(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
利水専用ダムとしての貯水池に設けたゲートを開放させて貯水を放流させる放流時操作として、事前放流操作、遅らせ操作、及び、事後放流操作の内の少なくとも一つの操作を行う貯水池操作方法であって、
前記貯水池から放流を開始する計画値である貯水量ｖ0 、遅らせ操作を開始する計画値である貯水量ｖ1 、遅らせ操作を開始したときの計画値である目標放流量ｑ1 、遅らせ操作による計画洪水を行う計画値である貯水量ｖ2 及び遅らせ操作による計画洪水を行ったときの計画値である目標放流量ｑ2 を予め読み込んでおき、
前記貯水池の水位に基づいてその貯水量Ｖを繰り返し算出するとともに、その貯水量Ｖと前記貯水量ｖ0 、ｖ1 とを比較し、
前記貯水量Ｖが前記貯水量ｖ0 以上であって且つ前記貯水量ｖ1 よりも小さいと判定された場合には、下記の放流関数の式（４）に基づいた放流量Ｑ0 が得られるように前記ゲートを開放操作することにより事前放流操作を行い、
前記貯水量Ｖが前記貯水量ｖ1 以上であると判定された場合には、下記の放流関数の式（５）に基づいた放流量Ｑ0 が得られるように前記ゲートを開放操作することにより遅らせ操作を行い、
貯水の放流開始から終了までの一連のゲート開閉操作を、貯水池の水位を基本情報として決定することを特徴とする放流関数に基づく貯水池操作方法。
Ｑ0   ＝ｑ1 （Ｖ−ｖ0 ）2   ／（ｖ1 −ｖ0 ）2                   （４）
Ｑ0   ＝｛（ｑ2 −ｑ1 ）（Ｖ−ｖ1 ）／（ｖ2 −ｖ1 ）｝＋ｑ1     （５）
但し、ｖ0 ＜ｖ1 ＜ｖ2 である。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超安定型の放流関数に基づいて利水専用ダムとしての貯水池の放流操作を行う貯水池操作方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ダムは、洪水調節用ダムと利水専用ダムとに大別することができる。
【０００３】
そして、洪水調節用ダムでは、洪水に備えて確保された容量（貯溜可能な空き容量）を活用して、下流河道の流量を低減させるように放流量をコントロールするようにしている。
【０００４】
また、利水専用ダムにおいても、発電や農用・水道用に使用するのに必要な貯水量を確保して、これを活用することが主目的であるが、洪水時においては、ダムを設置したことにより、下流河道の洪水流量が増加しないように、一定の方針を定めて、これにより放流量をコントロールする必要がある。
【０００５】
そして、これらのダムの貯水池から放流量を決定する方法は、自然調節方式や定開度方式等のゲートの開閉操作を伴わない方式を除いては、主に、貯水池への流入量を基本情報として放流量が決定されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のように貯水池への流入量を基本情報として放流量を決定する方法では、貯水池への流入量の把握誤差が大きいために、決定した放流量の誤差も大きくなり、正確な放流量の制御が行えないという不具合がある。
【０００７】
すなわち、流入量は、貯水池からの放流量と単位時間内の貯水量の変化との合算量として求められるものであり、単位時間内の貯水量の変化は、貯水池の水位の変化とあらかじめ貯水池毎に作成した貯水量(V)と水位（標高：H）の関係式（Ｈ−Ｖカーブ）から求められる。
【０００８】
この際、貯水池の水位の観測値は、貯水量の変化のみならず、風や地震による波の発生、ゲート開閉操作時にゲートから受ける反作用の変化による波の発生、また、発電用のプロペラから受ける反作用による波の発生等にも支配されている。
【０００９】
また、これら貯水量の変化要素以外の水位の構成要素は、流入量計算においては誤差の要因となる。
【００１０】
然るに、流入量計算における計算誤差は、貯水池の面積と水位観測誤差との積に比例するものであり、一般的に貯水池の面積が大きいことから、水位の観測誤差が僅かなものであっても、この水位の観測誤差が流入量の把握誤差に大きく影響して、結果的に放流量の誤差を大きくすることから、放流量を安定化させた貯水池操作を行うことが非常に困難となっているのが実状である。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明では、利水専用ダムとしての貯水池に設けたゲートを開放させて貯水を放流させる放流時操作として、事前放流操作、遅らせ操作、及び、事後放流操作の内の少なくとも一つの操作を行う貯水池操作方法であって、前記貯水池から放流を開始する計画値である貯水量ｖ0 、遅らせ操作を開始する計画値である貯水量ｖ1 、遅らせ操作を開始したときの計画値である目標放流量ｑ1 、遅らせ操作による計画洪水を行う計画値である貯水量ｖ2 及び遅らせ操作による計画洪水を行ったときの計画値である目標放流量ｑ2 を予め読み込んでおき、前記貯水池の水位に基づいてその貯水量Ｖを繰り返し算出するとともに、その貯水量Ｖと前記貯水量ｖ0 、ｖ1 とを比較し、前記貯水量Ｖが前記貯水量ｖ0 以上であって且つ前記貯水量ｖ1 よりも小さいと判定された場合には、下記の放流関数の式（４）に基づいた放流量Ｑ0 が得られるように前記ゲートを開放操作することにより事前放流操作を行い、前記貯水量Ｖが前記貯水量ｖ1 以上であると判定された場合には、下記の放流関数の式（５）に基づいた放流量Ｑ0 が得られるように前記ゲートを開放操作することにより遅らせ操作を行い、貯水の放流開始から終了までの一連のゲート開閉操作を、貯水池の水位を基本情報として決定することを特徴とする放流関数に基づく貯水池操作方法を提供するものである。
