが適用できる。代表的なＭ／Ｍ／１モデルについてこれを説明する。
【００８４】
［利用水量予測と限界水位］
Ｐｏｉｓｓｏｎ  ｍｏｄｅｌ
ｔ時間の間にｎ単位の水を消費する確率；
ｐｔ｛ｎ｝＝μｎ／ｎ！  ｅｘｐ（−μ）
μ；１時間の間に消費する水量の平均値
ｔ時間の間にｋ単位以下の水量を消費する確率は
Σｎ＝０ｋ  ｐｔ｛ｎ｝  ＝Ｐｔ｛ｋ｝
【００８５】
「貯水モードでの運用」
モデルには様々なものが考えられるが、まず水量を単位量（例えばｍ３）で離散化する（１ｍ３＝１ton）。
１単位の雨水量の到着から次の到着までの時間間隔の確率分布Ｒ（ｔ）；
Ｒ（ｔ）＝∫λｅｘｐ（−λｔ）ｄｔ  ＝  １−ｅｘｐ（−λｔ）
ただしλ；到着率（１時間の間に到着する雨水の平均値）＝単位時間にいくつ到着するか。
Poisson model
上記モデルにしたがえば、
t時間の間にｎ単位の水が流入する確率は；
ｐｔ｛ｎ｝＝(λt)ｎ/ｎ!ｅｘｐ(-λt)
λ；単位時間（例えば１時間）の間に流入する水量の平均値
したがって、t時間の間に、ｋ単位を超えない範囲の水量が流入する確率は
Σｎ＝0k  ｐｔ｛ｎ｝  ＝Ｐｔ｛k｝となる。
【００８６】
「雨水の放出及び使用量のモデル化」
公共施設、ショッピングモール等においては入場者の人数、季節、時間帯に依存して利用水量を予測することができる。
もし消費水量が次の指数分布に従うとすれば、
Ｑ（ｔ）＝  ∫μexp(-μｔ)ｄｔ  ＝  １−  exp(-μｔ)
が適用でき、  t時間の間にｎ単位の水を消費する確率ｑｔは；
ｑｔ｛ｎ｝＝(μt)ｎ/ｎ!ｅｘｐ(-μt)      
ただし、μは単位時間（例えば１時間）の間に消費する水量の平均値。
したがって、t時間の間に、せいぜいｋ単位の水量を消費する確率は
Σｎ＝0k  qｔ｛ｎ｝  ＝qｔ｛k｝となる。
【００８７】
「確定値モデル」
最も単純なモデルは、時間当たりの使用水量は、利用者数、時間帯、季節によって確定した値をとるとするもので、これをμとすれば、ｔ時間の間に使用する水量は、確定値μｔとなる。
【００８８】
降雨モデル及び使用料モデルにともにPoisson modelを仮定し、さらに貯水容量無限大を仮定したときの定常状態における貯水量は次の幾何分布としてあらわされることは、待ち行列理論の中ではよく知られている。
｛貯水槽にｎ個溜まっている確率｝＝ｐｎ＝（１−ρ）ρｎ、
ｎ＝０，１，２、・・・
ただし  ρ＝λ／μ（０≦ρ≦１）
ρ＝０のときは渇水状態であり、貯水量０、ρ≧１のときは、オーバーフロー状態であり、定常的には雨水が貯水槽からあふれ出している状態となる。
したがって、貯水槽の容量をＮとすれば、定常状態時においても貯水槽から雨水があふれ出している確率は  １−Σn=0Npnとなる。
但しこれは定常状態といういわば理想的な状態における貯水量の分布であって、本システムにおけるような過渡的状態においては適さないと思われる。
【００８９】
以上をシステムにおける制御問題に対応させると
貯水槽の貯留能力をＮとすると
Ｐ＝ｅｍｐ  ＝  Ｐ０  ＝  １−ρ；貯水モード状態で貯水槽が空になる確率
Ｐｏｖｅｒ  ＝Σｎ＝Ｎ∞  ｐｎ；貯水モード状態で雨水が貯水槽からあふれる確率
一方λの値は、予報値毎に変化していくため、一般には、λ＝λｉのように表される。
（ｉは時間変化する天気予報値（例えば１時間ごとの３時間にわたる平均）。
一方、排水モードにおけるμには、排水量に、利用水量が可算されるため、
μ＝μｊ＋μｋ；となる。
ただし、μｊ；雨水使用量の予測値、μｋ；排水量  ともにλと同一時間にわたる平均値制御の目標は、
Ｐｅｍｐ  ＝  １−ρ＜  α（例えばα＝０，９５）として、この不等式をλについて解きかつ現状の水位が下限値Ｌを下回っていたら、注水モードに移行する。
