N－7－1－7（ 1 / 3 ）第 60 回下水道研究発表会

電力スマートメータによるマンホールポンプ場の雨天時浸入水解析（公財）愛知水と緑の公社○藁科 亮

中日本建設コンサルタント（株）

中根 進

１．はじめに分流式下水道において誤接合、管路老朽化などによる雨天時浸入水の問題があり、流量調査や水温調査によりその把握に努めている。
本稿ではマンホールポンプ場（以下、ＭＰ場）の流入区域の単位ではあるが流量調査などによらずに雨天時浸入水を解析する。ＭＰ場の多くは、流入管きょやポンプ吐出管にも流量計が設置されていないことから、ポンプ運転回数や発停水位、マンホール直径などから推定計算したものをポンプ送水量として維持管理の記録としていることが多い。推定計算されたポンプ送水量と降雨量を使って雨天時浸入水量やその割合を推定できるが、ＭＰ場の電力メータは、近年スマートメータに置き換わっており、WEB 上で電力会社から入手できる電力使用量を使って雨天時浸入水量割合を推定し、雨天時浸入水の発生領域を絞り込む手法を提案する。
２．維持管理記録にあるポンプ送水量と電力スマートメータの電力使用量
Ｙ１号

300

22021/2/23

備考単独交互運転

図 2.1 各ＭＰ場のポンプ送水量と降雨量の推移
Ｙ１号

Ｙ２号

Ｙ３号

Ｙ８号

降雨量

60

0

内照明、非常通報装置として 100V を受電している。

50504010030150

20200

102500300

WEB 上の「料金・使用量の照会サービス」では、30分、１時間、１日単位の電力使用量を確認することができ、CSV ファイルでデータをダウンロードできる。
以下に電力スマートメータの電力使用量から雨天時浸入水量割合を推定する方法を提案する。

2019/5/5
2019/6/4
2019/7/4
2019/8/3
2019/9/2
2019/10/2
2019/11/1
2019/12/1
2019/12/31
2020/1/30
2020/2/29
2020/3/30
2020/4/29
2020/5/29
2020/6/28
2020/7/28
2020/8/27
2020/9/26
2020/10/26
2020/11/25
2020/12/25
2021/1/24
2021/2/23
2021/3/25
2021/4/24
2021/5/24
2021/6/23
2021/7/23
2021/8/22
2021/9/21
2021/10/21
2021/11/20
2021/12/20
2022/1/19
2022/2/18
2022/3/20
2022/4/19
2022/5/19
2022/6/18
2022/7/18
2022/8/17

電力メータはスマートメータであり、電力会社の電力使用量 kwh/日

ＭＰ場では、動力用として 200V を、操作盤の盤

降雨量 mm/日

Ｙ１号仕様
φ80 mm×0.48 m3/min×
揚程32 m×11 kw×200V

2022/5/19

250

02022/3/30

20050

2022/2/8

150

100

2021/12/20

100

150

2021/10/3150

表 2.1 ＭＰ場のポンプ仕様
ＭＰ場名 台数

降雨量

2002021/9/11のポンプ仕様を表 2.1 に示す。

Ｙ８号

02021/7/23

この４つのＭＰ場の内、代表としてＹ１号ＭＰ場

Ｙ３号

250

2021/6/3

ンプ送水量と降雨量の推移を図 2.1 に示す。

Ｙ２号

300

2021/4/14

管理記録から抽出した 2021 年度分の各ＭＰ場のポポンプ送水量 m3/日量を維持管理記録として保存しているが、この維持降雨量 mm/日

４つのＭＰ場について、１日当たりのポンプ送水

図 2.2 各ＭＰ場の電力使用量と降雨量の推移

維持管理記録にある降雨量（１日当たり）と「料金・使用量の照会サービス」から入手した電力使用量（１日当たり）の推移を図 2.2 に示す。
図 2.1 から 2021 年度分のＹ１号ＭＰ場ポンプ送水量（１日当たり）を抽出し、図 2.2 からは 2021 年度分のＹ１号ＭＰ場電力使用量（１日当たり）を抽出したものを、図 2.3、図 2.4 に示す。
ポンプ送水量と電力使用量の関係は良く一致しており、電力使用量を送水量と見立てることができる。

（715）

N－7－1－7（ 2 / 3 ）第 60 回下水道研究発表会
2502022/3/30

2021/12/20

Ｙ１号

2022/5/1902022/2/8

1002021/10/31

2050
2021/9/1130

1002021/7/23

150

2021/6/3

402021/4/14200

ポンプ送水量 m3/日

50

電力使用量 kwh/日

60
Ｙ１号

250

2021/2/23

ポンプ送水量 m3/日

300

図 2.3 ポンプ送水量と電力使用量の推移(Ｙ１号2021 年度)

200
150
100
5000

Ｙ１号ＭＰ場の晴天日のみの電力使用量を抽出し、図 2.5 に2040
電力使用量 kwh/日示す。晴天日であっても電力使用量は大きく変動している。こ60

図 2.4 電力使用量とポンプ送水量の関係(Ｙ１号 2021 年度)