Ｑ0   ＝ｑ1 （Ｖ−ｖ0 ）2   ／（ｖ1 −ｖ0 ）2                   （４）
Ｑ0   ＝｛（ｑ2 −ｑ1 ）（Ｖ−ｖ1 ）／（ｖ2 −ｖ1 ）｝＋ｑ1     （５）
但し、ｖ0 ＜ｖ1 ＜ｖ2 である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について説明する。
【００２０】
すなわち、本発明に係る放流関数に基づく貯水池操作システムは、流入量計算過程を省略し、貯水池の水位から直接放流量を決定し、この決定した放流量に基づいて、貯水池の一部を形成する洪水調節用ダムや利水専用ダムに設けたゲートを開放操作（開度調節操作）するようにしたシステムである。
ここで、放流操作を流入量と放流量との関係において、さらに一般化して整理すると、次の四つの放流機能の組み合わせとして整理することができる。
【００２１】
▲１▼流入量に対して放流量が追いついていく操作（以下「追いつき操作」という）。
かかる「追いつき操作」として、「事前放流操作」と「異常洪水時操作」とがある。
【００２２】
▲２▼流入量に対して放流量が一定時間遅れる操作（以下「遅らせ操作」という）。
かかる「遅らせ操作」は、これを延長して利水専用ダムにおける「事後放流操作」にも適用することができる。
【００２３】
▲３▼流入量に対して放流量が離れていく操作（以下「調節操作」という）。
かかる「調節操作」として、「洪水調節操作」と洪水調節用ダムにおける「事後放流操作」とがある。
【００２４】
▲４▼流入量と放流量が同じで水位を一定に保つ操作（以下「定水位制御操作」という）。
【００２５】
これらの機能は、放流量を決定する際に用いる放流関数における貯水量Ｖの次数を調整することによって、実現することができる。
【００２６】
すなわち、追いつき操作は、貯水量Ｖの２次式、遅らせ操作は、貯水量Ｖの１次式、調節操作は、貯水量Ｖの１／２次式によって実現することができる。
【００２７】
また、定水位制御操作は、流入量と放流量を同じにすると言う意味から見れば流入量に放流量を限りなく近づける事に類似しており、近似的に貯水量Ｖの２次式で実施することができる。
【００２８】
しかしながら、厳密な定水位制御を実施するためにはこの部分だけについて別途の方策を講ずる必要がある。
【００２９】
そして、本発明に係る放流関数は、解析上都合の良い貯水量Ｖの関数に統一して表現している。なお、放流量と貯水量の関係は、あらかじめ貯水池毎に貯水量Ｖと水位（標高）Ｈの関係式（Ｈ−Ｖカーブ）を作成しておけば、放流量と水位の関係に置き換えることができる。
【００３０】
例えば、図１に示すように、始点（０，０）、終点（ｖ，ｑ）の２つの点を通る、放流量Qoと貯水量Ｖとの関係を、貯水量Ｖの１／２次式、１次式、２次式として示した。なお、Ｖの１／２次式と２次式は始点（０，０）をグラフの頂点となるようにしている。
【００３１】
そして、これらを放流関数として、時間Ｔ＝０で、０から始まり、時間の変化に対して直線的に変化する場合の流入量Qiに適用して、これに水の連続式を考慮して、放流量Qoの時間変化を計算した結果を図２に示す。
【００３２】
その結果、計算された放流量Qoは、貯水量Ｖの１／２次式による場合は、流入量に対して一定率であり、また、貯水量Ｖの１次式の場合は、流入量を平行移動（流入量に対して一定時間の遅れ）した線に漸近し、また、貯水量Ｖの２次式の場合は、流入量に対して放流量が追いついていく、というそれぞれの特性を有していることが解析的にまた数値計算的に判った。
【００３３】
そこで、これらのそれぞれ異なる放流関数の水理特性を効果的に活用して、洪水調節をシステム的に行うことができるようにした。
【００３４】
すなわち、洪水調節用ダムにおいては、まず、放流開始時点では、ダムからの放流による下流河道の水位上昇は緩やかでなければならないが、その後は、できるだけ早く流入量に放流量が追いついていく必要性がある。このような観点から、貯水量Ｖの２次式の特性を活用した放流関数を採用するのが適当である。
【００３５】
次に、洪水調節については、ある流入量に対して、一定の率の放流を達成する必要性がある。このような場合は、貯水量Ｖの１／２次式の特性を活用した放流関数を採用するのが適当である。
【００３６】
さらに、二山以上の洪水に対しても、継続的に、ある一定の調節効果が得られるように配慮する必要性があるが、そのようなケースも考慮して、事後放流操作も洪水調節操作の延長上で（２）式で考えるのが望ましい。