またＰｏｖｅｒ  ＝Σｎ＝Ｎ∞  ｐｎ  ＜  βとして、この不等式をμについて解き、かつ現状の水位が上限値Ｇを上回っていたら、排水モードに移行する。モニタにはリアルタイムで、水位の現在値を表示しておく。
【００９０】
次に利用水量予測と限界水位について説明する。公共施設、ショッピングセンタなどにおいては、入場者の人数、季節、時間帯に依存して利用水量を予測することができる。予測モデルはＰｏｉｓｓｏｎ  ｍｏｄｅｌ  もしくは線形モデルを用いる。Ｐｏｉｓｓｏｎ  ｍｏｄｅｌを適用する場合について説明する。
ｔ時間の間にｎ単位の水を消費する確率；  ｐｔ｛ｎ｝＝μｎ／ｎ！  ｅｘｐ（−μ）
μ；１時間の間に１単位の水量を消費する確率
したがって、ｔ時間の間にｋ単位以下の水量を消費する確率は、
Σｎ＝０ｋ  ｐｔ｛ｎ｝  ＝Ｐｔ｛ｋ｝となる。
この値はあらかじめ計算しておくか、ポアソン分布表を用いる。
【００９１】
なお本発明にあって利用水量は、単位時間当たりの利用水量から単純に予測することも可能である。この場合には次の線形モデル（ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｓｔｉｃ  ｍｏｄｅｌ）を用いると良い。
ｔ時間で消費する水量  μｔ  単位
渇水状態になる直前の水位を、限界水位Ｌと定義し、昼間、夜間、季節等に依存したＬの値を定めておく。例えばＬを３時間で使用する水量等の値に設定する。
【００９２】
「水量制御モデル」
降雨水量を表す確率変数をＸ、使用水量を表す確率変数をＹとする。すると差引で流入もしくは流出する水量を表す確率変数Ｚは  Ｚ＝Ｘ−Ｙとしてあらわされる。
この変数Ｚが、雨水制御の指標となる。現状で貯水槽にたまっている水量と貯水槽が満水になる水量との差に依存した閾値としてθを設定する。Ｚがθを超える確率が高い時には排水モードに移行する。
このためにはＺの密度関数を求める必要がある。
Ｘの密度関数をｆn、Ｙの密度関数をｇnとしたとき、Ｚの密度関数ｈnは
ｈn  ＝  P{X-Y=n}=  P{X=n+Y}=Σk=0∞ｇnP{X=n+k}=Σk=0∞ｇnｆn+k
このときのｎは必ずしも正の値とは限らない。
ｆnにpoissonを仮定するが、ｇnには、上述の３つのモデルが適用される。何れのモデルにおいてもｈｎの一般形を数式として導くことは難点があり、ｆn、ｇnの分布表から数値的に求めることが適当となる。また何れのモデルが現実に最も適合するかは実測データの基づいて決めることとする。
またZの分布を数式化委として求めることは一般的には困難であり。このためｈnの分布は、XやYの分布表に基づき数値解として計算する。
【００９３】
インターネット上で公開されている雨量の予測値はスポット的に１時間毎のものが入手可能である。したがって予測を１時間毎に、最長６時間後まで行うこととする。
現状の貯水量からθを計算し、t=1として、予測降雨量Ｘ、予測使用量Ｙ、とから
Ｐ｛Z≧θ｝を計算する。この確率が規程値αを超える場合は、排水モードに移行し、Ｐ｛Z≧θ｝がαを超えないようなθ‘の値を再計算し、θ―θ‘を排水水量とする。この値を水位に換算し排水ガイドラインとして設定する。排水ガイドラインに水位が達したのであれば貯水モードに移行する。
以下同様の処理を1時間毎に繰り返す。排水ポンプの能力により一気にガイドライン水位に達することができない場合もありうる。したがって予測時点毎にＧの値は変化する。図６に、継続した降雨と予測される豪雨が与えられた場合のシナリオを示す。
【００９４】
［各種パラメータの設定について］
「１時間当りの消費水量（＝単位利水量）μの実測」
「μ」は管理施設内への入場者数（施設内にいる利用者総数）、季節、夜間、昼間及びこれらの組み合わせによって異なる値となるので例えば以下の調査を行う。
μの種別と適用                        調査内容
μｓｎ；夏季・夜間      午後９時〜午前９時における延べ入場者人数と時間当りの
消費水量（トイレ、散水等）を調査。複数回の統計の平均