れは日によってＭＰ場に流入する汚水量が変動していると考えられる。

累積確率は図 3.2 となる。降雨影響日の電力使用量分

35302520152022/7/5

2022/3/27

2021/12/17

2021/9/8

2021/5/31

布は、晴天日の分布より右側にあり、降雨影響日の電力使用量は、晴天日に較べて大きくなっていることを

2021/2/20

2019/7/1

10

2020/11/12

れカーネル密度分布で表わすと、図 3.1 となる。その40

2020/8/4

晴天日と降雨影響日の電力使用量を分けて、それぞ452020/4/26量割合を推定する手順を示す。

50

2020/1/17

電力スマートメータの電力使用量から雨天時浸入水

Ｙ１号

55

2019/10/9

３．電力使用量による雨天時浸入水量割合の推定

晴天日電力使用量 kwh/日60

図 2.5 晴天日電力使用量の推移（Ｙ１号）

0.6

晴天日0.4累積確率0.10

晴天日

0.05

降雨影響日

降雨影響日

0.00.000.2

確率密度0.80.151.0表している。

010203040
電力使用量 kwh/日50060

図 3.1 晴天日と降雨影響日の電力使用量の分布（Ｙ１号）

10203040
電力使用量 kwh/日5060

図 3.2 晴天日と降雨影響日の電力使用量の累積確率（Ｙ１号）

図 3.2 に示す降雨影響日の電力使用量が晴天日より大きくなっていることを利用して、雨天時浸入水量割合を推定する。図 3.2 を再掲し、図 3.3 とし、推定手法を説明する。
ある降雨影響日の電力使用量が 30kwh であったとすると、降雨影響日の累積確率 F を求め、同値となる晴天日の累積確率に対する電力使用量 27kwh を求め、これを降雨の影響のない電力使用量（推定晴天日電力使用量）とする。また、この差(30kwh－27kwh＝3kwh)が降雨影響日を晴天日とした場合に低下する電力使用量となる。
図 2.2 の降雨量とＹ１号ＭＰ場電力使用量を抽出し、推定晴天日電力使用量を加えたものを図 3.4 に示す。

（716）

晴天日

0.40.6

降雨影響日

050
100
電力使用量

40

150
200

30

250
300

20

推定晴天日電力使用量

350

10010

400
450

020
30
40
電力使用量 kwh/日

50

60

2019/3/26
2019/5/15
2019/7/4
2019/8/23
2019/10/12
2019/12/1
2020/1/20
2020/3/10
2020/4/29
2020/6/18
2020/8/7
2020/9/26
2020/11/15
2021/1/4
2021/2/23
2021/4/14
2021/6/3
2021/7/23
2021/9/11
2021/10/31
2021/12/20
2022/2/8
2022/3/30
2022/5/19
2022/7/8
2022/8/27

0.030kwh
27kwh

降雨量 mm/日

50
電力使用量 kwh/日

1.0600.8

第 60 回下水道研究発表会

0.2

累積確率

累積確率 F

N－7－1－7（ 3 / 3 ）図 3.3 累積確率を使った降雨影響日の降雨の影響 図 3.4 電力使用量、晴天日推定電力使用量と降雨量の推移（Ｙ１号）の無い電力使用量の推定（Ｙ１号）
表 3.1 雨天時浸入水量割合（Ｙ１号）

期間中の電力使用量と推定晴天日電力使用量を使って次式から雨天時浸入水量割合ｒと雨天時浸入水量割合ｒ’を算出する。
電力使用量に対する雨天時浸入水量割合ｒ＝∑差(電力使用量－推定晴天日電力使用量)／∑電力使用量
晴天日電力使用量に対する雨天時浸入水量割合ｒ’＝∑差(電力使用量－推定晴天日電力使用量)／∑推定晴天日

天時浸入水量が極めて小さいＭＰ場もあった。
天時浸入水の発生領域を絞り込むことができるものと考えられる。

29,0171,528

雨天時浸入水量割合r0.050

雨天時浸入水量割合r'0.053

1.00.8

晴天日0.6

累積確率

降雨影響日

降雨影響日0.4

晴天日0このような解析を行うことで、雨30,545

0.2

影響日の電力使用量に差がなく雨640

総電力使用量 kwh0.0

から明らかなように晴天日と降雨確率密度度分布(図 3.5)、累積確率(図 3.6)

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30

Ｙ２号ＭＰ場のようにカーネル密340

降雨影響日数
推定晴天日総電力使用量 kwh

Ｙ１号ＭＰ場の雨天時浸入水量割合ｒ’は、表 3.1 に示すように示していないが、前掲図 2.2 の中の1,066

降雨日数

降雨影響日増加電力使用量 kwh

電力使用量5.3％であった。本稿では具体的に

調査日数102030
電力使用量 kwh/日40図 3.5 晴天日と降雨影響日の電力使用量の分布（Ｙ２号）

0102030
電力使用量 kwh/日40

図 3.6 晴天日と降雨影響日の電力使用量の累積確率（Ｙ２号）

４．まとめ
現地での流量調査を実施することなく、電力会社の WEB 上で入手できる時間単位の電力使用量を使い、雨天時浸入水量割合を把握することができた。ＭＰ場の流入区域単位ではあるが複数のＭＰ場の解析を行うことにより、雨天時浸入水の発生領域を絞り込むことができると考えられる。
本稿では日単位での解析を示したが、時間単位で解析すれば、時間単位の推定晴天時電力使用量に対する雨天時電力使用量の割合から管きょを流下する流量の増加具合を示すことができ、管きょからの溢水の危険性も評価できるものになると思われる。
問合わせ先：中日本建設コンサルタント（株）水工技術本部 中根 進
ＴＥＬ 052－232－6055

Ｅ-mail s_nakane@nakanihon.co.jp（717）