【００３７】
そして、異常洪水時操作は、洪水調節状態から放流量の増加による下流河道の急激な水位上昇を回避しながら、流入量に放流量を近づけていく操作であるから、貯水量Ｖの２次式の特性を活用した放流関数を採用するのが適当である。
【００３８】
なお、異常洪水時操作に続く事後放流操作（ｖm≦Ｖ＜ｖ2）も異常洪水時操作の延長上で（３）式で考えるのが望ましい。
【００３９】
また、利水専用ダムにおいては、中心となる操作は遅らせ操作であるから、貯水量Ｖの１次式の特性を活用した放流関数を採用するのが適当である。
【００４０】
そして、事後放流操作は、洪水調節用ダムの場合と同様に、二山以上の洪水に対処するために、中心となる遅らせ操作の延長上で考える。
【００４１】
以上の条件で、それぞれ洪水調節方式を決定する場合には、図１に示すように、貯水量Ｖ（水位Ｈに換算可能）と放流量Qoとの座標軸において、計画的に貯水量と放流量の関係として定められた、放流関数の始点及び終点を通るような、それぞれ１／２次式・１次式・２次式の放流関数を当てはめればよい。
【００４２】
その結果できあがった放流関数システムが図３及び図４であり、これらの放流関数を適用して、任意の流入量に対する放流量を決定することができ、その結果を、図５及び図６に示す。
【００４３】
なお、２次関数については、始点と終点のみでは無数の２次関数が存在し、一義的に決定することができないので、２次関数の頂点（ｖp，ｑp）をどの様に設定するかという立場からの条件を付加し、こうすることにより当該放流関数への移行時点（ｖm，ｑm）の放流の水理特性（放流量の増加による下流河道の水位上昇速度）の条件を設定することが可能である。
【００４４】
従って、本発明に係る貯水池操作システムを採用した場合には、水位により直接放流量を決定することにより、ダムからの放流による下流河道の水位の上昇速度をコントロールすることが可能となる。
【００４５】
【実施例】
以下に、本発明の実施例を、図面を参照しながら説明する。
【００４６】
〔洪水調節用ダムの場合〕
貯水池に設けたゲートを開放させて貯水を放流させる放流時操作として、事前放流操作、洪水調節操作、異常洪水時操作、及び、事後放流操作の内の少なくとも一つの操作を行う貯水池操作システムであって、貯水の放流開始から終了までの一連のゲート開閉操作を、貯水池の水位を基本情報として決定するようにしている。
【００４７】
▲１▼事前放流操作は、下記の放流関数の式（１）に基づいた放流量Qoが得られるようにゲートを開放操作する。
【００４８】
▲２▼洪水調節操作は、下記の放流関数の式（２）に基づいた放流量Qoが得られるようにゲートを開放操作する。
【００４９】
▲３▼異常洪水時操作は、下記の放流関数の式（３）に基づいた放流量Qoが得られるようにゲートを開放操作する。
【００５０】
▲４▼事後放流操作は、貯水池の状況により（２）式（ｖ1≦Ｖ＜ｖm）又は（３）式（ｖm≦Ｖ＜ｖ2）に基づいた放流量Qoが得られるようにゲートを開放操作する。
【００５１】
【数５】
0003765964.tif 000002
【００５２】
Qｏ：放流量（ｍ３／ｓ）
Qｉ：貯水池への流入量（ｍ３／ｓ）
V：貯水量（ｍ３）
（ｖ０，０）：放流開始時の状況
（ｖ１，ｑ１）：洪水調節開始時の状況
（ｖ２，ｑ２）：計画洪水波形を調節したときの状況
（ｖ３，ｑ３）：異常洪水時の最大予想流入時の状況（最高水位時）
（ｖｍ，ｑｍ）：計画的洪水調節から異常洪水時操作に移行する際の状況
（ｖｐ，ｑｐ）：異常洪水時放流関数の数学的頂点の座標
【００５３】
図５は、洪水調節用ダムについて、洪水の始まりから終わりまでの貯水池への流入量と放流量の時間変化を示したものであり、放流時操作として、▲１▼事前放流操作と▲２▼定水位制御操作と▲３▼洪水調節操作と▲４▼異常洪水時操作と▲５▼事後放流操作を適宜行うようにしている。
【００５４】
ここで、▲１▼事前放流操作は、ダムからの放流による下流河道の水位上昇に留意しつつ、しかも、できる限り早く放流量を流入量に近づけていく操作である。
【００５５】
▲２▼定水位制御操作は、流入量に対して放流量が等しくなった（近づいた）段階で、この状態を継続させることにより、水位を（ほぼ）一定に保持する操作である。
【００５６】
▲３▼洪水調節操作は、洪水流入量の一部を貯水しつつ、放流量を低減させる操作である。
【００５７】
▲４▼異常洪水時操作は、貯水位が計画（あらかじめ設定）した最高水位を超える恐れがあるときに、洪水調節計画よりも多くの放流を行い、ダムからの洪水の越流を回避する操作である。
【００５８】
▲５▼事後放流操作は、洪水調節または異常洪水時操作により上昇した水位を低下させつつ、流入量に放流量を近づけて、定水位制御に移行する条件を整える操作である。
【００５９】
以上に述べてきたように、洪水調節用ダムでは、図３に示すような放流関数（Ｖ−Ｑo関数）によって、放流量を決定することができる。
【００６０】
さらに、図３に示すように、放流開始時点や洪水調節操作から異常洪水時操作に移行する場合等の判断において「限界流入量」の概念を適用することにより、効果的かつ安全な操作システムとすることができるものであり、放流開始時の限界流入量Qic1と異常洪水時操作へ移行する際の限界流入量Qic2は、それぞれ以下のようにして設定することができる。