値をとる。
μｓｄ；夏季・昼間      午前９時〜午後９時における延べ入場者人数と時間当りの
消費水量（トイレ、散水等）を調査。複数回の統計の平均
値をとる。
μｎ；夏季以外の季節    午後９時〜午前９時における延べ入場者人数と時間当りの
（夜間）                消費水量（トイレ等）を調査。複数回の統計の平均値をと
る。
μｄ；夏季以外の季節    午前９時〜午後９時における延べ入場者人数と時間当りの
（昼間）                消費水量（トイレ、散水等）を調査。複数回の統計の平均
値をとる。
調査したこれらの値は、テーブル形式で保存しておく。
【００９５】
「渇水状態定数Ｌ」
Ｌは渇水状態を定義する数値であり、断水状態に至るまでの残り水量を示す。
したがってＬ／μは、降雨無しと仮定した場合の、断水に至るまでの平均時問となる。
poisson分布による近似を用いれば、次式から
ｐｔ｛ｎ｝＝（μｔ）ｎ／ｎ！exp（−μｔ）
Σｎ＝0k  ｐｔ｛ｎ｝＝Ｐｔ｛ｋ｝
水位Ｌの状態で１時間以内に断水になる確率は、Ｐ１｛Ｌ｝を超えることはない。
したがって、例えばＰ１｛Ｌ｝＝０．０５とすれば、断水確率を５％以下にするＬの値を求めることができる。poisson分布表を用いてこの値を計算しておく。
２時間以内；Ｐ２｛Ｌ｝、３時間以内；Ｐ３｛Ｌ｝等のＬの値も同様に計算することができる。
またμの値によってＬは変化するため以下のパラメータを得る。
Ｌｓｎ；夏季・夜間、Ｌsd；夏季・昼間，Ｌｎ；夏季以外の季節（夜間），Ｌｄ；夏季以外の季節（昼間）
【００９６】
「豪雨予測モード時の目標水位Ｇ」
Ｇは時間毎に変化していくＬの関数として定義される。現時点から豪雨予測時点までの時間をｋＴとすれば
Ｇｋ＝Ｌｋであらわされ、１時間毎にｋの値は１減じられ、豪雨予測時点に到達したときにｋ＝１すなわちＧ１＝Ｌとなる。
【００９７】
「降雨予測値とタンクへの流入水量との関係」
インターネットから収集した予測降雨量（ｒmm／ｈ）とその時に実際にタンク内に流入した水量（ｒ’mm／ｈ）との関係を実測する。幅広いｒの値について実測値を実測し、ｒとｒ’との関係ｒ’＝Ｆ（ｒ）を表として記録する。
【００９８】
［調査・測定が必要な事項］
「１フィールドで測定し、記録すべき事項」
以下の数値をシステムの設計に先だって測定しておくことが望ましく、測定の為のツールを開発しておくことも一法。
１）降雨予測値と実際に貯水槽に流入した水量
・降雨予測値及び事後予測値；
ｘｘ mm/h（１ｈ前）、ｘｘ mm/h（現時点）、ｘｘ mm/h（１ｈ後）、ｘｘ mm/h（２ｈ後）、ｘｘ mm/h（３ｈ後）、ｘｘ mm/h（4Ｈ）、
・気温；ｗｗ℃
・流入した水量；ｙｙ ton/h
２）入場者数と使用水量
・入場者数；ｘｘ人（時間当たり平均）
・使用水量；ｙｙ ton/h → 月ごとの平均値。
・季節；rr月
・時間帯；９〜１２時、１２〜１８時、１８〜２２時、２２〜翌９時
３）排水ポンプの能力
・最大排出量；ｘｘ ton/h
４）注水能力
・最大注水量；ｙｙ ton/h
【００９９】
『広域情報管理システム』
以上説明した雨水貯留システムは、管理エリア内に局地的豪雨が発生する恐れがある場合にその予報情報で貯留タンクを所定の水位レベル（渇水限度レベル若しくはゼロレベル）に放水する。これによって降雨量を貯留タンクに貯留して水害を未然に防止する。この防水目的と貯留した雨水を再利用する利水目的を備えている。
そして制御システムは、降雨予報を監視して予報降雨量が予め設定した設定値を超える時には、予想される降雨時までに貯留タンク内の貯留水を空若しくは渇水限度レベルまで河川に放流する。または、用降雨量が予め設定した設定値を超えない時には、予想される降雨時までに消費される利水量を勘案してタンク内に降雨量に相当する貯留空間を確保するように水位レベルを設定する。
【０１００】