【００６１】
（放流開始時の限界流入量Qic1）
下流河道の水位−流量関係（Ｈ−Ｑカーブ）を、（６）式に示すような水位Ｈの２次関数とすれば、定められた放流関数（１）式に基づいて、放流量０の状態から放流を開始しようとするとき、ダムからの放流による下流河道の水位上昇速度が、放流関数がＶの１次関数では水位上昇速度が常に無限大となり、また、３次関数では水位上昇速度が常に０となる。このような中で、その中間的な位置にある２次関数のみが、（７）式に示すような放流開始時期の水位上昇速度を有限の値によって表現し得ることによるものである。
【００６２】
いま、下流河道の水位−流量関係（Ｈ−Ｑカ−ブ）を（６）式によって表す。
【００６３】
【数６】
0003765964.tif 000003
【００６４】
但し
Ｋ：河道の水理定数（ｍ／ｓ）
Ｈ：観測所水位（ｍ）
ｈ０：観測所零点高（ｍ）
（１）式に基づくダム放流による下流河道の水位上昇速度は、水の連続式と（６）式と（１）式を連立させて（７）式のように導くことが出来る。
【００６５】
【数７】
0003765964.tif 000004
【００６６】
この（７）式が下流河道の水位上昇速度の許容値Ｈc以下であるという条件を付けると以下の通りとなる。
【００６７】
【数８】
0003765964.tif 000005
【００６８】
なお、（８）式においては、放流開始前であるからＱoの値は０である。
【００６９】
この（８）式の右辺に示す限界流入量Qic1は、ある貯水池の洪水期制限水位以下の空き容量（＝ｖ1−ｖ0）のもとで、放流関数（１）式にもとづき放流を開始した場合の、下流水位基準点における水位上昇速度をＨc 以下に抑えるための限界の流入量を示している。ｑ1は、貯水量Ｖ＝ｖ1となった時の目標放流量である。
【００７０】
（異常洪水時操作へ移行する際の限界流入量Qic2）
事前放流操作並びに洪水調節操作における放流関数の延長上で、図３に示すような放流関数を一般化したＶの２次関数として（３）式のように設定し、操作に関する諸条件を加味しつつＡ、Ｂ、Ｃを確定していくこととする。
【００７１】
【数９】
0003765964.tif 000006
【００７２】
先ず、この放流関数による下流河道の水位上昇速度のコントロールについて考察してみる。
【００７３】
（３）式と（６）式に示す下流河道のＨ−Ｑカ−ブから下流河道の水位上昇速度は以下のように数式化される。
【００７４】
【数１０】
0003765964.tif 000007
【００７５】
いま、下流河道の水位基準点における水位上昇速度の限度をＨcとすると、異常洪水時操作への移行段階では（９）式は、次のように整理することができる。
【００７６】
【数１１】
0003765964.tif 000008
【００７７】
この（１０）式の右辺が、異常洪水時操作へ移行する際の限界流入量Qic2を示している。
【００７８】
したがって、（１０）式の左辺の流入量が右辺と等しくなる前に（２）式の状態から（３）式に移行し、これに基づいて放流すれば、異常洪水時操作へ移行する時点（ｖm，ｑm）における下流河道の水位上昇速度はＨc以下に押さえられることとなる。
【００７９】
いま、図３において、（ｖ3，ｑ3）．（ｖm，ｑm）を通り（Ｂ，Ｃ）〔（ｖP，ｑP）に同じ〕を頂点とする２次関数を考え、これらの３点のうち前２点を固定して頂点（Ｂ，Ｃ）の位置を操作することにより、異常洪水時操作へ移行する時点｛（ｖm，ｑm）点｝における下流河道の水位上昇速度の時間的な変化特性をある程度操作する事が可能である。
【００８０】
つまり、異常洪水時操作への移行点（図３の（ｖm，ｑm）点）で、下流河道の水位上昇速度が時間的に極大となるような放流関数を定めることを考えると、次のように展開することが出来る。
【００８１】
【数１２】
0003765964.tif 000009
【００８２】
ここで、（１１）式は、洪水調節操作から異常洪水時操作へ移行する過程で（３）式を最も適切な放流関数とするための２次関数の頂点の座標である。
【００８３】
したがって、（１１）式によりＣを決定すれば（異常洪水時操作の放流関数の頂点を決定すれば、）洪水調節操作から異常洪水時操作への移行点（ｖm，ｑm）での下流河道の水位上昇速度は時間的に極大値となっている。
【００８４】
また、この放流関数（３）式は、（ｖ3，ｑ3）、（ｖm，ｑm）を通り  Ｑo＝Ｃ（＝ｑp）に接するから、これらの関係よりＡ，Ｂ（＝ｖp）の値が次のように求められる。
【００８５】
【数１３】
0003765964.tif 000010
【００８６】
実操作においては、（１１）、（１２）、（１３）式によりＡ、Ｂ、Ｃの値を求めながら（１０）式により限界流入量を計算し、異常洪水時操作に移行すべきか否かの判断を行う。
【００８７】
異常洪水時操作への移行が必要であれば（３）式に基づき異常洪水時操作を実行する。
【００８８】
なお、貯水量Ｖは、あらかじめ作成した水位Ｈと貯水量Ｖの関係（Ｈ−Ｖカーブ）から容易に水位に変換することができるため、水位により放流量を決定することができる。
【００８９】
また、異常洪水時操作の限界流入量（Qic2）を計算する過程や、限界流入量と流入量を比較して新たな放流形態へ移行すべきか否かを判断する過程で流入量（Qi）の情報を必要とするが、一旦、放流形態とそれに対応した放流関数が決定されれば、放流量（Qo）は常に貯水量Ｖ（又は水位Ｈ）のみに基づいて決定されることとなる。
【００９０】
〔利水専用ダムの場合〕
貯水池に設けたゲートを開放させて貯水を放流させる放流時操作として、事前放流操作、遅らせ操作、及び、事後放流操作の内の少なくとも一つの操作を行う貯水池操作システムであって、貯水の放流開始から終了までの一連のゲート開閉操作を、貯水池の水位を基本情報として決定するようにしている。
【００９１】
事前放流操作は、下記の放流関数の式（４）に基づいた放流量Qoが得られるようにゲートを開放操作する。
【００９２】
遅らせ操作及び事後放流操作は、下記の放流関数の式（５）に基づいた放流量Qoが得られるようにゲートを開放操作する。
【００９３】
【数１４】
0003765964.tif 000011
【００９４】
但し
Qｏ：放流量（ｍ３／ｓ）
V：貯水量（ｍ３）
（ｖ０，０）：放流開始時の状況
（ｖ１，ｑ１）：遅らせ操作開始時の状況
（ｖ２，ｑ２）：計画洪水波形を遅らせ操作により処理したときの状況（最高水位時）
【００９５】
図６は、利水専用ダムについて、洪水の始まりから終わりまでの貯水池への流入量と放流量の時間変化を示したものである。
【００９６】
以上に述べてきたように、利水専用ダムにおいては、図４に示すような放流関数によって、放流量を決定することができる。
【００９７】
なお、貯水量Ｖは、あらかじめ作成した水位Ｈと貯水量Ｖの関係（Ｈ−Ｖカーブ）から容易に水位に変換することができるため、水位により放流量を決定することができる。
【００９８】
〔自動制御化した貯水池操作システム〕
（洪水調節用ダム）
次に、洪水調節用ダムにおける放流の始まりから終わりまでの一連の放流操作を自動制御化した貯水池操作システムについて、図３、図５、図７及び図８を参照しながら説明する。
【００９９】
まず、図７は、洪水調節用ダムについて自動制御化した貯水池操作システムＡの概念図を示しており、Ｃは貯水池、Ｄは洪水調節用ダム、Ｇはゲートであり、同ゲートＧは洪水調節用ダムＤに形成した放流路Ｒに開閉自在に設けている。
【０１００】
そして、ゲートＧはゲート駆動手段１により開閉作動可能とし、同ゲートＧを開放することにより貯水池Ｃの貯水を放流路Ｒを通して放流することができると共に、同ゲートＧの開度に応じて放流量を適宜設定することができるようにしている。
【０１０１】
また、ゲート駆動手段１は、制御手段２の出力側に接続しており、同制御手段２の出力側には別途表示手段３を接続する一方、同制御手段２の入力側には、ゲートＧの開度を検出するゲート開度検出手段４と、貯水の水位Ｈを検出する水位検出手段５と、計画値（所望の設定値）を入力するための入力手段６とを接続している。
【０１０２】
ここで、表示手段３は、入力手段６により制御手段２に入力された計画値や、各検出手段4,5により検出された検出値や、これら計画値や検出値に基づいて制御手段２により算出された放流量や流入量等の算出値を表示するようにしている。
【０１０３】
次に、図８のフローチャートを参照しながら洪水調節用ダムにおける放流の始まりから終わりまでの一連の放流自動制御化システムについて説明する。
【０１０４】
(1)制御開始指令を入力手段６により入力する(100)。
【０１０５】
(2)計画値（v1,q1）（v2,q2）（v3,q3）や河道の水理定数Ｋ(m/s)を入力手段６により入力（読み込み）する。また、貯水量Ｖ＝０，時間Ｔ＝０に設定する(101)。
【０１０６】
(3)制御手段２において、水位検出手段５により検出された水位Ｈに基づいて貯水量Ｖを算出し、流入量Qiと放流開始時の限界流入量Qic1とを算出する(102)。
【０１０７】
(4)流入量Qiと放流開始時の限界流入量Qic1とを比較し、流入量Qiが限界流入量Qic1よりも大きい場合には(103のYES)、事前放流を開始する(104)。
【０１０８】
そして、ｖ0＝Ｖ（変数），Ｆ＝０に設定する。ここで、Ｆは、洪水操作の履歴を示す指標であり、Ｆ＝０では洪水調節の履歴がない状態を示し、また、Ｆ＝１では洪水調節の履歴をもった状態で定水位制御を必要とする状態を示す。
【０１０９】
(5)流入量Qiが限界流入量Qic1よりも小さい場合には(103のNO)、放流量Qo＝０として放流しない(105)。
【０１１０】
(6)一定時間間隔△Ｔ後に上記(3)の算出を行う(106)。
【０１１１】
(7)事前放流を開始した後(104)、算出された貯水量Ｖが計画値としての貯水量ｖ1以上である場合には(107のYES)、洪水調節を開始する(108)。この際、指標Ｆ＝１に設定する。
【０１１２】
(8)算出された貯水量Ｖが計画値としての貯水量ｖ1よりも小さい場合には(107のNO)、指標Ｆ＝０を確認し(109)、そうである場合には(109のYES)、放流関数の式(1)に基づいてゲートＧを開放操作することにより事前放流操作を行う(110)。