この場合に同一河川にその地域に配置された複数の雨水貯留システムから一斉に放水されると河川水位が異常に上昇することがある。例えば、河川下流側に警告することなくその水位が急上昇すると危険であり、同時に河川が危険水位に達することが予想される。
このような場合に複数の雨水貯留システムから同一河川に放水する放水量を加減調整する必要が生ずる。そのシステムについて説明する。
【０１０１】
図７は複数の貯水タンクシステム間に配置した情報ネットワークを示す。このネットワークシステムは、複数の貯水タンクシステム１１から同一河川に放水する放水計画を情報収集する。
これと共に放水河川の水位情報の監視と降雨予報をウオッチする。これらの情報から各貯水システムがオーバーフローすることなく、また放水河川が危険水位に増水することがない最適値を情報処理する。
そして、各貯水タンクシステムに、放水時間を割り当て指示、或いは放水量を割り当てるか状況に応じては危険を警告する。
【０１０２】
複数の貯水タンクシステムの１つ若しくは管理サーバ（以下、中央処理センタＣという）に各貯水タンクシステム１１の放水計画を情報収集する。中央処理センタＣは放水河川に設置された水位監視手段４１から、河川１３の現在水位情報を取得する。
これと共に降雨予報から取得した予報降雨量と放水河川１３の水位予測値を例えばサーバにデータ記憶した河川増水情報から取得する。
【０１０３】
そして中央処理センタＣは、放水河川１３の現在水位情報と、各貯水タンクシステム１１からの放水計画と、放水河川１３の水位予測値から放水河川１３の増水量を情報処理する。この情報処理で放水河川１３が危険水位に達すると判断したときには、中央処理センタＣは各貯水タンクシステムに対し放水計画による放水量を加減するように情報提供する。
【０１０４】
この情報提供は、例えばＡシステムは午前中放水、Ｂシステムは午後放水、Ｃシステムは夜間放水など放水時間を割り当てることが可能なときにはその旨の情報を提供する。
また、中央処理センタＣは放水河川１３の増水量から各貯水システム１１に放水計画の見直しを指示する暇がないと判断したときには、各システムに警告すると共に各システムをマニュアルモードで運転するように指示する。
【０１０５】
前記河川水位監視手段４１は河川に設置した水位検知手段、放水河川に設置したウェブカメラなどの撮像手段および天気予報、水害情報などの予報情報サービスから取得する。
【０１０６】
上記制御を実現するためには、河川の水位を監視し、制御システムからの排水を管理するための監視サーバを置く。特定河川における隘路となる箇所には水位センサを設置し、管理サーバは水位センサの値と雨水制御システムからの排水要求とを評価し、システムからの排水の許可、不許可を通知する。
【０１０７】
「制御プロトコル」
雨水制御システムと監視サーバとの間は、インターネットのアプリケーション層を介して、図８に示すようなプロトコルが実行されるものとする。
【０１０８】
以上説明したように、本発明は、近い将来発生する集中豪雨を予測して管理エリア内に設置した貯留タンクの水位を予想される降雨量に応じて、タンク内の貯留エリアを加減することによって水害を未然に防止する目的と、この貯留タンク内に貯留した雨水を再利用する目的を有している。
【０１０９】
このため、（１）予報降雨量と実際の降雨量との差異（予報の的中確率など）（２）時間ごとに変化する予報値（時々刻々変化する予報降雨量）（３）タンク内の貯留水を放流する際の放流先施設（河川、貯留池、浸透施設など）の水位変化、など変化するパラメータが多く、実際に貯留タンク内の水位をコンピュータ制御することに問題がある。そこで、次の方法を採用する。
【０１１０】
（１）予報降雨量が、時間的に変化することによる水位演算の煩雑化対策
（ａ）予報降雨量が予め設定した割合より大きく変化したときにタンク水位を再演算して水位調整する。