【０１１３】
(9)そして、流入量Qiと、あらかじめ設定した利水放流必要量ＲQoとの比較により、操作を継続するか終了するかを判断する(111)。
【０１１４】
ここで、流入量Qi≧利水放流必要量ＲQoの時は、操作を継続し(111のＮＯ)、流入量Qi＜利水放流必要量ＲQoの時は、操作を終了する(111のＹＥＳ)。
【０１１５】
(10)操作を継続する場合には(111のＮＯ)、一定時間（ゲート操作を行う計算間隔）△Ｔ後に(112)、水位検出手段５により検出された水位Ｈに基づいて貯水量Ｖを算出し、流入量Qiの算出を行う(113)。
【０１１６】
(11)指標Ｆ＝０を確認し(109)、そうでない場合には(109のNO)、放流量Qo＝流入量Qiとなるように定水位制御操作を行う(114)。
【０１１７】
(12)そして、流入量Qiと、あらかじめ設定した利水放流必要量ＲQoとの比較により、操作を継続するか終了するかを判断する(111)。
【０１１８】
(13)操作を終了する場合には(111のＹＥＳ)、利水操作を開始して、所望の水位Hとなるように制御する。
【０１１９】
(14)洪水調節を開始した後(108)、流入量Qiと異常洪水時の限界流入量Qic2とを算出する(116)。
【０１２０】
(15)流入量Qiと異常洪水時の限界流入量Qic2とを比較し、流入量Qiが限界流入量Qic2以上に大きい場合には(117のYES)、異常洪水調節を開始する(118)。この際、計画値としての貯水量ｖm＝貯水量Ｖに設定する。
【０１２１】
(16)流入量Qiが限界流入量Qic2よりも小さい場合には(117のNO)、貯水量Ｖと計画値としての貯水量ｖ1とを比較する(119)。
【０１２２】
(17)貯水量Ｖが計画値としての貯水量ｖ1以上に大きい場合には(119のYES)、放流関数の式(2)に基づいてゲートＧを開放操作することにより洪水調節操作を行う(120)。
【０１２３】
(18)一定時間（ゲート操作を行う計算間隔）△Ｔ後に(121)、水位検出手段５により検出された水位Ｈに基づいて貯水量Ｖを算出し、流入量Qiの算出を行う(122)。
【０１２４】
(19)貯水量Ｖが計画値としての貯水量ｖ1よりも小さい場合には(119のNO)、定水位制御操作を行う(114)。
【０１２５】
(20)異常洪水調節を開始した後(118)、貯水量Ｖと計画値としての貯水量ｖmとを比較する(123)。
【０１２６】
(21)貯水量Ｖが計画値としての貯水量ｖm以上に大きい場合には(123のYES)、放流関数の式(3)に基づいてゲートＧを開放操作することにより異常洪水時操作を行う(124)。
【０１２７】
(22)一定時間（ゲート操作を行う計算間隔）△Ｔ後に(125)、水位検出手段５により検出された水位Ｈに基づいて貯水量Ｖを算出し、流入量Qiの算出を行う(126)。
【０１２８】
（利水専用ダム）
次に、図４、図６、図７及び図９のフローチャートを参照しながら利水専用ダムにおける放流の始まりから終わりまでの一連の放流自動制御化システムについて説明する。
【０１２９】
ここで、図７は、洪水調節用ダムについて本発明にかかる貯水池操作システムＡを自動制御化した概念図であるが、利水専用ダムについても基本的構造が同一であることから、同図を参照しながら説明する。
【０１３０】
(1)前記した洪水調節用ダムの放流自動制御化システムの(1)〜(6)と同じ操作を行う。
【０１３１】
(2)事前放流を開始した後(104)、算出された貯水量Ｖが計画値としての貯水量ｖ1以上である場合には(107のYES)、遅らせ操作を開始する(130)。この際、指標Ｆ＝１に設定する。
【０１３２】
(3)貯水量Ｖと計画値としての貯水量ｖ1とを比較する(131)。
【０１３３】
(4)貯水量Ｖが計画値としての貯水量ｖ1以上に大きい場合には(131のYES)、放流関数の式(５)に基づいてゲートＧを開放操作することにより遅らせ操作を行う(132)。
【０１３４】
(5)一定時間（ゲート操作を行う計算間隔）△Ｔ後に(133)、水位検出手段５により検出された水位Ｈに基づいて貯水量Ｖを算出し、流入量Qiの算出を行う(134)。
【０１３５】
(6)貯水量Ｖが計画値としての貯水量ｖ1よりも小さい場合には(131のNO)、定水位制御操作を行う(114)。
【０１３６】
〔本実施例の効果〕
本実施によれば、流入量の計算過程を省略し、直接的に水位から放流量を決定する場合、同じ貯水池の水位の観測誤差（δＨ）が存在すると仮定した場合の放流量の決定誤差は、流入量により放流量を決定する場合の方が大きい。
【０１３７】
図１０は、流入量から放流量を決定する場合（一定率放流方式）と、これと等価な水位から放流量を決定する放流関数（（２）式による）をもとに放流量を決定する場合において、同じ水観測誤差があると仮定した場合の誤差比Ｆ1（流入量をもとに放流量を決定する場合の誤差を、水位により放流量を決定する場合の放流誤差で除した値）を縦軸にして示しすとともに、洪水調節による貯水量（Ｖ−ｖ1）を横軸にして示したものである。
【０１３８】
【数１５】
0003765964.tif 000012
【０１３９】
但し
ΔＴ＝流入量計算間隔（ｓ）
Ａｒ＝Ｈに対する貯水池面積（ｍ２）
Ｒ＝一定率放流方式における放流率
ａ＝流入量の時間当たり変化量（ｍ３／ｓ／ｓ）
そして、（１４）式において、ΔＴ＝６００ｓ、Ｒ＝０．５とした場合の誤差比Ｆ1の値を図１０に示しており、同図１０から見ると、誤差比Ｆ1は、流入量の時間当たり変化量ａと洪水調節による貯水量（Ｖ−ｖ1）に左右されるが、概ね（貯水量（Ｖ−ｖ1）が０に近い場合を除いて）流入量により放流量を決定する場合の方が誤差が大きい（水位から放流量を決定する場合の方が誤差が小さい）。
【０１４０】
また、遅らせ操作においても、流入量の計算間隔を△Ｔ、遅らせ時間をＴLとすれば、放流量の決定誤差の比である誤差比F2＝２ＴL／△Ｔとなる。ここで、ＴL＝３０min、△Ｔ＝１０minとすれば、誤差比F2＝６となる。
【０１４１】
つまり、遅らせ時間を３０ｍｉｎ、流入量の計算時間間隔を１０ｍｉｎとすると、水位方式による場合、誤差の程度は流入量計算誤差の６分の１になる。
【０１４２】
図１１は、一定の水位観測誤差δＨが存在すると仮定して、事前放流量について、水位によって放流量を決定する場合（（１）式による）と流入量によって決定する場合（この場合は流入量の計算値とした）との放流量の決定誤差の比率を誤差比Ｆ3として計算し、同誤差比Ｆ3の値を図示したものである。
【０１４３】
【数１６】
0003765964.tif 000013
【０１４４】
但し
ｖｓ＝  初期空き容量  ＝（ｖ１−ｖ０）
ｑｔ＝目標放流量（この場合はｑ１に等しい）
そして、（１５）式において、ΔＴ＝６００ｓｅｃ、ｖs＝５×１０6ｍ3、ｑt＝５００ｍ3／ｓとおき、さらに、「空き容量」＝−（Ｖ−ｖ0）＋５×１０6（「空き容量」は制限水位時を０とする）として、「空き容量」（横軸）との関係において誤差比Ｆ3の値を図１１に示している。
【０１４５】
この図１１からも明らかに、流入量計算の誤差に較べれば、水位Ｈによる（貯水量Ｖによる）放流量Qoの決定誤差の方が小さいことが判る。
【０１４６】
ここで、誤差比Ｆ3は、放流開始時においては無限大であり、最小値は空き容量＝０の時、つまり、事前放流の最終段階で生じる。
【０１４７】
これら誤差比の最小値の特性は、放流開始時の初期空き容量ｖs（＝ｖ1−ｖ0）と、目標水位（ｖ1）になったときの目標放流量ｑt（＝ｑ1）に支配されるが、その関係を示したものが図１２である。
【０１４８】
図１２から見ると、目標放流量ｑtの値が小さく、初期空き容量ｖs（＝ｖ1−ｖ0）が大きい場合が最小誤差比も大きく、好ましい状態といえる。つまり、早めに放流を開始することが必要であるが、いずれにしても、水位により放流量を決定する場合の方が相対的に放流量の決定における誤差が少ないといえる。
【０１４９】
次に、図１３は、一定の水位観測誤差δＨが存在すると仮定して、異常洪水時操作における放流量決定誤差と流入量計算誤差の比を誤差比F4として下記の式によって計算し、この誤差比F4と「空き容量」との関係を図示したものである。
【０１５０】
【数１７】
0003765964.tif 000014
【０１５１】
ここで、（１６）式において、Ａ，Ｂの値はそれぞれ前記した（３）式又は（１２），（１３）式によるが、洪水調節操作から異常洪水時操作へ移行する過程で決定される値である。ここで、状況を簡明にするため、ｑm≒ｑpと仮定すると（１６）式は殆ど（１５）式と同じ形になる。
【０１５２】
そして、このときの初期空き容量ｖs（＝ｖ3−ｖm）は、異常洪水時操作に入る段階における空き容量であり、ここでは空き容量ｖs＝7.5×１０6ｍ3に設定している。また、目標放流量ｑtは、目標とする放流量ｑ3（最大予想流入量）と現在の放流量ｑmの差（追いつき流量）であり、目標放流量ｑt＝1000ｍ3／ｓに設定している。
【０１５３】
このときの誤差比Ｆ4を図１３に示している。図１３における空き容量（横軸）は、貯水池の最高水位時を０として示しており、「空き容量」＝−（Ｖ−ｖm）＋７．５×１０6の値を横軸目盛りとして記入している。
【０１５４】
この場合も、異常洪水時操作に移行直後の放流量決定誤差比が大きく、水位が最も高くなったときに誤差比が最小となっている。
【０１５５】
これら誤差比の最小値の特性は、異常洪水時の操作へ移行するときの初期空き容量ｖsと、追いつき流量ｑtに支配されるが、その関係を示したものが図１４である。
【０１５６】
この図１４から見ると、追いつき流量ｑtの値が小さく、初期空き貯水量ｖsが大きい場合が最小誤差比も大きく、好ましい状態といえる。つまり、早めに異常洪水時操作に移行することが必要であるが、全般的に見て、水位により放流量を決定する場合の方が、放流量の決定時における誤差が少ないといえる。
【０１５７】
なお、図１３及び図１４の関係は、図１１と図１２の関係と同じである。異常洪水時操作も、事前放流操作と同じような傾向にあることは、放流関数が同じ貯水量Ｖの２次式であることから当然の結果であるといえる。
【０１５８】