例えば、予報降雨量の履歴が予め設定して割合より大きくもしくは小さく変化したとき、すでに実行しているタンク水位調整（放水量調整）を変更する。
（ｂ）予め設定した時間内の予報降雨量を平均化して、その平均値に従ってタンク水位を再演算して水位調整する。この場合には、あらかじめ設定した時間Ａ時間ごとにタンク水位量を演算して水位調整する。
【０１１１】
（２）利水量の予測
貯留タンク内の貯留水を再利用する際に、本発明は、次のいずれかの方法を採用することを特徴としている。
（ａ）利水量を現在の利用水量を基準に設定する。
（ｂ）利水量を、季節、昼間、夜間など利用目的に応じてあらかじめ設定しておく。この場合に、集客施設などの場合には、現在の集客数或いは将来の予測集客数で水量を補正する。
【０１１２】
（３）演算処理の煩雑さ対策
本システムを設置する管理エリア内の降雨量・利水量（再利用給水量）および放水先施設の水位情報を正確に演算し、水位調整することは不可能に近い。
そこで上述した実施態様では確率予測している。このような確率演算を精度よく実施することはコンピュータなどの演算負荷と、算出した結果値の効果とから最適の水位予報を得る必要がある。
（ａ）過去の降雨量とその時の予報光量との乖離をデータ化して予報降雨量を補正する。
（ｂ）予め、降雨量、利水量、放水量など、設定パラメータについて貯留タンクの水位コントロール（放水計画）を演算し、データテーブルに記憶する。そしてこの記憶データに基づいて、例えば予報降雨量が最も近い設定降雨量について演算結果を呼び出し、その値を基準に放水計画を実行する。
【０１１３】
以上説明したように、本発明は、貯水タンク内の水位を、数時間後に発生する降雨量と数時間後に予測される利水量に応じて貯水タンク内の貯留水を水位管理することを特徴としている。
つまり、数時間後に豪雨が発生する予報のときには目標水位を渇水水位に設定し、降雨予報時までに渇水水位Ｌとなるように放水量を計画的に調整する。
また、数時間後に利水量がピークとなって渇水予測のときには目標水位を満水状態に設定し、渇水予測時まで貯水量を保持する（放水しないか、若しくは上水道施設から注水する） 。
このような制御を行うとき
（１）予報値と予測値の時間的変化（降雨量予報情報およびに水量予測情報は時々刻々変化する）
（２）予報・予測値と実際値との誤差（降雨予報値と実際の降雨量および利水予測値と実際の利水量との誤差）。
（３）予報・予測時間と実際の降雨・利水の時間的誤差
そこで、これらの誤差による水位コントロール誤差を避けるためには次のいずれか１つ若しくは複数の方法を採用する。
【０１１４】
（ａ）方法１
目標水位Ｇを予め設定した優先モードに設定する。貯水タンクの設置目的が豪雨対策目的か利水目的かによって優先モードを設定する。そして豪雨目対策目的のときには「排水運転モード優先」で制御し、 利水目的のときには「貯水運転モード優先」で制御する。
つまり、前述の各運転モードで実行するとき、その時の予報に基づく降雨予報（降雨量と降雨タイミング）で、貯水運転モードの実行中に渇水状態となる可能性（降雨量が少ないか、降雨時間が遅れる）があるときには、（１）貯水運転転モード優先のときには放水を停止し、貯留タンク内への貯水水位が予定水位を下回らないように制御する。また（２）排水運転モード優先のときには、放水を継続または開始し、貯水タンク内の貯水エリアを増大させる。
同様に、降雨予報に対し満水状態となる可能性があるときには、（１）貯水運転モード優先のときには、放水量を増大することなく実行し貯留タンク内をオーバーフロに導く、また（２）排水運転のモード優先のときには、放水を量を増大させ貯留タンク内を渇水状態に導く。
【０１１５】
（ｂ）方法２
前述の貯水運転モードを実行する過程で所定時間内のタンク内流入量（降雨量）とタンク外流出量（放水量と利水量）を図６に示すように予測する。なお、この図６の例は放水ポンプで定量／時間で放水する場合を示し、 図示「on」はポンプ作動、「off」はポンプ停止を示す。
そこで図示ＬｅＵはオーバーフローラインを、ＬｅＤは渇水ラインを示す。図６ｘ軸は時間単位を示し、初期状態（ｔ０）から（ｔ１）時間、（ｔ２）時間、（ｔ３）時間を示す。
【０１１６】
例えば貯水タンクを満水状態から渇水状態に放水するとき、ｔ３時間を要すると仮定し、 ｔ３時間後に「降雨予報」がなされた時、「on」「on」「on」状態で運転を続けると渇水状態となり、「on」「off」「off」状態で放水運転するとオーバーフロすることが予想される。
そこで放水量には、放水パイプ口径、放水ポンプ容量、放水先状況（河川水位、浸透池水位など）限界があり、短時間で貯留タンク水位を満水から渇水に調整することはできない。このような条件下では、貯水タンクの水位を予想してその確率情報で放水量を制御する必要がある。図６はこれを評価値として定義している。
【０１１７】
図６の例においては実線で示された２通りのシーケンスでは失点なしとされる。
選択するシーケンス：ｏｎ−ｏｆｆ−ｏｎ，またはｏｎ−ｏｎ−ｏｆｆ評価値＋３
却下するシーケンス；ｏｎ−ｏｆｆ−ｏｆｆ，もしくはｏｎ−ｏｎ−ｏｎ評価値＋１
評価値；成功を＋１、失敗を−１で加算していく。明確なｗｉｎ，ｌｏｏｓｅの基準はないが、積算評価値を、成否の判断材料とし、最も評価値の高い戦略を選択する。
ｏｎにおける排水量の調整；降水量予報値から２４Ｈにおける積算降水量Ｓを算出しＳが貯水槽容量Ｂを超える時には排水時のポンプ稼働を１００％、積算降水量Ｓが貯水槽容量Ｂを下回るときは稼働を２５％に、積算降水量Ｓと貯水槽容量Ｂとがほぼ同じくらいのときには５０％に設定する。これは豪雨時においてはできるだけ渇水に近い状態に、降雨が少ない時にはできるだけ満水に近い状態を保存するためである。
【０１１８】
なお、本発明にあって「貯留タンクからの放水」は、放水パイプから河川、貯留池などに放水する場合と、貯留タンクから地中に浸透放水するなど貯留タンクから外部に貯留水を放出するあらゆる方法、手段を含むものとする。
【産業上の利用可能性】
【０１１９】
本発明の利用可能性について説明する。本発明は、駐車場、建造物、公園、 遊技場、農地など管理エリア内に降雨あるいは流入した雨水を貯留することによって溢水、洪水その他の水害を低減することで共に、貯留した雨水を再利用する雨水貯留システムとして利用される。
従って設置エリアは、都市部の駐車場、建造物に限らず郊外地域の農地などに設置して活用することが可能である。また利水目的としては、洗浄水、冷暖房散水、飲料水、医療用水など広範な用途に用いられる。この場合飲料水、医療用水としての利用は濾過浄水処理が必要である。
【符号の説明】
【０１２０】
Ａ        貯水システム
Ａｔ      貯水タンク部
Ａｃ      コントローラ部
Ｇ        管理水位
１０      管理エリア
１１      貯水タンク
１２      流入路
１３      排水路
１４      流入槽
１５      貯水槽
１６      給水槽
１７      一次浄化フィルタ
１８      最終浄化フィルタ
２０      補水パイプ
２１      第２流路パイプ
２２      逆止弁
２３      敷地内建造物
２４      雨樋
２５      駐車スペース
２６      第１流路パイプ（連通パイプ）
２８      放水ポンプ
２９      放水パイプ
３６      発電機
３７      蓄電器
４１      水位監視手段
Ｖｔ      貯水槽の容量
Ｖｑ      給水槽の容量
ＭＯ２    貯水運転モード
ＭＯ３    排水運転モード
【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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