以上、水位を基本情報とした放流量の決定システムにおいては、流入量を基本情報とする場合より放流量の決定誤差が小さくなる（誤差比が大きくなる）。
【０１５９】
さらに、図１５は、流入量を基本情報として、放流量を決定する場合（一定率一定量放流方式）と、水位を基本情報として放流量を決定する場合の２つの洪水調節方式による貯水量（水位）を横軸として、放流量との関係履歴を、それぞれパターンの異なった９個の洪水波形について計算し、示したものである。
【０１６０】
凡例に示す「２４００−９」とは、洪水のピーク流量を２４００ｍ3／ｓとし、洪水流量が１０００ｍ3／ｓから洪水ピーク流量２４００ｍ3／ｓに達するまでの時間が９時間という形で、それぞれ異なった洪水波形のパターンを表現したものである。
【０１６１】
ここで「３０００−１５」洪水を９洪水の中の中間的な規模の洪水（計画洪水とする。）としており、この計画洪水について２つの放流量決定方式による放流量が同じになるように諸係数を決定している。従って、「３０００−１５」洪水に対する２つの放流量決定方式による履歴は完全に重複する結果となっている。
【０１６２】
従来方式であれば、一つの水位に対して無数の（図１５の場合は９個の洪水に対して９個の水位）水位と放流量の関係履歴を考える必要があるが、水位を基本情報とする場合においては、一つの水位に対して常に一つの放流量となるため、水位と放流量の関係履歴はどのような洪水に対しても一つであり、操作に関する情報が著しく単純化されることになる。
【０１６３】
以上の理由により、水位を基本情報とする場合においては、洪水時の放流操作がより安全かつ確実になる。
【０１６４】
〔他の実施形態〕
水理学的に厳密にいえば、貯水量Ｖの次数ｎが、ｎ＝１の場合は遅らせ操作であり、ｎ＞１の場合は追いつき操作であり、ｎ＜１の場合は調節操作である。
【０１６５】
また、操作情報が単純化されることにより、各操作相互間の移行に関する情報も単純化されることになり、限界流入量方式等のスムーズな移行方法の設定が可能となる。
【０１６６】
【発明の効果】
本発明によれば、次のような効果が得られる。
【０１７２】
すなわち、請求項１記載の本発明では、特に、利水専用ダムにおける操作、すなわち、事前放流操作、遅らせ操作、及び、事後放流操作を、それぞれ個別の放流関数の式に基づいてゲートを開放操作することにより、貯水の放流開始から終了までの一連のゲート開閉操作を、貯水池の水位を基本情報として決定するようにしている。
【０１７３】
このようにして、放流量の決定において、その基本情報を貯水池への流入量から貯水池の水位へ替えることにより、放水量の決定誤差が相対的に小さくなり、また、操作がより単純化されることにより、安全確実な放流時操作を実現することができる。
【０１７４】
そして、このことから、特に、利水専用ダムにおいて有効な放流時操作の自動制御化が可能となる。
【０１７５】
しかも、放流量決定に関して、決定誤差が小さくなって、システム全体を単純化することができるため、貯水池操作全体の自動化が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】貯水量Ｖの次数別放流関数の説明図。
【図２】貯水量Ｖの次数による特性比較を示す説明図。
【図３】洪水調節用ダムの放流関数を示す説明図。
【図４】利水専用ダムの放流関数を示す説明図。
【図５】洪水調節の事例を示す説明図。
【図６】遅らせ操作の事例を示す説明図。
【図７】本発明に係る貯水池操作システムを自動制御化した概念図。
【図８】洪水調節用ダムにおける放流自動制御化システムのフローチャート。
【図９】利水専用ダムにおける放流自動制御化システムのフローチャート。
【図１０】洪水調節の誤差比を示す説明図。
【図１１】事前放流の誤差比を示す説明図。
【図１２】事前放流の最小誤差比特性を示す説明図。
【図１３】異常洪水時操作の誤差比を示す説明図。
【図１４】異常洪水時操作の最小誤差比特性を示す説明図。
【図１５】放流特性曲線を示す説明図。
【符号の説明】
Ａ  貯水池システム
Ｃ  貯水池
Ｄ  洪水調節用ダム
Ｇ  ゲート
Ｒ  放流路
１  ゲート駆動手段
２  制御手段
３  表示手段
４  ゲート開度検出手段
５  水位検出手段
６  入力手段
【図１】
0003765964.tif 000015
【図２】
0003765964.tif 000016
【図３】
0003765964.tif 000017
【図４】
0003765964.tif 000018
【図５】
0003765964.tif 000019
【図６】
0003765964.tif 000020
【図７】
0003765964.tif 000021
【図８】
0003765964.tif 000022
【図９】
0003765964.tif 000023
【図１０】
0003765964.tif 000024
【図１１】
0003765964.tif 000025
【図１２】
0003765964.tif 000026
【図１３】
0003765964.tif 000027
【図１４】
0003765964.tif 000028
【図１５】
0003765964.tif 000029